□賴冬蓉 李叢冠

實驗教學(xué)在高職院校實踐教學(xué)中有著非常重要的地位，也是高職院校人才培養(yǎng)模式的重要特征。圍繞技能培養(yǎng)這一主線構(gòu)建實驗教學(xué)內(nèi)容，是實現(xiàn)高職院校技能應(yīng)用性人才的培養(yǎng)目標(biāo)的必由之路。同位素測試實驗教學(xué)是高職院校地質(zhì)類地球化學(xué)、資源勘查工程、地球物理勘查技術(shù)等專業(yè)的一門重要實驗課。做好同位素測試實驗教學(xué)，對于促進(jìn)地質(zhì)類專業(yè)課堂教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力、分析能力、觀察能力和創(chuàng)造能力，了解同位素地質(zhì)在技術(shù)、方法、理論與應(yīng)用方面的最新進(jìn)展，形成腳踏實地的科學(xué)態(tài)度和認(rèn)真仔細(xì)的工作作風(fēng)，具有十分重要的意義。因?qū)嶒炘O(shè)備昂貴、實驗內(nèi)容較多、實驗步驟復(fù)雜等因素，同位素測試實驗教學(xué)與其它課程的實驗教學(xué)相比具有特殊性。本文以高職院校地質(zhì)類專業(yè)同位素測試實驗教學(xué)為例，探討不同實驗?zāi)康?、對象、步驟等同位素測試實驗教學(xué)方法，評價實踐教學(xué)效果，并提出做好同位素測試實驗教學(xué)的建議，為高職院校地質(zhì)類專業(yè)開展相關(guān)有效的實踐教學(xué)，探討高職人才培養(yǎng)模式提供借鑒。

一、同位素測試實驗教學(xué)目的與要求

（一）同位素測試實驗教學(xué)目的必須明確

同位素實驗教學(xué)就是要通過實驗課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生加深對環(huán)境同位素地球化學(xué)的基本理論的理解，了解實驗儀器的性能指標(biāo)，具體的操作規(guī)程，學(xué)會如何選取分析樣品，掌握同位素分析測試方法與步驟，對環(huán)境同位素測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋，并對實驗數(shù)據(jù)真實性和可靠性進(jìn)行判別，培養(yǎng)學(xué)生具有從事科學(xué)研究和解決實際問題的能力。

（二）同位素測試實驗教學(xué)必須按照計劃進(jìn)行管理

要嚴(yán)格按照同位素測試實驗教學(xué)計劃和教學(xué)大綱中規(guī)定的實驗課時和內(nèi)容進(jìn)行，由任課教師提出實驗計劃，填寫“教師課內(nèi)實驗安排表”。同位素實驗教學(xué)配有實驗教學(xué)大綱、實驗教材和實驗指導(dǎo)書，其內(nèi)容包括：實驗?zāi)康摹⒁?、原理、步驟、方法、儀器設(shè)備及使用說明、實驗材料、數(shù)據(jù)處理和注意事項等，且實驗課教學(xué)由任課教師和實驗員同時擔(dān)任。任課教師對每次實驗課教學(xué)都要精心準(zhǔn)備，并在實驗前通知學(xué)生做好預(yù)習(xí)工作。實驗員要認(rèn)真貫徹實驗計劃，提前做好各項準(zhǔn)備工作，使儀器設(shè)備處于完好狀態(tài)。實驗準(zhǔn)備就緒后，實驗員要與任課教師一起進(jìn)行預(yù)實驗，確保實驗課按計劃順利進(jìn)行。

（三）同位素測試實驗教學(xué)任課教師和實驗員要負(fù)責(zé)整個實驗教學(xué)過程

實驗開始前，任課教師和實驗員要檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，扼要講解與本次實驗有關(guān)的理論知識、實驗方法、操作技能、操作規(guī)程、安全注意事項以及應(yīng)急措施。在實驗過程中，任課教師和實驗員共同做好指導(dǎo)工作，檢查學(xué)生是否按正確的操作規(guī)程進(jìn) 行實驗，一旦操作失誤或儀器出現(xiàn)故障，要分析產(chǎn)生的原因，確保實驗獲得正確可靠的結(jié)果，并記錄實驗數(shù)據(jù)。實驗完成后學(xué)生要按規(guī)定撰寫和提交實驗報告。

