肖新峰 劉曉東 唐堯基

(山東科技大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 山東青島 266510)

儀器分析課程是化學(xué)類專業(yè)(包括化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程、材料化學(xué)、礦物加工)和環(huán)境類專業(yè)(包括環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程)的基礎(chǔ)主干課程。儀器分析法在自然科學(xué)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用中占有極其重要的地位。通過儀器分析課程的教學(xué)，可以使學(xué)生對儀器分析這一領(lǐng)域有較全面的了解，基本掌握儀器分析的各類方法。由于儀器分析課程內(nèi)容的特點(diǎn)，在其教學(xué)過程中開展直觀性教學(xué)具有非常重要的意義。

1 直觀性教學(xué)原則的含義和認(rèn)識論基礎(chǔ)

直觀性原則是指在教學(xué)中，教師要利用直觀手段，通過引導(dǎo)學(xué)生開展多種形式的直觀性認(rèn)知，豐富學(xué)生的感性認(rèn)識，發(fā)展學(xué)生的觀察力和形象思維，并為形成正確而深刻的理性認(rèn)識奠定基礎(chǔ)。

古今中外的教育家都對直觀性教學(xué)原則作過精辟的闡述。中世紀(jì)捷克杰出的教育家夸美紐斯在其著作《大教學(xué)論》中指出，“應(yīng)該盡可能地把事物本身或代替它的圖像放在面前，讓學(xué)生去看看、摸摸、聽聽、聞聞?！辈⒙氏忍岢隽私虒W(xué)中的直觀性原則。后來俄國教育家烏申斯基對這個原則進(jìn)一步作了深刻的論證，指出：“邏輯不是別的東西，而是自然界的事物和現(xiàn)象的聯(lián)系在我們頭腦中的反映”。近、現(xiàn)代教學(xué)實(shí)踐的發(fā)展證明，直觀性原則在教學(xué)中正處于越來越重要的地位[1]。

直觀性教學(xué)原則反映了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，即通過感性、形象而具體知識的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣和積極性，減少學(xué)習(xí)抽象概念的困難；通過展示事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、相互關(guān)系和發(fā)展過程，幫助學(xué)生形成科學(xué)的概念，從而更好地深化認(rèn)識和運(yùn)用知識。直觀教學(xué)之所以必要，是由于學(xué)生對教材的理解總是要以對事物的感知為基礎(chǔ)。學(xué)生由于缺乏直接經(jīng)驗(yàn)，在學(xué)習(xí)知識的過程中往往容易犯抽象、空洞、形式主義的毛病；又由于學(xué)生的思維，具有沿著由經(jīng)驗(yàn)思維占優(yōu)勢向理論思維占優(yōu)勢發(fā)展的趨勢[2]。所以，教學(xué)要適應(yīng)和促進(jìn)這個發(fā)展過程。在教學(xué)過程中貫徹直觀性原則，有助于解決名詞概念脫離事物、抽象概括脫離具體形象、理解脫離感知等矛盾。鮮明生動的形象，容易喚起學(xué)生的注意，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和熱情，促進(jìn)知識的理解和遷移；有助于發(fā)展學(xué)生的觀察能力、形象思維能力，以及形成辯證唯物主義觀點(diǎn)。

教學(xué)的認(rèn)識過程有其特殊性，它不是以嘗試性直接認(rèn)識方式為主，而是以書本為知識載體的間接認(rèn)識方式為主，即以間接經(jīng)驗(yàn)為主。這種間接性認(rèn)識方式的優(yōu)點(diǎn)，可以使學(xué)生在有限的時間之內(nèi)以最經(jīng)濟(jì)的方式掌握一定范圍內(nèi)的知識，并且形成相應(yīng)的技能、能力、智力、體力、品德和人格。其最大的局限性則表現(xiàn)為由于感性經(jīng)驗(yàn)的不足而常常影響掌握理論知識的速度、進(jìn)程和質(zhì)量。對于這種間接性認(rèn)識方式本身所具有的不足，可以通過直觀性教學(xué)進(jìn)行彌補(bǔ)。

