浅谈分析仪器设计与改造课程的建设

花 榕， 罗明标， 刘云海， 周跃明

(东华理工大学，江西抚州344000)

浅谈分析仪器设计与改造课程的建设

花 榕， 罗明标， 刘云海， 周跃明

(东华理工大学，江西抚州344000)

在对众多高校的仪器分析课程教学及分析仪器的发展趋势调研的基础上，对分析仪器设计与改造课程设立的必要性和意义进行了论证，对该课程的主要教学内容、教学方法等进行了探讨，并对该课程的主要改革方向进行了展望。

分析仪器;设计;改造;教学

分析科学是现代科学的“眼睛”，仪器分析是现代分析科学的重要组成部分。仪器分析课程教学已有数十年的历史，为国家培养了大批专业人才，为分析化学的发展作出了不可磨灭的贡献［1］。伴随着学科的发展，分析仪器也发生了日新月异的变化，众多的分析仪器由过去的“大型精密”向小型化、自动化、智能化发展，分析方法由过去的实验室分析而发展到追求快速、现场、原位分析。同时，随着科技的进步，社会对人才的需求提出了更高的要求，普通的应用型人才已经难以满足社会的要求［2］。“仪器分析”的教学工作正面临着前所未有的机遇与挑战。

1 分析仪器设计与改造课程建设的意义

从对国内外现有的“仪器分析”类教材的调查后发现，仪器分析的教学内容主要集中在仪器的工作原理和仪器的操作使用上，课程都是以课堂讲授为主，结合仪器分析演示实验，达到让学生了解仪器基本操作的目的。由于分析仪器精密昂贵和仪器数量有限，大部分学生在实践环节都很难或者很少有较多的实际操作机会，这给仪器分析的教学带来了不小的麻烦［3－5］。同时，国内外对于仪器的设计原理，仪器设计开发方面的内容，仪器分析课本中也未见有相关报道。

我国的现代仪器分析课程教学具有悠久的历史，整个教学过程受到各大学校的高度重视。在过去的几十年中，陆续出版了数十部有关仪器分析的教材，为了满足课程及学生培养的需要，各大高校都或多或少的购置了红外、原子吸收、ICP－AES、气相、液相色谱仪、紫外可见分光光度计、电化学工作仪、原子荧光、质谱等一系列先进的大型分析仪器，在提高了各大高校科研综合能力的同时，也为仪器分析课程的教学与实践环节提供了宝贵的资源。更加可喜的是，大部分高校的“仪器分析”课程被列入精品课程建设，在研究生、本科生、高职教学中取得了优异的成效。然而，随着时间的推移和设备的更新换代，一大批老的设备已经报废或超过使用期限而无法正常运转，如何处置废旧仪器设备的问题摆在我们面前。另外，我国有大量人员从事着和分析仪器有关的科研、教学或生产工作，他们在实际工作中积累了大量有关仪器实际操作、维护乃至升级改造和设计的宝贵经验，这些经验他们通过网络论坛或其他形式有着广泛的交流，然而到目前为止，仍然缺乏一个很好的平台将这些宝贵的经验进行总结后向学生传授。

经过对人才市场需求和仪器发展趋势深入调研后，结合自身的条件，笔者提出以“介绍仪器基本工作原理为基础理论，仪器设计和改造为重点内容”的“分析仪器设计与改造”课程的建设，该课程拟以废旧仪器为研究对象，面向高年级学生传授仪器的基本工作原理，采用引导、启发的教学方式，让学生对仪器有更加深入的理解和认识，充分调动学生的创造欲望、培养学生创新能力，为社会培养创新型人才。“分析仪器设计与改造”课程设置除了具有巩固验证理论知识后达到具体的研究目标的作用之外，还具有培养学生探索未知世界方法、勇气、创新能力和综合素质的作用。与传统的教学相比，实行全方位、多层次的理论研究与实验探索相结合的教学方法更有助于激发学生的学习兴趣，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，对于学生综合素质的提高，创新意识和实践能力的培养极为重要。

