魏文嫻 周 俊 王赪胤

（揚州大學測試中心 江蘇·揚州 225127）

當今社會，先進分析測試技術(shù)的課程教育是培養(yǎng)高素質(zhì)科研人才中不可或缺的一部分。[1]在我校，有一門針對研究生開設(shè)的名為“現(xiàn)代分析測試技術(shù)與儀器”的公共課，其中有“拉曼及拉曼成像技術(shù)”課程的教學，吸引了不同專業(yè)學生的興趣和關(guān)注。拉曼光譜是一種可以用于分析分子化學成分、結(jié)構(gòu)等信息的現(xiàn)代檢測分析技術(shù)，相對于其它光譜分析方法而言，拉曼光譜具有非破壞性、非侵入性、高度自動化、光譜分辨率高的優(yōu)點。[2-4]此外，以圖像形式觀測物質(zhì)成分與結(jié)構(gòu)等信息的拉曼光譜成像技術(shù)，將共聚焦顯微鏡技術(shù)與激光拉曼光譜技術(shù)完美結(jié)合，可以被廣泛應(yīng)用到電池、石墨烯、材料、薄膜、單晶、藥物等研究領(lǐng)域，因此同樣具有重要的應(yīng)用價值。為了讓學生在學習過程中更好的理解和掌握拉曼光譜相關(guān)技術(shù)的知識要點，從而能夠?qū)⒃擃惣夹g(shù)用于以后的科研和工作中，本文將結(jié)合拉曼光譜與成像技術(shù)的特點以及教學工作中的難點，討論、探索拉曼技術(shù)課程的教學和實驗建設(shè)方法。以下分別從教學中存在問題、改革目標以及主要改革措施三方面進行探討。

1 教學中存在的問題

在教學中，“拉曼及拉曼成像技術(shù)”課程主要包含了四部分的內(nèi)容：拉曼光譜的原理、拉曼光譜及成像儀器的結(jié)構(gòu)、光譜數(shù)據(jù)的分析方法以及拉曼技術(shù)的應(yīng)用。在授課過程中，主要還是采用了教師主講的方式，由于拉曼光譜原理深奧，光譜解析較為復(fù)雜，“填鴨式”的教學方法難以完全調(diào)動學生的積極性；另外，拉曼光譜技術(shù)雖然已經(jīng)在各研究領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但由于拉曼信號一般較弱，尤其容易受到熒光的干擾、從而導(dǎo)致拉曼信號極弱甚至不可見，學生在學習和實驗過程中，無法理解這種現(xiàn)象，更無法獨立去解決這種問題，因此覺得拉曼光譜技術(shù)太復(fù)雜，減弱了學習拉曼光譜技術(shù)的興趣。所以在老師授課過程中，學生更易于出現(xiàn)玩手機甚至逃課等現(xiàn)象。此外，在實驗課上，由于大型精密儀器往往操作都比較復(fù)雜和繁瑣，一般還是選擇老師操作、學生觀看的授課方式，學生很難在短時間內(nèi)就能掌握操作的步驟。因而，雖然學生學習了這門課程，然而在實際科研過程中，并不能真正地將該技術(shù)應(yīng)用于自己的研究課題中。

2 改革目標

通過“拉曼及拉曼成像技術(shù)”課程的學習，使學生真正理解拉曼光譜儀器的工作原理和基本操作過程；能夠了解不同樣品在進行拉曼光譜測試之前的準備工作、學會選取合適的光譜測試條件；讓學生們能夠掌握拉曼譜帶分析歸屬的方法以及推測化合物的分子結(jié)構(gòu)的能力，能夠從拉曼光譜圖以及成像圖中獲得需要的結(jié)構(gòu)信息，最終可以將該先進技術(shù)用于實際研究中。

3 主要改革措施

3.1 課件內(nèi)容的及時更新

近些年，拉曼光譜技術(shù)的發(fā)展很快，這一方面得益于激光技術(shù)的發(fā)展，另一方面得益于納米技術(shù)迅猛發(fā)展，使表面增強拉曼光譜和針尖增強拉曼光譜在超高靈敏度檢測方面獲得了很大的進步，從而推動拉曼光譜成為達到單分子檢測水平的技術(shù)；此外，拉曼成像光譜儀器的開發(fā)，也推動拉曼技術(shù)得到進一步的應(yīng)用。僅拉曼成像技術(shù)而言，成像方式就具有多樣化，包括點、線、面掃描式拉曼光譜成像以及基于光譜重建的拉曼光譜成像等等。[5]因而，教師需要根據(jù)實驗室現(xiàn)有的儀器設(shè)備，及時更新課件的內(nèi)容，改革教學方法，在教授新知識的過程中增加對比性、探究性、趣味性等多層次實驗，以拉曼光譜理論知識為基礎(chǔ)，探索建立一套較為完善的、靈活且新穎的拉曼及拉曼成像光譜教學實驗體系。[6]

