計算機數據處理技術在“儀器分析”實驗課程中的應用

張 青，郭淑文，劉 帥，張瑞萍

（內蒙古河套學院農學系，內蒙古臨河 015000）

“儀器分析”實驗課程一直是食品藥品、生物技術、藥物分析等相關專業的一門實踐性非常強的專業必修課，是該類專業畢業生從事檢驗分析工作必須掌握的專業技能。該課程的實驗教學是高校人才培養計劃中課程的重要組成部分，其教學目標通過儀器分析實驗鞏固學生所學的理論知識；訓練學生對各類型儀器操作的基本實驗技能；培養學生分析、處理和評價實驗數據的能力；同時突出該實驗課程在食品專業中的應用，拓寬學生的知識面，激發學生對儀器分析實驗課程的學習興趣，提高學生的綜合知識能力和創新能力[1]。

隨著計算機應用的快速發展，越來越多的計算機數據處理軟件涌現出來，如Origin，Excel，響應面等軟件，使其在數據處理分析方面具有更加高效而準確的優點。使用計算機數據軟件處理“儀器分析”實驗所獲得的實驗數據，會得到更加快捷、準確的實驗結果，還可提高學習效率，減少實驗誤差。因此，將計算機處理軟件應用于該實驗課程很重要，結合課程的教學特點和學院學生的學習情況，在實驗課程教學過程中穿插計算機數據處理技術內容的講授，培養學生的全能型能力，還可以提高學生的學習效率和興趣，進而提高學生的綜合素質。

1 “儀器分析”實驗課程教學現狀

“儀器分析”實驗是一門實用性特別強的實踐課程，隨著時代發展各種儀器不斷更新換代，其實驗內容推陳出新，該課程在教學中存在的現狀為：①“儀器分析”實驗課程的教學過程中最突出的特點是班級實驗內容多、每組實驗學生多、課時安排少、驗證性實驗多，而配套教學儀器設備少（尤其是大型精密儀器配備更少），其結果是實際教學中很難保證每名學生都能獨立操作，影響學生對該課程的學習主動性和實驗技能操作的熟練性。②學生從課本上獲得一些大型精密儀器的理論認識，再加上課前預習不充分，因此對儀器的結構、操作方法等只限于表面認知，導致對實驗操作及儀器使用原理知識點的掌握薄弱。③因考核學生“儀器分析”實驗課成績，主要是看實驗報告的書寫、數據的準確度，導致有的學生重視數據多余過程，違背了教學目的；因學生計算機知識只掌握基礎內容，多數學生不具備計算機處理數據的能力，對實驗數據的處理及數據分析缺乏經驗，感覺數據分析難度大，影響學生學習的積極性。

2 計算機數據處理技術在“儀器分析”實驗課程教學改革中的應用

Origin是由美國Lab公司推出的用于數據處理、分析和繪圖的軟件，該軟件因其操作界面簡單、容易上手、操作靈活快速、使用便捷而被食品、化學等領域公認為使用最廣泛和功能最強大的科技繪圖軟件，該軟件在儀器分析實驗數據處理中應用具有重要的作用[2-4]。

Origin軟件在“儀器分析”實驗數據處理中的應用主要包括2個部分：圖表的繪制和標準曲線的繪制[5]。①利用Origin軟件處理實驗數據進行圖表的繪制，不需要復雜的編程，只要將實驗所得的數據輸入后選擇點擊相應的菜單命令，點擊相應的工具按鈕即可繪制出相關圖形，其主要可用于光譜圖、色譜圖和電化學曲線，如紫外-可見吸收曲線、熒光激發光譜和發射光譜、紅外吸收光譜、氣相色譜圖和高效液相色譜圖等。②利用Origin軟件處理實驗數據進行標準曲線的繪制，該課程常采用標準曲線法對未知試樣溶液質量濃度進行定量分析，標準曲線法是以測定信號響應值為縱坐標與被測物質的質量濃度為橫坐標的線性關系原理進行的繪制，目前儀器分析實驗中學生對光學、色譜學、電化學分析中有大量的實驗數據需要繪制標準曲線。

新時代的大學生已具備一定的計算機應用能力,教師將儀器分析實驗數據通過Origin軟件處理，并對學生進行指導、示范操作，由學生自己運用Origin處理實驗數據，不僅可獲得準確度高、美觀的數據處理結果和圖形，還可提高學生的作圖能力、計算機應用技能和學習的積極性，這一過程對學生的綜合處理能力和綜合素質有較大的提高。有學者報道了利用Origin軟件在“儀器分析”實驗數據處理中的應用[6]，從而大大提升了實驗教學效果。

Excel是微軟公司推出的快速、便捷的辦公軟件之一，現在被廣泛地應用于食品、化工、管理等需要收集數據的編輯、整理、統計分析、圖表繪制工作等眾多領域。“儀器分析”實驗課程中所獲得的實驗數據可以利用Excel軟件來處理，根據實驗目的對實驗數據進行表格的制作或圖的繪制等。

隨著儀器的發展，如原子吸收光譜儀（AAS）、原子熒光光譜儀（AFS）、紫外-可見分光光度計等光學類儀器是實驗室常見的分析檢測儀器（對尚未配備計算機的分析儀器），而這類型儀器的大部分使用目的是通過標準曲線測定未知濃度的樣品的含量，然后通過標準曲線所得公式計算出檢測樣品的最終結果。Excel軟件功能強大在實驗教學中應用較為全面，多數學生已經在計算機課程中學習過Excel的基本操作，用它來進行實驗數據處理比較容易掌握[7]。利用Excel軟件功能處理大量的數據和圖形，建立回歸方程、繪制標準曲線，還可實現分析數據處理自動化[8]。

響應面法也稱響應曲面法，是統計方法和數學方法的結合，一種綜合試驗設計和數學建模的優化方法，可采用多元二次回歸方程對受多個變量影響的問題進行建模和分析，優化各試驗因素相應水平的響應值。國內外學者們和研究人員對響應面法用響應值進行建模和分析進行了大量研究，文獻中報道響應面法廣泛應用于食品、化工、農業等領域，因響應面法的優勢，將其應用于“儀器分析”實驗課程教學中。

響應面法在“儀器分析”實驗課程中的應用，主要包括課程試驗設計、數學模型優化和驗證等過程[9]。將響應面法應用于“儀器分析”實驗課程中不僅需要指導教師對該軟件具有熟練的操作技能，還必須結合學科發展前沿提出新的實驗選題，指導學生分析和解決實驗中出現的新問題，以創新思維影響和培養學生，這也是一種加強教學科研相結合，促進教師隊伍整體素質提高的新途徑[10]。

3 結語

近年來，學院不斷深化開展計算機數據處理技術應用于“儀器分析”實驗課程的教學改革。將Origin，Excel，響應面軟件等計算機技術運用于實驗數據的處理、表格的制作、圖的繪制等會變得快速、準確、方便。很多教師在教學中推廣計算機數據軟件來處理實驗數據，將計算機數據處理軟件的應用與實驗教學內容有機結合，不僅解決了實驗課程中數據難處理的問題，還可提高學生的學習積極性和綜合實驗設計能力，為學生的畢業論文設計及實驗和今后工作生產實踐打下良好的理論基礎，同時實現了教學改革的目的。因此，對學生進行計算機數據處理軟件的教學應用于“儀器分析”實驗課程勢在必行。