馬玉剛

(廣東石油化工學(xué)院 分析測試中心，廣東 茂名 525000)

儀器分析雖然僅僅是分析化學(xué)的一個分支學(xué)科，但是由于其具備的諸多學(xué)科的綜合性、獨立性、實踐性和特殊應(yīng)用性等特點[1]，這使得它在化學(xué)、化工以及相關(guān)學(xué)科中的地位日趨重要，是教學(xué)、科研和生產(chǎn)中不可或缺的組成部分。但是儀器分析的教學(xué)面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，儀器分析涉及到的很多精密、昂貴的儀器，部分儀器甚至上百萬、上千萬元，并非每個學(xué)校都有能力購置，可能上完課學(xué)生們也沒有見過這些儀器。這種由于儀器短缺和不足嚴(yán)重制約了教學(xué)效果的取得。其次，即使學(xué)校已經(jīng)添置一些儀器，但是每個種類儀器數(shù)量較少，學(xué)生們很少有機(jī)會親自上機(jī)操作使用，無法形成基本的感性認(rèn)識，更談不上運用儀器解決具體分析問題。最后，由于分析儀器都是先進(jìn)科技的產(chǎn)物，其原理中的理論知識難以理解。如果沒有機(jī)會接觸儀器，也沒有操作儀器的實踐經(jīng)驗，無法理解高深的化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等諸多學(xué)科的理論知識，自然無法取得好的教學(xué)效果。這的確給授課老師提出一定的挑戰(zhàn)，需要立足現(xiàn)實，促使老師不斷總結(jié)經(jīng)驗，改進(jìn)教學(xué)方法，爭取取得好的教學(xué)效果而達(dá)到教學(xué)目的。

1 儀器分析課程教學(xué)所要達(dá)到的目的何在？

毫無疑問，大學(xué)里所開設(shè)的每門課程都有教學(xué)目的。教學(xué)目的是教學(xué)領(lǐng)域里為實現(xiàn)教育目的而提出的一種概括性的、總體的要求，制約著各個教育階段、各科教學(xué)發(fā)展趨勢和總方向，對整個教學(xué)活動起著統(tǒng)貫全局的作用[2]。

那么，儀器分析課程的教學(xué)目的是什么？

筆者有十余年為生物技術(shù)、化學(xué)工程、環(huán)境工程、高分子材料等專業(yè)開設(shè)儀器分析課程的經(jīng)歷，深感只有明確教學(xué)目的，才能進(jìn)行針對性的理論教學(xué)和演示實驗，才能把教學(xué)工作融入學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)中。但是，教學(xué)目的確定必須符合課程的內(nèi)在要求，符合學(xué)生所學(xué)專業(yè)需求，符合社會對培養(yǎng)人才的基本要求。

在我們看來，儀器分析課程的教學(xué)目的在于讓學(xué)生認(rèn)識到儀器分析課程要解決的基本問題是什么，即一般的儀器分析即為通用型分析工具，所要解決的基本問題就是元素分析、化合物結(jié)構(gòu)分析、化合物成分分析、熱分析和表面分析、形態(tài)分析等。一系列的分析需要諸多分析手段和工具，儀器分析就是提供分析手段的平臺。比如色譜意味著各類化合物和離子成分分析，分子光譜一般就是化合物結(jié)構(gòu)鑒定，原子光譜則是金屬元素的分析等等。

這就是我們體會到的儀器分析教學(xué)目的，既簡單明了，指向也很明確，即通用性儀器平臺能解決的基本分析測試問題。

確定了教學(xué)目的，課堂上基本理論的闡述和實驗環(huán)節(jié)儀器的演示都是為教學(xué)目的服務(wù)的。

2 如何實現(xiàn)教學(xué)目的？

明確了教學(xué)目的，就需要在教學(xué)中采取各種可行性的措施。

首先，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣是儀器分析學(xué)習(xí)達(dá)到教學(xué)目的的關(guān)鍵，也是取得教學(xué)目的的前提。

從教育心理學(xué)的角度來說，學(xué)習(xí)興趣是一個人傾向于認(rèn)識、研究獲得某種知識的心理特征，是可以推動人們求知的一種內(nèi)在力量。學(xué)生對某一學(xué)科有興趣，就會持續(xù)地專心致志地鉆研它，從而提高學(xué)習(xí)效果，達(dá)到教學(xué)目的。

