孔令瑤，董憲武，馬朝紅，薛曉麗，馬鳳霞，王鳳云，尤莉艷

儀器分析課程是研究物質(zhì)組成、含量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等化學(xué)信息的表征及測量的一門學(xué)科，具有很強(qiáng)的實踐性，每種分析方法都有相應(yīng)的分析儀器和獨立的原理方法及理論基礎(chǔ)[1]。因此，掌握各種分析方法的基本原理、儀器的結(jié)構(gòu)、性能和操作方法，對于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識及學(xué)生綜合素質(zhì)具有十分重要的意義。

儀器分析實驗課程是吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院應(yīng)用化學(xué)、中藥學(xué)、食品科學(xué)與工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)必修課。通過本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠全面系統(tǒng)地掌握其基本理論、計算及基本實驗操作技能，培養(yǎng)良好的實驗習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。同時了解其前沿領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，了解分析新技術(shù)、新方法在化學(xué)化工、生物技術(shù)和食品科學(xué)等學(xué)科中的應(yīng)用以及各學(xué)科的進(jìn)展對分析化學(xué)的要求，使學(xué)生初步具備分析和解決實際問題的能力。

國內(nèi)外絕大多數(shù)理工科院校及相關(guān)學(xué)科專業(yè)，都十分重視對學(xué)生儀器分析課程的理論和實踐操作技能的培養(yǎng)。遵循儀器分析課程的教學(xué)和學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，結(jié)合吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院現(xiàn)有實驗條件，探索和實踐適合學(xué)生能力培養(yǎng)的儀器分析課程教學(xué)和實驗方法是一項重要任務(wù)。

1 當(dāng)前儀器分析實驗教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題

儀器分析課程是一門理論性和實踐性都很強(qiáng)的課程。理論教學(xué)大致可以分為四大類：光化學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、色譜法和其他分析法。其中光化學(xué)分析法包括原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、X射線衍射法、火焰光度法、分光光度法(紫外、可見、紅外)、熒光光譜法等；電化學(xué)分析法包括電導(dǎo)分析法、電位分析法、極譜法、伏安法等；色譜法包括氣相色譜法和液相色譜法等；其他方法有熱重法和差熱分析法[2]。這些方法無論原理、定量、定性以及儀器結(jié)構(gòu)都相對獨立，涉及到的學(xué)科和知識較多且抽象。授課過程中，如果不接觸儀器，只按照教材中提供的圖片進(jìn)行講解，學(xué)生不容易完全掌握[3-4]。

儀器分析課程一般是先講理論內(nèi)容，然后進(jìn)行實驗。由于地方院校辦學(xué)經(jīng)費有限，儀器設(shè)備不能保證學(xué)生課程需求和教師科研，尤其是吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院大型分析儀器設(shè)備臺套數(shù)相對較低，而且還要完成較多科研任務(wù)，這都降低了儀器設(shè)備的教學(xué)使用率。另外，儀器分析實驗課中使用的多是精密儀器設(shè)備，學(xué)生需要較長時間熟練儀器，并且實際操作難度大、實驗組數(shù)多，不能保證學(xué)生對儀器的充分利用。同時由于理論教學(xué)和實踐教學(xué)中間出現(xiàn)較大的時間間隔，使學(xué)生在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題不能及時分析和解決，這構(gòu)成了學(xué)生能力培養(yǎng)的阻礙[5]。另外由于儀器更新迭代速度快，不同廠家的儀器型號不同，而教材中提供的儀器圖片或者是結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)圖和實際操作的儀器結(jié)構(gòu)有差別，這樣就導(dǎo)致學(xué)生實驗課上接觸到的是全新的內(nèi)容。如何解決這一矛盾，在授課過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力，是亟待解決的重要問題[6-8]。

