如何提高仪器分析实验课的教学质量

吕兆林 金幼菊 邓文红 徐 芳

北京林业大学 北京 100083

如何提高仪器分析实验课的教学质量

吕兆林 金幼菊 邓文红 徐 芳

北京林业大学 北京 100083

仪器分析实验课是培养学生素质的重要环节，对提高仪器分析教学质量起着重要的作用。本文就教师在实验课中的作用、实验课内容的改革、培养学生素质等方面进行了论述，探讨了如何提高仪器分析实验课教学质量。

仪器分析；实验课；教学质量

实验教学在培养研究生的创新能力和科学素质上起着重要的作用。当今高等教育提倡培养厚基础、宽知识、高素质、强能力的创新型人才，这就要求我们转变教育观念，坚持教学改革，不断提高教学质量，使学生不仅具有扎实的基础知识，同时具有较强的实践能力和创新能力。

仪器分析课程是我校食品科学、林产化学、材料科学、环境科学、生物技术、森林培育、森林保护等专业研究生的选修课。仪器分析实验课是仪器分析课程中非常重要的实践教学环节，是学生了解各种仪器的结构、熟悉各种仪器的操作方法、懂得各种仪器的原理、理解课堂上所学到的理论知识、更好地学习仪器分析课程的坚实基础，其教学质量的高低直接影响着学生对仪器分析课程内容的学习、理解和知识的掌握，甚至影响着后续相关课程的学习。

实验教学是培养高素质人才的途径之一，仪器分析实验教学是全部实验教学体系中的重要组成部分，关于怎样提高仪器分析实验课的教学质量以及通过实验课的改革来提高学生的实验能力及创新意识，培养创新型人才的讨论已引起广泛的关注。笔者结合近几年从事仪器分析实验课教学的体会，对怎样提高仪器分析实验课的质量进行讨论。

一、教师对于教学质量的提高起主导作用

教学改革的重点是以提高教学质量，培养创新意识，增强探索能力为中心。如何在教学中培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力，学生从被动地接收知识变为主动地学习知识，学生与教师有双向信息交流过程，教师在其中起着重要主导作用。

仪器分析实验课采用的是实践教学方式，教学过程是研究生认识、了解、掌握仪器分析基本原理和基本操作的过程，是培养研究生实验能力的重要环节，也是培养具有创新能力高素质人才的重要途径之一。作为教师，要认识到实验课的重要性，要深入了解教学内容，要有扎实的专业基础和实验技能，有良好的实验作风和科学道德素养，懂得“身教重于言教”，以身作则,以自己的言行去感染学生,以教师自身的品质、知识和能力赢得学生的信赖和尊重，同时教师要有责任感。例如每年都会有80～90位研究生选择仪器分析课程,为了使每位研究生都有足够的时间接触仪器和操作仪器,教师将学生细分至3～4人一组进行实验教学,这就意味着教师对同一实验要讲授20次以上,虽然教学工作对于教师是重复而繁重的,但对于研究生很好地掌握实验课程的内容起到了重要作用,在此过程中教师也以认真、负责的教学态度感染着学生。

整个仪器分析实验课程中，教师应对学生预习该实验课、听教师讲课、做实验、写实验报告等几个环节做出正确指导，侧重点在实验前的讲课、实验过程中对学生的观察指导和对实验报告的批改方面做出指导。仪器分析实验课的目的，一方面要对理论课上的知识进行巩固和消化，另一个重要方面是要让学生熟悉仪器的基本结构及掌握仪器的基本操作，使得研究生能将仪器分析顺利地应用于今后的科研工作中。在仪器分析实验课中要求研究生在实验前要了解实验基本原理；在实验过程中要规范操作，仔细观察，如实记录实验现象，并会用所学理论知识解释实验现象；在实验报告中要对实验中的问题和结果等进行分析总结和讨论。

比如气相色谱实验中,为了加深学生对气相色谱仪结构的认识,使学生对气相色谱的进样口、色谱柱、检测器的功能和结构有更深的领悟，教师专门将进样口、色谱柱和检测器从报废的气相色谱仪上拆卸下来,然后再将各个部件彻底分解开,讲述各个部件的结构及工作原理,使得学生从认知仪器结构的角度去理解仪器的基本原理,使枯燥的原理变得形象化,提升学生对实验课的兴趣,从而达到提高教学质量的目的。

在实验过程中要反复强调实验记录的重要性，实验记录是进行实验的第一手资料，也是对实验中具体情况进行了解的途径之一。虽然对实验现象的观察和记录说起来简单，但要学生认识其重要性并不容易，因为大部分学生是按照实验指导书的实验步骤去做实验，容易忽视对实验的观察和记录。比如在液相色谱实验中，学生如果能对柱压的数值进行详细记录，便可以间接地跟踪整个实验过程中是否有异常现象(如样品进样前是否过滤除掉细小颗粒物质、流动相选择是否合适、色谱泵是否有气泡进入等)发生，而学生在实验过程中对这些细节的注意程度却不够高。

