如何提高儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

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摘要:在教學(xué)改革的推進(jìn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于化學(xué)人才培養(yǎng)的重要性逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理與分析儀器密切相關(guān)，指導(dǎo)學(xué)生如何正確、規(guī)范的使用分析儀器是儀器分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)的意義所在。然而，通過(guò)任課教師的反饋和部分學(xué)生在研究生階段的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)，該課程的教學(xué)效果并不理想。本文對(duì)現(xiàn)行的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些弊病進(jìn)行簡(jiǎn)要剖析，從而思考如何對(duì)教學(xué)模式和教學(xué)方法進(jìn)行相應(yīng)的改變，以期提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:儀器分析化學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)方法;教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在本科教育階段是極其重要的，它不僅對(duì)于學(xué)生觀察能力和動(dòng)手能力有極大程度的提高，并且有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，讓他們學(xué)為所用，用為所學(xué)，滿足社會(huì)對(duì)人才的需要［1］?；瘜W(xué)作為一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的基礎(chǔ)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在其中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生需要獨(dú)立分析思考，獨(dú)立解決問(wèn)題，這有助于他們協(xié)作精神、探索精神和求是精神的培養(yǎng)，對(duì)他們科研精神的塑造發(fā)揮著不可或缺的意義。儀器分析在當(dāng)今國(guó)民生產(chǎn)中，如航空航天、材料科學(xué)、食品衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)中，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用［2］。而儀器分析實(shí)驗(yàn)是化學(xué)專(zhuān)業(yè)教學(xué)的主要課程之一，恰好可以從教學(xué)環(huán)節(jié)滿足這方面的現(xiàn)實(shí)需求。該課程主要包括光化學(xué)分析、光譜分析、色譜分析、電化學(xué)分析等，主要目的是使學(xué)生們了解具體儀器的構(gòu)造、工作原理、使用方法及操作技術(shù)，還需要他們掌握建立、篩選分析條件，學(xué)會(huì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、識(shí)別譜圖，培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，嚴(yán)密的科學(xué)思維，為日后的科研、工作奠定良好的基礎(chǔ)。但是，現(xiàn)階段的國(guó)內(nèi)高等教育實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀不盡人意，實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器陳舊，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)創(chuàng)新性不足，實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練操作薄弱等問(wèn)題。因此進(jìn)行相關(guān)的研究，以改善實(shí)驗(yàn)環(huán)境，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果就尤為重要［3］。

1儀器分析實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題

1.1分析儀器對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)的制約

(1)儀器設(shè)備數(shù)量對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響。由于各個(gè)學(xué)校投入到采購(gòu)分析測(cè)試儀器的經(jīng)費(fèi)有限，其一些國(guó)外進(jìn)口的大型精密儀器價(jià)格比較昂貴，所以一般采購(gòu)數(shù)量比較少，很難保障一組學(xué)生一臺(tái)儀器。而學(xué)生受到實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地、儀器數(shù)量的限制，甚至很難保障一組學(xué)生一臺(tái)儀器，而且往往每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的人數(shù)較多，從而導(dǎo)致學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)較少。而且往往儀器操作參數(shù)過(guò)多，學(xué)生難以獨(dú)立操控，實(shí)驗(yàn)流程過(guò)于冗長(zhǎng)，過(guò)于程序化，很難直接操作，操控感差。(2)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備陳舊。目前，分析儀器設(shè)備的更新速度非?？臁．?dāng)學(xué)生走上工作崗位會(huì)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際工作中所用的分析儀器與學(xué)校實(shí)驗(yàn)課上所用的儀器在操作層面，在程式步驟等多方面都有很大差別。這一方面因?yàn)楦鱾€(gè)院校所擁有的儀器設(shè)備比較老舊跟不上信息時(shí)代的發(fā)展，另一方面各個(gè)學(xué)校所購(gòu)買(mǎi)的儀器設(shè)備型號(hào)參差不齊，很難針對(duì)實(shí)際進(jìn)行教學(xué)，這就導(dǎo)致學(xué)生對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)失去了興趣，應(yīng)付了事。這將大大影響儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。(3)同時(shí)，教學(xué)中涉及理論問(wèn)題多，但對(duì)于相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象缺乏感官上的體驗(yàn)，相對(duì)乏味;而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)雖然信息量大，內(nèi)容豐富，但是缺少直接性［4］。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)之后，對(duì)于儀器的掌握并不能達(dá)到預(yù)想的程度，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的目的并沒(méi)有達(dá)到，對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰](méi)有幫助。其次，學(xué)生對(duì)于儀器分析實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)識(shí)不足，設(shè)定較高，沒(méi)有認(rèn)識(shí)到即便是自動(dòng)化程度高的儀器，學(xué)習(xí)和使用起來(lái)也是一件枯燥無(wú)聊的事情。所以在儀器分析實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和操作過(guò)程中，學(xué)生較多時(shí)候處于一種糾結(jié)和矛盾的狀態(tài)，無(wú)法平衡對(duì)知識(shí)的渴望和對(duì)儀器學(xué)習(xí)的枯燥的二者的平衡。

