曾　琴，駱立鋼，王　璐，周仕林，余治昊，李　靜

(1 上海理工大學(xué)公共實(shí)驗(yàn)中心，上海 200093；2 華東師范大學(xué)化學(xué)系，上海 200241)

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推進(jìn)現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)的普及

曾琴1，駱立鋼2，王璐1，周仕林1，余治昊1，李靜1

(1 上海理工大學(xué)公共實(shí)驗(yàn)中心，上海 200093；2 華東師范大學(xué)化學(xué)系，上海 200241)

摘要：現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)是當(dāng)今化學(xué)等專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)生必須要熟練掌握的基本技能之一。然而現(xiàn)在分析測(cè)試技術(shù)教學(xué)存在著一些問(wèn)題，例如課時(shí)少，學(xué)生缺少主動(dòng)性和積極性，分析技術(shù)掌握不到位。針對(duì)以上存在的教學(xué)問(wèn)題提出了幾點(diǎn)教學(xué)建議并進(jìn)行實(shí)踐，旨在讓本科生都能掌握基本分析測(cè)試技術(shù)，提高本科生的實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大型儀器分析實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果

1　引言

近年來(lái)，信息、計(jì)算機(jī)、電子、傳感與控制等新技術(shù)及現(xiàn)代設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的發(fā)展極大地推動(dòng)著現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，最典型的是電子學(xué)、計(jì)算機(jī)以及激光等科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，帶來(lái)了分析技術(shù)的變革[1]。而今現(xiàn)代分析技術(shù)越來(lái)越多樣化：包括光譜分析法、電子能譜分析法、衍射分析法、電子顯微分析法、色譜分析法、表面分析技術(shù)以及分析儀器聯(lián)用等等技術(shù)，集中類(lèi)型具體有：原子力顯微鏡(AFM)、原子發(fā)射光譜(ICP-AES)、激光拉曼光譜(LRS)、掃描探針和隧道顯微鏡(SEM和TEM)、X射線(xiàn)衍射儀(XRD)、熱重(TGA)、核磁共振(NMR)、紅外光譜(IR)、紫外光譜(UV)、質(zhì)譜(MS)、氣相色譜(GC)、液相色譜(LC)，液相、氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用(GC/MS和LC/MS)技術(shù)[2-3]。隨著高校教育經(jīng)費(fèi)的大幅度提高，各個(gè)高校購(gòu)置了各種大型儀器，這些大型儀器往往操作簡(jiǎn)便，使得處理數(shù)據(jù)相對(duì)便捷[4]。高校中開(kāi)設(shè)大型儀器教學(xué)目的在于讓學(xué)生獲得將大型儀器分析技術(shù)并應(yīng)用于自身科研課題中的能力。并且現(xiàn)代儀器分析技術(shù)已經(jīng)成為化工產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要手段，是化學(xué)等專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)生必須要熟練掌握的基本技能之一[5]。然而由于本科生課時(shí)少，能力差別，缺少主動(dòng)性和積極性，沒(méi)有更多機(jī)會(huì)深入了解并使用這些儀器等原因，導(dǎo)致現(xiàn)今的分析測(cè)試技術(shù)教學(xué)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足學(xué)生今后的發(fā)展。因此，為了改善目前本科生現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的培養(yǎng)，筆者在結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上提出了一些見(jiàn)解。

2　分析課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

2.1學(xué)生的狀況

近年來(lái)，我國(guó)的高等教育改革取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是我們也必須清醒地看到其中存在的問(wèn)題[6]。一方面，高校的本科生擴(kuò)招直接導(dǎo)致學(xué)生整體質(zhì)量的普遍下降。另一方面，學(xué)校教育片面追求升學(xué)率使應(yīng)試教育成為中小學(xué)教學(xué)的主旋律，學(xué)生淪為做習(xí)題的機(jī)器，直接導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、思考能力和知識(shí)結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重下降。尤其是進(jìn)入大學(xué)后，學(xué)生擺脫了“老師嚴(yán)抓、父母嚴(yán)管”的中學(xué)教育模式，逐漸走向獨(dú)立，于是有相當(dāng)一部分學(xué)生受各種外界思潮的影響，本末倒置，對(duì)學(xué)習(xí)缺乏自覺(jué)性、主動(dòng)性，因而學(xué)生對(duì)于通過(guò)儀器分析操作實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題的能力也在下降。相反，現(xiàn)今企業(yè)隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的引入，對(duì)于儀器分析技術(shù)也越來(lái)越重視，這就導(dǎo)致了企業(yè)更加注重儀器分析技術(shù)人才的吸納和培養(yǎng)，而學(xué)生卻恰恰缺乏相關(guān)的儀器分析能力。

