盤 俊，胡克堅(jiān)，唐海珊，張星宇，曾麗亞

(湖南科技學(xué)院 化學(xué)與工程學(xué)院，湖南 永州 425100)

電感耦合等離子質(zhì)譜儀(簡(jiǎn)稱ICP-MS)是上世紀(jì)八十年代被大家熟知的一種快速分析元素和同位素的技術(shù)，它很好的將電感耦合等離子體的高溫電離特性與質(zhì)譜儀器的靈敏快速結(jié)合起來(lái)，從而形成一種高靈敏度的快速分析技術(shù)[1]。其具體工作流程是樣品由霧化器霧化后抵達(dá)等離子源，再經(jīng)過(guò)高溫汽化得到離子化氣體,取樣錐收集離子氣體,在低真空壓力下形成分子束,通過(guò)截取板進(jìn)入四極桿分析器，經(jīng)四極桿篩選后，到達(dá)離子檢測(cè)器，檢測(cè)器根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度與濃度的關(guān)系,輸出元素的含量或同位素比值。ICP技術(shù)主要用于痕量、超痕量元素分析以及同位素比值分析。其優(yōu)點(diǎn)在于檢出限很低(達(dá)ng/mL)，能同時(shí)測(cè)定多種元素，測(cè)定速度快及動(dòng)態(tài)線性范圍寬，從而廣泛在地質(zhì)、冶金、機(jī)械、環(huán)境、材料、能源、生命及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，是現(xiàn)代儀器分析中的重要的檢測(cè)方法之一。

1 存在的問(wèn)題

目前，由于ICP儀器價(jià)格昂貴，儀器相關(guān)耗材及維護(hù)費(fèi)用過(guò)高，并且主要用于教師科研工作，一般情況老師只會(huì)讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)樣品準(zhǔn)備操作，后期操作和分析均由老師來(lái)進(jìn)行，學(xué)生很少能夠近距離接觸儀器并完成儀器的具體操作和分析，所以學(xué)生對(duì)儀器的理解只停留于理論和紙面上，缺少自主分析和研究的條件，并不能夠深刻理解檢測(cè)方法原理及熟練操作儀器[2-3]。傳統(tǒng)上課過(guò)程中，由于時(shí)間和場(chǎng)地的限制，無(wú)法做到每一個(gè)學(xué)生單獨(dú)操作儀器的全套過(guò)程，大都是“灌輸式”“填鴨式”講解理論知識(shí)，然后通過(guò)老師單人示范，同學(xué)圍觀的方式蜻蜓點(diǎn)水般的將儀器的大部分內(nèi)容和原理一筆帶過(guò)。這樣就導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法對(duì)儀器及相關(guān)檢測(cè)方法有一個(gè)深刻的理解，同時(shí)也無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的創(chuàng)新性、創(chuàng)造性和主動(dòng)性，不利于培養(yǎng)當(dāng)前社會(huì)所需的高素質(zhì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才，無(wú)法為學(xué)生今后走入工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。因此，為了相關(guān)專業(yè)的本科生適應(yīng)社會(huì)的需要以及今后在科學(xué)研究、企業(yè)技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)等方面的工作需要，提高學(xué)生的基礎(chǔ)素質(zhì)，增強(qiáng)本科學(xué)生對(duì)大型現(xiàn)代分析儀器的理解和操作能力，根據(jù)課程中遇到的問(wèn)題，我們對(duì)ICP-MS 大型儀器在本科生教學(xué)中進(jìn)行了相關(guān)的探索和改進(jìn)。

