劉洋 欒娜 榮瑞芬 秦菲

摘要：《儀器分析》既是一門理論性課程，又是一門實驗性較強的課程，它同時也是化學、生物、材料、食品等學科的重要專業(yè)基礎課程。由于儀器分析所涉及的知識領域較廣，學生在理解和掌握儀器分析理論知識上存在一定的困難，因此在理論課教學過程中，教師預先通過分析儀器仿真軟件的操作，使學生在對儀器具有感性認識的基礎上，加強對不同儀器原理、結(jié)構組成和用途的理解，同時在儀器操作過程、分析方法以及數(shù)據(jù)分析處理上，獲得更全面的認識，從而提高學生科學實踐能力。

關鍵詞：《儀器分析》；仿真軟件；理論課

中圖分類號：G420 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）02-0168-02

一、《儀器分析》理論課教學中存在的問題

1.生源現(xiàn)狀。北京聯(lián)合大學是北京市屬高校，生源絕大部分來自北京，生源的學習基礎比較薄弱，同時北京聯(lián)合大學旨在為北京輸送應用型和職業(yè)技術型人才，因此，在《儀器分析》理論課的教學大綱編寫中，要適當降低理論難度，增加實踐教學環(huán)節(jié)，體現(xiàn)“應用型”原則。

2.理論課程具有一定的抽象性?！秲x器分析》課程主要包括光譜部分、色譜部分以及電化學三大部分。光譜部分涉及物理光學部分、無機化學的分子軌道理論、有機化學的結(jié)構分析鑒定等基礎知識點，其具有一定的抽象性。學生對紫外—可見光譜、原子吸收光譜、原子發(fā)射光譜、質(zhì)譜以及核磁共振波譜等光譜儀器的原理的理解上存在一定的困難。電化學部分涉及無機化學的氧化還原反應，色譜部分的塔板理論等都具有一定的抽象性。如果學生在前期的學習過程中，沒有很好地理解和掌握這些抽象的理論知識，那么對儀器原理的理解和掌握就會比較困難，從而容易失去學習《儀器分析》課程的耐心和興趣。

3.理論教學和實驗教學的分離。由于教學條件的限制，一般情況下，《儀器分析》的理論課和實驗課在時間上和空間上處于分離狀態(tài)。教師先期進行儀器分析理論部分的講解，隨后再進行儀器分析實驗教學環(huán)節(jié)。教師很難做到進入實驗室對照著分析儀器，并且將儀器分解拆開，一邊讓學生了解儀器的構造，一邊進行儀器理論部分的講解；由此造成學生對儀器的感性認識不夠，單一面對空洞的理論，理解和掌握理論要點比較困難。

4.儀器設備的局限性。雖然近年來國家對教育的投入在增加，各高校用于教學的分析儀器的技術含量和數(shù)量都在提高，但由于經(jīng)費有限，一些高端分析儀器還很難普及到每所高校，例如核磁共振波譜、質(zhì)譜等。即使一些常規(guī)的分析儀器在數(shù)量上也不能滿足班上每位同學都能同時進行實際操作。因此，學生對某些儀器會缺乏實際操作的經(jīng)驗，同時也不能很好地理解和掌握儀器分析的理論知識點。

二、大型分析儀器仿真軟件的特點和作用

1.特點。大型分析儀器仿真軟件有平面型和3維立體操作平臺兩類。北京東方仿真軟件有限公司開發(fā)的大型分析儀器仿真軟件ISTS2.0型，是屬于平面型的操作軟件，它包括紫外可見分光光度計、原子吸收光譜、紅外光譜儀器、高效液相色譜等儀器的操作平臺。此軟件清晰地展示了這些儀器的構造組成，并可以通過簡單的操作，使學生了解儀器的操作過程，通過設置實驗參數(shù)，使學生理解各種儀器定性和定量的過程以及儀器的用途。大型分析儀器仿真軟件操作不同于具體的實驗操作，它具有全面、快速、形象化等特點，能夠在較短的時間內(nèi)展示整個儀器的組成以及儀器的操作過程，實質(zhì)上，其也為儀器的實際操作提供了演練的機會。

2.作用。在儀器分析的理論教學中，儀器仿真軟件在幫助學生了解和掌握儀器的理論方面起到了重要的作用。首先，在理論教學中，由于學生沒有看到儀器實物，因此對儀器缺乏感性認識，通過儀器仿真軟件的展示，將學生從抽象的理論中釋放出來，結(jié)合儀器的構造，利用儀器仿真軟件定性和定量的過程，從而加深學生對該課程理論知識的理解和掌握。其次，儀器仿真軟件的展示過程，可以直觀地告訴學生學習儀器分析的目的是要通過儀器來進行定性和定量分析，其可以成為《儀器分析》理論課和實驗課的過渡或者橋梁。再次，《儀器分析》理論課程比較枯燥，在教學過程中，通過插入各種儀器仿真軟件，可以大大提高學生的學習興趣，從而提高學習的效果。

