色譜分析課程教學方法改革

邱　琦, 呂維忠

(深圳大學 化學與環(huán)境工程學院, 廣東 深圳　518060)

?

色譜分析課程教學方法改革

邱琦, 呂維忠

(深圳大學 化學與環(huán)境工程學院, 廣東 深圳518060)

色譜分析課程受重理論而輕實踐的影響和教育經(jīng)費等因素的限制,并且教學方法單一，不再適用于當代大學生探求新知識的需求。任課教師需從提升自身色譜分析實驗素質(zhì)出發(fā),積極創(chuàng)新理論課堂教學方法,靈活結(jié)合多媒體,將課堂講授和問答、課堂實踐和實驗室演示、課內(nèi)與課外相結(jié)合,激發(fā)學生積極參與課堂活動,努力提升學生理論聯(lián)系實際的能力,提高學生對色譜課程學習的積極性。

色譜分析； 儀器分析； 教學改革

色譜分析是分析化學及儀器分析學科的一個重要分支,是生命科學、食品科學、環(huán)境科學、藥物和臨床分析、石油化工等領(lǐng)域必不可少的分析監(jiān)測方法,并發(fā)展成為高效、節(jié)能的分離工程技術(shù),尤其是在藥物、食品質(zhì)量控制等各個領(lǐng)域的應用日益廣泛。色譜分析課程在相關(guān)專業(yè)課程體系中有著較為重要的作用,該課程的設(shè)置對培養(yǎng)學生掌握色譜分離原理，特別是選擇有效的色譜操作條件十分必要,是為相關(guān)專業(yè)的學生創(chuàng)新實驗提供支撐的大學課程之一。

1　色譜分析課程面臨的問題

色譜分析課程是學院近年來開設(shè)的課程,沒有現(xiàn)成教案或者教學經(jīng)驗可循,雖然學生在儀器分析課程中對色譜分析的基本原理有所了解,如氣相色譜、液相色譜等分析方法,對氣相色譜和液相色譜儀器的操作、有所接觸,但是理論知識普遍欠缺。

學生對色譜分析技術(shù)多感覺新奇陌生,希望能夠多接觸色譜實驗，加深對理論知識的理解,從而提升學習興趣[1]。但是各類色譜分析儀器均較為昂貴,最便宜的氣相色譜儀器也要約10萬元人民幣一臺,而液相色譜、薄層色譜等儀器更加昂貴,多數(shù)院校只配有一臺色譜儀器供實驗教學使用。在儀器分析課程實驗中,學生實際操作色譜儀的時間很少[2]。色譜分析課程本科學生人數(shù)通常較多,每學期約60人左右,該課程在開展實驗教學方面難度較大,故學院沒有設(shè)置配套的實驗教學,無形中增加了學生理解和掌握色譜分析內(nèi)容的難度。實踐經(jīng)驗的缺乏造成學生對理論知識普遍理解不足[3],因此在純理論性的課堂教學中注意力容易分散,影響教學效果。對于該門實踐性很強的課程,激發(fā)學生的學習積極性對教師來說也就充滿了挑戰(zhàn)。

2　教學方法改革的新舉措

針對色譜分析課程面臨的問題,除了撰寫和完善色譜分析課程教案和講義為色譜分析課程的持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)外,我們也嘗試尋找其余多種途徑激發(fā)學生的學習熱情。

2.1提升任課教師的素質(zhì)和能力

學生在學完課程理論知識后,對于各種色譜的應用范圍和適用體系的認識仍比較模糊,不懂得如何將所學知識運用到實際中。教師有必要提升自身的色譜分析素質(zhì)[4],通過在不斷的實踐中積累經(jīng)驗,將實際經(jīng)驗和理論結(jié)合,積極參與到學院色譜實驗室的建設(shè)和管理中:負責學院氣相色譜儀器的日常維護、學生儀器操作培訓和樣品檢測；利用各種機會熟悉各類色譜儀器操作；利用課余時間參加校外色譜方面的專業(yè)培訓。此外,還通過文獻檢索了解色譜儀器在實驗教學中的新進展及應用,將色譜教學和有機化學[5]、醫(yī)藥分析等結(jié)合,在理論講解中多給學生展示一些樣品分離檢測的實際例子,彌補實驗教學的欠缺。

