大型分析儀器的實驗教學改革策略及效果分析

姜瑞平 徐晶 邵信儒

摘要：通過課前準備、實驗理論內容、具體實際操作、實驗數據處理及考核方式等方面的改革，更好地鍛煉了學生的實驗動手能力，培養了學生的科研素養，充分體現了實驗教學在本科教學中的重要作用。

關鍵詞：儀器分析 實驗教學 教學改革

中圖分類號：TH70 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5349（2018）19-0184-02

儀器分析在現代分析領域的地位日趨重要，在石油、化工、食品、醫藥以及科技開發等領域均有廣泛的應用。當今時代高教界普遍重視實踐教學、強化應用型人才培養，因此，許多地方高校已將儀器分析列為化學、食品等專業學生必修的專業課程，以從容迎接和面對新世紀科學技術的發展對高層次應用型人才需要的挑戰。[1，2]通過大型分析儀器實驗的開展有利于學生對于現代分析方法的了解和掌握，但大型分析儀器均操作復雜，且數量有限，無法滿足學生完全由自己實際操作演練的要求，同時可能會因操作不當而導致儀器損壞。因此，針對儀器分析實驗教學體系的特點及現狀，對大型分析儀器的實驗教學提出改革意見，旨在改善儀器分析實驗的教學現狀、提高教學質量，使學生能夠掌握相關技術知識和實操技能。

一、大型分析儀器實驗教學體系的現狀

大型分析儀器的實驗教學現狀普遍存在以下特點：①教學儀器設備臺套數不足，學時偏少，通常是將班級分多個小組，一組3～4人操作，但也不能保證每個學生可以在4學時內獨立完成實驗操作，同時設計性和創新性實驗項目較少，多為驗證性實驗。[3，4]在有限學時中往往以教師講解為主，學生只要按照教師講解的操作步驟按部就班地操作即可順利完成實驗，學生始終處于完全被動的學習狀態，對所做實驗記憶不深刻，不能有效地掌握實驗技能和方法。[5]②學生課前不預習或預習不充分。儀器分析實驗主要是借助于大型精密儀器，如果學生不提前預習，那么對儀器的結構、操作方法等缺乏直觀的認知，在這種狀態下聽課，學生較被動，無法及時地消化理解教師講授的內容，更談不上對于知識的內化。③重實驗操作技能，輕樣品前處理。實驗中不同的樣品、不同的實驗目的均有其各自相應的樣品前處理方法，但在有限的實驗教學時間內通常是學生在教師講解后，直接按照要求進行實驗操作，樣品的前處理由教師提前準備好，忽略了學生對于樣品前處理方式的技能培養。[6]針對這一現狀，以高效液相色譜法（HPLC）實驗為例，對大型分析儀器的實驗教學進行了一些探索。

二、大型分析儀器實驗教學的改革

（1）重視實驗課前準備。課前一周將由儀器公司開發的儀器部件及操作視頻提前發給即將進入實驗室的學生，要求認真觀看，初步了解儀器，并根據下發的實驗卡片書寫預習報告，了解實驗的內容，同時，每組學生自愿報名和教師一起進行實驗前的樣品預處理準備工作，了解實驗的全過程。

為了檢查學生預習效果，可在正式教授實驗內容前利用5～10min左右提出問題與學生互動。主要圍繞HPLC相關的基礎知識，如HPLC的組成、工作原理以及保留時間、峰面積等專業術語。此外，還可以與學生探討更深入的問題，例如，采用HPLC內標法測定撲熱息痛和阿司匹林中咖啡因的含量，內標法與外標法相比較，各自的優缺點。通過這種師生互動式學習和知識串聯式學習，營造了良好的學習氛圍，極大地調動了學生的學習興趣，開闊了其思維。[5]

（2）重視實驗理論內容的講授方法。通過學生預習，對儀器的測定原理及各部分構件有一定認知，教師再對儀器設備的各個部件用實機演示結合儀器公司開發的動畫視頻講解一遍，同時講述各項內容并強調注意事項。通過實機演示讓同學對于設備有了較為直觀的認知，結合觀看的動畫視頻，這些生動形象的動畫讓學生對實驗的儀器設備有了更深刻的理解。