在实验课中，除了教师巡视观察每位学生的操作，同时还安排了个别好学生作为助研，时时参与到实验中，带领其他学生做正确的实验操作，否则有些学生的错误操作如不能及时发现，很可能将错误延续到实验课结束。例如使用气相色谱仪，在进样时需要用手扶着注射器的针杆，防止样品汽化后的蒸汽压力将注射器的针杆顶出，出现这种情况时样品进样量就不准确，实验过程中如果教师不能及时发现学生的误操作，这种误操作延续在整个实验中，实验结果可想而知。再如液相色谱实验中，学生在用注射器吸取标准样品溶液时，有的学生没有注意到针是否清洗干净而直接吸取标准样品溶液，以致在色谱峰中出现杂峰，这些细节的操作都需要教师及时提醒，反复强调才会使实验顺利进行。

另一个重要的方面是对实验报告的批改。批改要仔细，应指出报告中的错误和问题，引起学生重视，认真批改每份实验报告对于实验课教学质量的提高很重要：一是教师可及时准确地了解学生对实验的理解和掌握程度；二是让学生自己对所做实验的理解、操作过程、结果的正确与否有准确的认识，最终得出正确的结论。

二、合理编排实验内容,开设设计型实验

教师在教学中不仅要向学生传授知识，更重要地是引导学生主动地学习。我们开设的研究生仪器分析实验课内容包括下述几种类型：仪器调试实验、仪器最小检测量的测定实验、农林院校常常涉及的检测项目而开设的实验等。不同的实验有不同的内容和目的，对培养学生综合实验素质方面各有侧重。以气相色谱实验安排为例，开设了气相色谱氢火焰检测器调试实验、气相色谱仪最小检测量测定实验、植物种子中脂肪酸含量测定实验，第一个实验目的是为了让学生熟悉气相色谱仪的结构，在此基础上学会最常用的FID检测器的调试技术，为下面的实验成功进行奠定基础。第二个实验是在第一个实验基础上的深入，使学生认识到最小检测量是衡量仪器灵敏度的重要数据，并教会学生如何测定最小检测量，且让学生认识到这个实验在今后学生的科研工作中具有普遍性。第三个实验选择的测试指标是农林院校常常测试的项目—脂肪酸，通过这个实验让学生了解气相色谱仪样品前处理的程序、学会如何去优化气相色谱分离条件、掌握如何使用气相色谱对化合物进行定性及定量。不同的实验有不同的内容和目的，达到培养学生综合实验能力的目的。

教师针对实验中出现的一些现象和学生的提问不是立即作出回答和解释，而是让学生自己思考，然后再给出答复，鼓励学生在实验报告中对实验进行总结并对实验中的问题加以讨论，以提高学生对实验的兴趣和培养科学的思维方法。

为了提高学生的实验能力和创新意识，我们在较少的实验学时内，在完成上述必要的基础实验之后，又安排了设计型实验，即以学科或专业为单位，6～10位学生1组自行设计实验。如在气相色谱实验中，学生结合自己的专业及科研的需要，先确定研究目标，再分组查阅资料，设计适用于气相色谱的实验方案，经师生讨论后，确定不同实验方案。学生有的设计“苹果中有机氯农药残留的测定实验”，也有的设计“油松针叶中芳香性成分的测定实验”，还有的设计“木材降解过程中挥发性化合物的测定实验”等。设计型实验增加了学生动脑动手、独立思考问题的机会，实验过程主要由学生自己完成，设计实验中需要设计样品前处理程序、仪器工作条件及定性定量数据处理方法，不仅提高了学生对实验课的兴趣，同时还培养了他们查阅资料、拟定实验方案、解决实际问题的能力，学生反映良好。

三、实验教材、实验内容与时俱进

随着现代科学技术的快速发展以及计算机的广泛应用，不论从分析仪器本身还是其控制软件技术都得到了迅速发展。以往许多仪器分析实验教材，编写内容多数涉及的是旧仪器的工作状态。旧仪器大多是旋钮、笔记记录仪、手工记录、手工处理数据等；近期发展的新仪器则是以全自动化的工作站控制整个系统，显示器代替了记录仪，键盘、鼠标代替了旋纽，图形和数据可用打印机自动打印。根据实验室具体条件，本着与时俱进的思想，对原有的20世纪90年代编制的仪器分析实验课教材做了很大的改动。例如在气相色谱实验中，几次实验分别使用了20世纪80年代的日立163，2003年购置的Varian3800及最新的安捷伦7890A气相色谱仪，所用的仪器由年代久远向近期靠近，积木式的老仪器便于仪器结构及基本原理的讲解，新仪器更能高效地工作，仪器年代的阶梯性也能使学生体会到分析仪器的发展历程。

