仪器分析实验的教学改革与探讨

冯素玲，陈粤华，李全民

（河南师范大学 化学化工学院 河南师范大学国家化学实验教学示范中心，河南 新乡 453007）

仪器分析实验是化学专业、应用化学专业和材料化学专业本科生的一门基础课，涉及物质的物理性质和化学性质，如光、电、热、磁和化学反应等知识，是一门理论性和实践性都很强的基础课程。通过本课程的学习可以培养学生的各种能力，包括应用现代仪器分析测试技术的技能、动手能力、理论联系实际的能力、统筹思维能力、创新能力、独立分析解决实际问题的能力、查阅手册资料并运用其数据资料的能力以及归纳总结的能力等。总之，在整个实验课过程中，应利用一切环节进行能力的训练，培养学生的创新意识和创新精神。但由于一些原因，使学生在有效的实验时间内不能最大限度地使能力得到提高。为此，在仪器分析实验的教学中，逐渐进行了一系列的尝试。整合教学内容，更新实验选题，“以学生为本”，着眼于学生素质、创新精神和创新能力的培养，构建实验教学的新体系[1]，收到了良好的教学效果。

一、采用研讨式教学方法

教学方法是教学环节中非常重要的一个组成部分，会对教学效果产生影响。传统教学方法以教师讲授为主，学生被动地接受[2]。其弊病是限制了学生学习的主动性、能动性和思维能力的发展，大大影响学生的学习效果，不利于学生创新能力的培养和提高[3]。为了克服传统教学方法带来的弊病，以研讨式教学方法为主要教学手段之一。要求学生预习实验，对实验内容及相关知识进行思考并提出问题。鼓励学生对知识的探究和怀疑，对实验内容应最大限度地询问“为什么”，甚至每句话都要询问“为什么”或凡事问“问什么”。课前指导教师也对每个实验精心设计问题。通过与学生之间的讨论，极大地调动了学生学习的积极性和主动性，收到了很好的教学效果。例如分光光度法测定混合液中铬和锰的含量，设计以下问题。在铬和锰的存在形式中，哪些溶液有颜色？测定吸光系数时，为什么铬（Ⅵ）标准溶液中，只加入了浓酸，而不加入氧化剂；而锰（Ⅱ）标准溶液中，既加入了浓酸，又加入了氧化剂过碘酸钾？在样品溶液中，又加入了氧化剂过硫酸钾？加入银离子的目的是什么？同学们还可以提出哪些测定混合液中铬和锰的方法？所提出的方法有哪些利弊？在示差分光光度法实验中，对同学们提出下列问题。什么是差示分光光度法？什么情况下使用差示分光光度法？分光光度法的最佳读数范围是多少？差示分光光度法的目的是什么？上述问题的提出及讨论既可以很好地激发学生学习的积极性，使学生的思维处于活跃状态，又可以训练学生解决问题的思维方法，为学生进行设计实验打下一定的基础。学生做完实验后，让学生对整个实验过程进行反思和讨论，总结成功和不足之处。一方面，在总结和反思中加深体会；另一方面，为今后的实验提供借鉴。

二、充分发挥废旧仪器的作用

在讲解仪器结构时，将组装仪器和商品仪器同时使用。商品仪器中，各基本单元被组装在一个或几个模块中，不能直观察仪器内部的组成和结构。因此，实验课上将废旧仪器的结构和组成展示给学生，学生可以清楚、直观地看到仪器各组成部分，更清楚地了解仪器的原理和结构，使学生看得清楚、学得明白，收到了很好的教学效果。

三、合理安排讲授时间与实验操作时间

实验课上，传统的讲授方法是，将实验原理、实验步骤、仪器结构、使用方法及有关的注意事项等内容全部讲解完之后，学生进行实验。实验内容一般包括溶液的准备、配置及使用仪器获得有关数据等步骤。上述教学方法带来的问题是，从教师讲授完仪器的使用方法到学生进行测定，中间会间隔一段时间，从而导致学生使用仪器时，忘记了仪器的使用方法，教师需要占用一定的时间重复讲解过的内容，影响实验效率。为了克服上述问题，在实验课上，先讲解实验原理、实验步骤以及实验中的注意事项；然后，安排学生配制溶液。之后，重新将学生组织在一起，讲解仪器结构、使用方法及其注意事项。上述教学环境的安排能够带来如下好处：讲解仪器结构、使用方法及其注意事项之后，学生可以立即使用仪器进行测定，不容易忘记仪器的使用方法，从而可以减少错误使用仪器的机会，也可以提高学生使用仪器的自信心，使实验效率得到提高。

