《仪器分析》课程的兴趣培养和课程改革
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作者: 李辰 叶倩
摘 要： 以服务地方经济为出发点，培养各类创新型、应用型人才是地方高校的主要培养目标。结合地方高校和学生的特点，本文提出《仪器分析》课程培养学生兴趣的一些方法和教改方面的一些措施，以培养创新性强、应用性强的“双强”人才。
关键词： 《仪器分析》课程 兴趣培养 课程改革
仪器分析大多采用现代分离和表征技术，其方法具有简便、快速、灵敏、准确、选择性高、易实现自动化等优点，在动植物、土壤、肥料、农药、食品工程、农林生态、环境保护、品种选育、资源开发及利用、卫生检验等方面发挥着重大作用。近年来，仪器分析已成为现代实验化学的重要支柱。目前，我国绝大多数的大专院校都为化学、环境、食品、药学、生物等专业的学生开设仪器分析理论及实验课程。然而，分析仪器价格昂贵、操作费用高、培训时间长、设备维护难等主客观条件的限制，大大影响了教学质量的提高，导致学生在遇到实际问题时无从下手。为培养学生的实践应用能力和创新意识，为向地方社会输送创新性强和应用性强的“双强”人才，我们有必要对仪器分析及其实验教学内容进行改革。
1.《仪器分析》课程现状
《仪器分析》课程具有以下特点：（1）仪器分析抽象，涉及的知识面广，难于理解，学生难以记忆和掌握，进而对该门课不感兴趣。（2）仪器分析课所用的仪器通常价格昂贵，大多数高校配备数量有限，造成学生在课堂上实践机会比较少。（3）仪器发展、更新速度快，常常造成理论和实际应用相脱节。（4）由于实验课时有限，且仪器价格昂贵，仪器分析实验主要为演示性实验，由教师独立完成，学生仅是观摩和写实验报告，或在教师详细介绍了实验内容、仪器结构和使用方法后，在将实验药品、器材全部准备好的情况下由学生进行实验，学生很少有发挥主观能动性的空间。因此，提高学生的学习兴趣，从而提高学习主动性和积极性，是教学改革的关键。
此外，部分学校为节约开支，将实验分组减少，每组学生人数偏多。大部分同学只是走马观花，对整个实验过程不甚理解，更谈不上掌握。学生完全缺乏主动性，能力得不到培养和提高。理论课抽象枯燥，实验课被动单一，严重影响了教学质量，违背了高校人才培养理念，难以为社会输送合格的应用性人才。因此应改革现行教学方法，使学习内容由枯燥乏味变生动有趣，使学习方式变被动学习为主动学习。
2.注重学习兴趣的培养
2.1介绍仪器发展历史背景
如何培养学生的学习兴趣成为仪器分析教学改革的关注点之一［１］―［２］。分析学习对象是硬生生、冷冰冰的仪器，如教师能在教学过程中加入一些人文知识、仪器发展历程或历史背景的内容，恰当地穿插一些科学史料，让学生畅游在仪器分析的时间长廊里，沿着分析仪器发展的足迹去认识其发展的迫切性和必要性，必将会激起学生学习仪器分析的兴趣和热情。比如在讲气相色谱或液相色谱时，可以从1906年俄国植物学家茨维特以碳酸钙粉末分离叶绿素的实验开始，从最早的液固色谱讲到液液色谱，再讲到气相色谱，以至后来所发展的超临界流体色谱、毛细管色谱、毛细管电泳等，将整个色谱的发展过程向学生进行简要的介绍；在讲述原子吸收光谱时，向学生介绍1955年澳大利亚科学家Walsh和荷兰科学家Alkemade发明第一台原子吸收光谱的情景。向学生介绍诺贝尔奖设立至今，众多科学家得奖都离不开先进仪器的应用，甚至许多物理学家、化学家、医学家直接因为发明仪器而获奖。学生在听完这些故事后会精神振奋，兴致倍增。
2.2利用多媒体课件
仪器分析课程内容抽象枯燥，难以记忆和理解，如果教师仅仅用“粉笔+黑板”的模式向学生传授知识，则往往难以激发学生的学习兴趣，达不到良好的教学效果。多媒体具有声、形、景、动、静结合等多样的表现形式，信息量大、有良好的诱发性和易接受性［３］。如将仪器的结构和原理以Flash动画的形式呈现在学生面前，借助多媒体的多样性、交互性、集成性，就会激发学生的学习兴趣，如能把仪器的整个工作过程演示出来，则可以增加学生的理解和记忆，学习效果会更佳，学生通过简单的电脑操作就能在数分钟内完成模拟实验。计算机能力强的教师或教学组可以自行编写相关仪器演示的多媒体动画，或从网站下载仪器分析教程相关动画。教师也可录制有关仪器的标准操作方法的录像供学生观看，以便学生做好上机前的准备工作。同时，由于仪器分析课时有限，而学习内容相对较多，故多媒体的运用还可为教师节省板书时间，使授课的信息量加大，知识容量扩大，提高教学质量和教学效率。
