開放式教學在化學類研究生儀器分析實驗課程中的運用探析

孫麗波

摘要：針對目前燕山大學化學類研究生儀器分析實驗課程中存在的主要問題進行了探討，提出了相應的教學改革思路。通過更新實驗教學內容、改變教學模式、增強大型儀器培訓及完善考核評價環節等改革措施，進一步提高研究生獨立思考和從事科學實驗的能力，為其開展課題研究和圓滿完成畢業論文奠定良好的實驗基礎。

關鍵詞：化學類研究生;儀器分析實驗;教學改革

中圖分類號：G643 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）22-0273-02

儀器分析是以物質的物理性質或物理化學性質及其在分析過程中所產生的分析信號與物質的內在關系為基礎，并借助比較復雜或特殊的現代儀器，對待測物質進行定性、定量及結構分析和動態分析的一類分析方法[1]。儀器分析實驗在現代分析化學中占據了主導地位，是化學各專業研究生的專業必修課程，對于培養研究生的科學素質、創新意識和獨立實驗的能力，養成實事求是的科學態度、嚴謹細致的工作作風都起到十分重要的作用[2，3]。

燕山大學環境與化學工程學院自2003年為化學各專業碩士研究生開設了儀器分析實驗課程，通過學習，學生們較好地掌握了分析測試設備的基本原理和操作方法。作為培養研究生創新實踐能力的教學平臺，先進的大型分析測試儀器在儀器分析實驗教學中是不可或缺的。而大型儀器由于價格昂貴、臺套數少、操作復雜加之實驗學時相對較少等客觀因素使得實驗教學形成了大型精密儀器的操作只能以學生軟件模擬，教師演示為主的局面，學生無法獲得充足的實踐機會，對實驗的本質感受不深，實驗教學效果難以保證。如何使研究生儀器分析實驗課程跟上先進分析測試技術的發展步伐，挖掘大型實驗儀器的使用效益，使學生扎實地掌握現代分析測試方法，提高實驗教學質量，是這門課程開設以來始終需要重視的課題。

一、更新實驗教學內容，突出前沿技術應用

這門課程傳統的教學模式是以教師講解為主，介紹常規的儀器分析方法，包括紅外光譜分析、氣象色譜分析等，課程內容符合研究生培養大綱的要求，涵蓋了化學類研究生需要掌握的基本研究方法。但是作為研究生儀器分析課程教學，不僅要注重傳統知識點和研究方法的培養，更應讓學生掌握儀器分析最前沿的應用和技術，為研究生開展課題研究拓展更廣闊的知識視野。

針對以往教學中存在的問題，結合化學學科特點及發展現狀，燕山大學環境與化學工程學院對儀器分析課程教學進行了調整，將理論學時內容進行了刪繁就簡的歸并，適當增加了實驗學時，實驗教學內容在傳統的色譜、光譜等內容的基礎上，增加了現代儀器分析領域較熱門的表面分析技術，包括透射電子顯微鏡分析氧化鋅粉末樣品、原子力顯微鏡測定光柵的表面形貌、二氧化鈦的X射線粉末衍射分析等。

二、突破演示教學模式，實施分階段多項目教學

以往的研究生儀器分析實驗教學涉及到大型儀器的教學內容多以教師演示教學為主，其原因是大型精密儀器價格昂貴、臺數少，操作復雜，實驗周期長，加之實驗學時相對有限等多方面因素的制約，學生很難在有限的教學時間內熟練掌握儀器的使用。

根據上述情況，燕山大學環境與化學工程學院開展了分階段教學模式。第一階段的授課主體為研究生入學新生，在新生入學教育時，引導新生參觀大型儀器實驗室，現場介紹儀器概況，使新生了解儀器的特性、應用、設備組成，了解儀器在本學科研究領域所能實現的功能，展示往屆研究生利用該儀器取得的科研成果，培養學生的學習興趣，為進入課題展開科學研究提供方法學的引導。第二階段的授課主體為研一學生，通過第一階段的介紹，學生對大型儀器并不陌生，在感性認識的基礎上，增加實踐操作環節。采取理論講解結合儀器演示的方式，準備了涉及光譜分析、色譜分析、電分析化學及表面分析等5～6個實驗項目，將學生按照每組3～4人分組。針對每個實驗方案和所使用的儀器設備，預先提出思考題，學生們帶著問題進行預習，教學中由理論教師和實驗教師分別就理論內容和儀器原理、操作進行邊講授邊演示，學生邊練習，教師邊指導。然后由學生從樣品制備、儀器操作到數據采集、分析進行實驗操作，在實驗過程中遇到問題先由小組進行討論，然后由教師面向各組進行針對性的指導，再由學生去處理和解決問題。將教學重點由理論課堂轉向實驗室，教學主體由教師轉向學生，學生的思路和視野更加開闊，調動了學生學習的積極性和主動性，收到了良好的教學效果。