2 分析仪器设计与改造课程的教学改革

本课程拟在常规的“仪器分析”课程教学的基础上，以废旧仪器为研究对象，面向高年级学生传授仪器的基本工作原理，采用引导、启发的教学方式，让学生对仪器有更加深入的理解和认识，充分调动学生的创造欲望、培养学生创新能力，为社会培养创新型人才。探索“分析仪器设计与改造”的精品课程建设模式，并利用网络平台，在同行高校教学活动中推广，改革现有的教学内容、方法、及实践教学管理体制，探索新的“分析仪器设计与改造”教学运作模式，具体内容如下。

2.1 教学内容的改革

教材建设是课程建设的核心，是教师实现优质教学之本。作为一门新设立的课程，教学内容上必须保证学生对主要的、常用的分析仪器的方法原理、性能特点、技术操作以及综合应用等有基本的掌握;同时，还必须让学生对仪器分析方法的总体有全面的认识，让学生对各仪器方法之间的联系与区别有透彻的了解。所以，一本好的教材应具有内容的系统性、科学性、先进性和实用性，还应反映仪器分析的一些新理论、新概念、新技术及其应用。作为一门新建立的研究型课程，配套的教材目前还未编制，因此对于授课内容的选取则尤为重要。国内外有关仪器分析的教材有数十套，这就要求教师在备课时要熟悉、领会各教材，充分吸收它们各自的优点，荟萃精华，取长补短。除此之外，作为仪器分析的设计与改造的课程来说，书本上的这些还是远远不够的，主讲教师还必须通过网络或者其他渠道，收集仪器分析从业者所获得的相关经验，结合所在学校的实际情况，选择性的编入教学内容中，给学生一份精心准备的“佳肴”。需要说明的是，在这个过程中，既要取百家之长，又要注意把握重点，保证学生能够消化吸收，防止贪多不精、喧宾夺主。

2.2 教学方法的改革

2.2.1 启发式教学

课程不仅要使学生掌握基本原理、基本操作，还应开发学生思维，培养具有创新能力的人才。教师既是知识传授者，同时也要充当学生学习的启迪者、指导者和激励者。英国教育家罗素说过:“一切学科本质上应该从心智启迪开始，教学语言应当是引火线、冲击波、兴奋剂。要有撩人心智，激人思维的功效。”［6］启发式教学是一个在教师的启迪下学生自主参与的过程，教师是主导，学生是主体。例如，在对分子光谱的分析仪器教学中，利用不同型号的已经报废了的分光光度计，打开机壳，让学生进一步了解书本上的每个功能部件的外形、作用以及各部件的发展趋势，并向学生提问:“依据目前的仪器发展趋势，你能利用已有的知识设计出一些便携式光度计吗?”学生积极地思索、提出各自的设计思路后，教师给予鼓励并指出不足之处，再让学生改进方案。学生就会很认真地参与其中，感受到现有仪器设计的巧妙，体会到仪器分析的乐趣并自发产生设计仪器、改进仪器的愿望。

2.2.2 比较法教学

比较法是认识对象间异同点的逻辑方法，通过比较各种对象的相同点和不同之处，能加深人们对事物的理解，正确区分事物类别，掌握事物之间的相互联系和内在规律［7］。目前市场上的分析仪器多种多样，在新课程的教学过程中，老师应该善于归纳比较，将工作原理相近的仪器作为一类仪器，通过课堂理论讲解和实验室对废旧仪器的“解剖”，对同类型仪器进行结构和功能上的比较和归纳，找出各自的优缺点和发展趋势。当然，由于仪器原理内容中包含许多分析方法，而各种方法具有比较独立的理论基础、实验技术和应用特点，显得庞杂、难学，这为教学带来一定的困难。不过，相信只要在教学中积极地运用比较法，及时总结，归纳共性与个性，就能够更有效地传授知识，培养学生的逻辑思维能力和归纳综合能力，获得更好的教学效果。

2.2.3 多媒体CAI课件的应用

应用多媒体CAI课件于课堂教学已成为现代教学的重要手段［8－11］。因课件兼具文字、图像和动画效果，具有清晰、美观、生动和信息量大的优势，对原理分析过程等粉笔加挂图的传统教学方式难以表达清楚的抽象之处予以形象展现，大大提高了课堂教学效率，有利于教学质量的提高。但在应用多媒体CAI课件时，需注意以下几个问题:一是避免课件中文字太多。课件不是课本，不需要把所有的文字都打在课件上，否则会造成教师机械地读课件，从而失去了课堂应用的灵活性，不易实现因材施教;二是不能为了片面满足学生的好奇心而添加过多不必要的动画、图片，哗众取宠只会造成课堂主题淡化、重点不明，达不到教学效果;三是要求学生课前预习以保证课堂中有目的、有选择地记笔记，而不是只忙于记录却忽视了教师的讲解。在教学实践中，教师还需要充分利用学校的网络教学平台，将课件、有关学习资料上传，让学生有充分的时间学习课件，师生还可通过网络论坛等方式沟通、答疑，最大限度地提高学生的学习兴趣。

