李郤里

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院 ， 河南 鄭州 450002)

現(xiàn)代儀器分析是一門(mén)集化學(xué)、物理學(xué)、生物化學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科為一體的綜合性學(xué)科，既能提供分析測(cè)試數(shù)據(jù)，又能從原始的測(cè)試數(shù)據(jù)中最大限度地獲取有價(jià)值的物質(zhì)信息，可解決自然科學(xué)各領(lǐng)域中的關(guān)鍵問(wèn)題。作為一項(xiàng)在原理和技術(shù)上均采用當(dāng)今最先進(jìn)的科技發(fā)展起來(lái)的分析手段，現(xiàn)代儀器分析技術(shù)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境、材料、醫(yī)療、刑偵等社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。作為自然科學(xué)研究領(lǐng)域中物質(zhì)的信息科學(xué)，現(xiàn)代儀器分析的發(fā)展被寄予越來(lái)越大的期望。

1 現(xiàn)代儀器分析課程教學(xué)現(xiàn)狀

現(xiàn)代儀器分析課程理論性和學(xué)科交叉性較強(qiáng)，不僅要求學(xué)生具有較強(qiáng)的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備，而且也要求授課教師能夠因材施教，融會(huì)貫通地切入理論知識(shí)難點(diǎn)，以便幫助學(xué)生更好地理解教材內(nèi)容。一直以來(lái)，由于儀器分析的設(shè)備與方法日新月異，新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，教師在課堂教學(xué)中既要傳授各種現(xiàn)代儀器分析方法的基本原理，又要介紹儀器的基本結(jié)構(gòu)、測(cè)試原理和定性定量的分析方法，尤其是各種方法的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，導(dǎo)致該門(mén)課程的理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)都令教師非常棘手。綜合近幾年的教師備課和學(xué)生反饋，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代儀器分析課程教學(xué)過(guò)程主要有以下問(wèn)題：①理論課進(jìn)度與實(shí)驗(yàn)安排時(shí)間不能同步。往往是把理論課都上完之后再開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課，結(jié)果理論課講得過(guò)多或者過(guò)深，不能切身結(jié)合實(shí)驗(yàn)儀器演示，學(xué)生不容易理解。②實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊，缺乏挑戰(zhàn)性。比如紅外實(shí)驗(yàn)，往往是做苯甲酸的紅外光譜圖，而且只做固體粉末樣品，結(jié)果一些學(xué)生只記住溴化鉀制片很辛苦，對(duì)于解譜技巧、卻知之甚少，至于液體、氣體樣品的紅外檢測(cè)技術(shù)更是不清楚。很多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是驗(yàn)證性質(zhì)的，學(xué)生很容易獲得預(yù)期的結(jié)果，難于真正掌握儀器的操作技巧。③現(xiàn)代儀器分析是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程需要的大型儀器較為精密、昂貴，且儀器配套數(shù)量較少，很難滿足學(xué)生獨(dú)立操作的需要。對(duì)于質(zhì)譜(MS) 、核磁共振(NMR)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)等設(shè)備，單臺(tái)(套)價(jià)格為幾百萬(wàn)元，很多高校全校僅有1臺(tái)設(shè)備，根本無(wú)法達(dá)到開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的基本條件。即使開(kāi)設(shè)了實(shí)驗(yàn)課程，操作過(guò)程也多采用分組循環(huán)的方式，在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下，只有少數(shù)學(xué)生能真正有機(jī)會(huì)動(dòng)手操作大儀器，這與實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)和基本要求有一定差距，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度也是不利的。此外，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)于大型儀器設(shè)備的操作熟練程度，有時(shí)也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。④目前，很多高等院校承擔(dān)現(xiàn)代儀器分析課程的老師都忽視了對(duì)儀器測(cè)試結(jié)果分析的相關(guān)軟件的介紹。這方面，沒(méi)有專門(mén)的課程來(lái)傳授，現(xiàn)代儀器課程中僅局限在對(duì)圖的簡(jiǎn)單分析，而對(duì)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果到圖的來(lái)歷只字不提，如紅外光譜圖、核磁共振圖譜、質(zhì)譜圖等。在用到時(shí)只能自學(xué)這些化學(xué)軟件，如：Nuts、Origin、Shelxtl等，其過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至有時(shí)找不到教學(xué)資料。

2 現(xiàn)代儀器分析教學(xué)改革方向與思路

2.1 實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)一體化

有些學(xué)校儀器分析課程的理論課與實(shí)驗(yàn)課分別由不同的老師承擔(dān)，各講各的內(nèi)容，理論與實(shí)驗(yàn)被無(wú)形中割裂開(kāi)了?，F(xiàn)代儀器分析既需要理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，也需要實(shí)驗(yàn)技能的操作，但更需要理論與實(shí)驗(yàn)之間的融合，實(shí)現(xiàn)理論學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)一體化。所以在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過(guò)程中采用“課堂講授儀器分析工作原理+現(xiàn)場(chǎng)操作儀器分析測(cè)試+基于項(xiàng)目的綜合性儀器分析設(shè)計(jì)”三段式模式，從三個(gè)層面上對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論學(xué)習(xí)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力和研究創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使學(xué)生從學(xué)習(xí)各種儀器入手，掌握儀器分析技術(shù)的各項(xiàng)技能，進(jìn)而綜合性利用儀器分析手段解決科研中具體項(xiàng)目或課題研究中遇到的實(shí)際問(wèn)題。特別是三段式模式的最后一個(gè)環(huán)節(jié)“基于項(xiàng)目的綜合性儀器分析設(shè)計(jì)”，通過(guò)設(shè)計(jì)和建立真實(shí)的任務(wù)情景，采用基于項(xiàng)目或課題的以小組協(xié)作為主要教學(xué)組織形式的模式，促進(jìn)課程基本原理、概念和技術(shù)的創(chuàng)新性應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生在科學(xué)探究過(guò)程中進(jìn)一步升華理論知識(shí)的能力，從中培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生科學(xué)探索的精神和勇氣，形成踏實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膹氖驴茖W(xué)研究的良好習(xí)慣。