儀器分析雖然涉及到多學(xué)科知識和應(yīng)用，但是整體上屬于化學(xué)學(xué)科?；瘜W(xué)本身是一門實踐性很強(qiáng)學(xué)科。在化學(xué)教學(xué)中抓住這一有利因素，激發(fā)學(xué)生的興趣，在興趣的誘 導(dǎo)下輕松步入化學(xué)的大門[3]。

興趣是最好的老師，但是學(xué)習(xí)興趣并不是天生產(chǎn)生的，尤其是較大年齡的學(xué)生們開始接觸比較抽象的精密儀器和分析問題，所以不能指望學(xué)生學(xué)習(xí)儀器分析就是天生的，必須承認(rèn)多數(shù)學(xué)生沒有先天性的對儀器分析學(xué)習(xí)的興趣。大學(xué)生們在高中學(xué)習(xí)階段幾乎沒有機(jī)會了解分析儀器，大學(xué)低年級階段接觸分析儀器的機(jī)會也不多，所以學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)需要老師探索。

廣西師范大學(xué)黃勇等提出適當(dāng)介紹儀器分析發(fā)展史、實際應(yīng)用、科學(xué)研究前沿和實驗教學(xué)四方面闡述如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)儀器分析課程的興趣[4]。應(yīng)該承認(rèn)，黃勇等人提出的觀點具有一定的合理性，即通過對某一儀器的起源、發(fā)展歷程和在科研、生產(chǎn)中的應(yīng)用等完整過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，從而培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。當(dāng)然，老師的教育背景、專業(yè)特性、社會經(jīng)歷不同，其闡述問題的視覺有差異，所以在培養(yǎng)學(xué)生興趣方面需要個性化思路。

我們認(rèn)為，培養(yǎng)大學(xué)生學(xué)習(xí)儀器分析的興趣必須與社會生活和未來他們的成長相關(guān)聯(lián)。在講授課程中，我們介紹了奧運會中奧委會如何利用高效液相色譜檢測興奮劑、考古工作者如何利用穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀對文物考證、珠寶鑒定師如何利用拉曼光譜和紅外光譜鑒別寶石和玉石、公安機(jī)關(guān)如何利用各類儀器幫助偵查員完成疑難案件的偵破、復(fù)旦大學(xué)林某同學(xué)投毒案中涉及到的質(zhì)譜圖到底意味著什么、當(dāng)年奶粉三聚氰胺事件中氮含量分析與蛋白質(zhì)含量、三聚氰胺之間的關(guān)系、光緒皇帝頭發(fā)砷含量超高是如何分析的、如何利用分析儀器判定地溝油，等等。上述事例告訴學(xué)生，儀器分析并不僅僅存在于象牙塔里，它與我們?nèi)粘Ｉ罹o密相關(guān)，可以說是無處不在。隨著科技的發(fā)展，人們生活豐富多彩，儀器分析也就越來越為我們生活保駕護(hù)航。

同時，把儀器分析課程學(xué)習(xí)與學(xué)生所學(xué)專業(yè)進(jìn)行有機(jī)關(guān)聯(lián)，也是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣地路徑之一。

學(xué)生學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)除了與社會生活關(guān)聯(lián)外，還需要結(jié)合學(xué)生專業(yè)課程，使學(xué)生感覺儀器分析課程可以加深對專業(yè)的理解，甚至儀器分析就是專業(yè)學(xué)習(xí)的組成部分。針對不同專業(yè)的學(xué)生，我們使用了不同的關(guān)聯(lián)知識，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。生物技術(shù)專業(yè)的學(xué)生對發(fā)酵后制備的酒感興趣，我們就介紹氣質(zhì)聯(lián)用如何分析白酒和紅酒中雜醇和其他組分，確定酒的品質(zhì)高低；環(huán)境工程專業(yè)需要了解水污染狀況，我們就介紹原子發(fā)射、原子吸收、原子熒光如何測定水中金屬元素，如何利用吹掃捕集與氣質(zhì)聯(lián)用分析水中有機(jī)物污染；如果是高分子材料專業(yè)學(xué)生，勢必對聚合物材料和各類樹脂有一定的興趣，我們則需要借助于凝膠滲透色譜解決聚合物分子量的分布，借助紅外光譜和拉曼光譜確定鑒別高分子材料的基本屬性。