四、增加设计性和综合性实验

由于仪器条件的限制，过去开设了分光光度法测定铁、分光光度法测定磷、紫外光度法测定硝酸盐氮和紫外分光光度法测定对苯二酚等实验内容。上述实验原理相似，使用的仪器也基本相同，不能很好地激发学生的学习兴趣，影响对学生创新能力的培养。随着仪器条件的改善，新仪器的不断增加，删去了一些原理相似、仪器相同的实验，开设了有关电化学工作站、高效液相色谱和高效毛细管电泳等实验内容。另外，仪器分析的研究发展很快，教师注意查阅仪器分析的最新进展，将新进展融入实验教学中[4]。大大开阔了学生的眼界，使学生的创新能力在潜移默化中得到了提高。为了培养学生的创新能力，提高学生的动手能力、独立思考和独立解决问题的能力，加大了设计性和综合性实验内容，如设计性实验——气相色谱分析测定酒中甲酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯等。要求学生查阅资料，写出实验原理，自拟实验方案。实验课上，首先让一些学生讲解自己的实验方案，围绕实验方案进行提问和讨论，对实验方案中正确和错误的内容都进行分析、讲解。通过上述教学过程，学生可以真正地将学到的理论知识和实际问题结合在一起，充分调动了学生学习的积极性，也使学生体会了学习的乐趣，还使学生在解决问题之后有了成就感。

五、加强实验室硬件建设，打造过硬的教学队伍

仪器分析实验同其他化学实验相比，一个突出的特点就是需要大型且价格比较昂贵的仪器。因此，需要各级领导重视有关仪器分析实验室的建设。只有在思想上引起足够的重视，就会并且有可能投入资金进行实验室建设，才能为仪器分析实验的开设提供必要的条件，为学生创造良好的实验环境和氛围[5]。在建设国家级化学实验教学示范中心的过程中，学校和学院各级领导给予了大力支持，购置了必要的教学仪器，使实验室硬件建设得到了很好的改善，使实验开设内容上了一个新台阶。“实验中心”建立了课程负责人制度、集体备课和预做实验制度以及新教师试讲等制度。化学分析实验和仪器分析实验统一由一位课程负责人负责。课程负责人负责上述有关实验的实验教师的聘任、教学效果的检查、实验内容的修改和更新等。实验教师集体备课并预做实验，对有关问题进行讨论。新教师要在老教师的指导下准备实验，并进行试讲。试讲通过后，方可指导学生进行实验。上述一系列制度的建立对有效地保证教学内容的质量和深度起到了良好的作用。

六、绿色化学实验，加强学生环保意识

环境问题已经是当今人类面临的一个重要而急迫的问题。在化学实验教学中应使学生有保护环境的意识和责任。例如，将库仑滴定法测定砷改为库仑滴定法测定硫代硫酸钠。两者实验原理完全相同，不会影响实验效果，但却避免了污染物砷的排放。再如，将示差分光光度法测定铬（Ⅲ）改为示差分光光度法测定高锰酸钾。一方面避免了了有毒物质铬（Ⅲ）对环境的污染，另一方面，由于铬（Ⅲ）的吸光吸收较小，测定时需要较高浓度的溶液，而高锰酸钾的吸光系数较大，消耗试剂明显减少，从而又减少了化学试剂向环境的排放。气相色谱法适用于测定低沸点组分，可用于苯、甲苯和二甲苯的分离和检测，但这三种组分均具有毒性，为致癌物。因此，改为气相色谱法测定酒中的杂醇。实验室产生的废液直接排放到地下，也会对环境产生污染。要求学生不要将废液直接倒入水池排放，而是对实验室的废液进行回收处理。在教学中，点点滴滴注意对学生进行环保意识的教育。

经过教学方法和教学过程的改革，使学生由被动地学，转变为主动地学，提高了学生的创新能力和科学思维的方法以及学生的综合能力和素质。

[1]陈旭，雍克岚.仪器分析实验教学的改革[J].实验室研究与探索，2009，28（4）：118-121.

[2]朱志昂.物理化学课程教学内容和教学方法的改革[J].大学化学，2012，27（5）：9-13

[3]李爱峰，孙爱玲，柳仁民.仪器分析实验教学改革实践[J].大学化学，2012，27（5）：26-28

[4]王琦，张思锐.仪器分析课程教学与实验改革[J].大学化学，2006，21（2）：22-24.

[5]海金萍.切实强化实验教学培养应用型人才[J].实验室科学，2009，7（2）：46-47.