《原子吸收光譜儀的實操與維護應用》教學案例

熊海蓉，王瓊超，喻 鵬

（湖南農業大學化學與材料科學學院，湖南 長沙 410128）

0 引言

化學是一門基礎學科，同樣也是各學科的基礎，無論是化學專業領域的學習，還是與數學、物理、農學、環境等學科融合，其化學分析手段都是必不可少的，而大型儀器設備正是這一分析手段的重要載體，而大型儀器設備本身就是一個綜合、創新的體系，無論是從原理、設計，還是從操作、數據分析等諸多方面都蘊含著先進的科學技術與方法，對于科技創新、人才培養具有不可替代的作用。

《材料與化工綜合實驗技能》課程是化學與材料科學學院材料與化工專業學位點課程，每年秋季開設，課程負責人1名，課程老師3名，教學場地為材料化學專業實驗室和學院已有的分析檢測平臺，課程主要涵蓋光譜分析、色譜分析、質譜分析等實驗技能體系，從分析方法的基本知識、分析儀器的基本理論入手，認識大型儀器設備，學習操作技能，再到分析實驗數據，掌握儀器的維護與故障排查，變演示實驗為學生探究性實驗，以“學方法、會操作、能分析、懂維護”為教學目的，著力培養學生的實踐能力，開拓學生的視野，增強學生的科學素養，實現教學相長、學以致用、學而可用、學可報國的教學目標，全面落實“知識—技能—素養”的培養目標，促進實用性、創新性人才培養。

本案例以原子吸收光譜儀的實操與維護應用為例，從以下幾個方面在實驗教學中開展探究式學習和實踐，利用微視頻、PPT、圖片、示范、實踐等多種形式進行教學，形成提出問題—分析問題—解決問題的教學模式，并在問題中認識原理、在操作中解決問題、在實踐中提高認識，解決學生怕操作、難分析、不會用等關鍵問題：

（1）變演示實驗為學生探究性實驗。如學生根據自身的研究內容就某一樣本中的重金屬含量檢測設計實驗方案和檢測方法，學生獨立上機操作，獲得檢測結果并分析。

（2）在原有探究性實驗基礎上對問題的拓展研究。如原子吸收火焰法測鉻時火焰燃燒頭位置調節、石墨爐法測鉛時升溫程序的優化等。

（3）學會維護與故障排查。如石墨管的正確安裝與進樣針準直，燃燒頭的清潔等。

1 背景介紹

科技是一把雙刃劍，20世紀以來科學技術迅猛發展，促進了經濟的發展，提高了人民的生活水平，然而，與此同時，人類也付出了慘重的代價。由于工業“三廢”機動車尾氣的排放、污水灌溉和農藥、除草劑、化肥等的使用以及礦業的發展，嚴重地污染了土壤、水質和大氣。其中重金屬等污染因為其特殊性而引起廣泛關注。

重金屬原義是指比重大于5的金屬（密度大于4.5克每立方厘米的金屬），包括金、銀、銅、鐵、鉛等。目前我國由于在重金屬的開采、冶煉、加工過程中，造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進入大氣、水、土壤引起嚴重的環境污染。如隨廢水排出的重金屬，即使濃度小，也可在藻類和底泥中積累，被魚和貝類體表吸附，產生食物鏈濃縮，從而造成公害。重金屬污染與其他有機化合物的污染不同。不少有機化合物可以通過自然界本身物理的、化學的或生物的凈化，使有害性降低或解除。而重金屬具有富集性，很難在環境中降解。因此，加強對重金屬的監測、檢測，從而為環保、工農業生產、食品安全等提供重要依據的呼聲日益高漲，也極大地推動了質量檢驗檢測行業的快速發展。

我國質量檢驗檢測行業由于受到政策限制，在1989年之后才逐漸放開，民間資本以及第三方檢測機構被允許進入行業。2000年后，我國第三方民營檢驗檢測機構才開始快速發展。截至2019年底，全國取得資質認定的民營檢驗檢測機構共22958家，較2018年增長19.38%，民營

檢驗檢測機構數量占全行業的52.17%，超過行業總量的“半壁江山”。從近年來的政策意見和發展趨勢來看，未來將有更多的民營企業進入檢驗檢測行業，行業競爭將愈發激烈。

據統計，2019年我國檢驗檢測認證服務業市場規模就已經突破3000億元，機構數量突破44000家，提前完成“十三五”行業規劃目標。2021年3月《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》發布，《認證認可檢驗檢測發展“十四五”規劃》仍處于研討階段，預計檢驗檢測認證服務業仍將是“十四五”規劃中重要的關注和扶持的行業之一。前瞻預計未來5年我國檢驗檢測行業仍將保持10%以上的復合增速，到2026年，我國檢驗檢測行業市場規模將突破7500億元，仍處于快速上升期。這不僅對行業和企業發展提出了更高要求，也預示著對檢驗檢測等相關人才的需求也將持續快速增長。因此，發展檢驗檢測技術，培養更多合格的檢驗檢測相關人才就顯得尤為迫切，并將為行業發展注入新的動力。

本教學案例依托湖南農業大學化學與材料科學學院已有的分析測試平臺和原子吸收分光光度計等相關儀器設備，主要內容包括設計重金屬檢測分析方案，講解檢測的方法、流程和數據分析方法，并針對儀器設備日常維護中的常見問題提出相應的解決方案，利用微視頻、PPT、圖片、示范、實踐等多種形式進行教學，形成提出問題—分析問題—解決問題的教學模式，并在問題中認識原理、在操作中解決問題、在實踐中提高認識，使學員不僅能從事一線的檢驗檢測分析，還能處理設備常規的維修保養，全面落實知識—技能—素養的培養目標。

2 內容

見表 1（P122）。

表1 原子吸收光譜儀的實操與維護應用教學案例

3 結語

整個實驗教學過程注重教師的引導與學生的自主探索，教師自身對儀器設備的熟練掌握程度和對課堂節奏的有效把控與對教學環節的科學設計決定了本堂實驗教學的質量高低；如何激發學生學習興趣、提出問題引導思考、拋出線索幫助自主探索是引導學生解決學什么、怎么學、為什么學的關鍵所在。本案例旨在引導學生在問題中認識原理、在操作中解決問題、在實踐中提高認識，形成提出問題—分析問題—解決問題的實驗教學模式，使學生不僅掌握實驗方案的設計、儀器設備的實驗、數據的分析，還讓學生具對儀器設備進行初步維護保養的能力，培養學生的科學素養，使學生認識到學以致用、學而可用、學可報國，全面落實“知識—技能—素養”的專業人才培養目標。