尤慧艷

（大連大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧大連116622）

·教學(xué)研究與改革·

啟發(fā)式及研討式教學(xué)在色譜分析課程中的應(yīng)用

尤慧艷*

（大連大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧大連116622）

以色譜專業(yè)課為藍(lán)本，運(yùn)用多個(gè)教學(xué)實(shí)例，闡述了如何應(yīng)用啟發(fā)式教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在更深層次上掌握所學(xué)理論知識(shí)；如何應(yīng)用研討式教學(xué)模式使學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

啟發(fā)式；教學(xué)模式；興趣；學(xué)習(xí)；創(chuàng)新能力

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目前，大部分分析化學(xué)或儀器分析教科書中都有氣相色譜法、液相色譜法、毛細(xì)管電泳色譜法等內(nèi)容，許多高校在專業(yè)課中也開設(shè)色譜技術(shù)及應(yīng)用、現(xiàn)代色譜技術(shù)等課程，本校也給本科生和研究生開設(shè)色譜理論基礎(chǔ)及應(yīng)用課程，可見色譜課程的重要性。如何讓學(xué)生對(duì)一門不熟悉的課程感興趣，是教師長(zhǎng)期研究的課題；如何通過(guò)這門課的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，更是教師不斷探索的課題。本研究通過(guò)多年教學(xué)實(shí)踐，對(duì)如上兩個(gè)課題進(jìn)行了研討，在色譜理論基礎(chǔ)及應(yīng)用課程授課過(guò)程中充分運(yùn)用啟發(fā)式和研討式教學(xué)模式，采取由淺入深、循序漸進(jìn)的方法，解決教學(xué)難點(diǎn)問(wèn)題，收到了較好的教學(xué)效果。

1　啟發(fā)式教學(xué)模式的應(yīng)用研究

啟發(fā)式教學(xué)模式就是指教師在課堂教學(xué)過(guò)程中，充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，根據(jù)教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)客觀規(guī)律，從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，采用多種方式，以啟發(fā)學(xué)生的思維為核心，增強(qiáng)學(xué)習(xí)目的和動(dòng)機(jī)教育，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。啟發(fā)式教學(xué)的實(shí)施要求教師將教學(xué)目的貫穿于教學(xué)的始終，深入研究教學(xué)內(nèi)容的邏輯性，運(yùn)用生動(dòng)的教學(xué)用語(yǔ)和教學(xué)實(shí)例，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生。在啟發(fā)式教學(xué)中通常要引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，體現(xiàn)在化學(xué)學(xué)科上，就是要充分發(fā)揮化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性學(xué)科的特點(diǎn)，將描述聯(lián)系實(shí)物，見如下課堂教學(xué)實(shí)例。

（1）色譜分析法的教學(xué)。

色譜分析是儀器分析的三大方法之一。根據(jù)一般教科書中色譜的定義［1，2］，可將其歸納為“色譜是一個(gè)分離過(guò)程，它利用不同組分在相對(duì)運(yùn)動(dòng)、相互不溶的兩相，即相對(duì)靜止的固定相和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)相中的吸附能力、分配系數(shù)、離子交換能力、親和力或分子大小等性質(zhì)的微小差別，經(jīng)過(guò)連續(xù)多次在兩相間的質(zhì)量交換，使不同組分得到分離?！睘榱吮ＷC科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，定義中通常術(shù)語(yǔ)較多，學(xué)生剛接觸色譜法，對(duì)方法不熟悉，看到這么長(zhǎng)充滿術(shù)語(yǔ)的定義，容易產(chǎn)生畏難情緒，此時(shí)需舉例說(shuō)明。鑒于學(xué)生剛開始接觸該門課程，第一步可以通過(guò)生活實(shí)例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

可以讓學(xué)生先暢想一下游人站在小溪邊，看著小河潺潺流水，內(nèi)有各種魚兒游動(dòng)，河中有圓圓的鵝卵石，石間長(zhǎng)滿了水草，小魚一邊吃著水草，一邊被水流帶著向前游動(dòng)，多么美麗的一幅畫！正像樣品被分離的過(guò)程。小河流水就是流動(dòng)相，各種魚就是樣品中的各種組分，河中的鵝卵石就好像硅膠固定相，石間的水草就是硅膠上鍵合的C18等各種基團(tuán)。各種魚兒游動(dòng)的速度取決于水草的可口與否、鵝卵石的大小和形狀、河水的流速等等，就像樣品中各種組分的運(yùn)動(dòng)速度取決于固定相的種類、大小及形狀、流動(dòng)相的流速一樣。如果游人不能長(zhǎng)期駐足又希望小魚兒跟著走，可向河中撒點(diǎn)魚食，魚兒就跟著游人走了，想讓好看的魚兒跟著走，就要撒些它們愛吃的魚食，就像色譜中改變流動(dòng)相組成進(jìn)行的條件優(yōu)化。如果水流太急，魚兒來(lái)不及吃草就容易被沖跑，所以色譜分離也不能操之過(guò)急，洗脫太快則達(dá)不到分離的目的。