二、同位素實驗儀器設(shè)備與教學(xué)方法

（一）實驗儀器性能

實驗前給學(xué)生詳細(xì)介紹實驗儀器的性能和參數(shù)至關(guān)重要，防止學(xué)生在實驗過程中可能因?qū)x器性能不了解或操作不當(dāng)而影響實驗教學(xué)。本實驗教學(xué)采用的是德國Finnigan公司生產(chǎn)的新型MAT 253穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜儀，它具高靈敏度和高線性特點，計算機(jī)控制離子源電壓和參數(shù)，不同高阻之間自由轉(zhuǎn)換?？梢跃_測量13C/12C、15N/14N、18O/16O、33S/32S、34S/32S、36S/32S 和 D/H 等同位素比值。質(zhì)量分析器具有90度凹面（無散光）聚焦磁場，近百分之百轉(zhuǎn)換，具有10個積分通道用于多種離子流的同時測量。離子流強(qiáng)度可達(dá)50V，適合不同樣品量的樣品。采用雙路比較和連續(xù)流兩種模式測量，可方便地添加多種在線測量的外圍設(shè)備。

（二）操作規(guī)程

由于同位素實驗課內(nèi)容比較多，操作過程復(fù)雜且費時較長，必須強(qiáng)化實驗前的規(guī)程介紹，讓學(xué)生嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行。具體步驟如下：檢查儀器開關(guān)設(shè)置，保持房間溫度20±2℃和濕度＜40%；啟動空氣壓縮機(jī)使壓力在6-10大氣壓之間，儀器調(diào)節(jié)壓力為4大氣壓；檢查載氣、參考?xì)膺B接是否正確，確認(rèn)無誤后打開氣體解壓閥，并用肥皂水檢漏；根據(jù)需要測試樣品的不同，打開與之對應(yīng)針閥，一般抽氣30分鐘后，等真空度達(dá)到10-6Pa時，打開離子源；打開計算機(jī)系統(tǒng)，調(diào)出控制、分析程序；當(dāng)本底水平達(dá)到后，分別引入測定和標(biāo)準(zhǔn)氣體；對測量氣體調(diào)整工作參數(shù)，由計算機(jī)進(jìn)行自動測量；樣品做完后，抽去儲樣器中氣體，抽氣1小時后，先關(guān)高壓和離子源再關(guān)針閥；向系統(tǒng)充氦氣保護(hù)；關(guān)計算機(jī)系統(tǒng)，關(guān)電源，關(guān)空氣壓縮機(jī)。

（三）運行檢查

儀器設(shè)備的運行檢查一般由實驗員完成，開機(jī)后，如果有好幾天沒有做樣品，應(yīng)先把柱子溫度升到120℃進(jìn)行烘烤24個小時左右去殘氣；再把氦氣打開，表頭設(shè)在0.9左右，沖氣1-2個小時，當(dāng)真空達(dá)到10-6Pa時，再把離子源關(guān)閉，針閥打開，先設(shè)在N2氣位置，做H2O、Ar峰對中測試，當(dāng)H2O<3V、Ar<10mV時本底才穩(wěn)定；然后設(shè)在CO2位置，做CO2峰配鐘，使CO2<10mV左右；再單獨做幾個Zero Dela值，運行穩(wěn)定后才能對樣品進(jìn)行測試。

（四）實驗樣品的測定與實驗步驟

同位素實驗包括4個部分：水中氧同位素、氫同位素組成測試，水中溶解無機(jī)碳（DIC）同位素組成測試、碳酸鹽巖碳氧同位素組成測試。

1.水中氧同位素組成（δ18O）分析

水中氧同位素組成分析采用CO2-H2O平衡法，其實驗操作步驟如下：（1）恒溫槽調(diào)到40℃，檢查吹氣針的針尖是否變卷或是否有東西堵住；（2）建立一個Sequence，把樣品統(tǒng)一號填在Sequence中的相應(yīng)位置；（3）使用移液管把200μl樣品注射到試管中，擰好蓋子，再把吹氣針安裝在自動進(jìn)樣器上；（4）用0.3%CO2和He混合氣對樣品進(jìn)行吹氣，并平衡20小時；（5）把吹氣針換成進(jìn)樣針，把參考?xì)釩O2打開，運行Sequence對樣品進(jìn)行測試。在水樣與已知組成的CO2達(dá)到氧同位素交換平衡，根據(jù)測得的平衡CO2的18O/16O和已被精確測定的分離系數(shù)α（α=1.0412）確定水樣得氧同位素組成（δ18O）。

