現代分析儀器與創新實驗

張 媛 歐陽津 蔣福賓

北京師范大學 北京 100875

近年來，化學實驗教學改革中運用了一些非傳統的教學手段。例如引導性的實驗、基于案例的實驗、自主研學的實驗等創新教學模式。教學實踐已證明了這些教學方法的成功。這類改革都是針對傳統應試教育影響自主創新意識的狀況，對學生進行引導及科學文化素質教育的實驗類課程。這些實驗課程與傳統教科書式的本科生實驗相比，更加挑戰學生的創造力，對學生處理問題的能力提出了更高的要求，同時也鍛煉學生，培養他們的科學思維。要求學生在能力范圍內設計解決方案、實施實驗、處理實驗數據。實驗結束后，學生要提交實驗報告，內容包括解釋實驗的背景、評估方案可行性、分析數據的意義和應用、討論實驗中遇到的問題。一個好的實驗方案，不僅應該得到其他小組的認可，而且能夠發揮團隊精神。指導教師充當的角色是對實驗方案的合理性和安全性做出評估，并反饋給學生，使學生真正成為實驗的主人，充分調動學生的創新意識。

1 創新實驗的目的

我校食品分析大賽就是一種開放式教學的探索。參賽學生要以小組為單位進行“科研”，選擇實驗內容，通過查詢文獻自行設計實驗方案，提交實驗方案。方案經教師審核通過的小組進入實施階段：在開放實驗室完成實驗分析操作，收集處理實驗數據，分析總結結果，撰寫論文和參加結題答辯。實驗過程中，允許、鼓勵學生打破常規，提出自己的實驗思路和方法，使學生在實踐中不斷發現問題、分析問題和解決問題，學習大型儀器的原理、操作技術，并解決一些研究性問題，讓學生真正感受到化學家、化學工作者從事化學工作的氛圍。這種創新型實驗教學活動是探索高等學校拔尖學生培養模式的重要途徑之一。

近年來，食品安全越來越受到社會的重視，此次大賽中學生的實驗方案主要涉及的是校園生活中的常見食品，很多樣品就來自本校食堂和校內超市?？梢姡瑢W生對食品衛生的安全意識有很大提升。在通過初審的15份實驗方案中，有5份內容包括檢測食品中的金屬含量。如果樣品中含有5種以上無機金屬元素，且含量在亞ppm級，那么采用電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-AES)測定是非常適合的。新技術ICPAES，比原子吸收法(AAS)有更低的檢出限和更快的分析速度。在本科生的基礎實驗中，開設了原子發射光譜的原理、分析方法和操作實驗，這次大賽就是學生理論與實踐結合的嘗試。

2 ICP-AES在創新實驗中的應用

參加本次大賽的為大二、大三的學生，有些學生只是通過教科書對ICP-AES有一些了解，有些學生已做過簡單的ICP-AES儀器分析實驗。在做實驗前，實驗教師先要對學生進行儀器使用的培訓，指導學生檢測鎂元素含量，使學生具備順利實施實驗方案的基本技能。

學生的樣品包括學校食堂的薄脆、春卷和油條等油炸類食品，鍋巴、薯條和仙貝等膨化食品，雪碧、可樂和啤酒等罐裝飲料以及學校各教學樓的飲用水和購買的瓶裝水。在使用ICP-AES之前，要得到儀器管理教師對測試方案的認可，對不正確的樣品預處理方法提出修改意見。樣品預處理不僅是儀器的進樣要求，對檢測結果也有很大影響。預處理操作也可作為考查學生基本實驗操作的指標之一。本次大賽除了常規的超聲和加熱方法，中干法灰化、高壓消解、微波消解也分別被采用。這3種樣品處理技術及其使用的高壓釜微波消解儀等儀器、標準溶液和樣品溶液的配制結果，能夠影響測試結果，同樣也是對學生基本操作的考核。各小組得到檢測結果后繪制工作曲線，計算元素含量，分析數據，計算方法的最低檢出限。最后，實驗小組撰寫一份報告，說明他們的實驗過程，列出他們所獲得的數據，對實驗結果進行分析總結(例如，與其他檢測方法數據對比)，然后參加答辯。

3 結束語

5組檢測的結果表明，有些食品的金屬含量嚴重超過國家標準，我們應該遠離這些有害食品。有一個小組測得學校某教學樓的飲用水鐵含量很高，可能是自來水管道使用時間過長，給水管網需要改造。該結果可以作為給學校管理者提出合理建議的依據，為構建健康校園、平安校園盡一份責任。因此，食品分析大賽的檢測數據，不僅可以作為食品安全性的評價標準，而且可進行一些延展性的處理、分析，對現實生活能起到一定的指導意義，這也為我們開展創新型實驗賦予了更多的生命力。

學生以小組為單位設計實驗步驟，協同合作，得到實驗結果。整個過程中，每一步都激發了學生的興趣，調動了學生的積極性，鍛煉了學生的團隊合作能力。另一個重要的目標是，使學生在先進的儀器分析實驗室能獨立地工作。大賽期間，沒有指導教師監督，學生成為實驗的主人，他們認為自己是獨立工作的化學工作者，大部分的學生通過大賽獲得了自信，為后續的本科畢業論文和進一步的科研深造及就業奠定堅實的基礎。通過開放實驗室，學生對ICP-AES有了更進一步的了解，有利于提高先進分析儀器在教學和科研中的應用。

因此，作為創新型實驗的一項重要內容，先進的分析儀器與非傳統的教學手段相結合，創造新的人才培養體系，探索高等學校拔尖學生培養模式，為培養高質量的創新型人才和實現化學創新實驗課程改革做出貢獻。

[1] 秦華俊,歐陽津,蔣福賓.以我校食品分析大賽為例淺議高校本科創新實驗的開展[J].中國現代教育裝備,2010(7):136-137.

[2] 歐陽津,申秀民,趙云嶺,蔣福賓,黃元河,劉正平.改革實驗教學模式 培養創新性人才[J].中國大學教學,2008(2):79-80.

[3] 趙云嶺,歐陽津,申秀民,蔣福賓,黃元河.“一體化、三層次、多渠道、多模式”的化學實驗教學改革[J].實驗室科學,2007(12):55-57.