總之，學(xué)生對自身前途和未來發(fā)展肯定傾注大量精力。一些學(xué)生面臨要考研深造，儀器分析是他們面試重要環(huán)節(jié)，也是他們深造后從事科研工作的工具。如果一些學(xué)生畢業(yè)參加工作涉足到專業(yè)問題，儀器分析則提供了基本分析測試解決問題途徑。儀器分析的學(xué)習(xí)不是別的東西，它與專業(yè)學(xué)習(xí)一脈相承，會幫助加深專業(yè)學(xué)習(xí)，會使專業(yè)學(xué)習(xí)如虎添翼。既然儀器分析與專業(yè)學(xué)習(xí)之間有如此密切關(guān)系，其實也是與學(xué)生未來發(fā)展前途也是密切相關(guān)的，體會到這個道理，學(xué)生學(xué)習(xí)自然會有一定的動力，學(xué)習(xí)興趣自然而然就逐步培養(yǎng)起來了。

其次，儀器分析中的基本理論學(xué)習(xí)則是達(dá)到教學(xué)目的的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。儀器分析涉足到很多通用型儀器，解決問題最終需要如何利用這些儀器。但是，沒有基本理論知識，則利用儀器解決問題的能力必然受到限制，也無法培養(yǎng)學(xué)生綜合型能力，教學(xué)目的也就無從談起。

但是由于儀器分析中涉及到理論問題比較復(fù)雜，其理論內(nèi)涵也比較難以理解[5]，涉及到化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等諸多學(xué)科的基本理論，特別是如原子結(jié)構(gòu)中的量子化學(xué)和量子力學(xué)、分子結(jié)構(gòu)中量子化的分子轉(zhuǎn)動、分子振動、價電子躍遷等，所以基本理論的學(xué)習(xí)也不能求全，既要明確基本理論，但是不能糾纏一些細(xì)節(jié)，只需要學(xué)習(xí)基本原理，即學(xué)習(xí)重要但是比較容易理解的基本理論就可以了。比如核磁共振儀器，涉及到量子數(shù)、自旋、自旋中原子核能量分配和能級分裂問題、共振中的弛豫、電子云的互相作用與原子核的化學(xué)位移之間的關(guān)系、原子核之間作用發(fā)生耦合、去偶化等。這些理論問題難以理解，其知識結(jié)構(gòu)超出學(xué)生理解范圍。如果一概求全，要求學(xué)生對這些理論問題全方位理解，這顯然不可能。所以在講授中需要簡化，對于難以理解但是基本不影響儀器理解的問題暫時擱置。即在核磁共振理論學(xué)習(xí)中強(qiáng)調(diào)自旋、磁場設(shè)定、射頻發(fā)射、電流與磁場之間關(guān)系(麥克斯韋方程)、能級分裂、低能級原子核吸收射頻能量而發(fā)生共振，然后理解發(fā)生共振的差異性體現(xiàn)在化學(xué)位移變化和磁場的變化，這就是核磁共振解決的問題。至于其他理論知識，有待于學(xué)生對基本理論知識理解后逐步學(xué)習(xí)，不能要求給他們灌輸太多的理論知識，以免造成學(xué)生概念混亂以至于失去學(xué)習(xí)興趣和自信。

在學(xué)習(xí)基本理論過程中要使學(xué)生具備綜合性思維，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維、邏輯推理、實證性思維以及綜合應(yīng)用等能力[6]。比如學(xué)習(xí)分子光譜理論以及相關(guān)儀器時，就是把一系列儀器關(guān)聯(lián)起來，一起進(jìn)行比較。即分子光譜時就強(qiáng)調(diào)幾個問題，即如果涉及分子，則就是分子轉(zhuǎn)動和振動問題，與其振動能級相匹配(即共振)的電磁波就是紅外光(中紅外、近紅外光譜、拉曼光譜)，所涉及的儀器就是紅外光譜儀和拉曼光譜儀；如果涉及到分子中價電子問題，就需要說明化合物結(jié)構(gòu)的問題，必須有未成對電子，必然有不飽和官能結(jié)構(gòu)，其價電子就不是振動問題而是躍遷但是也包含來相連原子的振動，其對應(yīng)的的電磁波(即共振)則是可見光和紫外光，涉及到的儀器則是紫外-可見光譜儀；如果分子中涉及到原子核的研究，則只有自旋運動問題，與其能級變化相對應(yīng)(共振)的只有射頻長波，涉及到的儀器就是核磁共振波譜儀。經(jīng)過這樣的比較學(xué)習(xí)，使學(xué)生們認(rèn)識到分子光譜中既有共性問題，即能量變化與電磁波之間的共振，也有個性問題即分子轉(zhuǎn)動、分子振動、電子躍遷、原子核自旋問題，從而衍生出不同的儀器，從不同角度對化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述，從而進(jìn)行化合物鑒定識別。

