李建強 魯毅強 范慧俐 劉杰民 曹艷秋 弓愛君

(北京科技大學化學與化學工程系 北京 100083)

儀器分析及實驗課程在高等院?；瘜W及相關專業(yè)的基礎課教學中有著重要地位。該課程涉及化學、物理學、數(shù)學、電子學及計算機技術等多學科理論,采用比較復雜和特殊的儀器設備，通過測量物質的某些物理參數(shù)來確定物質的化學組成及成分含量，并獲取有關化學結構的信息。對學生而言，儀器分析及實驗課程是他們后續(xù)專業(yè)課程學習及畢業(yè)設計的重要基礎，對培養(yǎng)學生分析、解決問題能力和創(chuàng)新精神，掌握現(xiàn)代的研究手段與方法有重要作用。

儀器分析及實驗是北京科技大學化學系應用化學專業(yè)的重要專業(yè)基礎課程之一，課程安排在無機化學與分析化學之后，與物理化學和有機化學交叉同步；課程分為Ⅰ和Ⅱ兩部分，分別在第6和第7學期開設，每部分54學時，其中課堂講授30學時，實驗24學時(2010版教學計劃改為64學時，課堂講授40學時，實驗24學時，在第4和第7學期開設)，這兩部分相對獨立又緊密聯(lián)系。對于該課程的理論教學，不但要求講授每種分析方法的基本原理、儀器結構、干擾因素和分析方法，還要緊跟該學科的發(fā)展前沿，不斷更新教學內容。對于實驗教學，每種分析方法的課時少、儀器數(shù)量不足等因素困擾著許多學校實驗教學工作的順利開展[1-3]；同時，課程所涉及的分析方法在原理、儀器結構、影響因素及應用等方面都有很大差別，整個課程的邏輯性不強，知識點較分散，并涉及到量子化學等較抽象的內容，使學生學習過程中不易抓住重點和規(guī)律性，較難掌握[4-5]。因此，加強課程的安排與管理，做好該課程的課堂教學和實驗教學工作，改革教學內容和體系，實現(xiàn)教學內容的現(xiàn)代化，不僅對培養(yǎng)基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高的人才有必要性，而且有迫切性。

1 更新課堂教學內容

課堂教學是儀器分析及實驗課程的重要組成部分，也是后續(xù)實驗教學的理論基礎。教學內容是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識的載體，因此，教學內容的選用是實現(xiàn)教學現(xiàn)代化的重要環(huán)節(jié)。

經過調研，我們對儀器分析課程進行了修訂和內容整合，力求達到前導和后續(xù)課程間、課程本身前后內容間的有機銜接；對反映當代新理論、新技術和前沿進展的內容，力求做到無縫嵌入。

在課程內容的設置上，遵循北京科技大學以冶金、材料為特色的學科特點，同時體現(xiàn)冶金分析這一北京科技大學應用化學專業(yè)的傳統(tǒng)學科發(fā)展方向，重點是金屬、礦石及無機非金屬材料的無機微量及痕量分析，同時兼顧冶金行業(yè)對環(huán)境及其他分析的需求，對有機分析及氣體分析均有所涉及。課程中強調有關組分的定量分析的特點，結合各種分析手段的發(fā)展趨勢，優(yōu)化課程結構，突出該課程的分析特色。課程內容由原子吸收光譜、紫外可見光譜、氣相色譜(儀器分析Ⅰ)、原子發(fā)射光譜、液相色譜(含離子色譜)和電化學分析等內容(儀器分析Ⅱ)組成。每部分內容的講授及實驗分別由在該領域具有豐富經驗的教師承擔。將有機結構分析涉及的有關內容放在譜學導論課程中講授。此外，課程組協(xié)調各任課教師對分散在各章節(jié)的相關內容進行整合，刪去重復內容，以使教學內容更加系統(tǒng)化、條理化，學生的理解、記憶和應用更加集中、清晰。

對于課程中的每部分內容，除了要求系統(tǒng)性強，對基礎理論講解清楚外，還不局限于教材的知識范圍，關注本領域的發(fā)展前沿。如，近年來原子發(fā)射光譜分析發(fā)展迅速，二維色散全譜直讀光譜儀已經成為主流，但普通的光柵色散儀器在特定的領域(如稀土分析)還有應用，因此,在講授發(fā)射光譜儀時，對發(fā)射光譜的產生及光譜色散基本原理講解清楚后，簡化棱鏡色散儀器的內容，壓縮光柵色散儀器的課時，增加全譜直讀光譜儀的結構、特點、性能及優(yōu)缺點等內容；在光源部分，對經典光源刪除陳舊的部分，簡化次要的內容，而對現(xiàn)代新型光源如等離子體光源、激光光源、輝光光源及應用進行重點介紹，使學生能夠有扎實的理論基礎，還對該領域的發(fā)展前沿有充分了解。

課程中對一些現(xiàn)代新儀器、新方法，如氣-質聯(lián)用譜儀，離子色譜儀，高效液相色譜儀，無火焰原子吸收光譜儀，雙波長紫外-可見分光光度計等做了較為詳細的講解，使學生對學科發(fā)展動態(tài)和國內外重大成果有概略的了解，以引發(fā)學生深入學習的興趣。

