吳繼魁周冬香 毛芳

(上海海洋大學食品學院 上海201306)

儀器分析課程是我校面向食品、水產(chǎn)與生命、海洋等學院相關專業(yè)學生開設的一門重要的化學類專業(yè)基礎課程。本課程適應面廣、應用性強，但由于儀器分析方法眾多，而且各自具有比較獨立的原理和理論基礎，各種分析方法之間聯(lián)系較少，可以自成體系，內(nèi)容比較抽象，因而課程顯得龐雜、難學，這給儀器分析課程教學帶來了一定的困難［1-2］。近年來，我們針對儀器分析課程具有的實踐性、多學科交叉性、發(fā)展性等特點［3-4］，立足于我校專業(yè)特色和學生實際，結合現(xiàn)代分析科學技術的發(fā)展前沿，對儀器分析課程的教學內(nèi)容、教學方法及考核方式進行了一系列研究與改革，介紹如下。

1 調(diào)整課程內(nèi)容

根據(jù)各種分析方法的區(qū)別與聯(lián)系，我們把整個理論教學內(nèi)容模塊化，分為光譜分析、電化學分析和色譜分析3個主要模塊。光譜分析根據(jù)產(chǎn)生光譜的物質(zhì)不同，又分為分子光譜(紫外可見吸收光譜、熒光光譜、紅外光譜)和原子光譜(原子吸收光譜、原子熒光光譜)。光譜分析的靈敏度高、重現(xiàn)性好，但由于分光系統(tǒng)或原子化系統(tǒng)的存在，使光譜分析儀器體積較大、比較笨重，大大限制了它們的現(xiàn)場檢測能力和應用。電化學分析方法恰好能夠彌補光譜分析儀器不便攜的缺點。電化學分析又分為電位分析、電位滴定和伏安分析。盡管電化學分析方法具有靈敏度高、便攜等優(yōu)點，但是重現(xiàn)性差是其主要弱點，也是電化學儀器走向市場化的主要障礙之一。在面對復雜的實際樣品時，要想準確靈敏地進行組分檢測，樣品中各組分的有效分離就顯得尤其重要，而色譜法則是一種集高效分離與靈敏檢測于一身的分析技術。色譜法包括氣相色譜、液相色譜、超臨界色譜等，色譜與其他檢測技術(質(zhì)譜、紅外、核磁共振等)的聯(lián)用更進一步拓展了色譜技術的應用領域。通過對儀器分析方法的模塊化，使得整個理論授課思路清晰、內(nèi)容緊湊且邏輯性強。各個模塊的內(nèi)容可以根據(jù)不同專業(yè)的授課對象進行適當調(diào)整，做到詳略得當。比如環(huán)境工程專業(yè)在光譜學和電化學方面的應用較多，而食品質(zhì)量與安全專業(yè)則會側重于色譜分析。

隨著現(xiàn)代電子、計算機技術等新技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，許多新的儀器分析技術及方法如雨后春筍般出現(xiàn)。高靈敏度、高選擇性、高自動化、智能化、微型化儀器的開發(fā)和利用代表著整個儀器分析學科的發(fā)展方向。相對于學科發(fā)展，儀器分析教材的內(nèi)容顯得比較陳舊且滯后。為處理好教學內(nèi)容經(jīng)典性與先進性的關系，我們在授課的過程中有意識地將學科發(fā)展的前沿成果與教材內(nèi)容對接。比如在講授原子吸收光譜時，我們引入了教材中沒有涉及的連續(xù)光源原子吸收光譜儀這一德國耶拿儀器公司的最新成果。經(jīng)典原子吸收光譜儀的光源主要是空心陰極燈，即銳線光源。銳線光源雖有著諸多優(yōu)點，但因每分析一個元素就要更換一個元素燈，再加上燈的工作電流、波長等參數(shù)的選擇和調(diào)節(jié)，使原子吸收分析的速度、信息量和使用方便性等方面受到了限制。分析速度慢和依賴空心陰極燈的固有特性成了原子吸收光譜的弱點，而解決問題的最有效方法，就是采用連續(xù)光源進行多元素測定。2004年，德國耶拿儀器公司以高聚焦短弧氙燈這一連續(xù)光源替代經(jīng)典的空心陰極燈，成功設計和生產(chǎn)出了世界上第一臺商品化的連續(xù)光源原子吸收光譜儀。將這些最新的科技成果及時介紹給學生，不僅更新和完善了基本教學內(nèi)容，同時也能開拓學生的視野，激發(fā)學生的求知欲，豐富他們的知識儲備，為今后的科研工作打好基礎。