三、仿真軟件在《儀器分析》理論課中的應用

1.演示過程?！秲x器分析》理論課講授的主要內(nèi)容是常規(guī)分析儀器的結(jié)構組成、原理以及應用；重點強調(diào)如何利用分析儀器對未知物質(zhì)進行定性和定量分析。例如講解紫外—可見分光光度計的結(jié)構時，以Agilent8453紫外可見分光光度計為例（其配備最新二極管陣列分光技術，氘、鎢雙燈設計，波長范圍190—1100nm，配有安捷倫紫外可見化學工作站軟件），說明紫外—可見分光光度計的類型（單光束、雙光束、雙波長）以及該儀器的前分光和后分光技術；在紫外—可見分光光度計的應用方面，主要從實驗準備、啟用軟件、開始實驗、背景掃描、確定波長、標準樣液的測試、待測樣品測試等幾個步驟演示了樣品中鐵含量的測定過程。在講解氣相色譜時，首先仿真軟件展示了儀器的五個組成部分（氣源、進樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)），并從實驗前準備、實驗方法編輯、進樣、結(jié)果分析等步驟演示了苯甲醇混合物的定性和定量分析過程。假想儀器仿真軟件為虛擬儀器，基本可以實現(xiàn)對照分解了的儀器組件，進行理論的講解。

在大型分析儀器仿真軟件的教學應用過程中，可以在講解本儀器理論前，將儀器的整體形貌展示給學生，讓學生對該儀器有初始的認識。當講到儀器的組成時，可以結(jié)合仿真軟件，邊講解邊演示。當講到儀器的應用時，將儀器仿真軟件中定量定性分析實例，展示給學生。

2.教學效果。在使用儀器仿真軟件進行理論教學之前，學生在沒有見過各種分析儀器的情況下，對基本理論知識的理解比較困難，不能把所學的理論與儀器實際聯(lián)系起來。尤其在氣相色譜和高效液相色譜的教學中，不僅要理解色譜分離的原理，還要掌握儀器的各部件組成以及如何設置儀器的參數(shù)。在將儀器仿真軟件應用到理論教學的兩年以來，學生普遍認為，儀器仿真軟件使他們對儀器的認識更簡化和直觀，有助于他們對儀器分析理論知識的理解，通過實例演示，使學生掌握了每種分析儀器的主要用途。大型儀器仿真軟件的資料庫中還附帶一些動畫，可以應用到多媒體教學中，使教學內(nèi)容更豐富、生動、直觀。課堂調(diào)查結(jié)果表明，絕大部分學生接受這種教學方式的轉(zhuǎn)變，同時認為儀器仿真軟件的應用活躍了課堂的氣氛。儀器仿真軟件也有利于學生預習準備儀器分析實驗，并在實驗過程中能很好地進入狀態(tài)。由此可見，無論在理論教學還是實驗教學中，雖然大型分析儀器仿真軟件不能代替真正的分析儀器，但是，分析儀器仿真軟件可以彌補大型分析儀器在理論教學中缺位的現(xiàn)狀，同時對實驗教學又具有一定程度的指導作用。

四、結(jié)語

《儀器分析》作為一門傳統(tǒng)的專業(yè)基礎課程，由于儀器和教學場所分離，以及課程本身的理論性較強等特點，使理論課面臨諸多問題和困難。分析儀器仿真軟件雖然不能代替分析儀器實物，但是，它在時間和空間上具有很強的操控性，彌補了分析儀器在理論教學中的局限性。在《儀器分析》理論課中應用大型分析儀器仿真軟件，在增強學生的學習興趣，拓展學生學習思路，提高教學效果方面，起到了積極的促進作用。

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Abstract：Instrumental analysis is a either theoretical course or experimental course.It is an important professional foundation course in the area of chemistry，biology，material，food science，etc.There are some difficulties for undergraduate students to understand and grasp theoretical knowledge of instrumental analysis because it involves broad areas of knowledge.In theoretical teaching process，simulation software is preparatory operated，therefore students have sensibility to instruments.They will easily understand the principle，composition，structure and application of many instruments.They will also comprehensively understand and grasp instrument operating process，analysis method and data analysis，which will improve students ability of scientific practice.

Key words："Instrumental Analysis"；simulation software；theoretical courses