呂兆林 金幼菊 鄧文紅 徐 芳

北京林業(yè)大學(xué) 北京 100083

如何提高儀器分析實驗課的教學(xué)質(zhì)量

呂兆林 金幼菊 鄧文紅 徐 芳

北京林業(yè)大學(xué) 北京 100083

儀器分析實驗課是培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)，對提高儀器分析教學(xué)質(zhì)量起著重要的作用。本文就教師在實驗課中的作用、實驗課內(nèi)容的改革、培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)等方面進行了論述，探討了如何提高儀器分析實驗課教學(xué)質(zhì)量。

儀器分析；實驗課；教學(xué)質(zhì)量

實驗教學(xué)在培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)上起著重要的作用。當今高等教育提倡培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬知識、高素質(zhì)、強能力的創(chuàng)新型人才，這就要求我們轉(zhuǎn)變教育觀念，堅持教學(xué)改革，不斷提高教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生不僅具有扎實的基礎(chǔ)知識，同時具有較強的實踐能力和創(chuàng)新能力。

儀器分析課程是我校食品科學(xué)、林產(chǎn)化學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生物技術(shù)、森林培育、森林保護等專業(yè)研究生的選修課。儀器分析實驗課是儀器分析課程中非常重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生了解各種儀器的結(jié)構(gòu)、熟悉各種儀器的操作方法、懂得各種儀器的原理、理解課堂上所學(xué)到的理論知識、更好地學(xué)習儀器分析課程的堅實基礎(chǔ)，其教學(xué)質(zhì)量的高低直接影響著學(xué)生對儀器分析課程內(nèi)容的學(xué)習、理解和知識的掌握，甚至影響著后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習。

實驗教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的途徑之一，儀器分析實驗教學(xué)是全部實驗教學(xué)體系中的重要組成部分，關(guān)于怎樣提高儀器分析實驗課的教學(xué)質(zhì)量以及通過實驗課的改革來提高學(xué)生的實驗?zāi)芰皠?chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的討論已引起廣泛的關(guān)注。筆者結(jié)合近幾年從事儀器分析實驗課教學(xué)的體會，對怎樣提高儀器分析實驗課的質(zhì)量進行討論。

一、教師對于教學(xué)質(zhì)量的提高起主導(dǎo)作用

教學(xué)改革的重點是以提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，增強探索能力為中心。如何在教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力，學(xué)生從被動地接收知識變?yōu)橹鲃拥貙W(xué)習知識，學(xué)生與教師有雙向信息交流過程，教師在其中起著重要主導(dǎo)作用。

儀器分析實驗課采用的是實踐教學(xué)方式，教學(xué)過程是研究生認識、了解、掌握儀器分析基本原理和基本操作的過程，是培養(yǎng)研究生實驗?zāi)芰Φ闹匾h(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力高素質(zhì)人才的重要途徑之一。作為教師，要認識到實驗課的重要性，要深入了解教學(xué)內(nèi)容，要有扎實的專業(yè)基礎(chǔ)和實驗技能，有良好的實驗作風和科學(xué)道德素養(yǎng)，懂得“身教重于言教”，以身作則,以自己的言行去感染學(xué)生,以教師自身的品質(zhì)、知識和能力贏得學(xué)生的信賴和尊重，同時教師要有責任感。例如每年都會有80～90位研究生選擇儀器分析課程,為了使每位研究生都有足夠的時間接觸儀器和操作儀器,教師將學(xué)生細分至3～4人一組進行實驗教學(xué),這就意味著教師對同一實驗要講授20次以上,雖然教學(xué)工作對于教師是重復(fù)而繁重的,但對于研究生很好地掌握實驗課程的內(nèi)容起到了重要作用,在此過程中教師也以認真、負責的教學(xué)態(tài)度感染著學(xué)生。

整個儀器分析實驗課程中，教師應(yīng)對學(xué)生預(yù)習該實驗課、聽教師講課、做實驗、寫實驗報告等幾個環(huán)節(jié)做出正確指導(dǎo)，側(cè)重點在實驗前的講課、實驗過程中對學(xué)生的觀察指導(dǎo)和對實驗報告的批改方面做出指導(dǎo)。儀器分析實驗課的目的，一方面要對理論課上的知識進行鞏固和消化，另一個重要方面是要讓學(xué)生熟悉儀器的基本結(jié)構(gòu)及掌握儀器的基本操作，使得研究生能將儀器分析順利地應(yīng)用于今后的科研工作中。在儀器分析實驗課中要求研究生在實驗前要了解實驗基本原理；在實驗過程中要規(guī)范操作，仔細觀察，如實記錄實驗現(xiàn)象，并會用所學(xué)理論知識解釋實驗現(xiàn)象；在實驗報告中要對實驗中的問題和結(jié)果等進行分析總結(jié)和討論。