（3）強化實驗操作。教師在給學生做實機構造講解后，打開儀器，從開機、工作站的使用、方法的建立、樣品的準備與進樣分析，整個過程逐一講解，再讓學生按照要求在教師的指導下完成講授的過程，強調每個學生都必須操作一遍。在學生操作中出現錯誤，要及時糾正，并在實驗結束后總結學生操作上容易出現的錯誤做反向演示，然后由學生指出錯誤并做正確演示，同時將學生表現記錄到考核成績中。在學生實際操作的同時，教師可以給學生介紹一些其他色譜分析法在實際中的具體應用，如離子色譜、液-質聯用，超高效液相色譜等，拓闊學生的知識面。

（4）加強實驗數據處理。處理實驗數據時可以讓學生利用第三方軟件（Excel）繪制標準曲線、計算回歸方程、回歸系數，利用標準物與樣品色譜圖上的保留時間、峰面積等色譜參數進行定性和定量分析，加深理論知識的學習。最后學生獨立完成一份實驗報告，包括實驗的目的、原理、步驟、數據、結果分析和思考題。

（5）細化考核方式。根據學生課前準備與出勤情況（10%）、課堂表現與儀器的操作（40%）、實驗效果（10%）、數據的后期處理與思考題等實驗報告內容的書寫（40%），按一定比例合分，可以較全面地考查實驗課前后效果。其中實驗操作和實驗效果占總成績的50%，主要評價學生對實驗儀器使用的理解程度，從而綜合評價學生的實踐動手能力，達到實驗教學的目的。對實驗數據和報告，要求學生通過數據處理認真分析結果，得出結論，規范地書寫實驗報告，實驗報告比重占40%，目的在于通過實驗報告能夠加深學生對實驗的理解，同時促使學生養成嚴謹的科研作風，不能隨意更改實驗數據。

三、教學反思

在授課過程中，總有一些同學在實驗整個過程中存在應付心理，那么如何調動這部分學生的積極性呢？通過與學生探討與反思，可以通過多途徑激勵學生：①實驗項目的設定貼近生活實際。比如利用HPLC法測定飲料中的糖精鈉含量、測定護膚品中防腐劑的含量等，引起學生的求知欲，從而激發學生的學習興趣。②以就業為背景，加強學生學習能力。以已畢業學生的質檢、化驗工作為例，說明儀器分析的重要性。[7]③開設開放性實驗。學生可以自行選題，通過查閱資料整理好實驗提綱，在實驗指導教師的同意下，在開放時間進行實驗探索，這樣可以補充并深化學生在有限課堂上的所學知識。[8]

實踐表明：改革后的實驗教學，學生不僅對大型分析儀器的原理、構造等有了直觀的深刻的理解，而且更好地鍛煉了實際操作能力，提高了學生的綜合素質，充分體現實驗教學在實踐型、應用型人才培養上的重要作用。

參考文獻：

[1]唐仕榮.深化食品專業儀器分析實驗教學體系改革，培養創新人才[J].科教文匯（上旬刊），2011（2）：45-46.

[2]胡琦艷，陳云艷，HUQiyan等.藥學專業儀器分析實驗教學改革初探[J].中國醫藥導報，2012，9（34）：150-151.

[3]蔡向忠，王秀紅，李銀生等.改革儀器分析實驗教學培養學生創新能力[J].實驗室研究與探索，2014，33（11）：168-171.

[4]王瑞英.儀器分析——實驗教學改革的初步探討[J].中國科技信息，2010（17）：237-238.

[5]劉慧中，謝一凡，金玉杰等.高效液相色譜法的實驗教學改革與實踐[J].實驗室科學，2017，20（4）：150-153.

[6]趙長春，杜百祥，吳 宏.改革儀器分析實驗教學培養學生綜合素質[J].科教文匯，2011（9）：62+97.

[7]翁艷英.儀器分析實驗中HPLC的教學分析[J].廣東化工，2014，41（21）：280.

[8]王衛霞，徐忠娟，諸昌武.提高化工類專業專業基礎課教學質量的策略研究[J].廣東化工，2014，41（21）：288-289.

責任編輯：趙慧敏