目前，高等學(xué)校的專業(yè)課程教學(xué)非常注重課程內(nèi)容的科學(xué)性、理論性和邏輯性，而往往忽視了教學(xué)過程中最基本的直觀性原則。這種局面直接造成學(xué)生未形成通過直觀性方法學(xué)習(xí)和理解課程理論內(nèi)容的習(xí)慣。高校教學(xué)的課程設(shè)計必須考慮直觀性原則，在多媒體教育高度發(fā)展的今天，直觀性教學(xué)是理性認(rèn)識轉(zhuǎn)化為感性認(rèn)識的重要手段。

2 直觀性原則是儀器分析課程教學(xué)的客觀需求

儀器分析是一門綜合性實(shí)驗(yàn)科學(xué)，其特殊性尤其適合直觀性教學(xué)。

2.1 形象直觀的引導(dǎo)

儀器分析課程所介紹的分析儀器涉及的學(xué)科和領(lǐng)域很廣。不同類別的儀器從基本原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用范圍到操作使用技術(shù)，都有非常大的差別，所涉及的內(nèi)容往往涵蓋多個學(xué)科領(lǐng)域，任課教師由于種種條件的限制，不可能對所有的儀器方法都精通。另外，隨著近年來科技的發(fā)展，儀器制造技術(shù)得到了極大的提高，計算技術(shù)在儀器方法中得到了普遍的應(yīng)用，各種新理論、新技術(shù)不斷地用于精密分析儀器之中，先進(jìn)的分析儀器不斷出現(xiàn)。這種狀況大大增加了儀器分析理論與技術(shù)的復(fù)雜性，因此可以說，多學(xué)科交叉性是儀器分析課程在教學(xué)上的最大難點(diǎn)[3-4]。

對此，教師可以充分利用直觀性教學(xué)的手段，把儀器分析多學(xué)科交叉、知識面廣、技術(shù)手段多樣的特點(diǎn)形象地展示給學(xué)生，使學(xué)生在感知認(rèn)識的基礎(chǔ)上，體會分析儀器是怎樣把多種知識集成和應(yīng)用到一起的；另一方面，也可以通過儀器分析的手段，把分析測試技術(shù)應(yīng)用到多種科學(xué)領(lǐng)域。

2.2 通過直觀教學(xué)化繁為簡

現(xiàn)代分析儀器尤其是現(xiàn)代大型精密分析儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即便是同一種儀器，由于生產(chǎn)廠家不同，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不盡相同。再加上電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，很多儀器實(shí)現(xiàn)了小型化，多種復(fù)雜的功能都可以集成在很小的線路板或集成塊上。而儀器的操作使用則變得更加簡單[4]。這些在一定程度上加大了學(xué)生對分析原理理解的難度，導(dǎo)致一些學(xué)生在實(shí)際操作使用儀器時感到無所適從。在儀器分析課程教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)充分考慮這方面的因素，多開展直觀性教學(xué)，把理論講解和現(xiàn)場實(shí)物觀察有機(jī)地結(jié)合起來，使學(xué)生在直觀認(rèn)識的基礎(chǔ)上，理解分析過程的原理和分析理論。如目前廣泛使用的北京普析通用的原子吸收分光光度計，該儀器只有一個電源開關(guān)鍵，儀器的所有操作全部通過工作站進(jìn)行反控。僅從外觀學(xué)生并不能看到儀器內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和基本的工作流程。在教學(xué)中，可以分為幾個模塊(銳線光源—原子化器—單色器—光電轉(zhuǎn)換裝置(數(shù)據(jù)工作站))幫助學(xué)生理解，把復(fù)雜的內(nèi)容理出條理；再通過讓學(xué)生對儀器各個部分進(jìn)行實(shí)際觀察，消除對復(fù)雜儀器的神秘感。在實(shí)際操作時，只要按照工作站的操作流程，合理選擇儀器參數(shù)就可以輕松使用了。但如果弄不清儀器的原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對工作站的使用就不可能清楚、明了，因此，原理模型直觀和實(shí)物直觀簡化了學(xué)習(xí)過程。