2.3与现实生活相联系
让学生认识到所学知识的重要性，必须与生活紧密联系起来。在向学生讲授某大型仪器时，可以先向学生发问：应该用哪些仪器开展这种分析？比如在讲授原子发射或原子吸收光谱前，问学生如何知道河流里面的重金属是否超标；在讲授气相色谱前，问学生如何知道河水中有机物的种类及其含量，不同品牌和香型的白酒其成分和含量的差异，蔬菜和水果的农药残留如何测定；在讲授高效液相色谱前，询问学生用什么方法可以检测出红心鸭蛋里的苏丹红，以及婴幼儿配方奶粉或其他乳制品中三聚氰胺的含量。这些与食品安全或生活实际关系紧密的话题很容易引起学生的兴趣，使他们感受到仪器分析这门课的重要性，明白仪器分析在人们生产生活中的重要地位，从而认真踏实地学习。在这种情况下，教师可进一步要求学生在学习相关理论知识的基础上，查阅相关文献，学习使用仪器。最好能够安排对实际样品的检测实验，达到学以致用，让学生经过艰苦的劳动后体会成功的快乐，增加学习信心和动力，激励他们去学好这门课程。
2.4开设专题讲座
结合学生专业特点，可聘请有关专家或由任课老师向学生开设一些专题讲座，其内容可以是涉及某一仪器分析领域专题的最新发展和研究动态等，也可以是利用仪器分析原理去解决一些生产生活中的实际问题，从而激发学生的求知欲，拓宽学生的视野。比如，可向环境工程专业学生开设“室内空气污染的检测分析”、“河流底泥中重金属形态的测定分析”等专题讲座。由于讲座内容既有深度广度，又能结合学生实际，因此能收到较好的教学效果。
2.5充分利用网络资源
当今世界是知识大爆炸的信息时代，网络资源的普及为信息的获取和知识的飞速传递提供了不可替代的平台。针对大学生喜爱在网络上学习和休闲的特点，可建立学生学习知识的公共平台，将一些仪器标准操作和应用实例的视频放到平台上共享。仪器分析任课老师还可分学科专业开辟不同的QQ群，将一些有关仪器分析方面的知识、相关科学家生活趣闻、相关仪器最新发展动态等都可以放到群里共享。这些信息的搜集和资料的上传不限于教师，学生也可以自己在网上搜集素材上传，在知识学习和共享的同时，培养和增加对课程学习的兴趣，任课老师也可以从平台上获取一些他所不知的知识点，从而形成教学相长的良好氛围。
2.6组织参观学习和听取学术报告
学院领导和任课老师不定期地组织带领不同专业的学生参观本市研发或主要使用分析仪器进行检测的企事业单位，如组织环境工程专业学生参观污水处理厂、水文监测站、环保局等单位。这样一方面可拓展学生视野，弥补学校仪器设备不全面无法实践的问题，另一方面实验检测与生产实践相结合，可为学生将来的工作或科研打下基础。另外，利用学校或周边地区举办大型仪器展示会的机会，组织学生参观，开阔视野，紧跟仪器发展前沿。
请有关专家或知名仪器厂商到校作学术报告，介绍学科发展前沿知识、生产实践对科研仪器的要求，以及仪器发展的最新动向等也是不错的选择。
3.课程改革措施
3.1运用比较和总结教学法
由于仪器分析课程内容众多，涉及知识面广，包括色谱分析（气相色谱、液相色谱）、电化学分析（电位分析、伏安分析、库仑分析）、光谱分析（紫外、红外、分子发光、激光拉曼、核磁共振波谱、原子发射光谱、原子吸收光谱），以及质谱分析等内容，因此在学习中应注意运用比较和总结教学法，以比较为出发点，将原理、条件选择和应用等一并讲授。如将气相色谱与液相色谱比较、原子吸收与原子发射相比较。注意及时总结归纳各类仪器分析方法的共性和个性特点，抓住学习主线和核心内容，使学习内容层次清楚、融会贯通，以达到事半功倍的效果。教师应向学生介绍各类仪器、分析方法的原理及应用的差异与联系，尽可能避免孤立地介绍各种分析方法和分析仪器，及时对章节、课程进行总结，使学生对课程内容的知识结构及其之间的联系更加清楚，深化知识的学习与理解，提高和培养学生的综合分析能力和归纳能力。
3.2课堂教学与演示实验紧密结合
仪器分析课程理论知识较为抽象，而地方高校的学生普遍基础薄弱、底子不好，对理论性强的知识易产生畏难心理。高校课程安排通常每次是两个课时，如能在第一节课时进行理论知识传授后，随堂或下一节课时即带领学生进入仪器实验室进行演示性实验教学，则效果会好很多，能使学生在理性认识的基础上增加许多感性认识。例如，在课堂上向学生讲授了高效液相色谱（HPLC）背景知识、分离原理、仪器构造等后，立即带领学生进入HPLC实验场地，对照仪器实物进行观摩教学，向学生重点介绍仪器的工作原理，对照仪器讲述仪器各部分模块的功能特点，并讲述仪器的应用领域和典型的应用实例，如可分析奶制品中的三聚氰胺，从而引起学生的学习兴趣。然后，任课老师再从头到尾做一次演示性操作，在仪器各部分运行的同时，再次讲解各部分构造及其功能，使学生能够获得更多的感性认识，印象也会更加深刻，如可以请经验丰富的仪器操作人员按标准程序进行演示操作，并制作成光盘资料后放至该课程网络共享资料空间，供学生反复观看学习，在加深理解的同时也降低了学生操作仪器不当的风险。
