吳繼魁周冬香 毛芳

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)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(xué)院相關(guān)專業(yè)學(xué)生開設(shè)的一門重要的化學(xué)類專業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程適應(yīng)面廣、應(yīng)用性強(qiáng)，但由于儀器分析方法眾多，而且各自具有比較獨(dú)立的原理和理論基礎(chǔ)，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(xué)，這給儀器分析課程教學(xué)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(xué)科交叉性、發(fā)展性等特點(diǎn)［3-4］，立足于我校專業(yè)特色和學(xué)生實際，結(jié)合現(xiàn)代分析科學(xué)技術(shù)的發(fā)展前沿，對儀器分析課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式進(jìn)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(xué)內(nèi)容模塊化，分為光譜分析、電化學(xué)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(yīng)用。電化學(xué)分析方法恰好能夠彌補(bǔ)光譜分析儀器不便攜的缺點(diǎn)。電化學(xué)分析又分為電位分析、電位滴定和伏安分析。盡管電化學(xué)分析方法具有靈敏度高、便攜等優(yōu)點(diǎn)，但是重現(xiàn)性差是其主要弱點(diǎn)，也是電化學(xué)儀器走向市場化的主要障礙之一。在面對復(fù)雜的實際樣品時，要想準(zhǔn)確靈敏地進(jìn)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(shù)。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(shù)(質(zhì)譜、紅外、核磁共振等)的聯(lián)用更進(jìn)一步拓展了色譜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)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(qiáng)。各個模塊的內(nèi)容可以根據(jù)不同專業(yè)的授課對象進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，做到詳略得當(dāng)。比如環(huán)境工程專業(yè)在光譜學(xué)和電化學(xué)方面的應(yīng)用較多，而食品質(zhì)量與安全專業(yè)則會側(cè)重于色譜分析。

隨著現(xiàn)代電子、計算機(jī)技術(shù)等新技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，許多新的儀器分析技術(shù)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(xué)科的發(fā)展方向。相對于學(xué)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(xué)內(nèi)容經(jīng)典性與先進(jìn)性的關(guān)系，我們在授課的過程中有意識地將學(xué)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(diǎn)，但因每分析一個元素就要更換一個元素?zé)?，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(diǎn)，而解決問題的最有效方法，就是采用連續(xù)光源進(jìn)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(shè)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(xué)生，不僅更新和完善了基本教學(xué)內(nèi)容，同時也能開拓學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)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(chǔ)。

儀器分析是一門實踐性很強(qiáng)的學(xué)科［5］;實驗項目的廣度和深度對于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、獨(dú)立思考和解決問題的能力是至關(guān)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(xué)生“照方抓藥”的習(xí)慣，結(jié)果是對實驗原理和關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)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(jìn)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(xué)中，一改以往同一層次的儀器分析實驗項目的重復(fù)操作，降低了驗證性實驗的比重，增加了設(shè)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(xué)生學(xué)習(xí)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(yīng)過程的實驗中，學(xué)生覺得金電極的拋光及伏安掃描很神奇，有的學(xué)生甚至不厭其煩地重復(fù)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(jìn)一步拓展出熒光光譜、電化學(xué)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(xué)生都有接觸和親自操作儀器的機(jī)會，熟悉實驗操作過程并掌握最新的分析技術(shù)。

2 改革教學(xué)方法

傳統(tǒng)的儀器分析教學(xué)方法是以教師、課堂、教材為中心的灌輸式模式，學(xué)生處于被動接受、從屬的地位，教學(xué)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(jié)構(gòu)及該方法在實際中的應(yīng)用這一主線展開自己的課堂教學(xué)，盡管授課思路清晰，但學(xué)生提不起學(xué)習(xí)興趣。近些年，有些教師嘗試在教學(xué)中，以儀器的工作原理或結(jié)構(gòu)為主線，對相對獨(dú)立的不同分析方法進(jìn)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(jié)構(gòu)和應(yīng)用方面的共性，適當(dāng)?shù)瘑蝹€儀器的內(nèi)容講解，總結(jié)出課程教學(xué)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(xué)生的邏輯思維能力和歸納綜合能力。另外，多媒體技術(shù)因其可視性強(qiáng)，界面優(yōu)美，集文字、動畫、視聽于一體等優(yōu)點(diǎn)而被引入課堂教學(xué)，以調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但多媒體技術(shù)是雙刃劍，若過度依賴多媒體技術(shù)，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(xué)效果。