教學方法的改革是保證教學質量的關鍵環(huán)節(jié)[6-7]。教學本身是教師與學生雙向互動的過程，啟發(fā)式的教學思想和理念應該貫穿于整個教學活動中，落實在每個具體教學環(huán)節(jié)上，教學活動應以激發(fā)學生學習主動性、提高教學效果、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為出發(fā)點。對于儀器分析課程中的重要概念，如等離子體溫度與電子溫度的相關性，采用課堂討論的教學方式，使學生對于光源熱力學溫度有較深刻的理解，能正確地區(qū)分激發(fā)溫度和電極溫度；對于紫外吸收光譜中價電子躍遷類型的討論，使學生對于躍遷能量的分布、吸收光譜與分子結構的關系有了深刻的理解。為了調動學生學習的主動性，鼓勵學生對于一些理論難點進行討論，相互學習，共同提高，激發(fā)了學生的學習興趣和學習熱情，培養(yǎng)了學生的科學思維能力和創(chuàng)新意識。

2 新實驗課程體系的構建與實踐

化學類的實驗課程，除了可以輔助理論課程的學習外，還能培養(yǎng)學生實驗動手能力，培養(yǎng)嚴謹?shù)姆治鰡栴}和解決問題的思維習慣。儀器分析實驗課是應用化學專業(yè)的重要基礎課，我系歷屆畢業(yè)生實驗技術和技能強，已成為化學系一大特色，并被用人單位認可。

大型精密儀器臺件不足是困擾眾多高校儀器分析實驗課程順利開展的重要因素，使得一些學校的儀器分析及實驗課程的效果大打折扣[6,8]。對此，我們提出教師要多付出一些，摒棄了大組(10～15人)實驗的方式(該種實驗方式無法保證每個學生都能親自動手做實驗)，堅持兩人一組、單兵操練的實驗模式。為了解決這種實驗模式實驗時間過長的問題，我們充分利用多名教師任課的有利條件，采取不同分析手段交叉進行、循環(huán)作業(yè)的方法，在提高了學生實驗工作能力的同時，也解決了實驗儀器臺數(shù)不足和實驗時間不足的問題。

實驗和課堂內容相結合才能達到最佳教學效果。在每個小組進行每種分析手段的第一個實驗時，教師會結合課堂講授的內容對儀器設備構造、使用操作步驟和注意事項進行較詳盡的講解；同時向學生明示，僅此一次是老師“帶”實驗，而在以后的實驗中是老師“看”實驗，所謂“看”就是在學生進行實驗時只看不講，只在發(fā)生嚴重的操作錯誤時給予提醒，并讓學生回答為什么不對。此外，對于每一個實驗，我們預先準備了多個問題，在實驗進行過程中適時提出相關的問題，讓學生在課后的實驗報告中去討論一些實驗現(xiàn)象，使學生的大腦產生興奮點。上述方法促使學生必須認真對待每一個實驗，而且對極少數(shù)惰性較大的學生能起督促作用，使其對實驗全過程進行認真思考。

在實驗教學中，我們采取了時間和內容開放式教學模式[9]。考慮到學生實驗組數(shù)多、實驗占用時間長的特點，實驗時間由學生自由選擇，自由組成實驗組，實驗室在一定的時間段開設某一特定實驗內容，學生預約實驗時間后即可進行實驗。學生需要在規(guī)定的時間段完成規(guī)定的內容，教師根據(jù)學生完成實驗的情況給出每個實驗的成績。在課程結束前的一兩周，實驗室整體開放，學生可在空暇時間進入實驗室，選做實驗教材中感興趣的其他實驗，也可以補做實驗或完成以前不夠理想的實驗內容(不計成績)。如原子吸收光譜實驗以火焰原子吸收法為主，對于石墨爐和氫化物原子吸收法，感興趣的學生可以預約選做。開放實驗室有利于因材施教，能使基本操作訓練不足的學生得到反復練習的機會，并為優(yōu)秀學生提供了課外學習的場所。

