《儀器分析》課程

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1、《儀器分析》課程 　　本文論述了《儀器分析》(含實(shí)驗(yàn))課程教學(xué)體系的建設(shè)與改革。我們以激發(fā)全體學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)綜合性、研究性與創(chuàng)新性人才為基本目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際，倡導(dǎo)啟發(fā)式教學(xué)，通過(guò)改革使教學(xué)結(jié)構(gòu)更趨于合理，體現(xiàn)出儀器分析教學(xué)計(jì)劃的科學(xué)性和教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性及教學(xué)手段的連貫性。 分析化學(xué)是一門對(duì)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)量與表征的科學(xué)，是人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的重要手段之一。[1]它包括化學(xué)分析和儀器分析兩大部分，兩者相輔相成，缺一不可?！秲x器分析》課程是綜合性大學(xué)和高等師范院校中一門新穎的交叉學(xué)科。[2，3]《儀器分析》(含實(shí)驗(yàn))課程目前是我校化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境科

2、學(xué)和工程以及化學(xué)教育專業(yè)本科生的主干基礎(chǔ)課程。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(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科為一體的綜合性學(xué)科。 [4]由單純提供分析測(cè)試數(shù)據(jù)，上升到從原始的分析測(cè)試數(shù)據(jù)中最大限度地獲取有價(jià)值的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)物質(zhì)信息，以解決自然科學(xué)各領(lǐng)域中的關(guān)鍵問(wèn)題。作為自然科學(xué)研究領(lǐng)域中物質(zhì)的信息科學(xué)，儀器分析的發(fā)展被寄予越來(lái)越大的期望，并提出越來(lái)越高的要求。因此，作為本科生的儀器分析理論與實(shí)驗(yàn)課程體系的教學(xué)，也越來(lái)越顯示其重要性。 結(jié)合目前的化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀和教學(xué)要求，我們深刻認(rèn)識(shí)到儀器分析課程的教學(xué)涉及面較廣且綜合性較強(qiáng)，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

3、介紹儀器的基本結(jié)構(gòu)、測(cè)試原理和定性定量的分析方法，尤其是各種方法的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍。 而就目前我校的儀器分析課程教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，尚與國(guó)內(nèi)其他院校存在一定的差距，無(wú)論是教學(xué)內(nèi)容，還是教學(xué)方法，都缺乏及時(shí)更新，這本身與儀器分析方法的飛速發(fā)展是相矛盾的。因此，通過(guò)對(duì)《儀器分析》課程體系進(jìn)行改革和實(shí)踐，更新教學(xué)思想、改革教學(xué)方式、采用多媒體教學(xué)手段、理論與實(shí)驗(yàn)密切結(jié)合等途徑，合理優(yōu)化課程的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，對(duì)培養(yǎng)綜合性、研究與創(chuàng)新性人才具有十分重要的意義。 近年來(lái)，隨著儀器分析方法的迅速發(fā)展和更新，我國(guó)各高校都普遍增大了《儀器分析》課程內(nèi)容的比重，并且結(jié)合儀器分析方法的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)更新教學(xué)內(nèi)容，以便

4、培養(yǎng)知識(shí)結(jié)構(gòu)較新、動(dòng)手能力頗強(qiáng)的學(xué)生。同時(shí)，各高校按照教育部《關(guān)于對(duì)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行合格評(píng)估的通知》精神，建設(shè)了一批合格實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)中心，對(duì)于推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、突出本科教學(xué)在學(xué)校的中心地位起到了很好的促進(jìn)作用。其中，北京大學(xué)的《儀器分析》課程教學(xué)的總學(xué)時(shí)數(shù)達(dá)到60學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)有18個(gè)，涵蓋了11種儀器分析方法。 南京大學(xué)的《儀器分析》實(shí)驗(yàn)開出時(shí)間為大學(xué)二年級(jí)的兩個(gè)學(xué)期，共有26個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以供選擇，課程教學(xué)的總學(xué)時(shí)數(shù)達(dá)到48學(xué)時(shí)，其中前13個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為必選實(shí)驗(yàn)，后13個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為選修實(shí)驗(yàn)。中山大學(xué)的《基礎(chǔ)儀器分析》課程教學(xué)的總學(xué)時(shí)數(shù)達(dá)到54學(xué)時(shí)，開設(shè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)17個(gè)，綜合型實(shí)驗(yàn)9個(gè)。其中選做