3.3专业侧重式教学
由于仪器分析课程内容涵盖面广，仪器种类较多，而理论课往往只有30―40个学时，如将所有内容向学生讲授既不现实又无必要，学生的学习效果也不会好。地方高校主要为地方培养应用型人才，因此应根据不同专业的学科特点，充分考虑相关企业的实际需求，向学生选择性地讲授某种仪器的理论知识，并开设一些代表性地实验内容。如环境工程专业的学生，主要培养的是城市和城镇水、气、声、固体废物、给排水工程等污染防治和控制规划专业人才［４］，应重点向其讲授高效液相色谱、气相色谱、原子吸收光谱等相关仪器的分析技术及方法应用。同时，削减与环境工程专业学生在实际工作中应用甚少的相关仪器分析理论，如伏安分析法、紫外、红外、分子发光、激光拉曼、核磁共振波谱、质谱分析等，与环境工程专业贴合度不高，应以学生自学为主。
3.4建立综合实验体系
以往的实验教学方式采用的是“三定式”，即在实验手段上采用规定好的实验线路和步骤，使用规定的仪器并在规定时间内完成实验。采用这种教学方式，学生只是机械单调地重复实验过程，其思维能力和创造能力均受到局限，不利于学生创新能力的培养和综合素质的提高。此外，理论教学与实践教学相脱节也是仪器分析课程的一个主要问题。如教师在原理部分通常会花上5―6个学时才能讲透彻，而真正的应用实例部分只有1学时甚至不到1学时。因此，应在课余时间向高年级学生实行开放实验室制度，对一些价格昂贵的仪器，规定学生必须在观看标准操作视频后或由有经验的学长带领下进行实验，以避免发生误操作。
地方高校可以将课程实验、开放性设计实验、课外科技活动实验、毕业论文设计实验有机地结合在一起，逐层递进，这样有利于提高学生综合利用所学知识分析问题、解决问题的能力，是培养学生实践动手能力的有效途径，同时拓宽了学生的知识面，提高了学生的综合素质，培养了学生的创新能力［５］。在实际从事课外科技活动或毕业设计的过程中，教师应因材施教，根据每个学生的实际情况，为其量身选定难度适宜的并具有一定水平的课题，认真指导学生利用相关仪器设备完成实验。如实验设计难度太大，在实施过程中常会让学生产生挫折感，以致产生厌烦心理，从而失去发现问题和解决问题的兴趣。
通过专业侧重式教学和综合实验体系的构建，学生主动汲取知识的能力将得到提高。后进生在先进生的带动下，也能逐步加入到开放性设计实验、课外科技活动实验、毕业论文设计实验中来。学生通过自己的实践，将书本上“死理论”变成“活应用”。这使学生能够触类旁通，点面结合、温故知新，充分体现学生在学习中的主体地位和教师的主导作用，充分调动学生学习的积极性、主动性，可以在较短的时间内提高学生学习和应用知识的能力，以及创新能力。
4.结语
仪器分析是一门实践性很强的课程，地方高校应针对学生能力基础和专业特点，充分培养和调动学生的学习兴趣，重视仪器分析的实践应用，加大开放性设计实验、课外科技活动实验、毕业论文设计实验的比重，使学生既具备扎实的理论基础和较强的仪器操作技能，又具有较强创新意识及创业能力，进一步增强学生就业和发展的竞争力，初步实现培养应用型人才的目标，为地方经济建设作出贡献。
参考文献：
［1］李德亮，王岩.浅谈《仪器分析》教学中学生兴趣的培养［J］.开封大学学报，2009，23，（2）：74-75.
［2］尚永辉，岳立志.仪器分析课程教学的思考［J］.食品工程，2009，（1）：11-14.
［3］曹红，刘红，陈思羽，薛梅.关于仪器分析教学改革和大学生创新培养的探讨［J］.兵团教育学院学报，2009，19，（1）：82-84.
［4］蔡河山，黎晓霞，易芬云.环境工程专业《仪器分析》教学改革探讨［J］.广东化工，2010，37，（4）：118-119.
［5］何洋，刘意，黄庆芳.仪器分析实验教学改革初探［J］.广东化工，2009，36，（4）：204-205.
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