3.2 調(diào)動學生學習熱情

3.2.1 結(jié)合實際應(yīng)用案例

對于學生而言，枯燥的原理往往會讓他們對學習新技術(shù)望而止步。因此，在授課前，教師可以首先調(diào)查學生在測試過程中遇到的問題和難點，然后針對這些問題，從實際應(yīng)用案例入手，讓學生了解拉曼技術(shù)在他們熟悉的研究領(lǐng)域的應(yīng)用，這樣可以使課程內(nèi)容豐滿、充實、易于理解，更有利于學生熟悉和掌握拉曼分析測試技術(shù)。事實上，拉曼光譜在聚合物、生物大分子、無機物及金屬配合物、文物考古、寶石鑒定、公安與法學樣品、礦床學等方面的分析檢測都有廣泛的應(yīng)用。如果學生能夠了解到拉曼光譜在其研究領(lǐng)域的優(yōu)勢，就更容易對該技術(shù)產(chǎn)生興趣，這樣可以調(diào)動學生的學習熱情、開拓他們的研究思路。

3.2.2 增加對比性實驗

紅外光譜與拉曼光譜同屬于研究分子振動的譜學方法，兩種測試技術(shù)原理不同，但可以相互補充。相比于紅外光譜儀而言，拉曼光譜儀相對比較貴重，因此有關(guān)拉曼光譜法的實驗教學尚未普及。[6]其實，相對于紅外光譜，拉曼光譜具有很多優(yōu)勢，如制樣方便，樣品可回收，可研究水溶液體系、可用于檢測黑色樣品以及無機物材料等，因此，教師在教學過程中，可以從學生更為熟悉的紅外光譜等技術(shù)入手，結(jié)合、對比紅外光譜的特點，讓學生了解到拉曼光譜與他們常用的測試技術(shù)之間的聯(lián)系和區(qū)別，這樣有利于促進學生對拉曼光譜這種新技術(shù)測試原理的理解。

3.2.3 教學手段與時俱進

高校的專業(yè)課程很多都具有體系復(fù)雜、信息量大的特點，因此，許多高校會嘗試新興的教學手段來增強學生課堂學習的參與度和對知識點的理解。[7]教師在教學過程中，可以采用合適的多媒體手段進行教學，從而充分發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢。教師可以融合文字、動畫、音頻、視頻、圖片等素材，生動形象的呈現(xiàn)教學內(nèi)容，這樣可以將枯燥的基礎(chǔ)理論知識采用動畫演示等有趣的方式進行教授，讓知識更易被理解和記憶。隨著信息技術(shù)的進步，未來將會有更多的先進技術(shù)用于課堂教學，作為教師，更應(yīng)該與時俱進，努力提高自身的教學水平，激發(fā)學生學習的熱情和積極性。

3.3 強化實驗技能培訓

在實驗課上，安排采取小組實驗的方式，這樣可以使每個學生都能夠有充足的時間動手練習，其間，教師僅作適當?shù)奶崾竞椭笇?dǎo)。[8]鼓勵學生結(jié)合自己的研究課題，利用實驗室現(xiàn)有的資源自行設(shè)計實驗，提供多元化的樣本進行檢測，讓學生帶著思考去實驗。結(jié)合課堂原理講解，讓學生在實驗過程中了解拉曼光譜儀器的測試原理及影響因素。對實驗中出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學生從技術(shù)原理出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)有儀器的條件，調(diào)整測試方案，比如激發(fā)波長的選擇，光柵的改變以及激光器能量的確定等等，從而有效獲得不同樣本的拉曼光譜。結(jié)合實例，引導(dǎo)學生對獲得的光譜圖進行解析。比如對于人體骨肉瘤細胞而言，DNA拉曼出峰位置在784 cm-1，蛋白質(zhì)出峰在1640-1644 cm-1，2900-2950 cm-1范圍內(nèi)的拉曼峰可歸屬于脂類，1001 cm-1是氨基酸的特征峰；而對于石墨烯類碳材料而言，通過測量材料的拉曼光譜，可以判斷石墨烯的層數(shù)、邊緣結(jié)構(gòu)、張力變化以及摻雜狀態(tài)等結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特征。在獲悉這些信息后，可以進一步對樣品進行成像檢測，從而獲得不同組分的空間分布情況；也可以對光譜進行進一步的處理和分析，如求導(dǎo)、歸一化、傅里葉變化、濾波等，從而獲得組分的定性和半定量信息。這樣既激發(fā)了學生的學習興趣，又提高了他們獨立工作的水平，有助于培養(yǎng)學生的探索精神和嚴謹?shù)目茖W實驗態(tài)度。

4 結(jié)語

本文結(jié)合拉曼光譜技術(shù)的優(yōu)勢，分析了我?！艾F(xiàn)代分析測試技術(shù)與儀器”課程中“拉曼及拉曼成像技術(shù)”講授過程中遇到的問題，圍繞如何改善教學質(zhì)量、激發(fā)學生學習熱情提出具體教學改革措施。課程知識的傳授和教學方法的改革任重道遠，需要教師與時俱進、不斷完善教學課程，使學生具有自主學習分析的能力，從而有助于學生獨立開展研究工作。