比如氣相色譜實驗中,為了加深學(xué)生對氣相色譜儀結(jié)構(gòu)的認識,使學(xué)生對氣相色譜的進樣口、色譜柱、檢測器的功能和結(jié)構(gòu)有更深的領(lǐng)悟，教師專門將進樣口、色譜柱和檢測器從報廢的氣相色譜儀上拆卸下來,然后再將各個部件徹底分解開,講述各個部件的結(jié)構(gòu)及工作原理,使得學(xué)生從認知儀器結(jié)構(gòu)的角度去理解儀器的基本原理,使枯燥的原理變得形象化,提升學(xué)生對實驗課的興趣,從而達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

在實驗過程中要反復(fù)強調(diào)實驗記錄的重要性，實驗記錄是進行實驗的第一手資料，也是對實驗中具體情況進行了解的途徑之一。雖然對實驗現(xiàn)象的觀察和記錄說起來簡單，但要學(xué)生認識其重要性并不容易，因為大部分學(xué)生是按照實驗指導(dǎo)書的實驗步驟去做實驗，容易忽視對實驗的觀察和記錄。比如在液相色譜實驗中，學(xué)生如果能對柱壓的數(shù)值進行詳細記錄，便可以間接地跟蹤整個實驗過程中是否有異?，F(xiàn)象(如樣品進樣前是否過濾除掉細小顆粒物質(zhì)、流動相選擇是否合適、色譜泵是否有氣泡進入等)發(fā)生，而學(xué)生在實驗過程中對這些細節(jié)的注意程度卻不夠高。

在實驗課中，除了教師巡視觀察每位學(xué)生的操作，同時還安排了個別好學(xué)生作為助研，時時參與到實驗中，帶領(lǐng)其他學(xué)生做正確的實驗操作，否則有些學(xué)生的錯誤操作如不能及時發(fā)現(xiàn)，很可能將錯誤延續(xù)到實驗課結(jié)束。例如使用氣相色譜儀，在進樣時需要用手扶著注射器的針桿，防止樣品汽化后的蒸汽壓力將注射器的針桿頂出，出現(xiàn)這種情況時樣品進樣量就不準確，實驗過程中如果教師不能及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生的誤操作，這種誤操作延續(xù)在整個實驗中，實驗結(jié)果可想而知。再如液相色譜實驗中，學(xué)生在用注射器吸取標準樣品溶液時，有的學(xué)生沒有注意到針是否清洗干凈而直接吸取標準樣品溶液，以致在色譜峰中出現(xiàn)雜峰，這些細節(jié)的操作都需要教師及時提醒，反復(fù)強調(diào)才會使實驗順利進行。

另一個重要的方面是對實驗報告的批改。批改要仔細，應(yīng)指出報告中的錯誤和問題，引起學(xué)生重視，認真批改每份實驗報告對于實驗課教學(xué)質(zhì)量的提高很重要：一是教師可及時準確地了解學(xué)生對實驗的理解和掌握程度；二是讓學(xué)生自己對所做實驗的理解、操作過程、結(jié)果的正確與否有準確的認識，最終得出正確的結(jié)論。