三、挖掘實驗儀器使用效益，開展學生操作技術培訓

研究生在前期儀器分析課的基礎上，對大型儀器的功能有了一定的了解。在課題實驗階段，還需要掌握不同實驗設備的操作技能。因此，儀器分析實驗教學形式由授課改為技術培訓[4]。針對研一第二學期的學生開展不定期的短期儀器操作培訓，內容包括應用講座和實際操作訓練，所有培訓研究生均經過嚴格的考核，考核合格后獲得培訓合格證書，使學生的儀器操作技能進一步提高，為以后大型儀器設備面向科研開放、研究生自己上機測試奠定基礎。

1.制定規范，保證大型儀器正常運行。建立健全規范性的儀器管理制度，是減少大型儀器損壞，保證大型儀器正常使用與運行的有效措施[5]。以透射電鏡實驗室為例，燕山大學環境與化學工程學院根據透射電鏡實驗室的特點和儀器的基本要求，制定了《透射電鏡實驗室管理規范》，明確了電鏡實驗室要求、學生實驗預約規則、設備故障或意外情況的應急機制、規范化數據存儲以及數據拷貝等事項。制定了《透射電鏡標準操作規范》供學生隨時查閱該儀器的操作方法，避免在使用儀器的過程中因忘記操作方法而造成儀器損壞。

2.基本操作培訓與嚴格考核。大型儀器基本操作培訓采取導師推薦的原則，對于大型儀器使用機時較多的課題組，導師可以推薦一位責任心強、實驗能力突出的學生參加培訓，測試中心根據學生報名情況組織專業技術人員進行一對一的全程指導，對學生操作過程中可能出現的錯誤進行及時糾正，對出現頻次較高的共性錯誤進行先行提示，指導學生正確使用大型儀器，直至掌握基本的操作技能，能夠獨立上機操作[6]。以場發射掃描電鏡SUPRA 55 SAPPHIRE為例，基本操作培訓包括：掃描電鏡的應用范圍、操作注意事項、樣品制備以及基本操作步驟。包括：（1）開機。（2）調試與觀察。①選區。②選擇放大倍數。③反復調節粗調。④像散消除。（3）拍照、取圖。（4）觀察完畢，關閉高電壓，卸載真空，取出樣品等操作步驟。操作培訓結束后，由測試中心組織專業技術人員組成考核小組，就培訓內容進行逐個嚴格的獨立上機考核，學生單獨操作，考核通過的學生，頒發大型儀器獨立操作上崗證書。持證學生可以預約晚上、周末或者節假日時間進行單獨加時測試。這樣的實驗教學模式，真正做到了學生獨立操作，促使學生快速提高實驗技能，達到了應有的實驗教學效果。endprint

3.落實管理責任制。為了保證大型儀器的完好率，必須落實儀器管理和使用責任制。在上崗證上明確具體儀器的操作注意事項和持證學生的責任，持證學生每次實驗要出示上崗證，在實驗結束后，要求學生填寫“儀器使用記錄”，學生測試結束離開實驗室時，教師就儀器狀態、衛生安全等事項進行檢查并填寫記錄。為了避免個別學生因長期不做實驗而忘記儀器操作步驟，要求持證學生在規定工作日內要完成一定的測試頻率，否則上崗證失效。此外，在實驗過程中，還要求學生進入實驗室要衣冠整齊，嚴肅認真，保持室內清潔，學生實驗時，要求每人從制樣、上機操作到結果分析，要獨立完成。實驗后要求學生對制樣室、電鏡室進行清潔。要求儀器管理人員根據大型儀器的使用機時數對儀器進行定期保養，保證大型儀器性能、延長儀器使用壽命，使大型儀器發揮出最大的效益[7]。

四、結論

先進的分析測試儀器是化學類科研工作者的“眼睛”。儀器分析實驗教學是學生掌握儀器分析方法、理解儀器工作原理的重要途徑，通過這門課程，為化學類研究生開展設計型、研究型實驗，構建一個培養實踐創新能力的教學平臺，是這門課程的首要任務。大型實驗儀器是這門實驗課程中不可缺少的重要元素，靈活開放運用大型實驗儀器，挖掘其使用效益，不僅為儀器分析實驗教學開發出了更加豐富、綜合、先進的實驗內容，更為學生今后的科研和工作提供了實習的平臺。

參考文獻：

[1]董發昕，王振軍，賈嬰奇.論高等學校分析測試中心的發展方向[J].實驗技術與管理，2004，21（5）：122-124.

[2]張學軍，王鎖萍.全面改革實驗教學，培養學生創新能力[J].實驗室研究與探索，2005，24（1）：4-6.

[3]汪建軍.加強技能培養的實驗教學模式構建[J].實驗技術與管理，2007，24（7）：106-108.

[4]董發昕，王振軍，孫偉，等.拓寬研究生的實驗技能，提高研究生的創新能力[J].實驗技術與管理，2012，29（2）：148-149.

[5]陳雙華.淺談儀器分析實驗教學與應用型人才的培養[J].中醫藥管理雜志，2011，19（7）：686-687.

[6]周云，陰金香，張四純，等.大型儀器設備在大學創新型人才培養中的應用[J].實驗室研究與探索，2011，30（11）：274-277.

[7]余時滄，段江潔，卞修武，等.加強大型儀器實驗教學提高研究生科研創新能力的探索[J].重慶醫學，2012，41（36）：3909-3910.endprint