2 解決方法

2.1 精煉上課內(nèi)容、創(chuàng)新上課形式

針對(duì)時(shí)間和場(chǎng)地的原因，避免老師操作學(xué)生聽的情況，讓學(xué)生人人都能夠看得見摸得著機(jī)器，上課老師可以提前將相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)溶液配置好，并將相關(guān)參數(shù)設(shè)定好，精簡(jiǎn)學(xué)生需要進(jìn)行的操作[4]。在測(cè)樣過(guò)程中，可以將各個(gè)參數(shù)代表的意義及如何設(shè)置參數(shù)進(jìn)行講解，把理論和實(shí)踐結(jié)合在一起，加深學(xué)生對(duì)儀器的理解。ICP儀器測(cè)出的數(shù)據(jù)默認(rèn)參數(shù)不同，需要進(jìn)行報(bào)告編輯和實(shí)驗(yàn)表格編輯等，可通過(guò)PPT和錄制視頻的方式提前傳送給學(xué)生班級(jí)群，讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，在課前讓學(xué)生針對(duì)實(shí)驗(yàn)提出相關(guān)問(wèn)題，讓大家?guī)е鴨?wèn)題去做實(shí)驗(yàn)，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)和老師的講解去解決問(wèn)題；在課中可以進(jìn)行相關(guān)操作練習(xí)，不理解的地方可進(jìn)行標(biāo)記課后以小組形式匯報(bào)反饋給老師。上課形式從原來(lái)的大班集體觀看操作轉(zhuǎn)變?yōu)榉峙絻x器室操作，在理論教室講述完相關(guān)知識(shí)后，將學(xué)生分組分批的帶到儀器室學(xué)習(xí)操作，其余同學(xué)可通過(guò)機(jī)房監(jiān)控投影和視頻進(jìn)行觀摩學(xué)習(xí)。這樣就保證了學(xué)生們個(gè)個(gè)能操作儀器，克服了對(duì)大型儀器設(shè)備害怕弄壞不敢操作的畏懼心理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。等所有學(xué)生上機(jī)操作完事后，再到理論教室中利用PPT和相關(guān)視頻將重點(diǎn)操作和注意事項(xiàng)進(jìn)行復(fù)習(xí)和回憶，并解答學(xué)生在操作過(guò)程中常見問(wèn)題，幫助學(xué)生加深理解。

2.2 合理課程安排、建立開放教學(xué)

由于對(duì)大型儀器的陌生感和敬畏感，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生害怕弄壞而不敢動(dòng)手操作儀器的現(xiàn)象。為了讓學(xué)生克服這種心理，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中獲得知識(shí)和能力，可通過(guò)分組的方式強(qiáng)制學(xué)生參與，一般的固定分組模式雖然解決了儀器不足導(dǎo)致的學(xué)生積極性不高的問(wèn)題，但容易導(dǎo)致小組內(nèi)一人代表的現(xiàn)象，其他懶惰和內(nèi)斂的學(xué)生就會(huì)附庸在這個(gè)同學(xué)周圍，所以每節(jié)課后采取隨機(jī)動(dòng)態(tài)分組，這樣每個(gè)同學(xué)都能融入到實(shí)驗(yàn)課程中來(lái)。大型儀器實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，相比與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)有較大的差異，學(xué)生缺少許多熟悉性和趣味性。針對(duì)這些問(wèn)題，建立了開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，所謂的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不是完全放開由學(xué)生去單獨(dú)操作，而是指相關(guān)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、空間、內(nèi)容、設(shè)備四個(gè)方面開放的教學(xué)模式[5]，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣在不同的時(shí)間里進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是老師根據(jù)自己的科研項(xiàng)目和研究方向提供的相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生可提前選好老師提供且自己感興趣的內(nèi)容，老師則在課前將實(shí)驗(yàn)相關(guān)文獻(xiàn)信息通過(guò)班級(jí)群傳送給學(xué)生，這樣不僅能夠讓學(xué)生選擇自己感興趣的實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的積極性，同時(shí)也不影響老師的科研實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。讓老師在進(jìn)行科學(xué)研究及檢測(cè)分析的同時(shí)還可以對(duì)少數(shù)學(xué)生進(jìn)行授課，這樣即加強(qiáng)了學(xué)生的記憶和理解，又增加了同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣。每節(jié)課后，讓每組同學(xué)共同對(duì)實(shí)驗(yàn)操作和體會(huì)做一個(gè)總結(jié)和歸納，最后匯總形成一個(gè)儀器操作班級(jí)心得，這樣就能形成了一個(gè)良好的學(xué)習(xí)氛圍。通過(guò)上述措施讓學(xué)生參與課題研究的部分工作，也能很好的培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)科研意識(shí)和能力。從而去了解掌握大型儀器設(shè)備的原理、檢測(cè)方法、使用條件和范圍等。

