王雁南， 盧 媛， 陳翠紅， 展思輝

（南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津300350）

0 引 言

儀器分析課程是高等院校化學(xué)、環(huán)境、藥物、生物、材料等專業(yè)學(xué)生的基礎(chǔ)課程，儀器分析課程的上機(jī)實(shí)驗(yàn)是該課程的重要組成，通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)踐，可以加深對(duì)儀器原理的理解，也為今后的科研工作打下基礎(chǔ)。隨著儀器的不斷推陳出新，儀器分析課程也應(yīng)該打破傳統(tǒng)的教學(xué)方式，及時(shí)改進(jìn)教學(xué)方法和方式，實(shí)現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn)［1-3］。

目前，傳統(tǒng)的分光光度計(jì)、原子吸收、紅外光譜儀等在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已有成熟的應(yīng)用，各個(gè)學(xué)科的學(xué)生均會(huì)開(kāi)展相關(guān)驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)課程，學(xué)校統(tǒng)一安排此類課程的開(kāi)展。但是，儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展存在著一定的問(wèn)題。配套的儀器每種只有一臺(tái)，常常在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中只能用來(lái)演示實(shí)驗(yàn)，很難做到每個(gè)學(xué)生都能接觸到儀器，缺少獨(dú)立的操作過(guò)程，更沒(méi)有創(chuàng)新和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)。另外，實(shí)驗(yàn)教師往往采用灌輸式教學(xué)，上課內(nèi)容很少隨著技術(shù)的進(jìn)步改動(dòng)，內(nèi)容單一，缺少師生互動(dòng)，很難顧及到每個(gè)學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題［4］。最后，實(shí)驗(yàn)課程更側(cè)重儀器的操作與結(jié)果的驗(yàn)證，對(duì)于不同的實(shí)驗(yàn)樣品前處理甚少涉及，缺少對(duì)樣品預(yù)處理的技能培養(yǎng)［5-7］。以上問(wèn)題都造成了實(shí)驗(yàn)課的效果一般，教學(xué)質(zhì)量不高，儀器實(shí)驗(yàn)課程經(jīng)常變成走馬觀花的過(guò)程。

大型儀器共享平臺(tái)是高等院校為提高公共實(shí)驗(yàn)資源的合理利用而建設(shè)的公用儀器平臺(tái)。各個(gè)學(xué)院會(huì)根據(jù)學(xué)科需求采購(gòu)需求量大、有專業(yè)特色功能要求、性能較好的進(jìn)口儀器，由專人負(fù)責(zé)儀器的使用管理與維護(hù)。我校大型儀器平臺(tái)于2010年開(kāi)始建設(shè)，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院作為第一批納入儀器平臺(tái)的學(xué)院，目前擁有大型儀器20余臺(tái)，儀器管理人員9位，并于2016年開(kāi)始籌備針對(duì)碩士生開(kāi)展的具有專業(yè)特色的儀器分析實(shí)驗(yàn)課。

1 大型儀器平臺(tái)開(kāi)展儀器分析實(shí)驗(yàn)課的優(yōu)勢(shì)

（1）大型儀器平臺(tái)管理的儀器主要承擔(dān)院內(nèi)外及社會(huì)的測(cè)試任務(wù)，所購(gòu)置的儀器均為型號(hào)較新、配置較高的儀器設(shè)備［8］。由于由專職設(shè)備管理人員負(fù)責(zé)其使用與維護(hù)，有任何問(wèn)題均及時(shí)解決，故所有平臺(tái)設(shè)備均在正常使用中，儀器狀態(tài)完好。同時(shí)，全年均有測(cè)試任務(wù)，很少長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，也就避免了教學(xué)專用儀器在非開(kāi)課時(shí)間的長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)引起的儀器易發(fā)故障與維護(hù)成本。

（2）大型儀器平臺(tái)儀器有專門的儀器室，每臺(tái)儀器均有教師專人管理。工作在儀器管理與分析測(cè)試工作一線的教師，知識(shí)儲(chǔ)備與分析經(jīng)驗(yàn)十分豐富。儀器分析課程采用分組教學(xué)的方式，每組學(xué)生3或4人，每臺(tái)儀器的課程為2～4課時(shí)，有充分的時(shí)間與空間，讓每個(gè)學(xué)生都參與樣品的預(yù)處理與儀器的操作，同時(shí)有不解之處可以及時(shí)與教師交流，給學(xué)生提供機(jī)會(huì)系統(tǒng)學(xué)習(xí)，全程參與所選儀器樣品前處理、儀器操作使用到數(shù)據(jù)處理的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程［9］。

（3）由本學(xué)院儀器平臺(tái)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課，立足于本學(xué)科，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的儀器均為本院常用儀器，相關(guān)案例貼近本專業(yè)熱點(diǎn)問(wèn)題，測(cè)試樣品也均為本領(lǐng)域常規(guī)樣品，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的同時(shí)，可以更有針對(duì)性地培養(yǎng)本專業(yè)學(xué)生的儀器分析技術(shù)，提升學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)與工作中遇到相關(guān)問(wèn)題的解決能力［10］。

