現代儀器分析應用的教學與實踐模式探討

陳曉霞+趙葉+楊曉華+田寶勇+唐二軍

摘要：針對不同專業學生的需求，開設不同的儀器教學，從實踐和應用角度出發，減少理論授課課時，增加學生實際操作時間，使學生真正掌握儀器操作方法，提高學生的操作技能，為將來的實際工作打下良好基礎。

關鍵詞：現代儀器分析；實踐型教學；分析測試中心；開放性實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）51-0120-02

隨著科學技術的發展，各學科知識的相互滲透，分析測試技術已經發展為一門獨立學科——儀器分析。儀器分析作為現代化的分析測試手段，正在日益廣泛地為科研和生產提供大量的有關物質結構和組成的信息，成為科研工作和日常檢測不可缺少的組成部分。因而，儀器分析課程現已成為高等院校中許多理工科專業的重要課程，是一門理論和技術含量很高的應用性很強的學科[1，2]。

一、儀器分析教學現狀

儀器分析課程的傳統授課模式包括課堂教學與實驗課程兩部分，大部分高校以往的有關現代儀器分析課的教學往往偏重理論教學，特別是對儀器基礎知識的課堂講述；在實驗課程中，由于缺少大型精密儀器參與，實驗部分通常難于進行。大部分教學只能止于紙上談兵，極少注重學生動手能力和解決實際問題能力的培養，這就使得學生在儀器分析課程的學習中難以做到理論聯系實際，致使教學效果差[3，4]。

河北科技大學為突出學校的辦學特色和提升科研層次，近年來加大了教學和科研方面硬件設施的投入。專門成立了為教學科研服務的分析測試研究中心，中心集中了學校的大型精密分析儀器。中心成立初期，因為大型分析儀器價格高、運行費用高、對使用者有一定的精細度的要求，并且傳統的模式要求大型儀器專人專用等問題，也出現了大型儀器被神秘化、高端化、利用率低的現象。如何讓這些高精尖的硬件設施發揮特長，更好地參與到教學科研當中，打破教學院部和非教學部門的界限，成為分析測試研究中心面臨的重大問題。

目前，高校急需培養學生的創新精神和實踐能力。針對現代儀器分析課程，如何改進傳統的教學模式，使學生能夠理論聯系實際，提高教學效果，實現實踐型的教學模式，不僅是現代儀器分析教學需要解決的問題，也是高校面臨的一大改革[5，7]。分析測試研究中心在這種大背景下，開設了《現代儀器分析及應用》課程：主要立足于分析測試中心的現有儀器設備，充分發揮測試中心“儀器全、人員專”的特點，重點講解現代分析儀器的實際應用、使用方法和制樣技術。教學方式上也打破傳統教學模式，實驗室和大型儀器面向學生開放。通過該課程的學習，學生能夠參與到實際樣品的測試過程當中，熟悉各項儀器的操作方法，并能夠運用課上所學知識進行分析測試，提高了實際應用能力和動手能力，為其在今后的就業中打下良好的基礎。在教學中采用理論聯系實際的方法，教學內容立足現代儀器分析的實例，介紹儀器的用途和實用技術，并安排一定學時的現場演示和操作。

二、根據專業需求，調整教學內容

我校重點學科專業是化工制藥、食品科學、環境科學和材料等，根據其專業涉及較多的檢測，大體可分為色譜類、光譜類等，可對有機、無機化合物進行定性、定量分析和結構分析。還有一些新型納米材料的性能評價和結構表征等，主要是靠高分辨率掃描電鏡和X-衍射儀等儀器來完成。根據校內的各專業特色，學校集中配置了各類分析儀器。如何讓這些高精尖的分析儀器和教學很好地結合，使學生不僅獲得一定的理論知識，還掌握相應的實際操作技能。因此我們開展的現代儀器分析課程的內容也根據專業特色劃分為以下幾大類別，讓這些儀器設備參與到教學當中。

1.色譜學類。高效液相色譜儀、氣相色譜儀、液相色譜-質譜聯用儀、氣相色譜-質譜聯用儀、氨基酸分析儀和離子色譜儀、毛細管電泳儀等儀器的原理介紹和操作使用。

2.光譜學類。原子吸收分光光度計、原子熒光分光光度計、電感耦合等離子體發射光譜儀、紅外-拉曼光譜儀、紫外-可見分光光度計等儀器的原理介紹和操作使用。

3.波譜學。核磁共振技術的簡介和實際應用。

4.材料學部分。高分辨率場發射掃描電鏡、透射電鏡、X-射線衍射儀、激光粒度分布儀的簡介和實際應用。

理論課程以“輕原理、重應用”的原則作為授課內容，使學生在理論課上適當了解各儀器的基本理論之后，著重介紹儀器的典型分析方法和實際應用。然后讓學生走出教室，進入實驗室。實驗課上，以大型儀器為教具，以實際樣品的測試過程為教學內容，讓學生動手操作大型儀器，真正做到將儀器理論知識和實際操作相結合，一邊操作一邊講解要點，讓學生既加深了理論課上的分析原理的印象，又通過實際動手獲得了技能方面的能力。通過這樣教與學的互動，真正做到了理論和實際相結合。

