化學工程與技術專業研究生現代儀器分析課程的優化建設

李郤里

(鄭州輕工業學院 材料與化學工程學院 ， 河南 鄭州 450002)

現代儀器分析是一門集化學、物理學、生物化學、數學和計算機科學等多學科為一體的綜合性學科，既能提供分析測試數據，又能從原始的測試數據中最大限度地獲取有價值的物質信息，可解決自然科學各領域中的關鍵問題。作為一項在原理和技術上均采用當今最先進的科技發展起來的分析手段，現代儀器分析技術被廣泛應用于環境、材料、醫療、刑偵等社會生活的各個領域。作為自然科學研究領域中物質的信息科學，現代儀器分析的發展被寄予越來越大的期望。

1 現代儀器分析課程教學現狀

現代儀器分析課程理論性和學科交叉性較強，不僅要求學生具有較強的基礎知識儲備，而且也要求授課教師能夠因材施教，融會貫通地切入理論知識難點，以便幫助學生更好地理解教材內容。一直以來，由于儀器分析的設備與方法日新月異，新的技術不斷涌現，教師在課堂教學中既要傳授各種現代儀器分析方法的基本原理，又要介紹儀器的基本結構、測試原理和定性定量的分析方法，尤其是各種方法的特點及應用范圍，導致該門課程的理論教學與實驗教學都令教師非常棘手。綜合近幾年的教師備課和學生反饋，發現現代儀器分析課程教學過程主要有以下問題：①理論課進度與實驗安排時間不能同步。往往是把理論課都上完之后再開展實驗課，結果理論課講得過多或者過深，不能切身結合實驗儀器演示，學生不容易理解。②實驗內容陳舊，缺乏挑戰性。比如紅外實驗，往往是做苯甲酸的紅外光譜圖，而且只做固體粉末樣品，結果一些學生只記住溴化鉀制片很辛苦，對于解譜技巧、卻知之甚少，至于液體、氣體樣品的紅外檢測技術更是不清楚。很多實驗內容都是驗證性質的，學生很容易獲得預期的結果，難于真正掌握儀器的操作技巧。③現代儀器分析是一門實踐性較強的課程，但實驗過程需要的大型儀器較為精密、昂貴，且儀器配套數量較少，很難滿足學生獨立操作的需要。對于質譜(MS) 、核磁共振(NMR)、電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)等設備，單臺(套)價格為幾百萬元，很多高校全校僅有1臺設備，根本無法達到開設實驗教學課程的基本條件。即使開設了實驗課程，操作過程也多采用分組循環的方式，在實驗教師的指導下，只有少數學生能真正有機會動手操作大儀器，這與實驗教學目標和基本要求有一定差距，對培養學生嚴謹的科學態度也是不利的。此外，實驗教師對于大型儀器設備的操作熟練程度，有時也會影響實驗教學目標的實現。④目前，很多高等院校承擔現代儀器分析課程的老師都忽視了對儀器測試結果分析的相關軟件的介紹。這方面，沒有專門的課程來傳授，現代儀器課程中僅局限在對圖的簡單分析，而對從實驗結果到圖的來歷只字不提，如紅外光譜圖、核磁共振圖譜、質譜圖等。在用到時只能自學這些化學軟件，如：Nuts、Origin、Shelxtl等，其過程費時費力，甚至有時找不到教學資料。