结合学校添置的仪器设备及社会对人才的需求，对实验内容不断进行补充，把新仪器、新方法、新知识引入实验教学中去，才能更好地提高教学效果。例如原有气相色谱讲义中最小检测量的测定是根据公式计算出来的，而现今权威期刊更能接受的是实际测试出来的数值，即LOD为3倍信号噪音，LOQ为10倍信号噪音。教师在授课环节将这一过程给学生讲解清楚，今后学生遇到相关问题就能更好地把握自己的科研方案。又如，由于仪器分析实验课的课时有限，分析测试平台的某些仪器没有机会使用，因此教师特意在实验之前的讲解中安排一部分仪器的介绍，利用有限的时间对这类没有用到的仪器进行讲解及简单介绍，丰富学生的阅历。

四、通过仪器分析实验课，提高学生的素质和能力

科学实验是人们主动地探索自然、适应自然并利用自然的过程，是科学知识的主要源泉之一，因此仪器分析实验课对研究生来说是非常重要的。提高仪器分析实验课的教学质量，不仅要让学生学到人类从生产实践和科学实验中总结出的知识，而且要让学生在思想观点、意识品德方面受到熏陶，提高素质。学生只有在严肃认真、有条不紊的环境下进行实验，抱着求真求实的学习态度，勤奋好学，在实践中反复锻炼并不断总结，才能逐步掌握科学的方法。通过实验可以培养学生的科学态度，科学态度又是人们能够正确对待客观事物的基本态度，因此，培养科学态度是实验课的目的之一。要弘扬严谨认真，实事求是的实验作风和科学态度，在此基础上，学会勇于实践，善于思考，通过仪器分析实验课，学生的综合能力将逐步提高。例如在设计型实验中，学生自查资料，提出了实验方案，师生共同讨论，确定实验方案，经过各组同学的实验，得到了各自的结果，经过这种实验使学生直接感受到了科研的氛围，对前处理方法、仪器测定条件等因素对实验结果的影响有了直观的认识。在实验中，要给学生提供一个发挥他们富有创造力的才能的机会，学生们用所学知识技能，提出的每一个设想或方案，对实验的某些步骤给出的每一点改进，对学生来说都是创新，是培养创新能力的具体体现。

五、结束语

近年来,随着我国经济和科学技术的飞速发展,分析仪器得到爆炸性发展。一方面,利用大型精密仪器进行科学研究得到急速提升,缺少国际承认的大型精密仪器的检测数据就很难被权威期刊接受；许多国际标准的检测方法也必须用新型、大型精密仪器完成；另一方面,全国科研院所和检测部门的仪器拥有量呈指数增长之势,对相应的高水平人才的培养也提出了更紧迫的要求。作为研究生专业基础课的仪器分析实验课在此大背景下,结合我校分析中心新购置的仪器设备对仪器分析实验课进行改革,通过实验掌握仪器分析技术,提高研究生的实验技能,增强研究生与国际接轨的能力,为培养高层次的研究生人才做出贡献。

[1]张培敏，陈恒武，郭伟强，等.仪器分析实验教学改革初探[J].大学化学，2007，22(2)：10～12

[2]周云，张四纯，李景虹.仪器分析开放实验室的教学与管理[J].实验室研究与探索，2007，26(2)：129～131

[3]覃洁萍，何翠薇，冯旭.仪器分析设计性实验教学初探[J].广西中医学院学报，2007，10(1)：108～109

[4]徐晓安，张文华.仪器分析实验教学改革初探[J].江西化工，2009，(4)：46～47

[5]张峻松,张文叶,王建民,等.利用仪器分析开放实验提高学生创新能力的研究[J].安徽农学通报,2009,15(18)：176～177

Discussion on the improvement of teaching quality of instrumental analysis experiment course

Lü Zhaolin, Jin Youju, Deng Wenhong, Xu Fang
Beijing forestry university, Beijing, 100083, China

Instrumental analysis experiment course is a vital part of the cultivation of students’ qualities, and has an important effect on instrumental analysis teaching quality improving. This article states the role the teacher plays in experiment course, the innovation in the content of the course and the cultivation of students’ qualities, and then discusses how to improve the quality of instrumental analysis experiment teaching.

instrumental analysis; experiment course; teaching quality

2010-05-24

吕兆林，博士，副教授。