5、實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合，例如鉛鋅礦煙道灰中鍺的光譜定量分析，單掃描示波極譜法——廢水中鎘的測(cè)定和中藥沖劑中有效成分的分析等。此外，還組織實(shí)驗(yàn)每8人一組前往分析測(cè)試中心、化學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心和各研究所進(jìn)行大型儀器教學(xué)參觀。因此，我們亟需根據(jù)自身專業(yè)特點(diǎn)將《儀器分析》課程的改革放到極其重要的位置。 　　一、研究現(xiàn)有課程體系，重視教學(xué)實(shí)踐內(nèi)容 　　我們必須了解課程自身的特點(diǎn)，這樣才能有針對(duì)性地加以改進(jìn)。首先，儀器分析理論課程涉及的學(xué)科和領(lǐng)域非常廣泛，儀器工作原理往往是多學(xué)科交叉，比其他基礎(chǔ)課更抽象、更枯燥，化學(xué)和環(huán)境專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)存在一定難度。學(xué)生感到最困難的是由于課堂上介紹儀器原理時(shí)未能見(jiàn)

6、到實(shí)物，故常理解不透，印象也不深，單靠語(yǔ)言和文字描述儀器的工作原理又很難達(dá)到預(yù)期效果，不容易激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。由此可見(jiàn)，要充分發(fā)揮課堂教學(xué)的重要作用，提高教學(xué)質(zhì)量，就必須把教學(xué)從偏重知識(shí)記憶、偏重教師灌輸?shù)膫鹘y(tǒng)教學(xué)模式中解放出來(lái)，創(chuàng)建一種充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性和發(fā)展其自身個(gè)性的教學(xué)模式。教師可采用形式多樣的教學(xué)方法，如啟發(fā)式教學(xué)法、比較式教學(xué)法、課堂討論、實(shí)驗(yàn)演示等，或者按照儀器分析方法發(fā)展歷程的方法，再結(jié)合相關(guān)國(guó)際刊物文獻(xiàn)資料學(xué)習(xí)探討等方式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。 　　其次，儀器分析實(shí)驗(yàn)作為儀器分析教學(xué)的重要組成部分，與其他化學(xué)課程相比較，儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在嚴(yán)重的三

7、多三少的矛盾，即班次多、人數(shù)多、實(shí)驗(yàn)組多，而老師少、儀器少、實(shí)驗(yàn)室少。此外，還存在重復(fù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)多，綜合實(shí)驗(yàn)少;合作完成實(shí)驗(yàn)多，獨(dú)立操作的實(shí)踐機(jī)會(huì)少等情況。儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)以前主要集中在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和規(guī)范化操作，缺乏科學(xué)的思維訓(xùn)練和創(chuàng)造性激勵(lì)。大多數(shù)學(xué)生在畢業(yè)前根本沒(méi)有閱讀過(guò)儀器使用說(shuō)明書，遇到問(wèn)題時(shí)通常依靠老師來(lái)解決，在實(shí)驗(yàn)中完全缺乏主動(dòng)性，能力得不到及時(shí)地培養(yǎng)和提高。 環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生要重點(diǎn)學(xué)習(xí)大氣、水、土壤等污染物的檢測(cè)。要使學(xué)生認(rèn)識(shí)到這門課程的學(xué)習(xí)會(huì)給自己將來(lái)的工作或者科研帶來(lái)很大的幫助，并從內(nèi)心重視這門課程。 同時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中將儀器分析的原理方法與現(xiàn)實(shí)社會(huì)密切相關(guān)的熱點(diǎn)問(wèn)題結(jié)