所以，儀器分析教學(xué)中基本理論的學(xué)習(xí)是基礎(chǔ)性的，沒有基本理論的理解就無法理解通用型分析儀器基本功能。但是也不能過于求全而對所有涉足理論進(jìn)行全方位的講授。在講授中需要把基本理論與學(xué)生的現(xiàn)行理解力和現(xiàn)有知識域進(jìn)行銜接乃至簡化和比較，從某種意義上講，也就是發(fā)生共振式教學(xué)。我們理解的共振式教學(xué)即學(xué)生是分子或者原子、原子核，教師是光譜發(fā)生器。教師講授的基本理論知識既是發(fā)射的光譜(具有一定的頻率、波長、傳播速度和強(qiáng)度)，其光譜必須適應(yīng)學(xué)生理解力，即發(fā)生共振。只有這樣共振形式的教學(xué)，學(xué)生才能真正理解基本理論知識，與學(xué)生理解力和知識互相兼容和互相比較。這樣學(xué)習(xí)的理論知識才具有感性認(rèn)識，才能具有踏實感。

3 對授課老師的基本要求

任何一門課程的學(xué)習(xí)都是教師和學(xué)生的系統(tǒng)性互動行為。要達(dá)到教學(xué)目的，除了培養(yǎng)學(xué)生的自覺學(xué)習(xí)外，對授課老師自身經(jīng)歷也提出一定的要求。

儀器分析課程集理論和實踐與一體的綜合體，這對授課老師要求也一定具有特殊性。

我們體會到，授課教師必須具有使用儀器解決問題的經(jīng)歷而不是僅僅憑借書本知識，教師對通用型分析儀器有一個綜合性的把握。這是對授課老師提出的基本要求。儀器分析課程首先涉及到一系列的儀器問題，學(xué)習(xí)中要掌握的是儀器構(gòu)成、基本原理(基本理論)、儀器解決的具體分析問題，從而實現(xiàn)教學(xué)目的。在幾個環(huán)節(jié)中，儀器的使用是核心問題。具有了使用儀器的經(jīng)歷，授課老師對儀器組成、原理的理解何講授才具有真實感和現(xiàn)實感，才能在儀器演示實驗中把所有知識落到實處，才能為學(xué)生解答各種問題，把儀器分析知識貫穿到專業(yè)學(xué)習(xí)和社會生活中，與學(xué)生之間形成良性互動。如果教師對絕大部分儀器都沒有使用過，或者根本沒有過利用儀器解決實際分析問題的經(jīng)歷，理論和實踐嚴(yán)重脫節(jié)，就無法讓學(xué)生思維進(jìn)入一個可證實的真實世界，也很難讓學(xué)生對課程產(chǎn)生興趣。

其次，就授課教師而言，應(yīng)該具備一定的科研素養(yǎng)，最好有過科研工作的經(jīng)歷。具備科研工作經(jīng)歷的老師對儀器分析課程理解力必然會達(dá)到一定的高度，其思維也具備綜合性特點。比如一個從事過非均相催化研究的老師必然要用紅外光譜、紫外光譜、核磁共振進(jìn)行反應(yīng)物結(jié)構(gòu)鑒別，使用各類色譜進(jìn)行成分分析，必然用熱分析儀了解催化劑熱性質(zhì)，一定要用X射線衍射儀進(jìn)行催化劑晶體特性分析，還涉及到掃描電鏡和能譜儀等一系列分析測試儀器。所以使用的儀器是多種多樣的，其得到的結(jié)論也必然是綜合性的，對儀器分析的理解必然是具有一定深度的和連貫性的。

最后，我們認(rèn)為授課老師必須具備一定的英語基礎(chǔ)。

在授課和演示實驗中，教師盡可能對一些專業(yè)詞匯用英語方式予以表達(dá)和解釋，其主要原因是現(xiàn)在各個部門所配置的精密儀器很多是進(jìn)口的，其視窗和數(shù)據(jù)處理都是英語模式的。所以加強(qiáng)專業(yè)詞匯的理解也包含了此類詞匯的英語識別。這既是以后學(xué)習(xí)儀器、理解通用型分析測試的需要，也是與國際接軌的要求。儀器分析教學(xué)目也包含了這個要求。

總之，儀器分析課程對于化工為特色的工科院校是十分重要的，但是由于課程的特殊性，在授課中可能遇到諸多困難，所以授課教師需要在教學(xué)中不斷總結(jié)經(jīng)驗，不斷探索和完善，形成具有一定特色的教學(xué)體系，爭取達(dá)到好的教學(xué)效果，從而達(dá)到教學(xué)目的。