第二步，可以通過(guò)介紹色譜起源的典型實(shí)驗(yàn)，即用傳統(tǒng)柱色譜法分離植物色素，使知識(shí)深入一步。

通過(guò)描述實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景使學(xué)生眼前浮現(xiàn)出如圖1所示的實(shí)驗(yàn)示意圖。

圖1　色譜起源實(shí)驗(yàn)示意圖

俄國(guó)植物生理學(xué)家和化學(xué)家次維特在做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，玻璃柱中放入了碳酸鈣，將待分離的植物色素溶液倒入玻璃柱中，向其中加入石油醚沖洗，看到了色素溶液在向下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)黃綠色、綠色、黃色、橙黃色4條色帶，直至流出玻璃柱。

這一過(guò)程就是色譜分離，碳酸鈣就是相對(duì)靜止的固定相，石油醚就是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)相，植物色素即是被分離的不同樣品組分，玻璃柱即是色譜柱，學(xué)生就會(huì)印象深刻。接下來(lái)可以提問(wèn)碳酸鈣起什么作用？石油醚起什么作用？它們是否為唯一選擇？進(jìn)而再講分離機(jī)理、固定相與流動(dòng)相的種類等，這樣學(xué)生就很容易接受。

（2）色譜分離機(jī)理的教學(xué)。

色譜分離機(jī)理教學(xué)中主要涉及兩個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，即“差速遷移”和“分布離散”，剛接觸時(shí)學(xué)生感覺很難，無(wú)從下手，可通過(guò)體育比賽的例子來(lái)模擬。被分離兩組分在柱內(nèi)運(yùn)動(dòng)類似于百米賽跑，體育隊(duì)與化學(xué)隊(duì)各出10名優(yōu)秀隊(duì)員，體育隊(duì)的10名隊(duì)員在前，化學(xué)隊(duì)的10名隊(duì)員在后，即色譜中兩組分的差速遷移；每個(gè)隊(duì)中的隊(duì)員也不是同時(shí)闖線，或有先后，亦有并列，即色譜中的分布離散（也稱分子離散）。

（3）色譜固定相封端的教學(xué)。

目前最常用的色譜固定相是化學(xué)鍵合型固定相，最常用的是硅膠上鍵合C18，由于C18碳鏈過(guò)長(zhǎng)，鍵合覆蓋率不高，硅膠被覆蓋不完全，容易造成峰拖尾，需要用碳鏈短的烷烴封端，學(xué)生往往不能理解。課堂上可以舉例，硅膠上鍵合C18類似在一個(gè)球體表面接上長(zhǎng)長(zhǎng)的卷發(fā)，由于彎曲的發(fā)絲之間有空間位阻，單位面積上接種的發(fā)絲有限，球體表面就會(huì)有空白，封端類似于在長(zhǎng)長(zhǎng)的卷發(fā)中間接上位阻小的短發(fā)，使空白位點(diǎn)得到覆蓋。

（4）色譜系統(tǒng)組成的教學(xué)。

在介紹色譜儀器五大系統(tǒng)時(shí)，可以借鑒圖1的實(shí)驗(yàn)。玻璃柱及柱內(nèi)的固定相構(gòu)成色譜的分離系統(tǒng)。其他系統(tǒng)可通過(guò)啟發(fā)學(xué)生思考引出，如植物色素如何加入？石油醚如何加入？量如何控制？是否可以借助儀器？從而引出進(jìn)樣系統(tǒng)和流動(dòng)相驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。再提問(wèn)如果樣品中各組分無(wú)色，看不到怎么辦？即可引出檢測(cè)系統(tǒng)。接下來(lái)信號(hào)如何處理？即涉及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。然后講色譜儀由輸液－進(jìn)樣－分離－檢測(cè)－數(shù)據(jù)處理五大系統(tǒng)構(gòu)成，學(xué)生就很容易掌握，也有興趣學(xué)習(xí)。

如果講如上各系統(tǒng)的功能及原理，可以進(jìn)一步引申。如在講檢測(cè)器的原理時(shí)，教師可提問(wèn)學(xué)生如何能根據(jù)化合物性質(zhì)檢測(cè)到該化合物？可聯(lián)系學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)的紫外光譜、熒光光譜等知識(shí)，提示學(xué)生色譜檢測(cè)器大部分與化合物的光分析原理有關(guān)，還有一些與電分析原理有關(guān)，接著再介紹各種檢測(cè)器的檢測(cè)原理，并激勵(lì)學(xué)生在有條件時(shí)可以自行研制檢測(cè)器，教學(xué)過(guò)程就會(huì)生動(dòng)許多。