2.2教學(xué)現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來(lái)，各個(gè)學(xué)校所設(shè)分析測(cè)試技術(shù)課時(shí)較少，很多教師更多的是注重知識(shí)點(diǎn)的傳授，而忽略了學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，學(xué)生對(duì)于儀器的認(rèn)識(shí)限存在于課本上儀器的介紹。僅僅開(kāi)設(shè)了一些簡(jiǎn)單的儀器操作實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，很多情況是教師操作分析儀器，而學(xué)生只是觀摩操作過(guò)程，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)了儀器操作的基本原理和簡(jiǎn)單操作卻不能應(yīng)用在實(shí)際中的分析。

而且如今大型儀器設(shè)備的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，其操作步驟并不復(fù)雜。但是由于課時(shí)緊張等原因，任課教師對(duì)于學(xué)生的實(shí)際操作規(guī)范并沒(méi)有足夠的重視，沒(méi)有強(qiáng)調(diào)正確使用儀器的規(guī)范性，使得學(xué)生對(duì)儀器的操作規(guī)范程度不夠，甚至不重視儀器的正常使用，因而對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析不夠透徹。

3　分析測(cè)試技術(shù)教學(xué)模式優(yōu)化改革與實(shí)踐

化學(xué)學(xué)科是一個(gè)以實(shí)驗(yàn)為主的學(xué)科，化學(xué)的許多重大發(fā)現(xiàn)和研究都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得，因此化學(xué)實(shí)驗(yàn)有著重要地位，而實(shí)驗(yàn)分析是一個(gè)重要過(guò)程。因此為了培養(yǎng)具有科研能力的新一代高水平高層次的化學(xué)技術(shù)人才，需要加強(qiáng)對(duì)儀器操作的能力，主要可以通過(guò)以下幾種方式來(lái)強(qiáng)化。

3.1提高實(shí)驗(yàn)室儀器管理老師的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)

由于現(xiàn)代大型儀器越來(lái)越復(fù)雜，其功能越來(lái)越強(qiáng)大，因此需要重視提高儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。一方面，需要及時(shí)關(guān)注新設(shè)備的引進(jìn)，另一方面，需要培訓(xùn)或者加強(qiáng)教師的業(yè)務(wù)水平，本實(shí)驗(yàn)中心開(kāi)展教師間儀器教學(xué)的比賽以及開(kāi)設(shè)儀器專(zhuān)業(yè)講座，以此提升實(shí)驗(yàn)教師的實(shí)力。

3.2開(kāi)設(shè)相應(yīng)選修課增加課時(shí)量

鑒于儀器分析課時(shí)較少的現(xiàn)狀，本實(shí)驗(yàn)中心開(kāi)設(shè)了現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)以及分析儀器數(shù)據(jù)解析等選修課供本科生學(xué)習(xí)。選修課的時(shí)間定在周六上午，這樣避免了平時(shí)上課課時(shí)緊張等問(wèn)題。并且通過(guò)選修課的學(xué)習(xí)也保證了學(xué)生的上課時(shí)間，也能夠盡量做到每位同學(xué)都能操作儀器。

3.3利用寒假和暑假開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室

大型分析儀器在寒暑假期間往往閑置無(wú)人使用，而且現(xiàn)在有一部分學(xué)生專(zhuān)心科研，更希望進(jìn)一步深造，因而他們對(duì)于大型分析儀器的需求比較強(qiáng)烈，本實(shí)驗(yàn)中心利用放假后一到兩周的時(shí)間為學(xué)有余力的學(xué)生開(kāi)放分析儀器供其使用，并且在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室期間，實(shí)驗(yàn)中心教師也參與指導(dǎo)，不僅可以及時(shí)規(guī)范學(xué)生的儀器操作，更重要的是及時(shí)地解決學(xué)生儀器操作中出現(xiàn)的問(wèn)題。

