儀器分析實驗教學改革與設計

歐陽科，謝 珊

(中南林業科技大學 環境科學與工程學院，湖南 長沙 410004)

儀器分析實驗是理工科專業的一門重要的基礎實驗課程，是學生了解儀器的原理和結構、掌握操作方法的重要途徑[1]。因此儀器分析實驗課程是許多專業，如應用化學、藥學、環境工程、林學、生物工程等的基礎課或必修課，該課程的學習能為學生將來從事分析測試等相關工作打下良好的基礎。

1 儀器分析實驗課程教學概況

總體而言，各高校相關專業所開設的儀器分析實驗課程雖然側重點有所不同，開出的實驗種類和涵蓋的分析方法各異，但實踐教學過程中或多或少都面臨著相同的問題。

1.1 設備數目少，學生上機嚴重不足

鑒于長期以來形成的“重理論、輕實驗”的不良風氣，對實驗教學不夠重視，相關的學生教學實驗儀器和場地配套不足，再加之相關的大型儀器設備較昂貴，其運行成本較高，且易損耗，受經費限制，對學生教學實驗開放較少，一般以演示實驗為主，即老師或者相關實驗操作人員實操，學生觀摩為主[2]。這種教學方式顯然不利于學生掌握相關的操作過程和技巧。

1.2 儀器分析實驗內容陳舊

儀器分析實驗，缺少創新性和探索性，大部分內容十幾年不變，不能跟上儀器科學和現代測試技術的發展速度，以經典實驗和驗證性實驗為主，探索性和創新性實驗較少，這種實驗教學模式不利于培養學生的創新思維，也難以激發學生的主觀能動性，學生機械地按照教材和老師要求的步驟完成實驗，不利于引導和激發學生的愛好，不利于培養和鍛煉學生綜合素質。

1.3 實驗課程的理論性太強，考核方式與實驗掌握程度不匹配

實驗過程中大多數學生被動地做實驗，儀器基本自動化，儀器結構和原理等理論知識學生難以理解，重理論，輕實驗。考核往往注重實驗報告的書寫和實驗結果的準確性，對儀器分析過程的規范性考核不足。另外大部分高校的實驗課程平時成績占一半或者更多比例，而實操部分所占比例相對較小，同時近年來雖然不同程度的加大了實驗課程所占學分比例，但依然偏少，這也影響了學生對儀器分析實驗課程的積極性。

2 課程改革思路

2.1 改革教學內容，調整實驗結構

減少驗證性實驗的比例，增加綜合性實驗。傳統的儀器分析實驗教學內容陳舊，不能適應現代分析的要求。儀器分析主要包括光化學分析方法、電化學分析方法、色譜法，包含的儀器種類繁多，原理各異。教師教學過程中要要注意知識面的擴展，由點及面，引導學生將所學的各學科知識聯系起來。比如電化學分析法測試pH值，實驗操作太過簡單，不利于發揮學生的主觀能動性。我們根據中南林業科技大學環境科學與工程學院的主要科研方向和專業設置的特點，對實驗內容進行調整和補充。選取應用性強與人們生產生活密切相關的實驗項目。比如 “采用pH計測試土壤樣品pH值”、“采用紫外光譜法檢測常見飲用水中的特定有機物含量”、“原子吸收測定稻田土壤中重金屬含量”等實驗項目，讓學生自己去找樣品而不是老師配好樣品，同時加大了樣品前處理工作量，激發了學生興趣，寓教于樂，取得了教學相長的效果。實驗內容的修訂和調整，增強了實驗內容的綜合性和創新性，進而提高了學生分析問題和解決問題的能力。

2.2 應用多種教學方法、模式和考核手段

儀器分析實驗包含驗證性、設計性和綜合性3種類型[3-5]。目前的儀器分析實驗教學過程中驗證性試驗的內容所占的比重較大。一些大型儀器，比如高效液相色譜、氣相色譜，ICP-AES等實驗，學生一般按部就班地進行實驗，分析問題，解決問題的能力相對較差。因此在具體實驗過程中，應該加入相關的樣品前處理和儀器的常見故障分析與排除等內容，另外教師宜引導學生解決實際問題，對同一個實驗要有舉一反三、靈活運用。比如高效液相色譜測定水中有機物的實驗過程中，對于基線漂移、出峰時間與標樣差異等問題。教師應該與學生進行討論式教學和引導，解決具體問題，這樣學生會有較大的參與感而不是簡單完成老師布置的作用，對自己的實驗抱著很大的熱情。當實驗結果達到預期效果時，會發自內心的感到一種成就感。

在中南林業科技大學，環境工程專業的儀器分析課程在大二上學期開設，結合學校的科研興趣小組活動，教師以某種儀器分析實驗作為科研主題，自行設計實驗內容，教師可以依據學生所提交實驗方案的創新性和可行性，實驗難度和準確度指標給學生成績。通過這些學生自己設計的創新性實驗開展，使學生在初步實驗技能的基礎上擴展了儀器分析實驗的內容，把所學的包括儀器分析在內的多種學科知識內容融合在一起，并獨立地分析、理解和運用，這不僅有助于學生掌握儀器的分析方法和使用技能，并且在很大程度上提高了學生的實際科研能力[6-7]。

2.3 設置虛擬實驗室、改革課程考核評價方法

儀器分析實驗涉及多類大型儀器，通常教師會強調儀器的貴重，這往往使得學生不敢動手實際操作，怕將儀器損壞產生經濟賠償的后果，并且學生往往對這些復雜儀器的結構及操作方法比較陌生。為減少儀器的損壞、同時提高儀器分析實驗的教學效果，在課前教師可以先拍攝儀器操作的教學視頻供學生隨時觀看，同時以實驗室儀器設備為藍本，合作開發儀器分析虛擬實驗室，利用仿真實驗室技術讓學生在電腦上先進行模擬操作。同時鑒于一般學生難以對貴重儀器進行拆解，不了解儀器內部構造，通過仿真技術，學生可以了解實驗設備的內部結果和原理，進而加深對操作步驟和注意事項的理解。仿真實驗提高了學生的操作技能，也為開放式教學奠定堅實的基礎[8]。

同時應該對儀器分析實驗教學評價體系進行改革，以教學過程考核為主，參考教學結果進行考核。本院的儀器分析實驗評價體系里一般分為預習報告成績、平時操作成績、實驗報告成績和考試成績，分別占比20%、30%、20%和30%。通過預習實驗報告的檢查，來了解學生預習的情況，占20%。實驗過程中對學生的操作具體情況進行記錄，尤其關注學生對實驗過程中的問題和突發狀況處理情況，來確定學生的平時操作成績，這項指標占據整個分數的30%。根據學生的實驗報告結果和分析來確定學生實驗報告成績，占20%。最后學期末的考試讓每個學生單獨操作實驗儀器，確定成績。多元化的評價體系可以較客觀的反映出學生的真實學習水平。

3 結語

綜上所述，儀器分析實驗課程是一門實踐性很強的課程，對該課程的改革可以促進提高學生的動手能力，培養學生的創新能力。從當前兄弟院校的人才培養方案中學習先進方法，結合我院的專業設置和重點學科方向，根據實際情況科學合理的設置教學大綱。通過對教學方法的改革、實驗內容的精選以及評價體系的完善，激發了學生對儀器分析實驗課程的興趣，培養學生的實操技能和科研素養，進而提高學生的創新能力。