教師平時在實踐中積累較為豐富的實際操作和解決色譜問題的經(jīng)驗,在理論課講解時就能夠提供較為生動的實例與理論內(nèi)容結(jié)合起來,使學生對于色譜分離方法的理解更加深刻。在講解每一個新知識點時,盡量結(jié)合學生日常生活中熟悉的例子[6],激發(fā)學生的好奇心,提高探索新知識的興趣。比如結(jié)合剛剛獲得諾貝爾醫(yī)學獎的屠呦呦分離青蒿素中有效成分的事例,引出中藥分析的首選方法就是色譜分析的方法,可以實現(xiàn)快速無損地分離和分析中藥中的活性成分[7]。

2.2突出實踐應用,使色譜分析課程內(nèi)容多元化

學生在色譜課程中即使系統(tǒng)學習了理論知識,仍然不會或者不敢操作色譜儀器,造成學生在學習過程中容易感覺難懂、乏味,提不起興趣。即使是使用多媒體視頻進行教學,雖然比單純的靜態(tài)PPT圖片展示效果要好,比如氣相色譜進樣口的拆與裝、進樣口玻璃襯管的更換與選擇、氣相色譜柱的切割與安裝等[8],但是這些教學型的錄像往往講解比較單調(diào),仍然較難吸引學生的課堂注意力。應盡量從學生熟悉的日常生活中引入相關(guān)知識點,提升學生的注意力,具體有以下3種方法:

2.2.1方法一,播放與日常生活相關(guān)的多媒體視頻,彌補色譜理論課程中實驗的不足

在流行的美國電視連續(xù)劇《犯罪現(xiàn)場調(diào)查》(CSI)中,色譜分析是一種出現(xiàn)頻率較高的分析手段,我們有意識地截取故事情節(jié)中含色譜分析的片段,在講解到相應知識點時播放,使學生形象了解色譜技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應用。例如,在講到氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀器(GCMS)的用途以及樣品采集在色譜分析中的重要性時,播放了一段《CSI·拉斯維加斯》中約3min的片段。故事中,警方調(diào)查一起在男衛(wèi)生間發(fā)生的兇殺案,從空氣中氣體樣品的采集,到氣體樣品的GCMS分析以及氣體樣品的質(zhì)譜譜圖檢索都有描述,形象展示了樣品從采集、前處理到色譜測試和結(jié)果分析這些關(guān)鍵步驟,比播放單調(diào)的教學錄像生動許多。錄像結(jié)束后,針對錄像中所采用的樣品采集方法及分析方法逐條進行討論,學生參與的積極性高、興趣濃厚、注意力更加集中,學習效果更好。

2.2.2方法二,課堂實踐和理論學習結(jié)合

通過設(shè)計簡單生動的課堂小實驗,克服目前色譜實驗儀器有限、學生數(shù)量較多的困難。在講平面色譜這一章時,設(shè)計了一個紙色譜分離色素的實驗。色素分離實驗對許多學生都不陌生,在中學生物課中做過葉綠素的分離,多采用紙色譜或者柱色譜進行分離,使用有機溶劑為流動相。針對大學生的特點,課程設(shè)計的紙色譜實驗是分離寫字筆中的色素。

在實驗前先放了一段《CSI·拉斯維加斯》中截取的1.5min錄像。故事中警察WarrickBrown和GregSanders懷疑一份工作訂單(WorkOrder)中的日期被篡改,在確認該文件是原始文件(不是復印件)后,SaraSidle將文件中的日期剪下來,將日期中每一個數(shù)字的墨水分別溶解在有機溶劑中,然后用毛細管將溶解了墨水的溶液點樣、層析分離。實驗結(jié)束后通過比較色素斑點的位置判斷出日期的確是被篡改了。

雖然是英文錄像,但是配上字幕和故事情節(jié),錄像播放完后學生仍意猶未盡。針對錄像又設(shè)計了若干問題:錄像中使用了哪種類型的色譜分析方法？判斷案件中的日期被更改的理論依據(jù)是什么？引起學生對薄層色譜的分析方法和比移值的關(guān)注和興趣。