儀器分析是一門實踐性很強的學科［5］;實驗項目的廣度和深度對于培養(yǎng)學生的動手能力、獨立思考和解決問題的能力是至關重要的。過去儀器分析實驗主要是以驗證性實驗為主，這樣容易養(yǎng)成學生“照方抓藥”的習慣，結果是對實驗原理和關鍵技術要點理解不深，往往實驗做過后就忘記。針對這些情況，我們合理編排實驗內(nèi)容，注重實驗內(nèi)容的循序漸進以及實驗項目的廣泛性和針對性，充分突出我校的專業(yè)特色。我們在教學中，一改以往同一層次的儀器分析實驗項目的重復操作，降低了驗證性實驗的比重，增加了設計綜合型實驗的數(shù)目，以便增加實驗的探究性和趣味性，提高學生學習的主動性和積極性。例如在利用循環(huán)伏安法測定鐵氰化鉀的電極反應過程的實驗中，學生覺得金電極的拋光及伏安掃描很神奇，有的學生甚至不厭其煩地重復做幾遍實驗。另外，實驗內(nèi)容的廣度也由原來的以紫外可見光譜法、原子吸收光譜法和色譜法為主，進一步拓展出熒光光譜、電化學工作站等，這樣也就提升了實驗的深度。我們還通過不斷增加儀器臺套數(shù)，讓每位學生都有接觸和親自操作儀器的機會，熟悉實驗操作過程并掌握最新的分析技術。

2 改革教學方法

傳統(tǒng)的儀器分析教學方法是以教師、課堂、教材為中心的灌輸式模式，學生處于被動接受、從屬的地位，教學效果欠佳。很多教師往往是按照儀器分析方法的產(chǎn)生、原理、儀器結構及該方法在實際中的應用這一主線展開自己的課堂教學，盡管授課思路清晰，但學生提不起學習興趣。近些年，有些教師嘗試在教學中，以儀器的工作原理或結構為主線，對相對獨立的不同分析方法進行歸納與分類，通過對比、分析，找出不同分析方法在工作原理、儀器結構和應用方面的共性，適當?shù)瘑蝹€儀器的內(nèi)容講解，總結出課程教學內(nèi)容的連貫性和系統(tǒng)性，然后突出各類分析法之間的差異。這種方法有助于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和歸納綜合能力。另外，多媒體技術因其可視性強，界面優(yōu)美，集文字、動畫、視聽于一體等優(yōu)點而被引入課堂教學，以調(diào)動學生的學習興趣。但多媒體技術是雙刃劍，若過度依賴多媒體技術，忽略師生之間的思想交流和情感傳遞，也難以取得好的教學效果。

