儀器分析實驗教學改革的探討與探索

摘要：針對儀器分析實驗教學過程中普遍存在的人多機少、教學內容陳舊、課時少、學生積極性不高、上課效果差等弊端，提出了一些儀器分析實驗教學改革思路和設想，并進行實踐探索。如增加儀器種類及數量，修改實驗內容，選用貼近生活的事物作為分析樣品，參考國標規定的分析方法及一些最新的研究論文對分析方法進行改進，開設設計實驗和綜合實驗及開放實驗，以提高學生自主完成實驗的能力，使學生的分析問題解決問題的能力得到有效地提高，更能適應社會的需求。此外對課程設置的時間及教學方式方面的改革也進行了初步的探討。

關鍵詞：儀器分析實驗；教學改革；教學探索

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）43-0033-03

當今社會物質文明高度發展，然而各種環境問題、食品安全問題、產品質量問題層出不窮，如蘇丹紅、三聚氰胺、毒校服事件等，對人們的生活質量和身體健康造成了極大的危害。對環境污染、產品質量、食品藥品質量進行嚴格的監督管理日益受到社會的關注。實現高效的環境監測、食品藥品質量監測都離不開各種儀器分析方法。儀器分析成為化學與材料、生命、環境、醫學、藥學等學科交叉的熱門專業[1]。掌握數種大型儀器分析設備的實驗技術對以后的工作有很大的幫助。當前對各種儀器分析方法的研究和應用人才的培養主要是在高校中進行的。儀器分析理論及實驗課程也是化學、生物、藥學等專業的基礎課[2]。通過儀器分析實驗不僅能夠鞏固和提高學生的基礎理論知識，掌握先進的分析測試方法和大型精密儀器的使用，而且能提高學生分析、解決問題的能力[3，4]，培養學生的實踐能力和學以致用的精神。目前儀器分析實驗教學過程中普遍存在如人多機少、教學內容陳舊、課時少、學生積極性不高、上課效果差等弊端[5]。為了改善這種狀況，激發學生的學習興趣，結合本校實際，提出了儀器分析實驗教學中的幾點改革思路和設想，以培養更多實用探究型人才，使其適應社會的需求。

一、增加儀器種類及數量

對于普通高校首先了解各種生物、醫藥、環境等企業及質檢、防疫、藥監、環境監測部門等單位最常用的分析儀器，在學校實驗教學經費充足的情況下，購置各行業都需要的、應用廣泛的儀器。對于中小型儀器如pH計、氣相色譜儀等，可增加數量，做到實驗課中1～2人一臺儀器。對于中型儀器如高效液相色譜儀也可適當增加數量，做到實驗課中2～3人一臺儀器。而對于大型分析儀器如GC-MS、LC-MS、NMR，由于儀器運行和維護費用較高，不適合大批量的學生實驗，但也可以安排演示實驗，學生分批參觀。這樣就可以避免學生對儀器僅是走馬觀花，僅認識儀器的外觀輪廓。使學生充分接觸和操作儀器，增加對儀器操作的興趣和信心。

二、修改實驗內容

傳統的儀器分析實驗所設立的實驗項目少，學時少，且驗證性實驗所占比例過大，實驗內容和實際應用實驗的例子比較陳舊，與現代應用脫節，與現實社會問題聯系較少，不能體現現代分析技術的發展，不符合該課程特點[6]。經調查，地方本科院校，像化學、化工、生物科學、食品、環境等本科專業均開設儀器分析必修課程。一般為開課一學期，一般只對色譜分析、電分析、光譜分析三大塊內容進行初步介紹，對一些新型分析儀器和分析技能觸及很少。如HPLC只做簡介，氣-質、液-質等聯用技術更未涉及。且儀器分析實驗學時數少，主要集中在驗證性實驗和規范化操作。實驗時簡單講解實驗原理、儀器構造和操作注意事項，整個實驗過程學生完全缺乏主動性，使學生能力得不到培養和提高[7]。作為地方性本科院校，我校的儀器分析實驗課程也存在上述的問題。對此，我們從以下幾個方面對儀器分析實驗的內容進行了修改，重新編寫了儀器分析實驗講義。

1.改變分析樣品。結合學生的生活實際和社會熱點問題，將傳統實驗中以人工配制的標準樣品作為分析樣品，替換為果汁、牙膏、藥物、食用油、室內空氣等一些與學生生活密切相關的樣品。如用庫倫分析法測定果汁中的維生素C含量。直接電位法測定牙膏中的氟離子含量，火焰原子吸收法測定頭發中的微量元素，原子吸收分光光度法測定中藥黃芪中銅的含量；室內空氣中苯、甲苯、二甲苯的測定，阿司匹林藥物及植物油中維生素E的液相色譜檢測，蘋果汁的組成分析等實驗項目。通過對這些實際樣品的分析，使學生了解自己日常用品的一些成分以及這些成分的檢測方法，提高學生的實驗興趣。也使學生了解掌握一些產品質量的檢測方法，更能適應社會的需求。

此外，在傳統儀器分析實驗中，樣品的制備常常被忽略，試劑都由實驗老師配好，學生只是照本宣科，實驗過程匆匆完成，不利于學生動手能力提高[3]。而采用實際樣品，讓學生自主完成樣品的采集和制備過程，可以使學生了解和掌握一些樣品采集和預處理方法。