二、合理編排實驗內(nèi)容,開設(shè)設(shè)計型實驗

教師在教學(xué)中不僅要向?qū)W生傳授知識，更重要地是引導(dǎo)學(xué)生主動地學(xué)習。我們開設(shè)的研究生儀器分析實驗課內(nèi)容包括下述幾種類型：儀器調(diào)試實驗、儀器最小檢測量的測定實驗、農(nóng)林院校常常涉及的檢測項目而開設(shè)的實驗等。不同的實驗有不同的內(nèi)容和目的，對培養(yǎng)學(xué)生綜合實驗素質(zhì)方面各有側(cè)重。以氣相色譜實驗安排為例，開設(shè)了氣相色譜氫火焰檢測器調(diào)試實驗、氣相色譜儀最小檢測量測定實驗、植物種子中脂肪酸含量測定實驗，第一個實驗?zāi)康氖菫榱俗寣W(xué)生熟悉氣相色譜儀的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上學(xué)會最常用的FID檢測器的調(diào)試技術(shù)，為下面的實驗成功進行奠定基礎(chǔ)。第二個實驗是在第一個實驗基礎(chǔ)上的深入，使學(xué)生認識到最小檢測量是衡量儀器靈敏度的重要數(shù)據(jù)，并教會學(xué)生如何測定最小檢測量，且讓學(xué)生認識到這個實驗在今后學(xué)生的科研工作中具有普遍性。第三個實驗選擇的測試指標是農(nóng)林院校常常測試的項目—脂肪酸，通過這個實驗讓學(xué)生了解氣相色譜儀樣品前處理的程序、學(xué)會如何去優(yōu)化氣相色譜分離條件、掌握如何使用氣相色譜對化合物進行定性及定量。不同的實驗有不同的內(nèi)容和目的，達到培養(yǎng)學(xué)生綜合實驗?zāi)芰Φ哪康摹?/p>

教師針對實驗中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象和學(xué)生的提問不是立即作出回答和解釋，而是讓學(xué)生自己思考，然后再給出答復(fù)，鼓勵學(xué)生在實驗報告中對實驗進行總結(jié)并對實驗中的問題加以討論，以提高學(xué)生對實驗的興趣和培養(yǎng)科學(xué)的思維方法。

為了提高學(xué)生的實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新意識，我們在較少的實驗學(xué)時內(nèi)，在完成上述必要的基礎(chǔ)實驗之后，又安排了設(shè)計型實驗，即以學(xué)科或?qū)I(yè)為單位，6～10位學(xué)生1組自行設(shè)計實驗。如在氣相色譜實驗中，學(xué)生結(jié)合自己的專業(yè)及科研的需要，先確定研究目標，再分組查閱資料，設(shè)計適用于氣相色譜的實驗方案，經(jīng)師生討論后，確定不同實驗方案。學(xué)生有的設(shè)計“蘋果中有機氯農(nóng)藥殘留的測定實驗”，也有的設(shè)計“油松針葉中芳香性成分的測定實驗”，還有的設(shè)計“木材降解過程中揮發(fā)性化合物的測定實驗”等。設(shè)計型實驗增加了學(xué)生動腦動手、獨立思考問題的機會，實驗過程主要由學(xué)生自己完成，設(shè)計實驗中需要設(shè)計樣品前處理程序、儀器工作條件及定性定量數(shù)據(jù)處理方法，不僅提高了學(xué)生對實驗課的興趣，同時還培養(yǎng)了他們查閱資料、擬定實驗方案、解決實際問題的能力，學(xué)生反映良好。

三、實驗教材、實驗內(nèi)容與時俱進

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及計算機的廣泛應(yīng)用，不論從分析儀器本身還是其控制軟件技術(shù)都得到了迅速發(fā)展。以往許多儀器分析實驗教材，編寫內(nèi)容多數(shù)涉及的是舊儀器的工作狀態(tài)。舊儀器大多是旋鈕、筆記記錄儀、手工記錄、手工處理數(shù)據(jù)等；近期發(fā)展的新儀器則是以全自動化的工作站控制整個系統(tǒng)，顯示器代替了記錄儀，鍵盤、鼠標代替了旋紐，圖形和數(shù)據(jù)可用打印機自動打印。根據(jù)實驗室具體條件，本著與時俱進的思想，對原有的20世紀90年代編制的儀器分析實驗課教材做了很大的改動。例如在氣相色譜實驗中，幾次實驗分別使用了20世紀80年代的日立163，2003年購置的Varian3800及最新的安捷倫7890A氣相色譜儀，所用的儀器由年代久遠向近期靠近，積木式的老儀器便于儀器結(jié)構(gòu)及基本原理的講解，新儀器更能高效地工作，儀器年代的階梯性也能使學(xué)生體會到分析儀器的發(fā)展歷程。

