熊海蓉，王瓊超，喻 鵬

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，湖南 長沙 410128）

0 引言

化學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，同樣也是各學(xué)科的基礎(chǔ)，無論是化學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，還是與數(shù)學(xué)、物理、農(nóng)學(xué)、環(huán)境等學(xué)科融合，其化學(xué)分析手段都是必不可少的，而大型儀器設(shè)備正是這一分析手段的重要載體，而大型儀器設(shè)備本身就是一個(gè)綜合、創(chuàng)新的體系，無論是從原理、設(shè)計(jì)，還是從操作、數(shù)據(jù)分析等諸多方面都蘊(yùn)含著先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與方法，對(duì)于科技創(chuàng)新、人才培養(yǎng)具有不可替代的作用。

《材料與化工綜合實(shí)驗(yàn)技能》課程是化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院材料與化工專業(yè)學(xué)位點(diǎn)課程，每年秋季開設(shè)，課程負(fù)責(zé)人1名，課程老師3名，教學(xué)場地為材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和學(xué)院已有的分析檢測平臺(tái)，課程主要涵蓋光譜分析、色譜分析、質(zhì)譜分析等實(shí)驗(yàn)技能體系，從分析方法的基本知識(shí)、分析儀器的基本理論入手，認(rèn)識(shí)大型儀器設(shè)備，學(xué)習(xí)操作技能，再到分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，掌握儀器的維護(hù)與故障排查，變演示實(shí)驗(yàn)為學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)，以“學(xué)方法、會(huì)操作、能分析、懂維護(hù)”為教學(xué)目的，著力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，開拓學(xué)生的視野，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長、學(xué)以致用、學(xué)而可用、學(xué)可報(bào)國的教學(xué)目標(biāo)，全面落實(shí)“知識(shí)—技能—素養(yǎng)”的培養(yǎng)目標(biāo)，促進(jìn)實(shí)用性、創(chuàng)新性人才培養(yǎng)。

本案例以原子吸收光譜儀的實(shí)操與維護(hù)應(yīng)用為例，從以下幾個(gè)方面在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展探究式學(xué)習(xí)和實(shí)踐，利用微視頻、PPT、圖片、示范、實(shí)踐等多種形式進(jìn)行教學(xué)，形成提出問題—分析問題—解決問題的教學(xué)模式，并在問題中認(rèn)識(shí)原理、在操作中解決問題、在實(shí)踐中提高認(rèn)識(shí)，解決學(xué)生怕操作、難分析、不會(huì)用等關(guān)鍵問題：

（1）變演示實(shí)驗(yàn)為學(xué)生探究性實(shí)驗(yàn)。如學(xué)生根據(jù)自身的研究內(nèi)容就某一樣本中的重金屬含量檢測設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和檢測方法，學(xué)生獨(dú)立上機(jī)操作，獲得檢測結(jié)果并分析。

（2）在原有探究性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上對(duì)問題的拓展研究。如原子吸收火焰法測鉻時(shí)火焰燃燒頭位置調(diào)節(jié)、石墨爐法測鉛時(shí)升溫程序的優(yōu)化等。

（3）學(xué)會(huì)維護(hù)與故障排查。如石墨管的正確安裝與進(jìn)樣針準(zhǔn)直，燃燒頭的清潔等。

1 背景介紹

科技是一把雙刃劍，20世紀(jì)以來科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高了人民的生活水平，然而，與此同時(shí)，人類也付出了慘重的代價(jià)。由于工業(yè)“三廢”機(jī)動(dòng)車尾氣的排放、污水灌溉和農(nóng)藥、除草劑、化肥等的使用以及礦業(yè)的發(fā)展，嚴(yán)重地污染了土壤、水質(zhì)和大氣。其中重金屬等污染因?yàn)槠涮厥庑远饛V泛關(guān)注。

重金屬原義是指比重大于5的金屬（密度大于4.5克每立方厘米的金屬），包括金、銀、銅、鐵、鉛等。目前我國由于在重金屬的開采、冶煉、加工過程中，造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進(jìn)入大氣、水、土壤引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。如隨廢水排出的重金屬，即使?jié)舛刃?，也可在藻類和底泥中積累，被魚和貝類體表吸附，產(chǎn)生食物鏈濃縮，從而造成公害。重金屬污染與其他有機(jī)化合物的污染不同。不少有機(jī)化合物可以通過自然界本身物理的、化學(xué)的或生物的凈化，使有害性降低或解除。而重金屬具有富集性，很難在環(huán)境中降解。因此，加強(qiáng)對(duì)重金屬的監(jiān)測、檢測，從而為環(huán)保、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品安全等提供重要依據(jù)的呼聲日益高漲，也極大地推動(dòng)了質(zhì)量檢驗(yàn)檢測行業(yè)的快速發(fā)展。