1.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的問(wèn)題

(1)實(shí)驗(yàn)課程難同步開(kāi)設(shè)。高校實(shí)驗(yàn)課程多數(shù)時(shí)候不能同時(shí)與理論課程安排在一起，僅僅依靠理論教學(xué)，并不能使得學(xué)生對(duì)于復(fù)雜的儀器和抽象的原理有深刻的理解，這使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程中仍是應(yīng)試操作，并不能到達(dá)試驗(yàn)設(shè)置的教學(xué)目的。一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)由于缺乏一定的綜合性和設(shè)計(jì)性，使得學(xué)生不能將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論內(nèi)容建立有效的聯(lián)系，背離教學(xué)初衷，難以對(duì)學(xué)生創(chuàng)造性思維的啟發(fā)，不利于對(duì)他們創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法不夠靈活。通常的儀器分析實(shí)驗(yàn)所涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多數(shù)是為了驗(yàn)證一些機(jī)理，雖然整體的實(shí)驗(yàn)體系是完整而成熟的，但是同時(shí)存在的問(wèn)題是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏新意，無(wú)法與最新的技術(shù)形成有效的聯(lián)系。學(xué)生對(duì)于一些昂貴的大型分析測(cè)試儀器的使用僅僅是在儀器平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)候?qū)τ趯?shí)驗(yàn)步驟機(jī)械地重復(fù)，這不僅銷(xiāo)蝕了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的熱情，更無(wú)法使他們掌握如何處理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的突發(fā)狀況，無(wú)法使他們的實(shí)驗(yàn)技能得到切實(shí)的提高［5］。(3)多人同組的灌輸式教學(xué)。目前，多數(shù)高校開(kāi)設(shè)儀器分析實(shí)驗(yàn)采用多個(gè)實(shí)驗(yàn)分組同時(shí)進(jìn)行的方式，每組一般4人左右共用一臺(tái)儀器，檢測(cè)數(shù)據(jù)共享。這樣就會(huì)出現(xiàn)一些同學(xué)不重視實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)付了事。而且教學(xué)過(guò)程中涉及理論問(wèn)題多，上課時(shí)間相對(duì)集中，龐雜而分散的知識(shí)點(diǎn)需要短時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生掌握，實(shí)驗(yàn)教師往往是能采用灌輸式教學(xué)，師生之間缺乏互動(dòng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的初衷。

2儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)措施

2.1從解決設(shè)備的基礎(chǔ)問(wèn)題入手

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展推動(dòng)了教育事業(yè)的快速進(jìn)步，更是對(duì)科教儀器行業(yè)產(chǎn)生了巨大的助力作用。近年來(lái)，我國(guó)科教儀器制造業(yè)發(fā)展迅速，其中部分領(lǐng)軍企業(yè)已可以同國(guó)外同行一爭(zhēng)高下。一些有特色的國(guó)產(chǎn)儀器，例如國(guó)產(chǎn)原子熒光技術(shù)產(chǎn)品、氣相色譜儀、原子吸收光譜儀、紫外分光光度產(chǎn)品和熒光光譜儀等儀器設(shè)備已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)，有希望進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。而這些分析儀器的價(jià)格遠(yuǎn)低于國(guó)外的同類(lèi)產(chǎn)品，對(duì)于高校來(lái)說(shuō)具有極強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。高校完全可以和國(guó)內(nèi)的分析儀器公司進(jìn)行合作共建分析儀器平臺(tái)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有針對(duì)性的儀器設(shè)備，解決現(xiàn)實(shí)條件下設(shè)備老舊和數(shù)量缺乏問(wèn)題。而儀器公司也可以及時(shí)得到高校作為用戶單位的反饋建議，改進(jìn)生產(chǎn)，適應(yīng)市場(chǎng)，這對(duì)雙方是互惠互利，合作共贏的。