課堂實驗,內(nèi)容是對日常生活中常用的寫字筆進行紙色譜分離。筆是學生平時寫字用的筆,各種顏色的都可以,在課前已讓學生自己準備好；層析用的紙色譜是實驗室抽濾常用的圓形濾紙,事先在圓心處用剪刀剪出一個十字的缺口,缺口處由學生自己插入一小條吸水的餐巾紙。雖然實驗采用比較便宜的紙色譜,層析實驗也只是寫字筆的色素分離,但學生感覺是在驗證破案的方法,都饒有興致地觀察層析的過程。由于每組學生點樣的筆都不相同,實驗過程中,鼓勵學生在教室中自由走動,觀察、比較其他組的層析顏色和進度的不同。整個層析過程在30min左右完成,學生觀察到黑色寫字筆可以層析出不同顏色,以及不同品牌的黑色寫字筆的層析結(jié)果差別很大。

在實驗報告中設(shè)計了思考題引導學生討論實驗現(xiàn)象,比如比移值和寫字筆耐水性之間的關(guān)系,得出結(jié)論是比移值幾乎為0的筆耐水性非常好,適合需要長期保存的資料的書寫。該課堂實驗雖然內(nèi)容和中學所做葉綠素分離實驗沒有本質(zhì)區(qū)別,但是結(jié)合錄像故事后給學生一種全新的認識,激發(fā)了學生學習的積極性、主動性。

2.2.3方法三,改變理論課堂地點,在色譜實驗室演示,同時講解理論知識

在學期中間,預留2～3次左右的實驗室演示時間。將學生集中在色譜實驗室,從樣品的取樣、進樣到結(jié)果的輸出,親自演示給學生,內(nèi)容為學生在“儀器分析課程”中沒有接觸過的色譜實驗類型,演示樣品都取自平時管理色譜儀器時師生送來檢測的樣品,在樣品進入色譜進行分離和檢測器檢測輸出結(jié)果的過程中,講解相關(guān)的理論內(nèi)容,學生在實驗室環(huán)境中,注意力更容易集中,課堂效果更好。例如：在演示裂解氣相色譜實驗時,所分析的樣品是頭發(fā)[9],學生對于頭發(fā)也能夠裂解進行氣相色譜分離非常好奇；在演示GCMS時,所選樣品為學生送檢的自己合成并且提純的有機物結(jié)晶,在樣品演示時,給學生提出問題,引導他們主動思考[10]：“已合成的物質(zhì)在質(zhì)譜的譜庫里并不一定會有,也很難買到標準樣對照,那么如何判斷所合成物質(zhì)是目標物質(zhì)？”在鼓勵學生提出自己的看法后,將檢測的質(zhì)譜圖展示給學生,分析圖中的分子離子峰,確定被測物的分子量；此外,還在實驗室親自給學生演示了進樣口的拆與裝、玻璃襯管的更換、裂解爐樣品杯的清潔,這樣比在課堂上簡單播放錄像效果更好。通過這些方式,學生對于色譜儀器的用途和適用樣品有了更加深刻的認識。

2.3鼓勵學生主動閱讀文獻并設(shè)計色譜實驗

大學生獲得知識的主要方法和途徑是通過自學,這點和中學生有明顯區(qū)別。學習過程中發(fā)現(xiàn)的問題,很多時候需要學生主動去圖書館或者網(wǎng)絡(luò)上查閱資料,結(jié)合教科書反復推敲,理解概念內(nèi)涵。課程中鼓勵學生自主設(shè)計色譜實驗[11]或者在學校的開放實驗中有意識地考慮使用色譜分析的手段,鼓勵學生通過參考文獻資料,將課外實驗中需要檢測的樣品用色譜的方法親自進行分離測試,通過鼓勵學生在自主摸索的基礎(chǔ)上與任課教師討論色譜條件的設(shè)置,鍛煉學生實驗操作、觀察分析的綜合能力[12]。

此外,還設(shè)計色譜分離的題目，如“目前社會上高度關(guān)注的食用油中摻雜地溝油的分離檢測”,讓學生去檢索圖書文獻,總結(jié)食用油的色譜檢測方案,并按照科技文獻的格式寫出地溝油鑒定文獻閱讀報告,在自主閱讀和理解歸納的過程中加深對書本知識的理解。