2.3 实践性教学的改革

传统的仪器分析实验课上，由于仪器不足、整个实验过程中对分析仪器的依赖，使学生在实验时只能处于被动应付的状态，不能发挥自身的能动性，能力得不到相应的提高［12］。新课程的实践教学环节与常规的仪器分析实验实践教学有较大区别。首先，实验之前主讲教师会将学生分成8～10人一组的小组，每小组的实验内容各不相同，每组将有两名具有丰富的动手经验和理论基础的青年教师或高年级研究生担任指导。其次，课程的实践内容不再是对仪器的操作，而是和指导老师一起进行仪器的“解剖”和“组装”，在此过程中指导老师会再次给大家详细介绍每个部件的功能、原理，让每个同学都能够切实了解到各部件的形状及如何安装，初步了解到该部件的设计初衷，鼓励学生奇思妙想，对具有开拓创新的设计思路进行有效引导和深入实验探索。最后，以开放实验室为手段，加大实验室开放力度，让学有余力的学生利用课余时间，进行分析仪器的改造和设计的课外研究活动或参加相关老师的科研工作。

［1］金钦汉.试论我国分析化学学科发展战略［J］.大学化学，2003，18(1):12-17.

［2］彭秋发，孙占学.一般本科院校人才培养目标与培养模式研究［J］.东华理工学院学报:社会科学版，2005，24(6):159-162.

［3］崔淑敏，宋美荣.仪器分析教学的一些思考［J］.经济研究导刊，2009(39):246-248.

［4］何金兰.关于仪器分析课程教学教改探讨［J］.湛江师范学院学报，2003(6):122-124.

［5］于俊生，等.关于仪器分析课程教学的思考［J］.大学化学，2002(4):13-18.

［6］张博，曹励民，景晓红.仪器分析课程教学的几点体会［J］.现代医药卫生，2006(16):2591-2592.

［7］陈浩，李庆，李胜清.仪器分析课程教学改革与实践［J］.大学化学，2006(3):20-22.

［8］马建荣，王小霞，应敏.运用新技术提高多媒体课堂教学效果［J］.实验室研究与探索，2004，23(9):10-12

［9］张小燕.Flash多媒体技术在仪器分析教学中的应用［J］.大学化学，2003(6):39-43.

［10］潘瑾，白雁，王星.仪器分析教学中多媒体课件的制作及其应用［J］.实验室研究与探索，2008，27(10):89-91.

［11］杨震，秦玉华，孟晓敏，等.“仪器分析”多媒体及网络教学方法研究［J］.东北电力大学学报，2009，29(1):34-36.

［12］刘云海，等.建立基础化学实验教学新模式 培养创新人才［J］.东华理工学院学报:社会科学版，2005，24(6):174-175.

Brief Analysis on Construction of the Course of Analytical Instruments Design and Reconstruction

HUA Rong， LIU Yun-hai， LUO Ming-biao， ZHOU Yue-ming
(East China Institute of Technology，Fuzhou344000，China)

Based on the investigation of numerous universities’instrumental analysis curriculum teaching and the development trend of analytical instruments，the writer proves the necessity and significance for building up the course of analysis instrument design and reconstruction，explores the main teaching contents and ways of the course，and forecasts its reforming orientation.and looks forward to the application effects of the new curriculum and its great significance.

analytical instruments;design;reconstruction;teaching

G647

A

1674-3512(2011)03-0291-03

2011-04-14

2010年江西省研究生优质课程建设项目(高等仪器分析)、省级教改课题(JXJG－08－8－16)、校级教改课题“‘分析仪器设计与改造’课程建设研究”的研究成果。

花 榕(1980—)，男，江西抚州人，讲师，硕士，主要从事分析化学研究。