李郤里

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院 ， 河南 鄭州 450002)

現(xiàn)代儀器分析是一門集化學(xué)、物理學(xué)、生物化學(xué)、數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)等多學(xué)科為一體的綜合性學(xué)科，既能提供分析測試數(shù)據(jù)，又能從原始的測試數(shù)據(jù)中最大限度地獲取有價值的物質(zhì)信息，可解決自然科學(xué)各領(lǐng)域中的關(guān)鍵問題。作為一項在原理和技術(shù)上均采用當(dāng)今最先進的科技發(fā)展起來的分析手段，現(xiàn)代儀器分析技術(shù)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、材料、醫(yī)療、刑偵等社會生活的各個領(lǐng)域。作為自然科學(xué)研究領(lǐng)域中物質(zhì)的信息科學(xué)，現(xiàn)代儀器分析的發(fā)展被寄予越來越大的期望。

1 現(xiàn)代儀器分析課程教學(xué)現(xiàn)狀

現(xiàn)代儀器分析課程理論性和學(xué)科交叉性較強，不僅要求學(xué)生具有較強的基礎(chǔ)知識儲備，而且也要求授課教師能夠因材施教，融會貫通地切入理論知識難點，以便幫助學(xué)生更好地理解教材內(nèi)容。一直以來，由于儀器分析的設(shè)備與方法日新月異，新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，教師在課堂教學(xué)中既要傳授各種現(xiàn)代儀器分析方法的基本原理，又要介紹儀器的基本結(jié)構(gòu)、測試原理和定性定量的分析方法，尤其是各種方法的特點及應(yīng)用范圍，導(dǎo)致該門課程的理論教學(xué)與實驗教學(xué)都令教師非常棘手。綜合近幾年的教師備課和學(xué)生反饋，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代儀器分析課程教學(xué)過程主要有以下問題：①理論課進度與實驗安排時間不能同步。往往是把理論課都上完之后再開展實驗課，結(jié)果理論課講得過多或者過深，不能切身結(jié)合實驗儀器演示，學(xué)生不容易理解。②實驗內(nèi)容陳舊，缺乏挑戰(zhàn)性。比如紅外實驗，往往是做苯甲酸的紅外光譜圖，而且只做固體粉末樣品，結(jié)果一些學(xué)生只記住溴化鉀制片很辛苦，對于解譜技巧、卻知之甚少，至于液體、氣體樣品的紅外檢測技術(shù)更是不清楚。很多實驗內(nèi)容都是驗證性質(zhì)的，學(xué)生很容易獲得預(yù)期的結(jié)果，難于真正掌握儀器的操作技巧。③現(xiàn)代儀器分析是一門實踐性較強的課程，但實驗過程需要的大型儀器較為精密、昂貴，且儀器配套數(shù)量較少，很難滿足學(xué)生獨立操作的需要。對于質(zhì)譜(MS) 、核磁共振(NMR)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)等設(shè)備，單臺(套)價格為幾百萬元，很多高校全校僅有1臺設(shè)備，根本無法達到開設(shè)實驗教學(xué)課程的基本條件。即使開設(shè)了實驗課程，操作過程也多采用分組循環(huán)的方式，在實驗教師的指導(dǎo)下，只有少數(shù)學(xué)生能真正有機會動手操作大儀器，這與實驗教學(xué)目標(biāo)和基本要求有一定差距，對培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度也是不利的。此外，實驗教師對于大型儀器設(shè)備的操作熟練程度，有時也會影響實驗教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。④目前，很多高等院校承擔(dān)現(xiàn)代儀器分析課程的老師都忽視了對儀器測試結(jié)果分析的相關(guān)軟件的介紹。這方面，沒有專門的課程來傳授，現(xiàn)代儀器課程中僅局限在對圖的簡單分析，而對從實驗結(jié)果到圖的來歷只字不提，如紅外光譜圖、核磁共振圖譜、質(zhì)譜圖等。在用到時只能自學(xué)這些化學(xué)軟件，如：Nuts、Origin、Shelxtl等，其過程費時費力，甚至有時找不到教學(xué)資料。