3　結(jié)語

多數(shù)學生對知識有一種強烈渴求的愿望,“興趣是最好的老師”,需要教師對學生適當引導,提升學生對色譜分析方法的興趣,以激發(fā)學生主動學習的熱情。我們依據(jù)課堂條件,在教學中積累經(jīng)驗,利用多媒體視頻設(shè)計隨堂色譜實驗,鼓勵學生自學相關(guān)內(nèi)容。課程目的是以色譜儀器的實際應用作為學習重點,強調(diào)學生通過該課程的訓練掌握色譜分離條件選擇及優(yōu)化的基本原理,結(jié)合參考文獻,能夠選擇適合待測樣品的色譜儀器、設(shè)置合適的色譜分離條件、將色譜分析的方法運用到課外實驗及畢業(yè)論文實驗中,最終對色譜分離結(jié)果進行分析和處理。若條件允許,可考慮在課程中間安排社會實踐,參觀了解公司或企業(yè)中色譜分析技術(shù)的應用。

References)

[1] 陳媛,李雪輝.氣相色譜本科教學實驗的改進[J].實驗技術(shù)與管理,2015,32(7):213-215.

[2] 郭登峰,楊建男.氣相色譜實驗教學改革與發(fā)展設(shè)想[J].實驗技術(shù)與管理,2000,17(1):113-115.

[3] 王曦燁.著眼于大學畢業(yè)生就業(yè)的“色譜分析”教學改革探討[J].大學教育,2014(16):151-152.

[4] 李嶸.從高校課堂現(xiàn)狀看理論教學中的師生互動模式[J].課程教育研究,2015(27):54-55.

[5] 王秧年,奚忠華.色-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)與有機反應歷程教學實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2014,31(4):51-53.

[6] 潘鳳紅.改革“傳熱學”教學方法,培養(yǎng)現(xiàn)代工程師[J].課程教育研究:上旬刊,2015 (25):31.

[7] 周婷婷,聞俊,趙衛(wèi)權(quán),等.“中藥色譜分析綜合實驗”創(chuàng)新課程教學探索[J].實驗室研究與探索,2014,33(7):193-197.

[8] 朱棟,文紅梅,張愛華.中醫(yī)藥院校色譜分析教學的探索與實踐[J].廣東化工,2014,19(41):225,234.

[9] 金熹高,黃俐研,史燚.色譜技術(shù)叢書:裂解氣相色譜方法及應用[M].北京:化學工業(yè)出版社,2009.

[10] 王再婭.淺談如何激發(fā)學生學習動機培養(yǎng)良好學習習慣[J].中國科教創(chuàng)新導刊,2014(5):237.

[11] 鮑長利,賈瓊,陳博,等.儀器分析實驗教學改革的探討[J].實驗室研究與探索,2009,28(10):123-125.

[12] 譚芳.《儀器分析》課程開放實驗項目的設(shè)計與實施[J].實驗科學與技術(shù),2014,12(3):110-111,152.

ReformofteachingmethodofChromatographicAnalysiscourse

QiuQi,LüWeizhong

(CollegeofChemistryandEnvironmentalEngineering,ShenzhenUniversity,Shenzhen518060,China)

DuetolimitededucationbudgetforChromatographicAnalysiscourse,moreattentionispaidtotheoreticalknowledgeoverthelaboratorypractice.Simpleteachingmethodnolongermeetscontemporaryuniversitystudents’acquisitionfornewknowledge.Instructorsneedtostartfromimprovingpersonalexperimentalcompetence,combininginnovativeteachingmethodwiththetheoreticalclass,togetherwithmulti-mediameasurers.Studentsareencouragedtoactivelytakepartintheclassroomactivityforthepurposeofimprovingtherealpracticeability.Ultimately,insteadofpassivelearning,thestudentsbecomemoreactivelyinvolvedinChromatographicAnalysiscourse.

chromatographicanalysis;instrumentanalysis;teachingreform

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.07.044

2016-01-06修改日期：2016-03-29

深圳大學教學改革研究項目(803-0000240943)

邱琦(1976—),女,江蘇宜興,博士,副教授,從事納米功能材料研究

E-mail：qqiu@szu.edu.cn

呂維忠(1971—),男,江西興國,博士,教授,從事納米功能材料研究.

E-mail：lvwzh@szu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2016)7-0178-03

實驗教學研究