2.2 實(shí)驗(yàn)手段要多樣化

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是鞏固理論知識(shí)和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)方法和提高動(dòng)手能力的重要平臺(tái)?，F(xiàn)代儀器分析課程的實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程的綜合性安排直接影響到該課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。必須將實(shí)驗(yàn)教學(xué)貫穿于教學(xué)活動(dòng)全過(guò)程，徹底根除學(xué)生“重理論、輕實(shí)驗(yàn)”的錯(cuò)誤思想。注意在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中與時(shí)俱進(jìn)，適當(dāng)加入反映新技術(shù)、新方法和新手段的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力。鑒于分析儀器的操作流程較為繁瑣，有些儀器操作系統(tǒng)甚至是全英文提示界面，學(xué)生剛接觸會(huì)略顯不適。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師可以提前對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行分析操作，激發(fā)學(xué)生的感官認(rèn)識(shí)，同時(shí)輔以必要的實(shí)驗(yàn)操作視頻，激發(fā)學(xué)生特異性思維和親自動(dòng)手操作的欲望。有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。在實(shí)驗(yàn)老師的全程監(jiān)督和學(xué)生的全程觀摩下，指導(dǎo)老師可隨機(jī)選擇學(xué)生進(jìn)行樣品上機(jī)測(cè)試，打消學(xué)生的僥幸心理，避免只有少數(shù)學(xué)生真正“會(huì)學(xué)會(huì)用”的尷尬局面。

2.3 充分利用多媒體教學(xué)

因?yàn)楸菊n程涉及較多的儀器結(jié)構(gòu)、工作原理、實(shí)驗(yàn)操作模擬和實(shí)驗(yàn)圖譜分析的內(nèi)容，所以多媒體教學(xué)應(yīng)用最多。Powerpoint是最常用的制作多媒體的工具，課件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。在現(xiàn)代儀器分析課程中，大多數(shù)分析方法的基本理論知識(shí)、公式的演算推導(dǎo)以及儀器的基本圖片，如分光光度計(jì)、色譜儀、光譜儀等儀器的立體圖形，都可以運(yùn)用課件進(jìn)行介紹，但此類課件在儀器結(jié)構(gòu)講解時(shí)容易缺乏由點(diǎn)到面的認(rèn)識(shí)過(guò)程。Authorware是一種基于流程圖的可視化多媒體開(kāi)發(fā)工具，它最大的特點(diǎn)是靈活互動(dòng)。比如在講解凝膠滲透色譜中進(jìn)樣、淋洗、分級(jí)過(guò)程；原子吸收光譜中原子化過(guò)程、光學(xué)演示等微觀過(guò)程時(shí)，利用制作流程、再適當(dāng)加入動(dòng)畫(huà)，可以使抽象的理論直觀化，起到事半功倍的效果。在制作多媒體課件時(shí)可以充分運(yùn)用及融合Powerpoint和Authorware兩者的優(yōu)點(diǎn)，以提高制作課件的質(zhì)量和效果。通過(guò)多媒體課件、計(jì)算機(jī)模擬輔助軟件和多媒體教學(xué)軟件等，可以模擬和演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，幫助學(xué)生直觀理解抽象理論；同時(shí)還可以方便地處理和分析真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖譜，培養(yǎng)學(xué)生研究性和創(chuàng)新性意識(shí)。其次互聯(lián)網(wǎng)在本課程教學(xué)中也占有重要的地位，通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)電子圖書(shū)館和國(guó)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)課程資源，學(xué)生才能更好地開(kāi)展文獻(xiàn)查閱、自主學(xué)習(xí)和綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，現(xiàn)代儀器分析發(fā)展速度飛快，內(nèi)容豐富、前沿，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，對(duì)培養(yǎng)研究生科學(xué)研究能力、自主創(chuàng)新能力和綜合應(yīng)用分析能力具有重要的作用。要提高課程教學(xué)質(zhì)量，就要針對(duì)課程自身特點(diǎn)，在教學(xué)中不斷積累和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷引入前沿知識(shí)充實(shí)教學(xué)內(nèi)容，綜合運(yùn)用各種教學(xué)方法和教學(xué)手段，不斷探索和實(shí)踐，充分結(jié)合現(xiàn)代儀器分析課程特點(diǎn)，利用多媒體相關(guān)的軟件努力提高理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的效果，從而滿足現(xiàn)代儀器分析課程在新時(shí)代的教學(xué)要求。