結(jié)合學(xué)校添置的儀器設(shè)備及社會對人才的需求，對實驗內(nèi)容不斷進行補充，把新儀器、新方法、新知識引入實驗教學(xué)中去，才能更好地提高教學(xué)效果。例如原有氣相色譜講義中最小檢測量的測定是根據(jù)公式計算出來的，而現(xiàn)今權(quán)威期刊更能接受的是實際測試出來的數(shù)值，即LOD為3倍信號噪音，LOQ為10倍信號噪音。教師在授課環(huán)節(jié)將這一過程給學(xué)生講解清楚，今后學(xué)生遇到相關(guān)問題就能更好地把握自己的科研方案。又如，由于儀器分析實驗課的課時有限，分析測試平臺的某些儀器沒有機會使用，因此教師特意在實驗之前的講解中安排一部分儀器的介紹，利用有限的時間對這類沒有用到的儀器進行講解及簡單介紹，豐富學(xué)生的閱歷。

四、通過儀器分析實驗課，提高學(xué)生的素質(zhì)和能力

科學(xué)實驗是人們主動地探索自然、適應(yīng)自然并利用自然的過程，是科學(xué)知識的主要源泉之一，因此儀器分析實驗課對研究生來說是非常重要的。提高儀器分析實驗課的教學(xué)質(zhì)量，不僅要讓學(xué)生學(xué)到人類從生產(chǎn)實踐和科學(xué)實驗中總結(jié)出的知識，而且要讓學(xué)生在思想觀點、意識品德方面受到熏陶，提高素質(zhì)。學(xué)生只有在嚴肅認真、有條不紊的環(huán)境下進行實驗，抱著求真求實的學(xué)習態(tài)度，勤奮好學(xué)，在實踐中反復(fù)鍛煉并不斷總結(jié)，才能逐步掌握科學(xué)的方法。通過實驗可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度，科學(xué)態(tài)度又是人們能夠正確對待客觀事物的基本態(tài)度，因此，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度是實驗課的目的之一。要弘揚嚴謹認真，實事求是的實驗作風和科學(xué)態(tài)度，在此基礎(chǔ)上，學(xué)會勇于實踐，善于思考，通過儀器分析實驗課，學(xué)生的綜合能力將逐步提高。例如在設(shè)計型實驗中，學(xué)生自查資料，提出了實驗方案，師生共同討論，確定實驗方案，經(jīng)過各組同學(xué)的實驗，得到了各自的結(jié)果，經(jīng)過這種實驗使學(xué)生直接感受到了科研的氛圍，對前處理方法、儀器測定條件等因素對實驗結(jié)果的影響有了直觀的認識。在實驗中，要給學(xué)生提供一個發(fā)揮他們富有創(chuàng)造力的才能的機會，學(xué)生們用所學(xué)知識技能，提出的每一個設(shè)想或方案，對實驗的某些步驟給出的每一點改進，對學(xué)生來說都是創(chuàng)新，是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的具體體現(xiàn)。

五、結(jié)束語

近年來,隨著我國經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,分析儀器得到爆炸性發(fā)展。一方面,利用大型精密儀器進行科學(xué)研究得到急速提升,缺少國際承認的大型精密儀器的檢測數(shù)據(jù)就很難被權(quán)威期刊接受；許多國際標準的檢測方法也必須用新型、大型精密儀器完成；另一方面,全國科研院所和檢測部門的儀器擁有量呈指數(shù)增長之勢,對相應(yīng)的高水平人才的培養(yǎng)也提出了更緊迫的要求。作為研究生專業(yè)基礎(chǔ)課的儀器分析實驗課在此大背景下,結(jié)合我校分析中心新購置的儀器設(shè)備對儀器分析實驗課進行改革,通過實驗掌握儀器分析技術(shù),提高研究生的實驗技能,增強研究生與國際接軌的能力,為培養(yǎng)高層次的研究生人才做出貢獻。

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Discussion on the improvement of teaching quality of instrumental analysis experiment course

Lü Zhaolin, Jin Youju, Deng Wenhong, Xu Fang
Beijing forestry university, Beijing, 100083, China

Instrumental analysis experiment course is a vital part of the cultivation of students’ qualities, and has an important effect on instrumental analysis teaching quality improving. This article states the role the teacher plays in experiment course, the innovation in the content of the course and the cultivation of students’ qualities, and then discusses how to improve the quality of instrumental analysis experiment teaching.

instrumental analysis; experiment course; teaching quality

2010-05-24

呂兆林，博士，副教授。