王曦燁

(內(nèi)蒙古民族大學化學與材料學院，國家級化學實驗教學示范中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

儀器分析及其實驗是內(nèi)蒙古民族大學化學、生命科學、醫(yī)學、蒙藥學院等開設的一門必修課，主要利用各種大型儀器來測定物質(zhì)的化學組成、含量、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)等。通過課程的教學，能夠使學生初步了解和掌握常用的儀器分析方法，并能夠利用相關儀器解決實際問題。在目前教學內(nèi)容更新快、學時減少的背景下，必須對課程的教材、理論課教學、實驗課教學等多方面內(nèi)容進行改革，以促進學生綜合能力的提升，適應未來社會發(fā)展的需要。

1 理論課教材內(nèi)容的改革

1.1 可以在每個大章節(jié)前加一章導論內(nèi)容

儀器分析課程教學內(nèi)容從大類上講主要有光譜、電化學、色譜三部分內(nèi)容，每部分內(nèi)容又與其它專業(yè)基礎課有著緊密的聯(lián)系，但側(cè)重點有所不同。比如學習光譜時會接觸到“共軛大π鍵體系”，這與有機化學相關；學到電化學時，涉及到原電池、電解池這部分內(nèi)容時，會與物理化學的相關內(nèi)容產(chǎn)生交叉；講到色譜分析時，電負性、極性、“相似相溶原則”等內(nèi)容又會與無機化學產(chǎn)生聯(lián)系。如果教師一開課直接進入新內(nèi)容的學習，會使學生感覺很生硬，無法觸發(fā)學生深層次的記憶，其它專業(yè)的基礎也就白打了。正因如此，在介紹儀器分析各大章節(jié)前，可以分別加一章導論內(nèi)容，幫助學生回顧一下以前其它專業(yè)課相關的知識，這樣會讓學生產(chǎn)生一種強烈的代入感，為學生學習更有深度的內(nèi)容做好過渡和鋪墊。

1.2 盡量將新儀器、新分析方法融入到教材中

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，科學技術(shù)隨之不斷創(chuàng)新，新儀器、新分析方法層出不窮。一般來說，像質(zhì)譜、核磁共振這樣的大型分析儀器，每兩年就會更新升級換代，而儀器分析教材再版時間非常長，其內(nèi)容更新速度遠跟不上時代步伐。為解決這個矛盾，從事該門課程的教師需要付出比其它專業(yè)教師更多的努力，一方面盡可能將新知識加入到再版教材中，再有必須利用課下時間充分挖掘互聯(lián)網(wǎng)中的內(nèi)容，盡可能多地查閱新的分析儀器及相關檢測技術(shù)，然后將這些最前沿的知識總結(jié)并傳授給學生，使他們了解當今世界最新的分析儀器發(fā)展趨勢，為其日后的工作或進一步深造做必要的鋪墊[1]。

2 理論課教學內(nèi)容的改革

2.1 將前沿科學知識融入課堂教學中

儀器分析主要由六章內(nèi)容組成，分別是光譜分析法(紫外可見光譜法、原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法)、電化學分析法(電位分析法、伏安分析法)、色譜分析法(氣相色譜法)，課程主要介紹這些大型儀器的分析原理、儀器構(gòu)造、定性定量分析方法、儀器應用等內(nèi)容。以光譜分析為例，光譜這三章總體內(nèi)容比較枯燥，三種儀器分析原理及儀器構(gòu)造各不相同，基本概念極易混淆，學生學習興趣不大，課程開展困難。因此，如何解決這個難題，并最大限度地激發(fā)學生的學習興趣顯得尤為關鍵?？茖W的發(fā)展能夠促進儀器分析這門學科不斷進步，而檢測手段的不斷改進又能為食品藥品事件、公共衛(wèi)生事件提供有效的解決方法。如2019年底爆發(fā)的嚴重的新冠病毒疫情，對人民生產(chǎn)生活造成了嚴重的破壞，新冠病毒的檢測就顯得尤為重要。我國學者利用熒光免疫層析法標記2019-nCoV特異性抗體用于新冠病毒感染的篩查，取得顯著成效[2]。如果課上老師能將課本知識與該突發(fā)熱點事件結(jié)合起來授課，就能將學生帶入到科研人員的角色中來，并用實際例子告訴他們，學習的知識是很重要的，如果學有所成將來一定會有用武之地。這不僅提高了學生的學習興趣，更激發(fā)了學生的學習動力，從而使他們真正地投入到學習中去；同時，科研工作者的先進事跡正是社會主義核心價值觀與奉獻精神、人文素養(yǎng)相結(jié)合的綜合體現(xiàn)，授課過程中對我國科研工作者在抗疫過程中做出的重大貢獻進行宣講也是課程思政元素挖掘的體現(xiàn)，這樣的授課方式能以“潤物細無聲”的形式讓學生接受主流價值觀的熏陶，從而讓課程整體有趣且有深度[3]。