2.水中氫同位素組成分析

水中氫同位素組成分析也稱H2-H2O平衡法，具體的實驗操作步驟如下：（1）恒溫槽調(diào)到28℃，檢查吹氣針的針尖是否變卷或是否有東西堵??；（2） 建 立 一 個 Sequence， 把 樣 品 統(tǒng) 一 號 填 在Sequence中的相應(yīng)位置；（3）使用移液管把200μl樣品注射到試管中，再把碳棒放到試管中，然后擰好蓋子，把吹氣針安裝在自動進(jìn)樣器上；（4）用2%H2和He混合氣對樣品進(jìn)行吹氣，并平衡40分鐘；（5）把吹氣針換成進(jìn)樣針，把參考?xì)釮2打開，運行Sequence對樣品進(jìn)行測試。

3.水中溶解無機(jī)碳（DIC）同位素組成分析

水中DIC以CO2、HCO3-和CO32-形式存在，在充滿高純氦氣條件下以純磷酸（H3PO4）酸化水樣，改變DIC存在形式并釋放CO2，將CO2輸入質(zhì)譜儀測量碳同位素組成。具體實驗操作步驟如下：（1）恒溫槽調(diào)到40℃，檢查酸泵和吹氣針的針尖是否變卷或是否有東西堵住；（2）建立一個Sequence，把樣品統(tǒng)一號填在Sequence中的相應(yīng)位置；并在干凈的試管中加98%的H3PO430μl放在恒溫槽；（3）把吹氣針安裝在自動進(jìn)樣器上，用高純氦氣吹氣，然后加樣品 700μl并平衡 18個小時；（4）把吹氣針換進(jìn)樣針，把參考?xì)釩O2打開，運行Sequence對樣品進(jìn)行測試。

4.碳酸鹽碳氧同位素組成（δ13C和δ18O）分析

實驗操作步驟如下：（1）恒溫槽調(diào)到72℃，檢查酸泵和吹氣針的針尖是否變卷或是否有東西堵??；（2）建立一個Sequence，把樣品統(tǒng)一號填在Sequence中的相應(yīng)位置；并在干凈的試管中加碳酸鹽巖樣品放在恒溫槽中；（3）把吹氣針安裝在自動進(jìn)樣器上，用純氦氣吹氣，然后加98%的H3PO430μl并平衡1個小時；（4）把吹氣針換進(jìn)樣針，把參考?xì)釩O2打開，運行Sequence對樣品進(jìn)行測試。根據(jù)已知的氧同位素平衡分離系數(shù)（碳酸鹽中的氧只有2/3轉(zhuǎn)入CO2），通過反應(yīng)所釋放的CO2測量碳 氧同位素組成（δ13C 和δ18O）。

三、同位素測試實驗教學(xué)效果評價

通過同位素測試實驗教學(xué)，取得了以下幾個方面的效果：一是使地質(zhì)類專業(yè)的學(xué)生學(xué)會了使用各種同位素測試實驗設(shè)備，掌握了水中氧同位素、水中氫同位素、水中溶解無機(jī)碳同位素（DIC）、碳酸鹽碳氧同位素的實驗方法，使學(xué)生能接觸到當(dāng)今較先進(jìn)的測試設(shè)備和實驗理念，提高了學(xué)生綜合素質(zhì)。二是使學(xué)生了解了實驗儀器的工作性能，熟悉了實驗操作步驟，基本掌握了測試分析工作的要領(lǐng)，對同位素測試結(jié)果的科學(xué)價值有進(jìn)一步了解，顯著提高了學(xué)生的動手操作能力、分析能力、觀察能力、創(chuàng)造能力以及分析和解決實際問題的能力。三是根據(jù)地質(zhì)類不同專業(yè)的學(xué)生，形成了以學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心、以掌握測試操作技能為基礎(chǔ)、以提升科研能力為目標(biāo)、以高科技、新技術(shù)同位素測試設(shè)備使用為學(xué)生創(chuàng)新能力延伸培養(yǎng)為主要手段的優(yōu)化實驗教學(xué)模式。