2.改進分析方法。傳統儀器分析實驗由于樣品簡單，通常分析方法也較為簡單。而實際樣品則較為復雜，需要樣品預處理及加入一些抗干擾試劑，因而實驗方法和條件選擇較為復雜。為適應社會需求，可參考國標及藥典規定的方法，結合自己的實際加以改進。如我校新編的儀器分析講義中，“原子吸收分光光度法測定中藥黃芪中銅的含量”實驗參考了藥典2010版附錄ⅨB.重金屬檢查法。“差分脈沖陽極溶出伏安法測定水中鋅、鎘、鉛”實驗參考了GB/T3914-2008；“液相色譜法測定植物油中各種維生素E”實驗參考了GB/T5009.82-2003等。其次還可以參考一些最新的研究論文對分析方法進行改進。如“差分脈沖陽極溶出伏安法測定水中鋅、鎘、鉛”實驗中按國標的方法采用玻碳鍍汞膜電極為工作電極。由于汞具有揮發性和毒性，會對師生的健康造成影響。我們參考李冬月[8]、李建平[9]等的文獻，以無毒、穩定的鉍膜玻碳電極為工作電極，測定水樣中的鋅、鎘、鉛。實驗表明，該方法分析的靈敏度和精密度都較好，可以滿足學生實驗的要求。

3.開設設計實驗和綜合實驗。為改善傳統儀器分析課程內容主要為驗證性實驗的問題，我們分別在光學分析法、電學分析法和色譜分析法部分各增加了一個設計性實驗。由教師給定分析任務，由學生分組自主查閱資料，確定分析方法，列出所需的儀器和試劑，選擇合理的實驗條件，寫出實驗方案。老師對擬定的實驗方案進行審閱、指導；學生對所用儀器自行安裝調試，所用試劑、藥品自行配制，并及時記錄實驗現象和實驗數據。實驗結束后整理儀器、用品和實驗臺，檢查所用儀器是否正常，經老師檢查、確認簽字。最后學生對分析結果進行處理，撰寫實驗報告。在設計實驗的整個過程中，老師只對實驗方案提修改意見，對實驗過程中出現的問題進行指導，整個實驗過程完全由學生自主完成。通過這樣的訓練可以使學生的分析問題解決問題的能力得到有效地提高，不再畏懼獨立實驗。將來走上工作崗位也更能適應社會的需求。此外我們也在儀器分析實驗內容中設置了復雜樣品的多組份分析的綜合實驗。如“蘋果汁的組成分析”實驗。對蘋果汁的營養成分如氨基酸、有機酸、維生素，添加劑如山梨酸鉀和苯甲酸鈉，有害物質如重金屬元素進行分析，并與國家標準進行比較。各種組分的測定分別用不同的儀器不同的方法。通過綜合實驗可以使學生進一步熟悉各種分析方法，鞏固各種儀器的操作使用。同時可以進一步認識物質組成的多樣性。

三、開展開放實驗

由于儀器分析實驗的學時有限，一些綜合實驗不能在課內學時完成，可以以開放實驗的方式，讓學生在課外時間完成。如上述“蘋果汁的組成分析”實驗由五個小實驗組成，分別分析蘋果汁中的氨基酸、有機酸、維生素C、山梨酸鉀和苯甲酸鈉、重金屬Pb的含量，每一組可以分次完成。此外可以設計同一樣品用多種方法進行測定，比較各種方法的靈敏度、精密度等性質。如分別用紫外光譜法、熒光分析法、庫倫分析法、液相色譜分析法測定果汁中的維生素C含量。通過開放實驗的實施，可以進一步提高學生自主實驗、分析問題解決問題等能力，熟悉各種儀器的操作，并對各種儀器的性能有更深的認識。

四、課程設置改革

儀器分析及實驗課程作為化學相關專業的基礎課，通常被安排在二年級甚至一年級下開設。然而儀器分析又是一門應用性很強的學科，對學化學相關專業的學生將來找工作及考研非常重要。若安排在二年級開設，學生到大四找工作時大部分內容都已經忘了。因此建議將儀器分析課程及實驗安排在三年級開設，以利于學生就業和考研。

五、教學方式改進

傳統的儀器分析實驗教學通常是學生在實驗課開始后才見到儀器，且儀器的開關機步驟由教師或實驗員完成，學生對儀器的結構和操作步驟不能有充分的認識，且容易對儀器操作產生畏懼心理。解決方法可以是：（1）拍攝介紹儀器結構原理和儀器標準操作步驟的視頻，并突出學生容易出錯的操作步驟，通過網絡課堂讓學生預習或課后復習。然后通過設計實驗或開放實驗來檢驗學生對儀器操作的掌握程度。（2）可以通過將實驗室在時間上和空間上開放，鼓勵學生在課前在教師指導下熟悉和操作儀器，或在課后練習獨立操作儀器。以此來增強學生儀器分析實驗的興趣和信心。

儀器分析是一門交叉性和應用性很強的學科，在與其相關的領域如化學化工、生物、醫藥、材料、環境、食品及質量檢測等機構都有著廣泛的應用，因此儀器分析方向的就業面很廣。通過儀器分析實驗的教學，學生能夠充分了解各類儀器的結構、原理以及操作方法，提升學生理論聯系實際和綜合研究能力，為今后的工作打下堅實的基礎。但要做到真正使學生能適應時代的發展，還需要在以后教學實踐中不斷積累經驗、大膽創新，不斷地將改革過程中出現的問題進行修改和完善。在儀器分析課實驗教學中，盡可能地培養學生的研究興趣、良好的科學素養和綜合實驗技能，使儀器分析實驗在培養研究應用型人才方面發揮更好的作用。

參考文獻：

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[9]李建平，彭圖治，張雪君.鉍膜電極電位溶出法測定痕量鉛、鎘、鋅[J].分析化學，2002，30（9）：1092-1095.

基金項目：本論文受杭州師范大學攀登工程經費資助

作者簡介：葉美英（1977-），女，浙江義烏人，杭州師范大學材料與化學化工學院，副教授，研究方向：儀器分析方法。