2 現代儀器分析教學改革方向與思路

2.1 實現理論學習與實驗學習一體化

有些學校儀器分析課程的理論課與實驗課分別由不同的老師承擔，各講各的內容，理論與實驗被無形中割裂開了。現代儀器分析既需要理論知識的學習，也需要實驗技能的操作，但更需要理論與實驗之間的融合，實現理論學習與實驗學習一體化。所以在實驗課程教學過程中采用“課堂講授儀器分析工作原理+現場操作儀器分析測試+基于項目的綜合性儀器分析設計”三段式模式，從三個層面上對學生進行理論學習能力、實驗操作能力和研究創新能力的培養，使學生從學習各種儀器入手，掌握儀器分析技術的各項技能，進而綜合性利用儀器分析手段解決科研中具體項目或課題研究中遇到的實際問題。特別是三段式模式的最后一個環節“基于項目的綜合性儀器分析設計”，通過設計和建立真實的任務情景，采用基于項目或課題的以小組協作為主要教學組織形式的模式，促進課程基本原理、概念和技術的創新性應用，培養學生在科學探究過程中進一步升華理論知識的能力，從中培養和強化學生科學探索的精神和勇氣，形成踏實、嚴謹的從事科學研究的良好習慣。

2.2 實驗手段要多樣化

實驗教學是鞏固理論知識和培養創新意識的重要環節，是理論聯系實際、培養學生掌握科學方法和提高動手能力的重要平臺。現代儀器分析課程的實驗性很強，實驗教學過程的綜合性安排直接影響到該課程教學目標的實現。必須將實驗教學貫穿于教學活動全過程，徹底根除學生“重理論、輕實驗”的錯誤思想。注意在實驗教學中與時俱進，適當加入反映新技術、新方法和新手段的實驗內容，提高學生的分析能力和創新能力。鑒于分析儀器的操作流程較為繁瑣，有些儀器操作系統甚至是全英文提示界面，學生剛接觸會略顯不適。實驗指導教師可以提前對待測樣品進行分析操作，激發學生的感官認識，同時輔以必要的實驗操作視頻，激發學生特異性思維和親自動手操作的欲望。有利于調動學生的主動性，培養學生的邏輯思維能力。在實驗老師的全程監督和學生的全程觀摩下，指導老師可隨機選擇學生進行樣品上機測試，打消學生的僥幸心理，避免只有少數學生真正“會學會用”的尷尬局面。

2.3 充分利用多媒體教學

因為本課程涉及較多的儀器結構、工作原理、實驗操作模擬和實驗圖譜分析的內容，所以多媒體教學應用最多。Powerpoint是最常用的制作多媒體的工具，課件設計簡單。在現代儀器分析課程中，大多數分析方法的基本理論知識、公式的演算推導以及儀器的基本圖片，如分光光度計、色譜儀、光譜儀等儀器的立體圖形，都可以運用課件進行介紹，但此類課件在儀器結構講解時容易缺乏由點到面的認識過程。Authorware是一種基于流程圖的可視化多媒體開發工具，它最大的特點是靈活互動。比如在講解凝膠滲透色譜中進樣、淋洗、分級過程；原子吸收光譜中原子化過程、光學演示等微觀過程時，利用制作流程、再適當加入動畫，可以使抽象的理論直觀化，起到事半功倍的效果。在制作多媒體課件時可以充分運用及融合Powerpoint和Authorware兩者的優點，以提高制作課件的質量和效果。通過多媒體課件、計算機模擬輔助軟件和多媒體教學軟件等，可以模擬和演示實驗過程，幫助學生直觀理解抽象理論；同時還可以方便地處理和分析真實的實驗數據和圖譜，培養學生研究性和創新性意識。其次互聯網在本課程教學中也占有重要的地位，通過訪問網絡電子圖書館和國內外網絡課程資源，學生才能更好地開展文獻查閱、自主學習和綜合性實驗設計等。

3 結語

總之，現代儀器分析發展速度飛快，內容豐富、前沿，應用領域廣泛，對培養研究生科學研究能力、自主創新能力和綜合應用分析能力具有重要的作用。要提高課程教學質量，就要針對課程自身特點，在教學中不斷積累和總結經驗，不斷引入前沿知識充實教學內容，綜合運用各種教學方法和教學手段，不斷探索和實踐，充分結合現代儀器分析課程特點，利用多媒體相關的軟件努力提高理論教學、實驗教學和網絡教學的效果，從而滿足現代儀器分析課程在新時代的教學要求。