我們在借鑒吸收先進教學方法的同時，根據(jù)我校的教學設施和學生的特點，探索出一條傳統(tǒng)與現(xiàn)代技術融合的教學方法之路。在課堂教學中，我們?nèi)匀徊捎脗鹘y(tǒng)的板書方法，這樣教師能夠有效調(diào)控自己的授課節(jié)奏，加強與學生的現(xiàn)場溝通和交流;同時，學生也有足夠的時間跟隨教師的教學思路進行思考和理解，并認真做好筆記，以備課后復習。多媒體技術作為輔助教學手段，只是在講解儀器結構及使用方法時使用，以便給學生比較直觀的印象。為進一步激發(fā)學生的學習積極性，達到較好的教學效果，我們將一些新教學理念融入教學中。首先，對于儀器分析教學而言，數(shù)據(jù)的繪圖與處理非常重要。我們把Sigmaplot或Origin等科技繪圖專業(yè)軟件系統(tǒng)地介紹給學生，學生可以通過這些軟件處理實驗數(shù)據(jù)并繪出專業(yè)的圖表，為他們今后的科研和工作打下了一定的基礎。其次，將教師的一些科研成果轉化為課堂教學內(nèi)容。在講授比色檢測時，我們將自己在基于納米金膠構建新型比色傳感器方面的科研工作轉化為授課內(nèi)容。納米金膠是一種新型的納米顯色劑，它在可見光區(qū)具有高于普通有機顯色劑幾個數(shù)量級的摩爾吸光系數(shù)和利用裸眼就能觀察到的溶液顏色變化?；诩{米金膠進行比色檢測的原理是:分散狀態(tài)的金膠溶液呈酒紅色，但分析目標物會引起金膠顆粒聚集，使溶液的顏色迅速變?yōu)樗{灰色。我們通過在課堂上現(xiàn)場演示這些實驗過程，激發(fā)了學生的科研興趣。再次，實施案例教學法，將不同的儀器分析方法依托具體的社會案例進行講解，同時根據(jù)專業(yè)的不同調(diào)整案例內(nèi)容。例如對于食品質(zhì)量與安全專業(yè)的學生，我們會在教學中結合最新的一些食品安全案例(如2011年上海染色饅頭事件、2008年牛奶中三聚氰胺事件、2006年粉絲中含有的吊白塊事件等)，向學生講述相關有毒有害物質(zhì)的檢測方法以及分析儀器的原理和應用，從而加深學生對所學知識的印象。最后，將理論和實驗授課同步進行。在講完儀器的原理、結構之后，我們將儀器的用戶界面軟件系統(tǒng)帶到課堂，詳細講述參數(shù)設置以及檢測過程中的注意事項，以使抽象的知識具體化，讓學生較易接受。

3 改革考核方式

儀器分析是一門以實驗為主的學科，使用傳統(tǒng)的閉卷筆試考核方法難以對學生的綜合能力特別是實驗操作、運用儀器分析理論解決實驗具體問題等能力進行考核，這就需要改革傳統(tǒng)的考核方式，建立多元化的考核體系。儀器分析課程的最終考核成績由3部分組成:即期末成績或論文成績(70%)、實驗成績(20%)、平時成績(10%)。前面的70%成績采用不同的考核方式，對于必修專業(yè)的學生，我們采用半開卷的考試方式，考試時，只允許學生攜帶課本，而禁止攜帶相應的習題集和ppt課件，這樣不僅可以將學生從死記硬背的機械記憶中解脫出來，同時還能加強學生對課本中相關內(nèi)容的細心研讀和梳理。通過近3年的實踐，學生普遍贊同這種考核方式。對于選修專業(yè)的學生，我們采取撰寫文獻綜述的考核方式。由教師布置與學生專業(yè)相關的題目(在學生專業(yè)領域中常用或最新的儀器分析方法和技術)，要求學生自己查閱文獻，然后提煉總結，對其中的某個方面進行綜述。這樣的考核方式不僅培養(yǎng)了學生獨立分析、解決問題的綜合能力，同時還能讓他們了解相關的專業(yè)知識。

教育不僅僅要傳授知識，而且還要激發(fā)學生的求知興趣，培養(yǎng)學生深度學習的能力。因此，在儀器分析課程的教學活動中，應不斷更新教學觀念和內(nèi)容，改革教學方法，完善考核體系，不斷引進先進的教學手段和教學理念，進一步提高教學效果。

［1］李亮亮，李海鋒，周艷明，等.沈陽農(nóng)業(yè)大學學報(社會科學版)，2004，6(4):415

［2］劉曉宇.華中農(nóng)業(yè)大學學報(社會科學版)，2007，68(2):138

［3］陳景文.大學化學，2010，25(1):29

［4］王霆，張鋒，陳立鋼，等.大學化學，2011，26(6):21

［5］胡小剛，俞英.大學化學，2010，25(6):28