在同位素測試實驗教學(xué)過程中，也發(fā)現(xiàn)存在以下幾個方面的問題：首先，沒有建立有效的同位素測試實驗教學(xué)效果評價體系，有的教師和實驗員因為同位素測試實驗教學(xué)步驟復(fù)雜，沒有嚴(yán)格按同位素測試實驗教學(xué)大綱規(guī)定的內(nèi)容和時間進(jìn)行教學(xué)，在實驗教學(xué)上存在“縮水”現(xiàn)象；有的學(xué)生實驗態(tài)度不夠端正，不勤于思考和動手，不按規(guī)定完成同位素測試實驗步驟，不認(rèn)真完成實驗報告。其次，有的學(xué)生對水中氧同位素、水中氫同位素、水中溶解無機(jī)碳同位素（DIC）、碳酸鹽碳氧同位素的目的、要求和作用不夠明確，對測試中獲得的數(shù)據(jù)所隱含的科學(xué)意義不夠清楚，不能很好地運用于解決實際的問題，這和教師課堂上理論教學(xué)與實驗操作知識相脫節(jié)、理論教師與實驗員沒有良好溝通等有關(guān)。第三，因同位素測試實驗設(shè)備比較昂貴，有的一臺設(shè)備就值400多萬元，并且實驗步驟較多且比較復(fù)雜，學(xué)生怕?lián)p害設(shè)備、怕麻煩，因而在實驗過程中放不開手腳，或有畏難情緒，難以達(dá)到實驗教學(xué)的目的。

四、提高同位素測試實驗教學(xué)效果的思考

（一）要建立科學(xué)有效的同位素測試實驗教學(xué)評價體系

學(xué)校要設(shè)立同位素測試實驗教學(xué)各項評價指標(biāo)，并根據(jù)指標(biāo)的重要程度賦予不同權(quán)重，采用量化評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合評價，要涉及教師、學(xué)生、教學(xué)管理及實驗儀器設(shè)備等多個因素，全面考核學(xué)生同位素實驗操作技能和對專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握程度。它是一個綜合體系，包括教師與實驗員評價、學(xué)生評價和同行專家評價。教師與實驗員評價主要在于是否嚴(yán)格按照同位素測試實驗教學(xué)大綱規(guī)定的內(nèi)容和時間進(jìn)行教學(xué)，是否盡職盡責(zé)，在教學(xué)中是否吃透和把握了實驗教學(xué)關(guān)鍵知識點，是否真正讓學(xué)生理解了所講授的知識和內(nèi)容。學(xué)生評價采用問卷調(diào)查、網(wǎng)上評教、找學(xué)生談話等形式，收集學(xué)生對實驗課教學(xué)提出的一些合理建議和意見。同行和專家評價主要是針對實驗準(zhǔn)備是否充分、實驗課程教學(xué)安排與組織是否恰當(dāng)、是否達(dá)到實驗教學(xué)要求進(jìn)行客觀評價。

（二）同位素測試實驗教學(xué)與具體理論教學(xué)相結(jié)合

理論教師與實驗員要進(jìn)行良好地溝通與協(xié)作。理論老師要具備淵博的同位素地球化學(xué)等方面的知識，能向?qū)W生全面講解同位素測試的理論體系，使學(xué)生能較好地掌握同位素測試?yán)碚撝R和實驗教學(xué)關(guān)鍵點。同時，學(xué)校提供的各實驗課程的教材與指導(dǎo)書中要有介紹實驗教學(xué)的目的、要求、步驟、方法等內(nèi)容，真正讓學(xué)生理解同位素測試的理論知識和實踐內(nèi)容，同時增加綜合性、設(shè)計性實驗內(nèi)容，把教師科研成果引入實驗教學(xué)內(nèi)容之中[5]，充分激發(fā)學(xué)生參與實驗教學(xué)的興趣和主觀能動性。

（三）教師和實驗員要參與同位素測試實驗教學(xué)全過程

教師和實驗員要統(tǒng)籌兼顧同位素測試實驗教學(xué)的實驗過程、實驗結(jié)果與實驗報告。教師和實驗員要做好同位素測試實驗教學(xué)的前期準(zhǔn)備，可以將整個實驗過程拍攝成教學(xué)片在學(xué)生進(jìn)行實驗前進(jìn)行播放，讓學(xué)生對于同位素測試設(shè)備、實驗步驟有一定的感性認(rèn)識和比較透徹地了解。在實驗過程當(dāng)中，教師和實驗員要參學(xué)生的實驗操作的全過程，既讓參與實驗的每位同學(xué)都能獨立完成整個操作過程，又能及時在重點環(huán)節(jié)和可能帶來危險的地方予以指導(dǎo)[5]。在同位素測試實驗教學(xué)結(jié)束后，教師和實驗員要對學(xué)生撰寫實驗報告進(jìn)行具體地指導(dǎo)，幫助學(xué)生端正實事求是的態(tài)度，提高實驗報告的規(guī)范性表達(dá)，體會測試中獲得的數(shù)據(jù)所隱含的科學(xué)意義，這樣才能真正達(dá)到實驗教學(xué)的目的。

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