環(huán)境專業(yè)《現(xiàn)代儀器分析與測(cè)試》課堂與實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革與探索

王春英+谷傳濤+陳明

摘要：《現(xiàn)代儀器分析與測(cè)試》是環(huán)境、化工類研究生課程的必修課。在課程的教學(xué)及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，往往存在理論與實(shí)踐脫節(jié)、學(xué)生動(dòng)手能力不強(qiáng)等問(wèn)題。以環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)研究生為對(duì)象，開(kāi)展該課程的課堂與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，為學(xué)生順利開(kāi)展研究課題打牢基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代儀器分析與測(cè)試；實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑唤虒W(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）23-0144-02

著名實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者丁肇中曾說(shuō)：“實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，理論如果沒(méi)有實(shí)驗(yàn)的證明，是沒(méi)有意義的。”[1]中國(guó)科學(xué)院院士馮端也認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)室的重要性，再?gòu)?qiáng)調(diào)也不為過(guò)[2]。環(huán)境、化工類研究生在開(kāi)展課題研究時(shí)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)室及實(shí)驗(yàn)操作，且會(huì)涉及到電化學(xué)、色譜學(xué)、光譜學(xué)以及材料表征等各方面儀器設(shè)備的使用。因此，《現(xiàn)代儀器分析與測(cè)試》課程便顯得尤其重要，這門課程在很多高校被列為環(huán)境、化工類研究生的必修課。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該熟練使用基礎(chǔ)常見(jiàn)儀器，了解和掌握高精尖儀器原理和用途，學(xué)會(huì)如何有效選擇使用相關(guān)儀器，為其圓滿完成畢業(yè)論文和將來(lái)繼續(xù)參加科學(xué)研究奠定良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。通過(guò)近幾年對(duì)該課程的講授以及實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，筆者在課堂教學(xué)以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面做了一些改革和探索。

一、課堂教學(xué)改革探索

師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行在個(gè)人。有人說(shuō)，這是師傅不想負(fù)責(zé)任的借口，那他只是理解了后半句。授課老師要著眼于前半句“師傅領(lǐng)進(jìn)門”，關(guān)鍵的問(wèn)題是怎么領(lǐng)進(jìn)門？經(jīng)過(guò)幾年的授課，探索經(jīng)驗(yàn)如下。

1.結(jié)合學(xué)生研究方向備課、講解。現(xiàn)代分析測(cè)試儀器種類繁多，如果所有儀器都作具體講解，只是泛而廣。在上課之前可以先了解選課學(xué)生導(dǎo)師的研究方向或者學(xué)生自己的研究意向。不同的研究方向，所使用的儀器類型不同，需根據(jù)選課學(xué)生的研究方向，針對(duì)性地進(jìn)行授課。所以課程要以學(xué)生現(xiàn)狀和學(xué)生興趣為基礎(chǔ)，重點(diǎn)不能一成不變，這就要求任課教師每年都要調(diào)整課件。例如當(dāng)選課學(xué)生以研究環(huán)境材料為主時(shí)，教師在課堂授課時(shí)應(yīng)詳細(xì)講授材料的表征分析及儀器使用；而當(dāng)選課學(xué)生的研究方向主要為污染物的分析監(jiān)測(cè)時(shí)，教師則應(yīng)以電化學(xué)、光譜學(xué)、色譜學(xué)等的儀器原理與使用為主要講授內(nèi)容。

2.課堂講授充分使用多媒體。有些人習(xí)慣板書(shū)，以為把重點(diǎn)內(nèi)容羅列到黑板上即可加深學(xué)生印象，這對(duì)本科生教學(xué)尚可。但對(duì)研究生來(lái)說(shuō)，他們已經(jīng)具備一定的基礎(chǔ)知識(shí)，要學(xué)習(xí)的是方法，是大量?jī)?nèi)容的輸入，而不是單一的知識(shí)點(diǎn)。PPT的使用可以提供更大的知識(shí)量。此外，現(xiàn)在很多儀器供貨商會(huì)提供儀器的動(dòng)畫(huà)效果。教師在課堂講授的時(shí)候，完全可以拿來(lái)使用，而且動(dòng)畫(huà)效果更能吸引學(xué)生注意力，增加趣味性。在新購(gòu)儀器安裝培訓(xùn)時(shí)，讓感興趣的學(xué)生一起參加，一般的培訓(xùn)需要一兩天的時(shí)間，可以讓學(xué)生掌握更多細(xì)節(jié)內(nèi)容，充分接觸儀器。例如2014級(jí)環(huán)境工程專業(yè)研究生楊濤參加完工程師培訓(xùn)的原子吸收分光光度計(jì)以及原子熒光分光光度計(jì)后便可直接上手操作。