2 儀器分析實驗教學(xué)改革

2.1 教學(xué)內(nèi)容按照以基礎(chǔ)應(yīng)用為主、突出重點的原則進(jìn)行重新設(shè)計

對于應(yīng)用化學(xué)及中藥學(xué)、食品類專業(yè)的學(xué)生，學(xué)習(xí)儀器分析課程的主要目的是掌握各種分析儀器設(shè)備的基本原理和維護(hù)知識，學(xué)習(xí)儀器的操作過程，能夠根據(jù)需要設(shè)計簡單的實驗方案解決實際問題。同時，還要協(xié)調(diào)處理好課程內(nèi)容的基礎(chǔ)性與先進(jìn)性、經(jīng)典與現(xiàn)代、本課程與相關(guān)課程內(nèi)容之間的關(guān)系等問題。因此，在保證學(xué)生掌握常用分析方法的原理及各種分析儀器的構(gòu)造和儀器工作原理的基礎(chǔ)上，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，既保證教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性，又把儀器分析研究領(lǐng)域的最新研究成果和發(fā)展動向引入授課內(nèi)容中。例如：實驗室加入了檢測化肥各成分含量和野山雞中各個器官富集重金屬的種類和含量的測定等實驗項目，這些都是可以充分聯(lián)系實際并且激發(fā)學(xué)生興趣的項目。另外，改革后的實驗課程和以往相比加強(qiáng)了前處理的操作環(huán)節(jié)，不同樣品測定成分不同，制備樣品的方法也不同，而且不同的制樣方法最后呈現(xiàn)的結(jié)果也不盡相同。以往為了節(jié)約時間，經(jīng)常讓學(xué)生只做簡單的前處理，而大部分處理任務(wù)都由實驗老師完成，學(xué)生上課時能動手做的部分很少，學(xué)生積極性很難被調(diào)動。改革后每一個實驗從配制溶液到最后的測定給出結(jié)論都需要學(xué)生自己動手操作，在這個過程中大大地鍛煉了學(xué)生的動手能力。

2.2 合理采用多媒體教學(xué)手段，開發(fā)圖形、圖像、動畫等多種直觀形式的教學(xué)輔助手段

由于儀器分析課程內(nèi)容較多，涉及到的分析方法及相應(yīng)分析儀器的原理、結(jié)構(gòu)及裝置圖較多；另外，教學(xué)內(nèi)容多、課時量少的矛盾比較突出。若采用傳統(tǒng)教學(xué)方法(粉筆+黑板)，相當(dāng)費時，且效果不理想。因此，有必要運用多媒體手段，在有限的課時內(nèi)增大課堂信息量，同時生動、形象地給學(xué)生展示各種分析儀器的結(jié)構(gòu)及其動態(tài)地測量過程，使學(xué)生深刻理解儀器的作用原理，將枯燥的知識轉(zhuǎn)化為具體的形象，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。由于學(xué)院具有多媒體仿真實驗室，其中包含儀器分析實驗教學(xué)模擬軟件，在實驗課前讓學(xué)生通過模擬軟件了解儀器的結(jié)構(gòu)和使用步驟。例如，原子吸收分光光度法測定谷物中錳元素含量實驗，在模擬軟件中展示了整個實驗的操作步驟：第一步樣品前處理，在充分預(yù)習(xí)和教師講解的前提下，學(xué)生模擬完成包括玻璃儀器的浸泡和選擇合適的消化液前處理的過程。第二步配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，學(xué)生根據(jù)實際測定的樣品濃度選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度范圍，計算標(biāo)準(zhǔn)溶液的稀釋倍數(shù)，然后進(jìn)行模擬配制。第三步預(yù)熱儀器，設(shè)定儀器參數(shù)，然后進(jìn)行測定。經(jīng)過這一系列流程，學(xué)生了解了實驗步驟和各個部分的結(jié)構(gòu)，增加了對儀器的感性認(rèn)識。此外，教師還收集了網(wǎng)絡(luò)中一些制作精良的儀器使用手冊和講解資料，當(dāng)學(xué)生在課堂上遇到問題可以自己查閱解決，上課效率明顯提高。

為了能讓學(xué)生了解更多的先進(jìn)儀器設(shè)備，授課教師組織學(xué)生去相關(guān)院校的實驗室或工廠參觀，讓學(xué)生深入一線，了解產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和檢測過程，開闊學(xué)生眼界。通過理論聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)對塑造應(yīng)用型本科專業(yè)人才起到了至關(guān)重要的作用。