三、分析測試中心的教學優勢

1.采用多位專業教師協作授課的方式。分析測試中心首先實現了大型儀器設備的專管共享。所有儀器專人專管專用，責任落實到人，面向全校范圍的各科研小組提供測試服務。這不僅有效提高大型儀器設備利用率，最大程度地發揮大型儀器設備的效益。同時中心也打破校內界限，走出了校門，面向全省乃至外省，面向企業和社會，作為第三方，申請了河北省計量認證資質，為社會提供公正數據，服務于區域經濟建設。同時利用測試中心實驗室自身“儀器全、人員專”的特點，開設《現代儀器分析課程》，針對現代儀器分析課涉及的多種分析儀器，由多位專業操作教師來分別承擔此門課程的授課工作。根據每個老師精通的不同類型儀器，給學生介紹本領域最新的研究進展，介紹自身在科研和測試工作中遇到的各種實際問題和解決方案等寶貴的工作經驗。同時開放實驗室，讓學生親自動手，在老師的一對一個性化指導下，進行實際樣品的操作，這樣既豐富了授課內容，又有效地理論聯系實際，提高了學生的學習積極性，學生普遍反映教學效果良好。

2.及時更新授課內容。目前對于各高等院校的現代儀器分析課程普遍存在一個教材滯后于時代的現狀，教材上只反映出一些相對固定的內容，重點突出各儀器發展歷史以及原理的講解，很難展示這門學科的最新進展。而隨著科學的進步，分析儀器的發展更是突飛猛進，儀器更新換代的周期也越來越短，儀器可開發的功能也越來越多，應用技術的范圍越來越寬，傳統的儀器分析教材內容知識更新速度慢，遠達不到儀器發展的速度，更達不到應用技術的擴展速度。為此，中心在教學內容上做了大膽的嘗試，拋開現有的儀器分析教材，各專業教師根據自己儀器發展特色自己編寫課件，在課件準備中各主講老師在授課內容中更多加入大量新型儀器圖片和視頻展示，使學生不僅對現代儀器有更加直觀的了解，更關注儀器的最新動態和發展趨勢。同時再引入社會熱點的分析測試實例，例如：在高效液相色譜儀的授課中引入奶粉中三聚氰胺、瘦肉精、蘇丹紅等的檢測；原子吸收儀器的授課內容中引入膠囊殼中鉻、環境中的鉛含量的測定等等。去除了大型分析儀器的神秘性，大大增強了學生的學習興趣，并使其能更加積極主動地深入學習。endprint

3.改進教學模式，引入開放性實驗。除了課堂教學外，根據分析測試中心現有儀器設備的不同情況，設計了個性化輔導方案。具體為開放實驗室，讓學生帶著問題或者樣品進入到實驗室，老師根據樣品情況指導學生設計具體測試方案，并指導學生自己動手，大型儀器為教具，分析測試學生的樣品，并對數據和圖譜進行分析和講解，使學生它不僅有理論上的認識，還學會具體問題具體分析，參與到樣品分析的全過程。同時還學會對實驗現象的合理判斷，對數據的取舍的判斷等。另外對于不同領域的實驗室和大型儀器，安排一定學時的現場演示和參觀，作為知識拓展方面的教學目的，使學生了解儀器分析方面發展的前沿。這樣的教學方式和課程設計，學生鏈接并掌握更多的儀器運用和使用能力。學習和互動相結合的方式培養了學生的積極參與意識，使學生們了解并掌握更多儀器并能夠熟練、靈活地運用這些儀器來分析解決問題。

4.引導學生參與科研實踐。個性化培養和創新能力的開發是現代高等教育的發展趨勢。對于部分有興趣有能力的學生，對其開放儀器設備具有一定的針對性和方向性，引進個性化輔導的方式，讓學生在專業老師的指導下，精選一部儀器，使其更深入地參與實際儀器測試，可以把自己在理論課上設計的測試方法進行實踐應用，學會儀器的操作以增強學生的實踐能力，并引導學生自助式設計科研題目，嘗試進行科學研究，滿足不同層次學生的需要。

四、小結

高校儀器分析教學主要由各專業老師通過課堂教學進行講授，但授課老師對儀器操作經驗少，學生實際操作機會少，不利于學生實踐技能的培養。由分析中心的專業測試老師教授“現代分析儀器操作與應用”課程，通過減少課堂理論課時，增加實際操作的環節，設計個性化輔導方案，有針對性提高學生的實際操作能力，可讓學生真正掌握現代儀器操作使用方法，使學生真正學會儀器的操作，該模式可明顯提高學生實際動手技能，有利于學生實踐技能的培養。

參考文獻：

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[2]張靜，劉芬芬，龔波林.基于中美兩所大學儀器分析實驗課程比較的思考[J].實驗技術與管理，2012，29（8）.

[3]袁慧，于兆勤，秦哲.新形勢下培養提高工科學生工程實踐能力的認識與實踐[J].高教探索，2007，（2）.

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[6]劉廷風，楊鳳，李紅藝.環境工程專業儀器分析課程教學存在的問題及改革措施[J].高等教育研究，2009，26（1）.

[7]張家棟，李曉林，郭萬喜.高校分析測試中心管理體制初探[J].實驗技術與管理，2009，26（6）.endprint