2.3 采用虛擬手段進(jìn)行形象模擬

分析儀器尤其是現(xiàn)代大型精密分析儀器大多價格昂貴、耗材量大且運(yùn)行成本高。大型精密分析儀器在一定程度上體現(xiàn)了一所綜合性大學(xué)的辦學(xué)基礎(chǔ)、科研基礎(chǔ)和發(fā)展?jié)摿?，也關(guān)系到學(xué)校在專業(yè)領(lǐng)域中的影響力。目前，大型分析儀器已逐漸應(yīng)用于本科生的教學(xué)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，但運(yùn)行成本仍然是重要的制約因素。

解決運(yùn)行成本高和大型儀器數(shù)量少等問題的有效手段是采用虛擬實(shí)驗(yàn)手段，對相應(yīng)儀器結(jié)構(gòu)原理和儀器分析實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬演示。這種形象直觀的手段可以幫助學(xué)生更好地理解相應(yīng)內(nèi)容。

2.4 在儀器分析課程中強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性是直觀性教學(xué)的有效延伸

儀器分析課程教學(xué)的最終目的是使學(xué)生學(xué)會使用現(xiàn)代分析儀器，能夠利用分析儀器為科學(xué)研究和生產(chǎn)生活服務(wù)。因此，在該課程教學(xué)中必須強(qiáng)調(diào)實(shí)踐。只有通過實(shí)際應(yīng)用與操作，才能真正理解儀器的基本原理，才算學(xué)好了這一門知識。

在學(xué)生進(jìn)行儀器分析實(shí)驗(yàn)的過程中，通過引導(dǎo)學(xué)生對儀器實(shí)物的觀察，對儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的了解，熟悉儀器的性能，進(jìn)而掌握儀器的分析原理。學(xué)生只有對儀器熟悉了，才能消除陌生感，再輔以具體的操作，就可以相對容易地掌握分析儀器的使用。

2.5 直觀介紹分析儀器的動態(tài)發(fā)展

在現(xiàn)有的教科書中，較常用的一本是朱明華編寫的《儀器分析》[5]，該教材雖經(jīng)3次修訂，但仍不能及時反映分析手段的最新發(fā)展和應(yīng)用情況，這就要求任課教師盡可能了解各種儀器及其應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，在教學(xué)中不拘泥于現(xiàn)有教材，注意更新和補(bǔ)充新的內(nèi)容。在教學(xué)過程中，通過直觀性的引導(dǎo)，可以使學(xué)生掌握每一類型分析儀器的原理和結(jié)構(gòu)，通過形象或?qū)嵨镏庇^弄清楚新型儀器的實(shí)現(xiàn)方法、技術(shù)創(chuàng)新和分析原理。這樣就可以更好地開拓學(xué)生的視野，啟發(fā)學(xué)生的思維，提高他們的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性[6]。

3 直觀性原則在儀器分析教學(xué)中的應(yīng)用

在儀器分析教學(xué)中貫徹直觀性原則，依賴的是各種直觀教學(xué)形式。直觀教學(xué)是指使學(xué)生獲得感性知識所采用的教學(xué)方式，其形式主要有實(shí)物直觀、模像直觀、語言直觀、多媒體直觀等。

3.1 實(shí)物直觀

實(shí)物直觀是以實(shí)際的事物本身作為直觀對象進(jìn)行的直觀活動。通過實(shí)物直觀，學(xué)生能加深對知識的感知。心理學(xué)研究表明，實(shí)物直觀是領(lǐng)會科學(xué)知識的起點(diǎn)，是學(xué)生由不知到知的開端，是知識掌握的首要環(huán)節(jié)。

在儀器分析課程教學(xué)中，讓學(xué)生實(shí)際觀察分析儀器，尤其是觀察了解儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、儀器各部件的設(shè)計特點(diǎn)、安裝方式、連接工藝等，是學(xué)生掌握儀器分析內(nèi)容的有效手段。

比如在氣相色譜的學(xué)習(xí)中，讓學(xué)生實(shí)際觀察填充柱和毛細(xì)管柱、熱導(dǎo)池檢測器和氫火焰離子化檢測器、燃?xì)怃撈亢洼d氣鋼瓶、自動進(jìn)樣閥和進(jìn)樣針，學(xué)生就可以容易地理解它們的功能和區(qū)別，并產(chǎn)生深刻的認(rèn)識，這樣會比單純課堂講授的效果好得多。