（4）傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程通常為簡(jiǎn)單的通用樣品，對(duì)預(yù)處理過(guò)程涉及甚少。而儀器平臺(tái)接觸樣品眾多，熟知各類樣品的預(yù)處理要求，通過(guò)課程的開(kāi)展，系統(tǒng)地講解每種樣品的預(yù)處理要求，有助于學(xué)生掌握諸如消解、過(guò)柱等樣品前處理相關(guān)知識(shí)［11］。

（5）在編寫(xiě)講義與教學(xué)內(nèi)容的準(zhǔn)備過(guò)程中，儀器負(fù)責(zé)教師也會(huì)對(duì)儀器原理與最新應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，提升儀器負(fù)責(zé)教師隊(duì)伍的理論知識(shí)水平。

（6）儀器平臺(tái)對(duì)學(xué)生進(jìn)入儀器室有嚴(yán)格的考核制度，包括儀器操作規(guī)范與實(shí)驗(yàn)室安全意識(shí)。經(jīng)過(guò)儀器分析實(shí)驗(yàn)課培養(yǎng)過(guò)并通過(guò)考核的學(xué)生自動(dòng)歸檔為準(zhǔn)入儀器室學(xué)生。在以后開(kāi)展科研工作過(guò)程中需儀器平臺(tái)支持時(shí)，可免試進(jìn)入。

2 利用大型儀器平臺(tái)開(kāi)展儀器分析實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐

2.1 儀器分析實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)

儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的開(kāi)展有助于學(xué)生將理論課程與實(shí)際操作相結(jié)合，加深對(duì)儀器原理的理解，學(xué)習(xí)儀器對(duì)樣品的預(yù)處理要求與儀器操作方法，掌握不同樣品的不同指標(biāo)所需儀器與相應(yīng)的方法，學(xué)習(xí)不同數(shù)據(jù)的處理方法，同時(shí)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室安全意識(shí)，全面提升學(xué)生綜合分析能力與實(shí)驗(yàn)研究能力［12-14］。

2.2 課程設(shè)置與講義編寫(xiě)

目前，大型儀器平臺(tái)配備離子色譜儀、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜儀、原子吸收光譜儀、x射線衍射分析儀等常規(guī)儀器，還有共聚焦顯微鏡、原子力顯微鏡、元素分析儀等特色儀器，基本覆蓋了本學(xué)科用于樣品分析的各類儀器。在課程設(shè)置（見(jiàn)表1）的過(guò)程中，選擇了使用頻率高，具有代表性的儀器，并設(shè)計(jì)了環(huán)境學(xué)科涉及的相關(guān)真實(shí)環(huán)境樣品的環(huán)境指標(biāo)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)置了大于學(xué)生應(yīng)選實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)數(shù)量，以供學(xué)生選擇感興趣或與自身方向契合度高的實(shí)驗(yàn)有針對(duì)地提升知識(shí)儲(chǔ)備。

表1 南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院儀器分析課程項(xiàng)目表

由于儀器配置與方法更新速度很快，本院結(jié)合基礎(chǔ)理論知識(shí)與最新實(shí)際狀態(tài)自主編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)講義，同時(shí)隨著新設(shè)備、新方法的引進(jìn)，及時(shí)更新改進(jìn)講義。講義內(nèi)容包括儀器原理、樣品前處理要求、儀器方法設(shè)置、數(shù)據(jù)處理、注意事項(xiàng)與思考題。最后系統(tǒng)地對(duì)各個(gè)儀器講義進(jìn)行分類整合，形成自主編寫(xiě)教材并于課程開(kāi)始前下發(fā)。

2.3 儀器分析實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)展方式

（1）理論講授。儀器種類眾多，原理復(fù)雜，相關(guān)知識(shí)包括儀器的原理與結(jié)構(gòu)、分析方法、數(shù)據(jù)分析等，采用多種手段相結(jié)合的方法可顯著提高學(xué)生對(duì)原理的掌握能力。除使用幻燈片放映的演示方法外，還可結(jié)合多媒體方式，引入儀器應(yīng)用案例與視頻增加趣味性與啟發(fā)性。也可采用對(duì)比教學(xué)的方法加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的觸類旁通，如在色譜教學(xué)中，思索氣相色譜、液相色譜及離子色譜的相似與不同，如何在原子吸收儀與電感耦合等離子體質(zhì)譜中選擇測(cè)量樣品中金屬元素含量等，這也對(duì)學(xué)生今后科研工作中測(cè)試儀器的選擇打下基礎(chǔ)。

