儀器分析實驗教學改革的探索與實踐

姚新轉 董旋 彭磊 呂立堂

[摘 要] 儀器分析實驗是農學類、生物類、藥學等專業大學實驗課程的重要構成部分，其教學目的是使學生了解分析儀器的工作原理、實驗方法、操作技術，掌握實驗操作、實驗現象的觀察、實驗數據的處理和實驗結果的分析等技能，從中獲得的操作、分析技能可以在茶葉生理生化的檢測和土壤檢測中得到應用。該課程在開設過程中通常面臨教學課程枯燥難懂、儀器設備配置數量短缺（大型設備）及操作時間不夠等問題，導致學生難以熟練掌握相關操作技能。針對上述問題，從優化教學方法、完善實驗考核體系、加強實驗隊伍建設方面提出建議，以期提高該門實驗課程的教學效果，提升學生的學習自主性。

[關鍵詞] 儀器分析實驗;教學方法;教學改革

[基金項目] 2019年度貴州省科學技術廳貴州省優秀青年科技人才項目“白化、黃化、紫化茶樹品種茶葉品質提升關鍵技術研究”（黔科合平臺人才〔2019〕5651）

[作者簡介] 姚新轉（1989—），女，安徽臨泉人，碩士，貴州大學茶學院實驗師，主要從事儀器分析課程教學和茶生物學研究;呂立堂（1978—），男，山東萊蕪人，博士（通信作者），貴州大學茶學院教授，主要從事茶樹資源創新與利用研究。

[中圖分類號] G420? ?[文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）38-0067-04? ?[收稿日期] 2021-03-08

儀器分析是分析化學學科的主要組成部分，是一門實踐性、技術性強的綜合性課程，與國民經濟的各個領域密切相關，被譽為工農業生產的“參謀”、科學技術研究的“眼睛”、國民經濟的“尖兵”。通常采用特殊和復雜的儀器設備，根據參數的變化來判定物質的化學組成、結構和含量，在不同學科應用非常廣泛[1]，是一門由多個學科彼此交叉、滲透發展形成的綜合學科[2]。貴州大學的二級院系如生命科學學院、茶學院、藥學院、農學院等均已開設儀器分析實驗、藥物檢測分析實驗等課程，理論結合實踐，進一步培養學生的動手能力。

隨著貴州茶產業發展壯大，茶葉人才的缺口逐漸顯現，茶葉基礎科研隊伍、產品研發隊伍、質量管理的專家團隊和企業管理者隊伍與茶葉大省的發展需求存在較大差距，因此茶產業相關方面人才短缺，急需一批具有豐富理論知識和一定動手能力的新一代大學生。貴州大學茶學院人才培養目標，要求學生能夠利用現代技術結合現有儀器選擇合理實驗方案，對茶葉以及類茶中的有效成分、農藥殘留進行檢測和分析。儀器分析理論課程內容復雜，學生理解困難[3]。實驗課程的學習不僅可以讓學生更好地理解書本知識，還可以讓學生掌握相關儀器的操作流程、注意事項、使用后的維護等，促使其熟練地將所學理論知識和實驗操作相互結合以加深理解，從而培養他們提出問題、發現問題、分析問題、解決問題的能力。熟練掌握儀器分析操作和分析數據能力將為學生后期專業課程如茶有效成分色譜和質譜分析、茶葉質量分析與控制的學習和未來工作奠定良好基礎。本文主要分析現階段儀器分析教學中存在的基本問題，并針對這些問題提出相應的改革措施，以提高本科教學水平，促進學科建設。

一、實驗課程教學存在的問題

（一）實驗教學存在的問題

儀器分析課程涉及的交叉學科較多，有些學科原理抽象難懂，實驗儀器更新換代快速，實驗技術革新快，學生學習困難[4]，也沒有根據本科生的知識層次做相應的優化調整，很難激發學生的學習興趣。同時，在學生學習時，側重對實驗室結果的要求，而忽略了對儀器操作熟練技能，以及綜合性、設計性和創新性的實驗要求，特別像色譜技術、光譜技術等主流分析技術教學還相對比較淺顯，對學生今后的就業、繼續深造或科學研究還遠遠不夠[3]。總之，傳統的實驗教學嚴重阻礙學生動手能力、想象力和創造力的發揮，難以激發學生的學習興趣，成為培養綜合性人才的障礙。

（二）實驗教學存在主要問題的分析

1.大型儀器設備短缺。本科院校普遍存在大型分析儀器配置不全的問題[5]，難以實現實驗教學過程中人手一套儀器操作的目標。同時，由于上課專業、班級多，即便采用分組（12～15人）方式教學，但由于課程時間有限，也無法讓每位學生系統地操作儀器，因此很難達到預期的教學效果。例如，我院該門實驗課程的開設采用上述分組，2018級本科生總共60人，每班3人，2節課90分鐘（15人一組，每班2組，45分鐘）循環的方式進行，很明顯存在部分學生儀器操作時間不夠的問題，甚至部分學生產生厭煩心理，不參與實驗。

2.學生實際操作困難。儀器分析一般是大二開設的課程，在這之前學生很難接觸相關的儀器設備，更別說操作了。大型分析儀器較為昂貴、精密，通常使用前進行培訓指導，需要嚴格按照規程操作進行實驗，以達到維護保養、延長使用壽命的目的。

學生首次接觸大型分析儀器時，由于不熟悉其構造、原理和操作流程，通常需要指導教師現場講解儀器的構造、原理和操作流程并示范。而講解這些步驟會大量占用學生的操作練習時間[5，6]，學生只知其然不知其所以然，不利于教學目的的達成和學習質量的提高。同時，雖然會提前進行儀器分析理論課程學習，但不結合儀器講解，其原理抽象難懂，學習較為枯燥乏味。此外，分析儀器價格昂貴，靈敏度高，學生擔心自己不規范操作或操作失誤造成設備損害，增加維修費用，從而不愿動手操作，既降低了學生的學習的效果，又挫傷了學生的學習積極性。

3.部分實驗前期時間長。很多大型分析儀器前期需要將樣品進行預先處理，如檢測茶葉中鉛元素含量時須將樣品烘干，打成粉末，過80目篩子，將樣品中加入王水，放入消解爐消解5～6小時再進行后續操作;預先配制鉛元素貯備液制作標準曲線，隨后配制成不同濃度的鉛元素標準溶液，繪制標準曲線。因此，儀器操作前，樣品處理占用了大量的課程教學時間。此外，部分儀器對試劑溶液質量要求很高，現配現用，不能提前配制。例如，利用高效液相色譜儀檢測茶葉中的茶氨酸含量，其流動相0.1%的磷酸溶液需要即時配制，首先將1mL優級純磷酸定容至1L，隨后通過水系濾膜抽濾除去溶液中存在的顆粒雜質，最后超聲處理30分鐘。這些過程共計需要約60分鐘，占用了大量的課程教學時間，導致學生操作儀器的時間縮短，無法熟練掌握儀器的操作流程。