3.該課程建議采用多個(gè)老師授課模式。有些高精密的儀器（如GC-MS、TEM）需要專門的老師負(fù)責(zé)，且他們對(duì)儀器原理、性能以及使用更清楚，講解起來(lái)也更到位，學(xué)生聽(tīng)起來(lái)便會(huì)更輕松。這樣也能更有效的利用學(xué)院學(xué)校平臺(tái)共享機(jī)制。

4.請(qǐng)參加工作且與儀器維護(hù)和銷售的相關(guān)同行作講座。對(duì)于現(xiàn)代儀器的學(xué)習(xí)，不僅僅是讓學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)儀器的使用，也可以激發(fā)其對(duì)某種儀器的興趣。有個(gè)老教授曾說(shuō)他的一個(gè)學(xué)生畢業(yè)后從事分析儀器的研發(fā)銷售工作，一直做得有聲有色。因此，課堂教學(xué)的時(shí)候可以邀請(qǐng)做儀器研發(fā)和銷售的同行給學(xué)生作講座，讓學(xué)生多方位地了解儀器。筆者曾邀請(qǐng)過(guò)安捷倫的工程師陳鵬為學(xué)生作講座：“色譜學(xué)在儀器分析與測(cè)試中的應(yīng)用”。該工程師在作講座時(shí)詳細(xì)介紹了液相色譜發(fā)展歷程（從前蘇聯(lián)的柱色譜→高效液相色譜→超高效液相色譜）以及他們公司在液相色譜方面與各個(gè)單位合作開(kāi)展的相關(guān)研究。很多學(xué)生聽(tīng)得津津有味，意猶未盡。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的就是讓學(xué)生從對(duì)儀器了解、認(rèn)識(shí)、理解的階段進(jìn)入實(shí)際操作、應(yīng)用階段。單一的演示操作以及流水線式的實(shí)驗(yàn)操作只會(huì)使部分非常認(rèn)真的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)完成后有所收獲。有些學(xué)生不喜歡動(dòng)手，別人實(shí)驗(yàn)，他在觀看，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也是抄別人數(shù)據(jù)應(yīng)付了事。這些問(wèn)題導(dǎo)致很多學(xué)生“學(xué)過(guò)就忘”，當(dāng)在科研及工作中再次使用時(shí)，又要“重頭學(xué)起”。為了提升學(xué)生的積極性，使學(xué)生能夠全面掌握所學(xué)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)具有趣味性且有據(jù)可依。學(xué)生做完相關(guān)操作后應(yīng)能夠融會(huì)貫通，活學(xué)活用。

1.儀器分析中電化學(xué)儀器屬于比較簡(jiǎn)單且容易操作和上手的儀器，對(duì)于這種通用的小型儀器，為達(dá)到活學(xué)活用的目的，可以設(shè)置一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。比如現(xiàn)在市售的很多飲料標(biāo)簽中都會(huì)給出具體的pH值范圍（比如農(nóng)夫山泉：25℃，pH值7.3±0.5），有的廠商甚至在廣告語(yǔ)中標(biāo)榜自己飲料的pH范圍。根據(jù)此現(xiàn)象，在使用pH計(jì)或者自動(dòng)電位滴定儀的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以讓學(xué)生去測(cè)試各種飲料的pH值。增加學(xué)生積極性的同時(shí)，提升了學(xué)生對(duì)儀器的操作和使用效率。

2.環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)研究生學(xué)習(xí)《儀器分析與測(cè)試》的主要目的是要掌握對(duì)環(huán)境中各類污染物的分析監(jiān)測(cè)，比如水楊酸是阿司匹林及很多止痛藥里的主要成分，這些藥片如果進(jìn)入環(huán)境，可能對(duì)水土造成一定的污染。在光譜類儀器紅外分光光度計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，便可讓學(xué)生收羅身邊所使用的含有水楊酸的藥品，通過(guò)紅外分光光度計(jì)對(duì)其成分或者結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