2.3 教學(xué)科研結(jié)合，編寫特色講義

由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的傳統(tǒng)模式大都是一人操作眾人圍觀為主，主旨是為了讓學(xué)生了解和認(rèn)識(shí)大型儀器，而輪到學(xué)生自己操作教授過(guò)的儀器設(shè)備時(shí)依然無(wú)從下手，針對(duì)這一現(xiàn)象，教學(xué)科研相結(jié)合的教學(xué)方式應(yīng)運(yùn)而生，教學(xué)輔助科研，科研鞏固教學(xué)，通過(guò)科研帶動(dòng)教學(xué)，加大教學(xué)中探索和未知的因素，進(jìn)行研究性教學(xué)，將教學(xué)與科研有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，能很好的發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的積極和創(chuàng)造性[6]。通過(guò)將本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)與大型儀器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來(lái)，學(xué)生大二時(shí)即可同老師做一些科研實(shí)驗(yàn)，熟練掌握儀器的操作流程后，獲得實(shí)驗(yàn)管理老師同意后，學(xué)生可利用大型儀器來(lái)檢測(cè)自己感興趣的內(nèi)容或應(yīng)用于畢業(yè)論文，這不僅能提高學(xué)生的科研興趣和創(chuàng)新能力，同時(shí)也增加了大型儀器設(shè)備的應(yīng)用和使用率。不同院校所購(gòu)買使用的ICP儀器類型、規(guī)格型號(hào)、生產(chǎn)廠家等不盡相同，因此使用通用的教材會(huì)給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和操作帶來(lái)一定的不便，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果和學(xué)生的興趣。針對(duì)這種情況，通過(guò)討論探討，根據(jù)學(xué)校所使用ICP儀器類型和規(guī)格型號(hào)，編寫了立足于地方特色并適合本院學(xué)生實(shí)際情況的實(shí)驗(yàn)講義。例如湘江支流不同區(qū)域段各種離子含量實(shí)驗(yàn)測(cè)定，蓮藕不同部位重金屬離子含量實(shí)驗(yàn)測(cè)定，湘科院周邊村落土壤中重金屬含量實(shí)驗(yàn)測(cè)定等結(jié)合了地方特色的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以及服務(wù)地方的江永香姜地中相關(guān)元素含量的測(cè)定，新田柑橘場(chǎng)地中相關(guān)元素含量的測(cè)定，東南景田不同部位對(duì)重金屬離子的富集含量測(cè)定等結(jié)合了教師科研項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅很好的體現(xiàn)地方院校的特色，也能夠?yàn)橛乐莓?dāng)?shù)剞r(nóng)戶解決一些實(shí)際問(wèn)題，服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)，將論文寫在永州的大地上。

3 結(jié)語(yǔ)

大型儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式及方法的改革，如何加深理論知識(shí)的理解非常重要，光有實(shí)踐沒有理論的指導(dǎo)不行，實(shí)踐必須以理論為前提，同樣理論必須用實(shí)踐去驗(yàn)證。因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要立足于社會(huì)和企業(yè)需求的基礎(chǔ)上，合理適時(shí)的調(diào)節(jié)上課形式，改變上課內(nèi)容，加強(qiáng)產(chǎn)教研結(jié)合，通過(guò)多種教學(xué)方法和手段，從內(nèi)容、形式、方法、管理等多方面多角度來(lái)調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和動(dòng)手能力，從而培養(yǎng)出滿足社會(huì)和企業(yè)需求的高素質(zhì)技術(shù)人才。