3.4分小組進(jìn)行學(xué)習(xí)

如今各個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生人數(shù)眾多，采用大班化教授儀器分析課程效果往往不佳。本實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)將化學(xué)大類(lèi)本科生分成8組每組4～5人，每周由一位專(zhuān)業(yè)教師進(jìn)行指導(dǎo)操作一種大型儀器技術(shù)，給予每人充分上機(jī)操作的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，教師要求學(xué)生養(yǎng)成及時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的習(xí)慣以及按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題由老師組織大家一起交流討論，啟發(fā)思維，引導(dǎo)學(xué)生不斷地修正實(shí)驗(yàn)思路，突出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中的主觀能動(dòng)性。任課指導(dǎo)老師采用基本原理提問(wèn)的方式，帶領(lǐng)學(xué)生了解儀器的基本構(gòu)造，通過(guò)已知化合物的結(jié)構(gòu)為例演示進(jìn)行分析。在這個(gè)過(guò)程中，教師需特別強(qiáng)調(diào)操作的規(guī)范性，例如：紅外光譜中樣品的研磨要在紅外燈下進(jìn)行，防止樣品吸水；紫外光譜需要注意保護(hù)好吸收池只能用手觸摸兩側(cè)的毛玻璃，不可接觸光學(xué)面；XRD需要注意將樣品粉末研磨成合適的粉末并制成十分平整的平面試片。

3.5設(shè)立相應(yīng)的課題供學(xué)生參與

為了培養(yǎng)本科生，本實(shí)驗(yàn)中心的授課可與各任課教授老師的課題相結(jié)合，不僅設(shè)立了一些讓學(xué)生驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，也開(kāi)辟了一些探索性課題供大三、大四的學(xué)生參與：例如利用熱重分析儀探討草酸鈣中結(jié)晶水的組成，利用原子力顯微鏡觀察單分子和分子納米的結(jié)構(gòu)，利用掃描電鏡觀察低碳鋼板表的氧化膜形貌，也有紫外光譜在污水化合物測(cè)定中的應(yīng)用。通過(guò)這些驗(yàn)證以及探索性實(shí)驗(yàn)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)，也能夠讓學(xué)生在未來(lái)的就業(yè)道路上脫穎而出。

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)化學(xué)大型儀器技術(shù)教學(xué)的實(shí)踐探索，我們發(fā)現(xiàn)教師本身需要綜合解析儀器實(shí)驗(yàn)講義，保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，精心設(shè)計(jì)儀器實(shí)驗(yàn)對(duì)象，讓學(xué)生抓住每一個(gè)儀器分析實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)來(lái)收集數(shù)據(jù)，讓每一個(gè)學(xué)生都能夠熟悉儀器的操作和分析，并且投入實(shí)際的應(yīng)用。學(xué)生在學(xué)習(xí)儀器分析技術(shù)過(guò)程中，充分鍛煉了其動(dòng)手能力，培養(yǎng)了主觀能動(dòng)性，教師也大大提高了教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)具有科研能力的新一代高水平高層次的化學(xué)技術(shù)人才夯實(shí)了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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通訊作者：曾琴，助理實(shí)驗(yàn)師，主要從事大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究；E-mail：zengqinllg@163.com；Tel：18818275203

中圖分類(lèi)號(hào)：G 642.0

Propulsion the Popularization of the Modern Instrument Analysis Technology

ZENG Qin1，LUO Li-gang2，WANG Lu1，ZHOU Shi-lin1，YU Zhi-hao1，LI Jing1

(1 University of Shanghai for Science and TechnologyThe Public Experiment Center，Shanghai 200093，China；2 East China Normal University Department of Chemistry，Shanghai 200241，China)

Abstract：Modern analysis and testing technology is one of the basic skills that chemistry and other major of undergraduates must master. However，there are some problems in the experimental teaching. For example，there is less class time，lack of initiative and enthusiasm among students，and unfamiliar with the operation. It introduces the strengthening experiment teaching of the modern instrument technology in chemistry of undergraduates，and puts forward some suggestions on the teaching problems of the present problems. It aims at mastering basic analysis and testing technology，stimulating students’ learning interest and initiative，and improving the students’ practical ability，subjective initiative and innovation consciousness.

Key words：experimental teaching，modern instrument analysis，experimental effect