3 新實驗課程內容的構建與實踐

實驗課程的教學目標是通過具體實驗內容實現(xiàn)的。在實驗教學新體系的探索與實踐中，我們不僅強調了學科的系統(tǒng)性，同時也考慮了學科之間的兼容互補性和實驗內容的先進性，具體體現(xiàn)在基礎性實驗、綜合性實驗和設計性實驗的設置上。隨著教學改革的深入，我們加強了綜合性實驗的力度，采取了“三點一線”(三點：樣品前處理、基體匹配、內標選擇等；儀器參數(shù)的選擇；方法在實際工作中的應用及實驗數(shù)據(jù)的處理。一線：對上述三點以所用方法的基本原理為主線通盤考慮)、環(huán)環(huán)相扣、融為一體的方法，形成了從低到高、從基礎到前沿、從接受知識型到綜合能力型的逐級提高的實驗課程新體系，給學生提供了更多的選擇和擴展的余地，同時節(jié)約了課時。新的儀器分析實驗課程體系以“加強基礎技能訓練，注重全面素質培養(yǎng)，強化創(chuàng)新意識養(yǎng)成，突出個性能力發(fā)揮”為指導思想。堅持課程的系統(tǒng)性和完整性，既要涵蓋儀器分析實驗的基本原理及操作技能，又要考慮各學科之間的聯(lián)系和滲透。為此我們選編了7大系統(tǒng)35個實驗供學生選做，其中增加了一些生物化學及環(huán)境化學的實驗內容，并結合教師的科研工作，不斷補充新的實驗內容。如“室內環(huán)境或食品中異味化合物鑒別及異味強度測試”，“鉍系超導材料(Bi2Sr2Ca2Cu3O10)中Bi、Sr、Ca、Cu、Pb的ICP-發(fā)射光譜法測定”，“高效液相色譜法測定Bt生物農藥中酪氨酸含量及毒力效價的測定”，“原料乳中三聚氰胺的快速檢測——液相色譜法”等實驗內容都是任課教師的科研成果轉化成的實驗項目。

為了體現(xiàn)課程體系的現(xiàn)代性和實用性，實驗課程內容的設置應以培養(yǎng)學生綜合能力為主線并貫穿始終，將知識與技能融于一體并體現(xiàn)現(xiàn)代化學實驗技術和現(xiàn)代新儀器、新設備的應用。如“高效液相色譜儀基本操作與性能測試”、“GC-MS聯(lián)用測定樟樹油中主要成分”、“無火焰原子吸收光譜法測定人體指甲中的銅”等實驗內容不僅反映了儀器分析在現(xiàn)代分析化學中的重要地位，而且實現(xiàn)了對學生由基礎實驗到綜合實驗的訓練，提高了學生分析問題和解決問題的能力；同時實驗的應用性大大激發(fā)了學生的學習興趣，很多學生選擇相關方向作為畢業(yè)論文或科技創(chuàng)新的題目。

4 實驗考核方法的改革

課程成績是對學生學習效果的最終評價。基于實驗課時的比重較大和對實驗工作的重視，將實驗成績占課程最終成績的比例加大到50%，以改變學生重考試、輕實驗的現(xiàn)狀。對于實驗成績的評定設計了一套嚴格的打分方案以體現(xiàn)公平和公正性。將每個實驗分為預習報告(10%)、操作技能(20%)、回答問題(10%)、實驗報告(40%)(準確度、精密度、討論等)、組織紀律(10%)、環(huán)境衛(wèi)生(10%)等6個環(huán)節(jié)，分段進行評定并綜合計分。在評定中，特別加大了創(chuàng)新能力的權重。由于采用兩人一組的實驗方式，每個學生都要親自動手獲得實驗數(shù)據(jù)，所得實驗結果與自己的實驗準備是否充分、實驗過程是否認真、實驗操作是否規(guī)范及對實驗現(xiàn)象的思考和討論是否嚴謹?shù)戎苯酉嚓P，對成績也有直接影響。學生經過認真準備和深入思考，寫出的實驗報告不再是抄寫實驗講義的內容，而是圍繞實驗結果有的放矢地進行討論，這樣有助于提高他們分析問題的能力，并養(yǎng)成嚴謹?shù)乃季S習慣。

5 結束語

經過5年的教學實踐，我們對應用化學專業(yè)300余名本科生和近百名研究生進行了儀器分析的實驗訓練，為學生后續(xù)的畢業(yè)論文工作奠定了基礎。由于設備的不斷更新，我系儀器分析實驗的水平基本上可與現(xiàn)代分析化學同步。由于應用化學專業(yè)學生的實踐工作能力強，適應面廣，每年本科生的一次就業(yè)率在學院內居首位，研究生的就業(yè)率達95%以上。

儀器分析實驗教學新體系對教師的業(yè)務素質提出了更高的要求。每個教師不僅要指導基本實驗，還要指導綜合設計性實驗。這就要求教師既要有扎實的基礎理論知識和熟練的操作技能，又要積極跟蹤學科發(fā)展趨勢，掌握新技術和新器件的應用，具有較強的科研能力。只有不斷充實自己，更新自己的知識，才能給學生更好的指導，這就促進了教師業(yè)務素質的提高。我們將發(fā)揚優(yōu)良傳統(tǒng)，放開眼界看未來，堅定不移向前進。

[1] 谷春秀,周考文,李亞秋.實驗技術與管理,2011,28(3):244

[2] 劉昭第,徐華杰,盛良全.實驗科學與技術,2010,8(5):86

[3] 林春梅.考試周刊,2011(18):21

[4] 宋健,史曉敏.科技資訊,2011(9):196

[5] 張進,姚思童,董四清.廣東化工,2010,37(11):175

[6] 胡小剛,俞英.大學化學,2010,25(6):28

[7] 王瑞勇,季米娜,張璐,等.光譜實驗室,2011,28(1):259

[8] 陳景文.大學化學,2011,25(1):29

[9] 姚喆,李建強,劉杰民,等.北京科技大學學報(社會科學版),2008,24(增):139