我們在借鑒吸收先進(jìn)教學(xué)方法的同時，根據(jù)我校的教學(xué)設(shè)施和學(xué)生的特點(diǎn)，探索出一條傳統(tǒng)與現(xiàn)代技術(shù)融合的教學(xué)方法之路。在課堂教學(xué)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(qiáng)與學(xué)生的現(xiàn)場溝通和交流;同時，學(xué)生也有足夠的時間跟隨教師的教學(xué)思路進(jìn)行思考和理解，并認(rèn)真做好筆記，以備課后復(fù)習(xí)。多媒體技術(shù)作為輔助教學(xué)手段，只是在講解儀器結(jié)構(gòu)及使用方法時使用，以便給學(xué)生比較直觀的印象。為進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，達(dá)到較好的教學(xué)效果，我們將一些新教學(xué)理念融入教學(xué)中。首先，對于儀器分析教學(xué)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(xué)生，學(xué)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(chǔ)。其次，將教師的一些科研成果轉(zhuǎn)化為課堂教學(xué)內(nèi)容。在講授比色檢測時，我們將自己在基于納米金膠構(gòu)建新型比色傳感器方面的科研工作轉(zhuǎn)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(jī)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。基于納米金膠進(jìn)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(biāo)物會引起金膠顆粒聚集，使溶液的顏色迅速變?yōu)樗{(lán)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(xué)生的科研興趣。再次，實施案例教學(xué)法，將不同的儀器分析方法依托具體的社會案例進(jìn)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(xué)生，我們會在教學(xué)中結(jié)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?qū)W生講述相關(guān)有毒有害物質(zhì)的檢測方法以及分析儀器的原理和應(yīng)用，從而加深學(xué)生對所學(xué)知識的印象。最后，將理論和實驗授課同步進(jìn)行。在講完儀器的原理、結(jié)構(gòu)之后，我們將儀器的用戶界面軟件系統(tǒng)帶到課堂，詳細(xì)講述參數(shù)設(shè)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(xué)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(xué)科，使用傳統(tǒng)的閉卷筆試考核方法難以對學(xué)生的綜合能力特別是實驗操作、運(yùn)用儀器分析理論解決實驗具體問題等能力進(jìn)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(xué)生，我們采用半開卷的考試方式，考試時，只允許學(xué)生攜帶課本，而禁止攜帶相應(yīng)的習(xí)題集和ppt課件，這樣不僅可以將學(xué)生從死記硬背的機(jī)械記憶中解脫出來，同時還能加強(qiáng)學(xué)生對課本中相關(guān)內(nèi)容的細(xì)心研讀和梳理。通過近3年的實踐，學(xué)生普遍贊同這種考核方式。對于選修專業(yè)的學(xué)生，我們采取撰寫文獻(xiàn)綜述的考核方式。由教師布置與學(xué)生專業(yè)相關(guān)的題目(在學(xué)生專業(yè)領(lǐng)域中常用或最新的儀器分析方法和技術(shù))，要求學(xué)生自己查閱文獻(xiàn)，然后提煉總結(jié)，對其中的某個方面進(jìn)行綜述。這樣的考核方式不僅培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立分析、解決問題的綜合能力，同時還能讓他們了解相關(guān)的專業(yè)知識。

教育不僅僅要傳授知識，而且還要激發(fā)學(xué)生的求知興趣，培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力。因此，在儀器分析課程的教學(xué)活動中，應(yīng)不斷更新教學(xué)觀念和內(nèi)容，改革教學(xué)方法，完善考核體系，不斷引進(jìn)先進(jìn)的教學(xué)手段和教學(xué)理念，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

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

［2］劉曉宇.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2007，68(2):138

［3］陳景文.大學(xué)化學(xué)，2010，25(1):29

［4］王霆，張鋒，陳立鋼，等.大學(xué)化學(xué)，2011，26(6):21

［5］胡小剛，俞英.大學(xué)化學(xué)，2010，25(6):28