我國質(zhì)量檢驗(yàn)檢測行業(yè)由于受到政策限制，在1989年之后才逐漸放開，民間資本以及第三方檢測機(jī)構(gòu)被允許進(jìn)入行業(yè)。2000年后，我國第三方民營檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)才開始快速發(fā)展。截至2019年底，全國取得資質(zhì)認(rèn)定的民營檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)共22958家，較2018年增長19.38%，民營

檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)數(shù)量占全行業(yè)的52.17%，超過行業(yè)總量的“半壁江山”。從近年來的政策意見和發(fā)展趨勢來看，未來將有更多的民營企業(yè)進(jìn)入檢驗(yàn)檢測行業(yè)，行業(yè)競爭將愈發(fā)激烈。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國檢驗(yàn)檢測認(rèn)證服務(wù)業(yè)市場規(guī)模就已經(jīng)突破3000億元，機(jī)構(gòu)數(shù)量突破44000家，提前完成“十三五”行業(yè)規(guī)劃目標(biāo)。2021年3月《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》發(fā)布，《認(rèn)證認(rèn)可檢驗(yàn)檢測發(fā)展“十四五”規(guī)劃》仍處于研討階段，預(yù)計(jì)檢驗(yàn)檢測認(rèn)證服務(wù)業(yè)仍將是“十四五”規(guī)劃中重要的關(guān)注和扶持的行業(yè)之一。前瞻預(yù)計(jì)未來5年我國檢驗(yàn)檢測行業(yè)仍將保持10%以上的復(fù)合增速，到2026年，我國檢驗(yàn)檢測行業(yè)市場規(guī)模將突破7500億元，仍處于快速上升期。這不僅對(duì)行業(yè)和企業(yè)發(fā)展提出了更高要求，也預(yù)示著對(duì)檢驗(yàn)檢測等相關(guān)人才的需求也將持續(xù)快速增長。因此，發(fā)展檢驗(yàn)檢測技術(shù)，培養(yǎng)更多合格的檢驗(yàn)檢測相關(guān)人才就顯得尤為迫切，并將為行業(yè)發(fā)展注入新的動(dòng)力。

本教學(xué)案例依托湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院已有的分析測試平臺(tái)和原子吸收分光光度計(jì)等相關(guān)儀器設(shè)備，主要內(nèi)容包括設(shè)計(jì)重金屬檢測分析方案，講解檢測的方法、流程和數(shù)據(jù)分析方法，并針對(duì)儀器設(shè)備日常維護(hù)中的常見問題提出相應(yīng)的解決方案，利用微視頻、PPT、圖片、示范、實(shí)踐等多種形式進(jìn)行教學(xué)，形成提出問題—分析問題—解決問題的教學(xué)模式，并在問題中認(rèn)識(shí)原理、在操作中解決問題、在實(shí)踐中提高認(rèn)識(shí)，使學(xué)員不僅能從事一線的檢驗(yàn)檢測分析，還能處理設(shè)備常規(guī)的維修保養(yǎng)，全面落實(shí)知識(shí)—技能—素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

2 內(nèi)容

見表 1（P122）。

表1 原子吸收光譜儀的實(shí)操與維護(hù)應(yīng)用教學(xué)案例

3 結(jié)語

整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程注重教師的引導(dǎo)與學(xué)生的自主探索，教師自身對(duì)儀器設(shè)備的熟練掌握程度和對(duì)課堂節(jié)奏的有效把控與對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)的科學(xué)設(shè)計(jì)決定了本堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量高低；如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提出問題引導(dǎo)思考、拋出線索幫助自主探索是引導(dǎo)學(xué)生解決學(xué)什么、怎么學(xué)、為什么學(xué)的關(guān)鍵所在。本案例旨在引導(dǎo)學(xué)生在問題中認(rèn)識(shí)原理、在操作中解決問題、在實(shí)踐中提高認(rèn)識(shí)，形成提出問題—分析問題—解決問題的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，使學(xué)生不僅掌握實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、儀器設(shè)備的實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)的分析，還讓學(xué)生具對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行初步維護(hù)保養(yǎng)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)以致用、學(xué)而可用、學(xué)可報(bào)國，全面落實(shí)“知識(shí)—技能—素養(yǎng)”的專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)。