（2）課堂互動(dòng)與提問(wèn)。針對(duì)預(yù)習(xí)情況與在理論講授過(guò)程中涉及到的思考點(diǎn)進(jìn)行互動(dòng)與提問(wèn)。問(wèn)題圍繞著實(shí)驗(yàn)原理以及儀器分析基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)展開(kāi)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)分析問(wèn)題，增加實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的印象，提升學(xué)生的分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。

（3）操作流程示范。結(jié)合原理示范儀器的軟硬件操作過(guò)程。如儀器各個(gè)部件的展示、軟件界面介紹、各個(gè)參數(shù)的意義與設(shè)置、數(shù)據(jù)的讀取與分析、重點(diǎn)注意事項(xiàng)等。

（4）實(shí)踐操作。動(dòng)手步驟是儀器分析實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，加強(qiáng)學(xué)生親自操作的訓(xùn)練，幫助他們掌握原理、學(xué)會(huì)使用，同時(shí)加強(qiáng)預(yù)處理步驟的練習(xí)。分組式教學(xué)使得每位學(xué)生都有機(jī)會(huì)親自處理樣品、操作儀器、熟悉測(cè)試流程。

（5）實(shí)驗(yàn)室安全意識(shí)培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)室不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)技能的地方，更是今后開(kāi)展自主科研學(xué)習(xí)的地方。在講解儀器操作的過(guò)程中，教師應(yīng)指出各類操作規(guī)范和注意事項(xiàng)，如儀器的開(kāi)關(guān)順序，水電安全，廢液的正確處理，氣瓶的操作注意事項(xiàng)等。

2.4 開(kāi)放教學(xué)

為彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的不足，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)計(jì)性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。學(xué)生可以自由成組，查閱文獻(xiàn)后提出自己的課題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，由儀器管理教師與學(xué)生討論后，確定實(shí)驗(yàn)時(shí)間與實(shí)驗(yàn)方法，最后整理實(shí)驗(yàn)小結(jié)，提出感想與建議，并鼓勵(lì)學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展科研工作后，帶著課題走入儀器室繼續(xù)學(xué)習(xí)與探索，全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維［15］。

2.5 課程評(píng)價(jià)

為了科學(xué)評(píng)估、公正反映儀器分析課程教學(xué)效果，將評(píng)估體系分為預(yù)習(xí)報(bào)告、課堂提問(wèn)、基本操作、數(shù)據(jù)處理與思考題回答情況幾個(gè)方面，依據(jù)不同的比重分值量化打分。有利于督促學(xué)生將原理與操作融會(huì)貫通，加強(qiáng)理論知識(shí)在實(shí)踐中的應(yīng)用。

3 實(shí)踐效果

自我院開(kāi)展對(duì)環(huán)境學(xué)科學(xué)生培養(yǎng)更有針對(duì)性的儀器分析課程以來(lái)，加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生的儀器相關(guān)知識(shí)的培養(yǎng)和對(duì)大型儀器平臺(tái)的了解，加大了儀器平臺(tái)的開(kāi)放力度，獲得了院內(nèi)師生的一致好評(píng)，許多導(dǎo)師要求儀器分析課為非必修課程的學(xué)生必須選修本課程，也有博士自行選修學(xué)習(xí)或旁聽(tīng)，對(duì)本課程十分認(rèn)可。同時(shí)，課程結(jié)束后采用調(diào)查問(wèn)卷的方式由學(xué)生反饋意見(jiàn)，儀器分析課程也在一次一次的改進(jìn)與優(yōu)化。

此外，為提升儀器管理人員隊(duì)伍的知識(shí)儲(chǔ)備、服務(wù)水平與儀器分析實(shí)驗(yàn)課程上課效果，我院組織各位教師在課程結(jié)束后開(kāi)展研討交流分享會(huì)，主要形式為各位教師在分享所承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的PPT與課程心得與體會(huì)后，其余教師提出相關(guān)問(wèn)題與建議。此研討會(huì)不僅可以通過(guò)互相學(xué)習(xí)與借鑒，提升實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量，還加深了各位教師對(duì)其他儀器的功能與樣品要求的了解，通過(guò)融會(huì)貫通，對(duì)儀器學(xué)相關(guān)知識(shí)有更深的心得體會(huì)，有利于更好地服務(wù)高校與社會(huì)的科研測(cè)試工作。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)由大型儀器平臺(tái)開(kāi)展儀器分析課程，在教學(xué)過(guò)程中采用多媒體資料、小組互動(dòng)教學(xué)、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)延續(xù)學(xué)習(xí)等方式，真正做到理論實(shí)踐相結(jié)合、理解透徹、熟練操作、活學(xué)活用，避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的弊端，全面提升了學(xué)生利用儀器分析方法分析樣品與樣品預(yù)處理能力［16］，同時(shí)也有利于儀器管理隊(duì)伍知識(shí)能力的提高，促進(jìn)大型儀器平臺(tái)服務(wù)水平的提高。