现代分析仪器与创新实验

张 媛 欧阳津 蒋福宾

北京师范大学 北京 100875

近年来，化学实验教学改革中运用了一些非传统的教学手段。例如引导性的实验、基于案例的实验、自主研学的实验等创新教学模式。教学实践已证明了这些教学方法的成功。这类改革都是针对传统应试教育影响自主创新意识的状况，对学生进行引导及科学文化素质教育的实验类课程。这些实验课程与传统教科书式的本科生实验相比，更加挑战学生的创造力，对学生处理问题的能力提出了更高的要求，同时也锻炼学生，培养他们的科学思维。要求学生在能力范围内设计解决方案、实施实验、处理实验数据。实验结束后，学生要提交实验报告，内容包括解释实验的背景、评估方案可行性、分析数据的意义和应用、讨论实验中遇到的问题。一个好的实验方案，不仅应该得到其他小组的认可，而且能够发挥团队精神。指导教师充当的角色是对实验方案的合理性和安全性做出评估，并反馈给学生，使学生真正成为实验的主人，充分调动学生的创新意识。

1 创新实验的目的

我校食品分析大赛就是一种开放式教学的探索。参赛学生要以小组为单位进行“科研”，选择实验内容，通过查询文献自行设计实验方案，提交实验方案。方案经教师审核通过的小组进入实施阶段：在开放实验室完成实验分析操作，收集处理实验数据，分析总结结果，撰写论文和参加结题答辩。实验过程中，允许、鼓励学生打破常规，提出自己的实验思路和方法，使学生在实践中不断发现问题、分析问题和解决问题，学习大型仪器的原理、操作技术，并解决一些研究性问题，让学生真正感受到化学家、化学工作者从事化学工作的氛围。这种创新型实验教学活动是探索高等学校拔尖学生培养模式的重要途径之一。

近年来，食品安全越来越受到社会的重视，此次大赛中学生的实验方案主要涉及的是校园生活中的常见食品，很多样品就来自本校食堂和校内超市。可见，学生对食品卫生的安全意识有很大提升。在通过初审的15份实验方案中，有5份内容包括检测食品中的金属含量。如果样品中含有5种以上无机金属元素，且含量在亚ppm级，那么采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定是非常适合的。新技术ICPAES，比原子吸收法(AAS)有更低的检出限和更快的分析速度。在本科生的基础实验中，开设了原子发射光谱的原理、分析方法和操作实验，这次大赛就是学生理论与实践结合的尝试。

2 ICP-AES在创新实验中的应用

参加本次大赛的为大二、大三的学生，有些学生只是通过教科书对ICP-AES有一些了解，有些学生已做过简单的ICP-AES仪器分析实验。在做实验前，实验教师先要对学生进行仪器使用的培训，指导学生检测镁元素含量，使学生具备顺利实施实验方案的基本技能。

学生的样品包括学校食堂的薄脆、春卷和油条等油炸类食品，锅巴、薯条和仙贝等膨化食品，雪碧、可乐和啤酒等罐装饮料以及学校各教学楼的饮用水和购买的瓶装水。在使用ICP-AES之前，要得到仪器管理教师对测试方案的认可，对不正确的样品预处理方法提出修改意见。样品预处理不仅是仪器的进样要求，对检测结果也有很大影响。预处理操作也可作为考查学生基本实验操作的指标之一。本次大赛除了常规的超声和加热方法，中干法灰化、高压消解、微波消解也分别被采用。这3种样品处理技术及其使用的高压釜微波消解仪等仪器、标准溶液和样品溶液的配制结果，能够影响测试结果，同样也是对学生基本操作的考核。各小组得到检测结果后绘制工作曲线，计算元素含量，分析数据，计算方法的最低检出限。最后，实验小组撰写一份报告，说明他们的实验过程，列出他们所获得的数据，对实验结果进行分析总结(例如，与其他检测方法数据对比)，然后参加答辩。

3 结束语

5组检测的结果表明，有些食品的金属含量严重超过国家标准，我们应该远离这些有害食品。有一个小组测得学校某教学楼的饮用水铁含量很高，可能是自来水管道使用时间过长，给水管网需要改造。该结果可以作为给学校管理者提出合理建议的依据，为构建健康校园、平安校园尽一份责任。因此，食品分析大赛的检测数据，不仅可以作为食品安全性的评价标准，而且可进行一些延展性的处理、分析，对现实生活能起到一定的指导意义，这也为我们开展创新型实验赋予了更多的生命力。

学生以小组为单位设计实验步骤，协同合作，得到实验结果。整个过程中，每一步都激发了学生的兴趣，调动了学生的积极性，锻炼了学生的团队合作能力。另一个重要的目标是，使学生在先进的仪器分析实验室能独立地工作。大赛期间，没有指导教师监督，学生成为实验的主人，他们认为自己是独立工作的化学工作者，大部分的学生通过大赛获得了自信，为后续的本科毕业论文和进一步的科研深造及就业奠定坚实的基础。通过开放实验室，学生对ICP-AES有了更进一步的了解，有利于提高先进分析仪器在教学和科研中的应用。

因此，作为创新型实验的一项重要内容，先进的分析仪器与非传统的教学手段相结合，创造新的人才培养体系，探索高等学校拔尖学生培养模式，为培养高质量的创新型人才和实现化学创新实验课程改革做出贡献。

[1] 秦华俊,欧阳津,蒋福宾.以我校食品分析大赛为例浅议高校本科创新实验的开展[J].中国现代教育装备,2010(7):136-137.

[2] 欧阳津,申秀民,赵云岭,蒋福宾,黄元河,刘正平.改革实验教学模式 培养创新性人才[J].中国大学教学,2008(2):79-80.

[3] 赵云岭,欧阳津,申秀民,蒋福宾,黄元河.“一体化、三层次、多渠道、多模式”的化学实验教学改革[J].实验室科学,2007(12):55-57.