3.2 模像直觀

模像直觀是運(yùn)用各種手段對實(shí)物的模擬，包括圖片、圖表、模型、幻燈、錄音、錄像、電影、電視等。在儀器分析課程教學(xué)中，實(shí)物直觀雖然具有真實(shí)有效的特點(diǎn)，但往往受到實(shí)際條件的限制而無法使用；如大型精密儀器，不可能全面拆卸來讓學(xué)生進(jìn)行觀察。模像直觀則能有效地彌補(bǔ)實(shí)物直觀的缺憾，借助某些技術(shù)手段對儀器的部件、結(jié)構(gòu)、流程、原理等進(jìn)行模擬表達(dá)，以達(dá)到直觀的效果。在教學(xué)中，使用儀器圖片、結(jié)構(gòu)框圖、模擬流程、虛擬實(shí)驗(yàn)室等模像直觀手段，對儀器分析教學(xué)很有幫助。比如在色譜知識的教學(xué)中，通過過程模擬解析不同組分在色譜柱上的分離過程，學(xué)生可以形象地把儀器色譜柱上這種看不到的分離過程直觀地進(jìn)行感知，使學(xué)習(xí)過程形象生動，印象深刻。

3.3 語言直觀

語言直觀是教師運(yùn)用自己的語言，借助學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比喻描述，引起學(xué)生的感性認(rèn)識，達(dá)到直觀的效果。與前兩種直觀相比，語言直觀可以最大限度地擺脫時間、空間、物質(zhì)條件的限制，是最為便利和最為經(jīng)濟(jì)的。語言直觀的運(yùn)用效果主要取決于教師本人的素養(yǎng)。在儀器分析教學(xué)中，可以精心設(shè)計教學(xué)語言，對儀器的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、原理、分析流程等進(jìn)行形象直觀的描述，這將有助于學(xué)生的學(xué)習(xí)。如原子吸收分光光度計的燃燒器，可以讓學(xué)生聯(lián)想家庭常用的燃?xì)庠?；對于原子吸收模型、紫外吸收模型、紅外吸收模型等，可以結(jié)合物質(zhì)結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行直觀性描述。

3.4 多媒體直觀

多媒體教學(xué)已經(jīng)成為儀器分析教學(xué)中廣泛使用的手段。通過教學(xué)設(shè)計，合理選擇和運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)媒體，并與傳統(tǒng)教學(xué)手段有機(jī)組合，共同參與教學(xué)全過程，以多種媒體信息將儀器分析的復(fù)雜內(nèi)容傳遞給學(xué)生，形成合理的教學(xué)結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到最優(yōu)化的教學(xué)效果。如使用多媒體動畫演示儀器的使用方法，播放儀器結(jié)構(gòu)、試驗(yàn)過程的教學(xué)視頻，使用網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行網(wǎng)上虛擬儀器分析實(shí)驗(yàn)等。這些方法可以達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)注意力、增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣、易于理解教學(xué)內(nèi)容的目的。

綜上所述，在儀器分析教學(xué)中運(yùn)用直觀性原則既符合一般性教學(xué)規(guī)律和認(rèn)知規(guī)律，又符合儀器分析課程的特點(diǎn)。在儀器分析教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)不斷探索直觀性教學(xué)的原則和方法，使學(xué)生在輕松、直觀的教學(xué)氛圍中學(xué)到儀器分析的原理和精髓，只有深入這一教學(xué)領(lǐng)域，不斷進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，才能真正體驗(yàn)到這一原則的理論價值。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李秉德.教學(xué)論.北京:人民教育出版社,1991

[2] 史炳星.學(xué)科教育,1998,9:42

[3] 汪爾康.21世紀(jì)的分析化學(xué).北京:科學(xué)出版社,1999

[4] 汪爾康.分析化學(xué)新進(jìn)展.太原:山西科學(xué)技術(shù)出版社,1997

[5] 朱明華.儀器分析.北京:高等教育出版社,2008

[6] 孫悅.中國醫(yī)藥導(dǎo)報,2008,5(1):89