2 現(xiàn)代儀器分析教學(xué)改革方向與思路

2.1 實現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實驗學(xué)習(xí)一體化

有些學(xué)校儀器分析課程的理論課與實驗課分別由不同的老師承擔(dān)，各講各的內(nèi)容，理論與實驗被無形中割裂開了?，F(xiàn)代儀器分析既需要理論知識的學(xué)習(xí)，也需要實驗技能的操作，但更需要理論與實驗之間的融合，實現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實驗學(xué)習(xí)一體化。所以在實驗課程教學(xué)過程中采用“課堂講授儀器分析工作原理+現(xiàn)場操作儀器分析測試+基于項目的綜合性儀器分析設(shè)計”三段式模式，從三個層面上對學(xué)生進行理論學(xué)習(xí)能力、實驗操作能力和研究創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生從學(xué)習(xí)各種儀器入手，掌握儀器分析技術(shù)的各項技能，進而綜合性利用儀器分析手段解決科研中具體項目或課題研究中遇到的實際問題。特別是三段式模式的最后一個環(huán)節(jié)“基于項目的綜合性儀器分析設(shè)計”，通過設(shè)計和建立真實的任務(wù)情景，采用基于項目或課題的以小組協(xié)作為主要教學(xué)組織形式的模式，促進課程基本原理、概念和技術(shù)的創(chuàng)新性應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)探究過程中進一步升華理論知識的能力，從中培養(yǎng)和強化學(xué)生科學(xué)探索的精神和勇氣，形成踏實、嚴(yán)謹?shù)膹氖驴茖W(xué)研究的良好習(xí)慣。

2.2 實驗手段要多樣化

實驗教學(xué)是鞏固理論知識和培養(yǎng)創(chuàng)新意識的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動手能力的重要平臺。現(xiàn)代儀器分析課程的實驗性很強，實驗教學(xué)過程的綜合性安排直接影響到該課程教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)。必須將實驗教學(xué)貫穿于教學(xué)活動全過程，徹底根除學(xué)生“重理論、輕實驗”的錯誤思想。注意在實驗教學(xué)中與時俱進，適當(dāng)加入反映新技術(shù)、新方法和新手段的實驗內(nèi)容，提高學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力。鑒于分析儀器的操作流程較為繁瑣，有些儀器操作系統(tǒng)甚至是全英文提示界面，學(xué)生剛接觸會略顯不適。實驗指導(dǎo)教師可以提前對待測樣品進行分析操作，激發(fā)學(xué)生的感官認識，同時輔以必要的實驗操作視頻，激發(fā)學(xué)生特異性思維和親自動手操作的欲望。有利于調(diào)動學(xué)生的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。在實驗老師的全程監(jiān)督和學(xué)生的全程觀摩下，指導(dǎo)老師可隨機選擇學(xué)生進行樣品上機測試，打消學(xué)生的僥幸心理，避免只有少數(shù)學(xué)生真正“會學(xué)會用”的尷尬局面。

2.3 充分利用多媒體教學(xué)

因為本課程涉及較多的儀器結(jié)構(gòu)、工作原理、實驗操作模擬和實驗圖譜分析的內(nèi)容，所以多媒體教學(xué)應(yīng)用最多。Powerpoint是最常用的制作多媒體的工具，課件設(shè)計簡單。在現(xiàn)代儀器分析課程中，大多數(shù)分析方法的基本理論知識、公式的演算推導(dǎo)以及儀器的基本圖片，如分光光度計、色譜儀、光譜儀等儀器的立體圖形，都可以運用課件進行介紹，但此類課件在儀器結(jié)構(gòu)講解時容易缺乏由點到面的認識過程。Authorware是一種基于流程圖的可視化多媒體開發(fā)工具，它最大的特點是靈活互動。比如在講解凝膠滲透色譜中進樣、淋洗、分級過程；原子吸收光譜中原子化過程、光學(xué)演示等微觀過程時，利用制作流程、再適當(dāng)加入動畫，可以使抽象的理論直觀化，起到事半功倍的效果。在制作多媒體課件時可以充分運用及融合Powerpoint和Authorware兩者的優(yōu)點，以提高制作課件的質(zhì)量和效果。通過多媒體課件、計算機模擬輔助軟件和多媒體教學(xué)軟件等，可以模擬和演示實驗過程，幫助學(xué)生直觀理解抽象理論；同時還可以方便地處理和分析真實的實驗數(shù)據(jù)和圖譜，培養(yǎng)學(xué)生研究性和創(chuàng)新性意識。其次互聯(lián)網(wǎng)在本課程教學(xué)中也占有重要的地位，通過訪問網(wǎng)絡(luò)電子圖書館和國內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)課程資源，學(xué)生才能更好地開展文獻查閱、自主學(xué)習(xí)和綜合性實驗設(shè)計等。

3 結(jié)語

總之，現(xiàn)代儀器分析發(fā)展速度飛快，內(nèi)容豐富、前沿，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，對培養(yǎng)研究生科學(xué)研究能力、自主創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用分析能力具有重要的作用。要提高課程教學(xué)質(zhì)量，就要針對課程自身特點，在教學(xué)中不斷積累和總結(jié)經(jīng)驗，不斷引入前沿知識充實教學(xué)內(nèi)容，綜合運用各種教學(xué)方法和教學(xué)手段，不斷探索和實踐，充分結(jié)合現(xiàn)代儀器分析課程特點，利用多媒體相關(guān)的軟件努力提高理論教學(xué)、實驗教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的效果，從而滿足現(xiàn)代儀器分析課程在新時代的教學(xué)要求。