2.3 深化課堂教學(xué)模式的改革，采取興趣教學(xué)，提高教學(xué)效果

引入討論式、啟發(fā)式教學(xué)法等理念，克服傳統(tǒng)教學(xué)方法的弊端，使課堂教學(xué)充分體現(xiàn)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的理念，從而促使學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生的潛能，開拓學(xué)生思路，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，活躍課堂氣氛，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實驗項目的選擇也強(qiáng)化了和其他課程的聯(lián)系，如有機(jī)化學(xué)實驗項目“茶葉中提取咖啡因”，學(xué)生只能從升華后咖啡因重量和顏色評價實驗結(jié)果的好壞，純度無法測得，可將產(chǎn)品在儀器分析實驗課中用高效液相色譜儀檢驗其純度，通過數(shù)據(jù)分析即可實現(xiàn)。再如現(xiàn)代分離分析實驗課中“超臨界萃取法提取松針中揮發(fā)油”，得到了淺棕色的揮發(fā)油，將其密封保存，在儀器分析實驗課中用氣相-質(zhì)譜儀檢測其中成分，通過氣相色譜得到揮發(fā)油的色譜圖，運用氣相色譜理論知識判斷設(shè)定的分離條件的合理性并相應(yīng)改進(jìn)，通過質(zhì)譜分析讓學(xué)生了解揮發(fā)油中幾種主要成分和其在食品、藥品、工業(yè)中的用途，這些和實際相結(jié)合的實驗學(xué)生都很感興趣。學(xué)生興趣被明顯調(diào)動，實驗課考試的及格率也從原來的85%上升到95%以上。

2.4 以學(xué)生能力培養(yǎng)為核心，構(gòu)建操作性強(qiáng)的實驗、實踐課程

本著提高學(xué)生動手能力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、加深理解分析方法原理并與實踐相結(jié)合的設(shè)計思想進(jìn)行實驗和實踐教學(xué)體系的改革。將實踐教學(xué)分為基本實驗和綜合性實驗兩部分，基本實驗主要訓(xùn)練學(xué)生了解儀器的基本結(jié)構(gòu)并熟悉分析儀器的基本操作，涉及內(nèi)容與課堂教學(xué)密切相關(guān)，充分體現(xiàn)本課程的實踐性；“綜合性實驗”是通過化學(xué)分析方法與儀器分析技術(shù)相結(jié)合的綜合訓(xùn)練，使學(xué)生掌握儀器分析方法的應(yīng)用技術(shù)與技巧，要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過查閱文獻(xiàn)資料，自主設(shè)計實驗方案。通過課堂教學(xué)與實踐教學(xué)綜合性訓(xùn)練，學(xué)生的視野開闊、綜合能力明顯增強(qiáng)。實踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生針對自己感興趣的項目，首先進(jìn)行資料的查找，確定可行性后，經(jīng)指導(dǎo)教師批準(zhǔn)，自行設(shè)計實驗過程并進(jìn)行操作。例如用高效液相色譜法測定飲料中的苯甲酸、山梨酸鉀、糖精鈉、咖啡因、靚藍(lán)、檸檬黃等含量。對同一樣品還可進(jìn)行不同方法的比較分析，例如用高效液相色譜法和紫外分光光度法測定蘆丁含量，對比兩種儀器使用流程和不同數(shù)據(jù)，能夠更直觀地認(rèn)識每種儀器的測量特點和不足之處。針對受到污水污染的耕地種植的作物會相應(yīng)富集重金屬元素的特性，結(jié)合測定金屬的理論內(nèi)容，學(xué)生還設(shè)計了用原子吸收分光光度法測定了多種市售谷物中Cd、Cr、Mn、Cu、Fe等金屬元素含量的實驗項目，通過這些實驗，學(xué)生學(xué)習(xí)了原子吸收分光光度計的使用方法、測量對象，也讓學(xué)生了解了不同作物富集金屬的能力。除了重視學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)外，基礎(chǔ)操作的規(guī)范性和科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)精神也是重點培養(yǎng)內(nèi)容。在實驗過程中，讓學(xué)生體會到細(xì)節(jié)決定成敗的重要性，從玻璃儀器的浸泡、洗滌，到稱量藥品、配制溶液，每一步都要求準(zhǔn)確規(guī)范。在保證實驗學(xué)時的前提下，盡量讓學(xué)生多進(jìn)行平行試驗，并且學(xué)會用軟件處理數(shù)據(jù)，把得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，如果遇到可疑的數(shù)據(jù)，不能立刻刪除或者篡改，應(yīng)該仔細(xì)分析產(chǎn)生問題的原因，總結(jié)對應(yīng)解決辦法和注意事項，培養(yǎng)學(xué)生以事實為依據(jù)，實事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度。學(xué)校積極鼓勵學(xué)生參加行業(yè)資格認(rèn)證(化學(xué)檢驗員3級考試)，實驗課改革后學(xué)生的通過率明顯提高，從往年的70%左右上升到了85%以上。另外學(xué)校具有畢業(yè)生就業(yè)單位進(jìn)行滿意度調(diào)查回訪的制度，企業(yè)對學(xué)生動手能力的滿意度也明顯提高。