3.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，還要做到有據(jù)可依。曾聽(tīng)一個(gè)老師講述所遇到過(guò)的比較可笑的事：有個(gè)外專業(yè)學(xué)生到環(huán)境這邊（不理解）使用儀器，老師問(wèn)他方法哪兒來(lái)的，參考了什么標(biāo)準(zhǔn)？學(xué)生一問(wèn)三不知，最后說(shuō)“百度知道的”。很多儀器以及測(cè)試方法都有其適用性；很多污染物的測(cè)試也具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或者環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，比如對(duì)于地表水中各陰離子的測(cè)試，國(guó)家環(huán)保局便出臺(tái)相應(yīng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：“中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ 84-2016：水質(zhì)無(wú)機(jī)陰離子（F-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、PO43-、SO32-、SO42-）的測(cè)定離子色譜法）”。該標(biāo)準(zhǔn)中給出了具體的測(cè)試流程和步驟。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)讓學(xué)生嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行操作。

4.俗話說(shuō)，授人以魚(yú)不如授人以漁。實(shí)驗(yàn)教學(xué)同樣如此。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，與其給出具體的實(shí)驗(yàn)操作步驟，不如讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。老師只提供實(shí)驗(yàn)要求與目的，實(shí)驗(yàn)過(guò)程包括預(yù)處理以及結(jié)果分析，且要求全部由研究生自己來(lái)完成，例如學(xué)生在學(xué)習(xí)總有機(jī)碳分析儀時(shí)，便自主地抽取了贛州章江和貢江的水樣，根據(jù)國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ 501-2009“水質(zhì)總有機(jī)碳的測(cè)定燃燒氧化非分散紅外吸收法”進(jìn)行測(cè)試。

三、課堂與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合

筆者在教學(xué)的工程中，提出并踐行“課堂與實(shí)驗(yàn)室互換”的教學(xué)模式：利用課堂空間大，易于展示的特點(diǎn)，將易挪動(dòng)、小型的儀器設(shè)備搬進(jìn)課堂進(jìn)行講解和演示操作，即“將實(shí)驗(yàn)室搬進(jìn)課堂”；對(duì)于大型的、自動(dòng)化程度較高的儀器設(shè)備的講解和操作演示則在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，即“將課堂搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室”。該模式收到非常好的效果。

白雁等也曾提出在多媒體輔助教學(xué)的過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)的模擬功能，實(shí)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)室”進(jìn)課堂。每個(gè)學(xué)生可通過(guò)模擬的實(shí)驗(yàn)室課件進(jìn)入“虛擬實(shí)驗(yàn)室”，反復(fù)地在仿真軟件上進(jìn)行儀器操作，這樣不僅可以形象地理解儀器分析的基本原理，而且能自己親身進(jìn)行仿真操作[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁肇中.我所經(jīng)歷的物理實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015，34（3）：1-3.

[2]馮端.實(shí)驗(yàn)室的重要性，再?gòu)?qiáng)調(diào)也不過(guò)分[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，（10）：1-2.

[3]白雁，潘瑾，李永強(qiáng)，張威.研究生現(xiàn)代儀器分析課程教學(xué)改革的探索[J].實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與管理，2011，28（9）：22-24.

Reform and Investigation on the Class and Experiment of Graduate's Course："Modern Instrumental Analysis and Testing"

WANG Chun-ying1，GU Chuan-tao2，CHEN Ming1

（1.School of Resources and Environmental Engineering，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou，Jiangxi 341000，China；2.School of Chemistry and Chemical Engineering，Xiamen University，Xiamen，F(xiàn)ujian 361005，China ）

Abstract："Modern Instrumental Analysis and Testing" is the compulsory course for graduate students majoring in environment and chemical engineering.During the class and experiment of the course，there always exist various of problems，such as the disconnection between theory and practice，weaker operating ability，and so on.For building the good basis of postgraduate's thesis research majoring in environmental science and engineering，the reform and investigation of "modern instrumental analysis and testing" was taken out.

Key words："Modern Instrumental Analysis and Testing"；experimental mode；teaching reform