8、合起來(lái)。例如，涉及食品安全的毒奶粉事件、蘇丹紅事件，涉及環(huán)境安全問(wèn)題的水體重金屬污染、空氣中污染物的監(jiān)測(cè)等，不但可以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)儀器分析在現(xiàn)實(shí)生活中的意義和作用，從而誘導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的強(qiáng)烈愿望，而且可以促使學(xué)生從儀器分析課程中去尋求解決問(wèn)題的方法，主動(dòng)去學(xué)習(xí)，帶來(lái)的效果是任何一種其他教學(xué)方法所無(wú)法比擬的。 　　四、改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)的方式，多用啟發(fā)式教學(xué) 目前傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)方式是，告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)的原理、儀器、實(shí)驗(yàn)步驟，甚至連細(xì)節(jié)和注意點(diǎn)也一一交代，學(xué)生被動(dòng)地按照實(shí)驗(yàn)的步驟一步步機(jī)械地完成即可，未能真正達(dá)到投入學(xué)習(xí)的目的，所學(xué)到的儀器分析知識(shí)及其他學(xué)科知識(shí)并未真正融合，使得學(xué)生不愿動(dòng)腦筋，

9、甚至不預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需逐條看黑板、結(jié)合講義也能完成實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果只是使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)課鞏固或驗(yàn)證所學(xué)的理論知識(shí)。多年的教學(xué)實(shí)踐表明，盡管教師做得很細(xì)致很周到，但這樣的實(shí)驗(yàn)很難激起學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，教學(xué)效果不甚理想，且對(duì)學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力的培養(yǎng)極為不利，更不用說(shuō)培養(yǎng)其創(chuàng)新能力了。 因此，老師們應(yīng)把更多的思維空間留給學(xué)生自己，要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)，讓他們有獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)。而在課堂上開展啟發(fā)式教學(xué)，重點(diǎn)介紹實(shí)驗(yàn)的基本原理和儀器結(jié)構(gòu)，可以利用報(bào)廢解剖后的儀器講解結(jié)構(gòu)原理，這種方式的教學(xué)才更加形象而又直觀。這樣就改變了教師講學(xué)生聽(tīng)的傳統(tǒng)的單通道輸入知識(shí)信息的格局，起到了教師“舉一”而學(xué)生“反三”的功效

10、。[6] 　　五、強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力，增添設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 學(xué)習(xí)的過(guò)程已經(jīng)不再是抄寫黑板上的那些條條框框了，而是在于培養(yǎng)自己利用新的知識(shí)去找到解決問(wèn)題的途徑，這本身就是一場(chǎng)教與學(xué)的革命。為了提高儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，充分發(fā)揮分析儀器在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力中的作用，需要對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)作較大幅度的調(diào)整。基本思路是將儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)在12周內(nèi)分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段是以原有的基礎(chǔ)知識(shí)和基本訓(xùn)練為目標(biāo)的必做實(shí)驗(yàn)，第二階段是以能力培養(yǎng)為目標(biāo)的開放式設(shè)計(jì)性選做實(shí)驗(yàn)。 這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生根據(jù)老師給的課題，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)解決實(shí)

11、際問(wèn)題，得出結(jié)論。在儀器分析實(shí)驗(yàn)中，可以把化學(xué)分析和儀器分析實(shí)驗(yàn)綜合起來(lái)，例如，測(cè)量水樣中金屬離子，讓學(xué)生先查閱文獻(xiàn)，再進(jìn)行水樣(可自己采樣)中一些金屬離子的絡(luò)合滴定分析和原子吸收測(cè)定，得出結(jié)果，然后寫出類似科技論文的綜合性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。也可將老師的一些科研成果設(shè)計(jì)成儀器分析實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生更深入了解一些前沿研究領(lǐng)域以及科技創(chuàng)新和論文撰寫的全過(guò)程。教師主要起輔導(dǎo)答疑的作用，而學(xué)生才是自主學(xué)習(xí)的主人。 　　通過(guò)幾年來(lái)對(duì)《儀器分析》課程體系進(jìn)行改革和實(shí)踐，更新教學(xué)思想、改革教學(xué)方式、采用多媒體教學(xué)手段、理論與實(shí)驗(yàn)密切結(jié)合等途徑，合理優(yōu)化課程的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，對(duì)培養(yǎng)綜合性、研究與創(chuàng)新性人才具有十分重要的意義。開展多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，利用綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及在撰寫論文和答辯過(guò)程中的綜合歸納能力、科技寫作能力和語(yǔ)言表達(dá)能力。這種研討式教學(xué)孕育了他們的創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)了其創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)了其創(chuàng)新實(shí)踐的能力。