2　研討式教學(xué)模式的應(yīng)用研究

研討式教學(xué)模式是以解決問(wèn)題為中心的教學(xué)方式，通過(guò)由教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，然后師生共同查找資料，研究、討論、實(shí)踐、探索，提出解決問(wèn)題辦法的方式，使學(xué)生掌握知識(shí)和技能。研討式教學(xué)要求以“導(dǎo)”為主，設(shè)置貼近學(xué)生生活、富有吸引力的情境，提出有思考價(jià)值的問(wèn)題，要求教師有全面、深刻、獨(dú)到的見解，了解學(xué)生原有知識(shí)基礎(chǔ)和能力水平，并且有熟練利用現(xiàn)代化手段教學(xué)的能力。要求學(xué)生通過(guò)查閱資料、研究討論后解決問(wèn)題。教師要收集足夠的資料，便于雙方節(jié)約時(shí)間，變?cè)瓉?lái)的組織教學(xué)為討論講解，引導(dǎo)學(xué)生利用資料表達(dá)自己的看法，教師應(yīng)珍視之，并予以鼓勵(lì)。教師還要參與多方面的研討，使研討式教學(xué)既有廣度又有深度［3］。

（1）關(guān)于制備色譜條件選擇的教學(xué)。

在講授各種色譜分析方法時(shí)，經(jīng)常要講條件優(yōu)化，學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)施色譜實(shí)驗(yàn)時(shí)，也會(huì)變換各種方法改變實(shí)驗(yàn)條件，特別是在沖洗劑中添加劑的選擇上，如加入手性選擇劑、離子液體等，以提高分離效率。在基礎(chǔ)研究中，這些都無(wú)可非議，但是在應(yīng)用研究中就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，如在進(jìn)行制備色譜條件選擇的教學(xué)時(shí)，如果采用上述方法選擇色譜條件往往就會(huì)脫離實(shí)際。實(shí)際上在藥廠進(jìn)行藥物分離純化的色譜條件選擇時(shí)是非常受限制的，沖洗劑要與前面工序保持一致，不可以隨意更換，藥廠常用氯仿、甲醇、水，只能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，否則藥廠就需要重新報(bào)批，周期很長(zhǎng)，影響效益。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，如果玻璃容器被打碎，隨手就可換一個(gè)塑料的，但這在藥廠是絕不允許的，要提供證明塑料對(duì)生產(chǎn)藥品無(wú)害的、完整的證明材料報(bào)批。除此之外，實(shí)際生產(chǎn)中還要考慮成本等諸多因素。因此進(jìn)行這樣的教學(xué)之前，應(yīng)提出如何在藥廠進(jìn)行藥物分離純化等問(wèn)題，先請(qǐng)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，有條件時(shí)最好帶學(xué)生到藥廠或請(qǐng)藥廠的技術(shù)人員來(lái)校交流，沒(méi)有條件時(shí)教師要扮演用戶角色，先與學(xué)生研討，讓學(xué)生了解實(shí)際需要，這樣才能培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（2）樣品前處理方法選擇的教學(xué)。

色譜分析過(guò)程中，樣品前處理所占的時(shí)間為60%，提高前處理效率顯得格外重要。教學(xué)過(guò)程中在講解各種樣品前處理通用方法（如過(guò)濾、離心、蒸餾、蒸發(fā)濃縮、消解、微波提取、超聲提取、膜透析、生物樣品水解、蛋白沉淀、萃取等）的基礎(chǔ)上，請(qǐng)學(xué)生就食品樣品前處理進(jìn)行研究?？梢赃x擇水果、蔬菜、奶類等不同食品，讓學(xué)生查閱資料，特別提示學(xué)生查閱并參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于各類食品前處理的具體要求，設(shè)計(jì)出食品樣品前處理實(shí)驗(yàn)方案，在課堂上交流研討，然后教師根據(jù)分析方法學(xué)的要求進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

通過(guò)如上教法研究和教學(xué)實(shí)例，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，加深了學(xué)生對(duì)知識(shí)的深入理解與應(yīng)用。

［1］傅若農(nóng).色譜分析概論.第2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

［2］李發(fā)美.分析化學(xué).第7版.北京:人民衛(wèi)生出版社，2012.

［3］http://baike.baidu.com/view/5980152.htmh

Application of Heuristic and Research Teaching in the Course of Chromatography Analysis

YOU Hui-Yan*
（College of Environmental and Chemical Engineering，Dalian University，Dalian 116622，Liaoning Province，P.R.China）

Based on the chromatography course，we discussed how to cultivate students'interest and creative ability by using heuristic teaching and research teaching mode.Some examples used during the practice were given in the paper.The practice has proved that both teaching modes are important for further improving students'knowledge.

Heuristic teaching；Teaching mode；Interest；Study；Creative ability

G64；O657.7

10.3866/PKU.DXHX201602013

，Email:dlyhy@dicp.ac.cn