2.2建立行之有效的實(shí)驗(yàn)課程體系

(1)堅(jiān)持“拓展知識(shí)，訓(xùn)練技能，積極創(chuàng)新，鍛煉作風(fēng)”的實(shí)驗(yàn)課程教育理念，合理安排實(shí)驗(yàn)順序，使實(shí)驗(yàn)課教學(xué)與理論課教學(xué)合理銜接。教學(xué)中實(shí)驗(yàn)課與理論課脫節(jié)是教學(xué)效果不高的一個(gè)原因。學(xué)生在理論課堂進(jìn)行的相關(guān)學(xué)習(xí)無(wú)法在實(shí)踐中得到應(yīng)用，而當(dāng)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行時(shí)，理論教學(xué)已經(jīng)進(jìn)入不同的層次，這樣學(xué)生就很難講理論與實(shí)踐融合，也不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。(2)精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，重點(diǎn)抓好學(xué)生的“三基”訓(xùn)練，建立分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系。教學(xué)中要注意綜合實(shí)驗(yàn)技能與綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力的結(jié)合，需要在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)上進(jìn)行更為細(xì)致和深入的考量，既要培養(yǎng)動(dòng)手能力和實(shí)踐能力，又要建構(gòu)科學(xué)思維和創(chuàng)新意識(shí)，真正做到提升學(xué)生的科學(xué)品格和學(xué)術(shù)素養(yǎng)。(3)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)層次的架構(gòu)。為解決實(shí)驗(yàn)進(jìn)度與理論課程進(jìn)度不同步的矛盾，可以指導(dǎo)學(xué)生先進(jìn)行相關(guān)的預(yù)習(xí)，然后進(jìn)行互動(dòng)問(wèn)答式的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。然后，學(xué)生可以分解操作步驟模擬練習(xí)，教師再進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)，現(xiàn)場(chǎng)操作后要及時(shí)點(diǎn)評(píng)，對(duì)于難點(diǎn)和重點(diǎn)深度解讀，這樣才能達(dá)到理論和實(shí)踐的真正的結(jié)合。

2.3采用有效的教學(xué)方式，為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)良好的探索與實(shí)踐的環(huán)節(jié)

在組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容時(shí)，可以制定形成循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系。實(shí)驗(yàn)安排按照基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都按照由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到綜合的次序開(kāi)展，特別重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)方法。(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的多樣性。將多媒體教學(xué)等現(xiàn)代教學(xué)手段融入于日常教學(xué)過(guò)程中。在實(shí)驗(yàn)前播放多媒體課件，使學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程和儀器結(jié)構(gòu)有較明確的認(rèn)識(shí)。另外可以讓學(xué)生在預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上提交一份預(yù)習(xí)報(bào)告，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的步驟，然后在具體操作中進(jìn)行實(shí)踐和檢驗(yàn)。(2)結(jié)合多媒體進(jìn)行教學(xué)。分析儀器是學(xué)科交叉的產(chǎn)物，僅通過(guò)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段難以使學(xué)生對(duì)儀器的結(jié)構(gòu)以及工作原理了解掌握，一些如儀器分析中電極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、原子吸收分光光度計(jì)預(yù)混合型燃燒器的組成等問(wèn)題較為抽象，學(xué)生難以老師單純地口述對(duì)她們有所了解。所以，利用多媒體課件展示儀器的全貌和結(jié)構(gòu)圖，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前充分認(rèn)識(shí)儀器的結(jié)構(gòu)和性能。如光譜分光系統(tǒng)中的分光過(guò)程，色譜的工作過(guò)程等，采用形象的動(dòng)畫(huà)演示，更易為學(xué)生理解和接受。(3)為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)的良好環(huán)境，建立符合學(xué)生認(rèn)識(shí)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和科學(xué)評(píng)價(jià)方法，使學(xué)生知識(shí)、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。為學(xué)生的個(gè)性發(fā)展創(chuàng)造條件，提高學(xué)生獨(dú)立科學(xué)研究的能力。而且實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放，不同層次、不同學(xué)科、不同年級(jí)的學(xué)生就都可以相互交流，形成良性互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好的促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。(4)加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核設(shè)計(jì)。首先，注重規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作。基本操作的正確與否，是否規(guī)范化，是完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要條件，必須在考核中有所體現(xiàn)。如實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范配置溶液，玻璃儀器的使用，儀器操作的規(guī)范都應(yīng)該在成績(jī)?cè)u(píng)定中有所體現(xiàn)。當(dāng)然我們要在每一次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)一些儀器操作和實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行講解和示范，指出各種操作過(guò)程中的注意事項(xiàng)，然后考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作。其次，要求學(xué)生寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并一定要對(duì)這兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行規(guī)范。這樣可以督促或強(qiáng)迫學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)步驟，并切實(shí)的從實(shí)踐中考核學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和教學(xué)效果。

3結(jié)語(yǔ)

開(kāi)設(shè)儀器分析基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程就是為了培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí)、動(dòng)手能力強(qiáng)、勇于探索的創(chuàng)新型人才。學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，能夠牢固地掌握儀器分析實(shí)驗(yàn)的基本原理、基本知識(shí)、基本技能，通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作能完成實(shí)際儀器檢測(cè)中的各個(gè)步驟，這樣就真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)和效果。當(dāng)然，這需要學(xué)校、老師和學(xué)生三方在教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的配備、教學(xué)方法的改進(jìn)等多方面共同探索，不斷完善，以達(dá)到創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力的培養(yǎng)和實(shí)現(xiàn)。

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作者：馮國(guó)棟 宋志光 單位：吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院