2.5 建立實驗室開放制度，便于學(xué)生積極主動參與研究項目

儀器分析實驗室不僅對教師科研和實驗課開放，還對學(xué)生的畢業(yè)論文、大學(xué)生科技創(chuàng)新、實驗技能大賽等項目開放，使學(xué)生的儀器分析學(xué)習(xí)向深度和廣度延伸。例如針對大學(xué)生創(chuàng)新項目，學(xué)生利用課余時間進(jìn)行自主實驗設(shè)計和操作，教師在項目初期只對實驗項目的可行性進(jìn)行審核，講解儀器的使用，讓學(xué)生盡快熟練掌握儀器的使用。因為實驗項目是全新的，在這個過程中會出現(xiàn)很多的問題，學(xué)生可以通過網(wǎng)上查找、圖書館查閱相關(guān)資料或者向高年級同學(xué)請教，完成整個項目。另外，學(xué)生可以選擇性的參與到教師的科研項目中，進(jìn)行一些程序性的測試工作，如天然物的提取、分析、分離、紅外光譜測定、氣相質(zhì)譜儀、X射線衍射儀等數(shù)據(jù)分析及表征工作并對得到的圖譜進(jìn)行解圖分析，鍛煉解圖能力，為以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)或者工作打下良好的基礎(chǔ)。除了大學(xué)生創(chuàng)新項目和教師的課題，每位同學(xué)都要獨立完成畢業(yè)論文，在這個過程中也會使用相應(yīng)的儀器。通過實驗室開放極大地提高了學(xué)生自主創(chuàng)新和實踐能力。

2.6 建立健全課程考核制度，細(xì)化考核內(nèi)容

建立適合的考核制度也是儀器分析實驗改革的重要組成部分，儀器分析實驗學(xué)時有限，儀器有限，有些實驗不能讓每個學(xué)生都得到充分的鍛煉，所以考核的形式不能只注重實驗結(jié)果，要注重實驗過程的考核。可采取的辦法是：把學(xué)生盡可能分成多的小組，讓他們共同完成實驗任務(wù)，在實驗過程中教師考查每個同學(xué)的預(yù)習(xí)情況、實驗動手操作能力、實驗操作的標(biāo)準(zhǔn)程度和團(tuán)隊協(xié)作的默契程度，同時也要加強(qiáng)對學(xué)生的指導(dǎo)，糾正學(xué)生的錯誤操作，及時對學(xué)生的問題做出反饋。因為都是相同的樣品，所以最終結(jié)果可以進(jìn)行平行比較，比如標(biāo)準(zhǔn)曲線中每個點相關(guān)性的好壞，配制、定容等操作的標(biāo)準(zhǔn)性與標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)關(guān)系，樣品前處理的徹底程度和儀器的操作流程也決定了最后的實驗結(jié)果，每組的樣品重復(fù)進(jìn)樣得到的結(jié)果要進(jìn)行精密度分析，精密度越好，實驗效果越好。通過這些操作有效激勵了學(xué)生的細(xì)節(jié)意識和相互配合精神。不同的實驗考核，標(biāo)準(zhǔn)也不同，需要在今后的課堂中反復(fù)進(jìn)行摸索，制定一整套適合儀器分析實驗的考核標(biāo)準(zhǔn)。

3 展 望

和國外高校的儀器分析實驗相比，吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院的儀器分析實驗課程還有很多問題需要改革，例如課程設(shè)置比較重視基礎(chǔ)和理論的學(xué)習(xí)，而國外更注重解決實際問題，可以讓學(xué)生自主選擇時間完成實驗，最后以墻報展示的形式匯報實驗內(nèi)容，讓學(xué)生體驗完整的科研過程。借鑒這些經(jīng)驗，學(xué)院可以增加學(xué)生獨立操作實驗和展示實驗成果的機(jī)會。另外，學(xué)生和教師不僅需要“走出去”，還需要請專家學(xué)者“走進(jìn)來”。學(xué)院可以聘請企事業(yè)單位的高級技術(shù)人才來學(xué)校進(jìn)行講座、授課或者是參與實習(xí)指導(dǎo)，結(jié)合學(xué)科前沿和社會熱點問題不斷更新實踐項目。歷屆畢業(yè)生也是學(xué)校寶貴的財富和資源，讓他們參與到課程的設(shè)計，參與到教師和學(xué)生的培訓(xùn)中，推動教師的科研項目發(fā)展和學(xué)生的就業(yè)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情，為學(xué)生將來走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。