2.2 必須保留的教學內(nèi)容—液相色譜法

液相色譜法主要包括以下幾部分：高效液相色譜儀的主要構(gòu)造、正相色譜與反相色譜、高效液相色譜的主要分離類型。除了以上內(nèi)容，教師可以根據(jù)自己的知識面額外介紹一些內(nèi)容，如超臨界流體色譜、毛細管電泳、固定化金屬離子親和色譜等。目前，我校儀器分析課程總學時為48學時，課程內(nèi)容多，課時緊張，因此色譜分析法的介紹主要以氣相色譜為主。但在實際的生產(chǎn)生活實踐中，液相色譜法的應用要更為廣泛，可以說，化學專業(yè)的畢業(yè)生只要今后讀研或者從事與化學檢驗有關的工作，都會接觸到液相色譜檢測技術(shù)。因此，在實際教學過程中，必須在總體學時安排時做適當傾斜以突出本章內(nèi)容的地位，舍棄本章內(nèi)容則更不可取。

3 實驗課的改革

3.1 充分發(fā)揮線上實驗教學平臺的輔助作用

疫情期間，線下實驗課無法開展，因此我們學院引進了“微瑞”線上實驗教學平臺組織學生學習。該平臺實驗項目比較全，儀器外觀與實際非常相近，實驗步驟也很詳細。平臺最大優(yōu)點是各個實驗項目可以反復操作練習，而線下一些大型儀器由于個數(shù)有限無法保證每個同學都能充分上手操作，平臺則完美解決了這個難題。疫情結(jié)束后，學生也可以利用該平臺進行操作方面的預習，提前了解儀器構(gòu)造和實驗步驟，為線下實驗教學奠定了非常好的基礎，達到了事半功倍的效果。但有一點必須強調(diào)，實驗課教學永遠都要以“線下為主-線上為輔”的模式來安排課程，不能本末倒置，因為真正能夠讓學生加深印象、加深理解的實驗永遠都是學生能夠真正動手接觸到的實驗[4]。

3.2 新加入的實驗項目

在我院19版培養(yǎng)方案調(diào)整過程中，儀器分析實驗大綱新加入了氣相色譜分析實驗，即“混合烷烴的分離”。氣相色譜法是利用毛細管柱作色譜柱，固定液涂抹在管壁上作固定相，氣體作流動相的分離分析方法。根據(jù)色譜圖中的出峰時間和順序，可對化合物進行定性分析；根據(jù)峰的高低和面積的大小，可對化合物進行定量分析。氣相色譜法適合分析沸點低、熱穩(wěn)定性高的化合物，在石油化工、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測、生物化學、食品檢測等領域都有廣泛的應用。我校蒙醫(yī)藥專業(yè)師生在研究各種蒙藥的揮發(fā)油成分時，用到最多的大型儀器就是氣相色譜儀。因此，氣相色譜實驗的開設意義重大。氣相色譜法是儀器分析理論課的重要章節(jié)，其課程內(nèi)容的設置是先講色譜法基本概念與基本理論(塔板理論、速率理論)，接著講定性定量分析方法，然后講氣相色譜儀的構(gòu)造，最后講該方法的應用。雖然考試重難點是頭三部分內(nèi)容，但對學生而言，如何將書本知識學以致用才是重中之重，正所謂“學生中心，產(chǎn)出導向”。遺憾的是，由于條件所限，以前我院并未開設氣相色譜法相關配套實驗課程。這樣，當學生走進工作崗位后，還需要重新進行培訓，而那時理論課知識可能早已淡忘。這學期通過該實驗課程的開設，學生在親手操作的過程中加深了對課本知識的記憶和理解，一些課上不懂的知識點也會在實驗過程中豁然開朗。同學們實驗課學習積極性高，與老師的交流互動更為積極，課堂氣氛活躍，實驗課取得了良好的教學效果。

3.3 可以調(diào)整的實驗項目

目前，儀器分析實驗課程的總學時數(shù)有不斷下降的趨勢，如何利用有限課時選取更為重要的實驗項目進行操作就顯得非常關鍵[5]。以筆者多年來的教學經(jīng)驗來說，氣相色譜、液相色譜、紅外光譜、紫外光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜等都是必不可少的項目，有條件的學校可以開展質(zhì)譜、核磁共振、掃描電鏡等項目。相對而言，一些原理易懂、操作簡單的小型儀器項目就沒必要占用課時了，具有代表性的就是一些電化學實驗。例如，庫倫分析法就是利用法拉第電解定律測電極反應轉(zhuǎn)移的電量，而庫侖滴定池目前已經(jīng)很難買到了；循環(huán)伏安法，學生畢業(yè)后接觸到的概率并不大；電位滴定分析，就是通過儀器確定滴定終點，老師簡單演示一下即可。這里要重點強調(diào)一下極譜分析實驗，該實驗能否刪除存在一定爭議，有人認為該實驗接觸到了過多的有毒金屬離子，因此必須刪除，但筆者認為，一方面該實驗是與課本知識相配套的實驗課程，理論課知識相對復雜，必須借助實驗課加深學生的理解;另一方面，只要不是長期大量接觸有毒離子，對自身的危害其實并不大。因此，該實驗項目的保留利大于弊。通過實驗項目的刪減優(yōu)化，讓學生接觸到未來應用最廣泛的大型儀器，既讓學生開了眼界，又讓學生將理論知識與上機操作相結(jié)合解決了實際問題，這就為學生未來的就業(yè)創(chuàng)造了良好的條件。