现代仪器分析课程教学方法的改革探索

李郤里

(郑州轻工业学院材料与化学工程学院，河南郑州 450002)

·化工教育·

现代仪器分析课程教学方法的改革探索

李郤里

(郑州轻工业学院材料与化学工程学院，河南郑州 450002)

现代仪器分析作为必修课，对培养研究生科学研究能力、自主创新能力和综合分析能力具有重要的作用。要提高课程教学质量，就必须针对课程自身特点，在教学中不断积累和总结经验，不断引入前沿知识充实教学内容，综合运用各种教学方法和教学手段，理论与实践教学相结合，不断探索和实践，努力提高理论教学、实验教学和网络教学的效果，从而适应现代教学的要求。

现代仪器分析;科研型人才;教学改革

现代仪器分析发展至今，形成了以电化学分析、色谱分析、热分析、光分析及波谱分析为支柱的仪器分析，其内涵和外延非常丰富。现代仪器分析不单纯地用于物质的定性和定量分析，已成为研究各种化学理论和实际问题的重要手段，它对基础化学、环境化学、生物化学、生命科学及材料化学等学科的发展所起到的促进作用已毋庸置疑，并从分析化学的专业课程转变为化学、药学、生物、环境及材料等各专业的基础课［1-2］。熟悉和掌握各种现代仪器分析的原理和技术已成为研究生这类科研型人才应该具有的基本素质，因而现代仪器分析教学内容和方式方法也需要不断改革与调整来适应这种发展变化，从而跟上时代发展的节奏。

1 现代仪器分析课程特点及面临问题

1.1 现代仪器分析课程特点分析

首先，现代仪器分析是一门多学科交叉、实践性很强的课程，内容涉及到现代科学技术的多个领域，其中有力学、光学、电学、生物化学、信息自动化、智能化及计算机等相关知识，涉及专业面广，实践性和理论性强，再加上原理较为抽象，因此课程内容相对难以理解消化。其次，现代仪器分析的方法多种多样，仪器类型繁多，随着科学技术及计算机网络化的发展，已有的分析方法会不断发展更新，同时新的分析方法还将不断涌现。因此，从现代仪器分析内容之丰富、发展之迅速的方面来看，所体现出的“与时俱进”特征，是其他化学基础课程所少见的鲜明特征之一。最后，无论仪器分析方法和仪器类型如何更新变化，都是在电化学分析法、色谱法、光学分析法、热分析法及质谱法的基础上，结合各个时代科技发展特点，促进新的方法与仪器应运而生。

1.2 现代仪器分析课程面临问题

分析化学、仪器分析和波谱分析等专业课已经成为很多高等院校的必修课，将现代仪器分析课程纳入研究生学习的基础课，如果在教学模式与授课对象上没有随着相应转变，将涌现出大量问题［1］:

一些教师对于教学方法选择不当，他们将现代仪器分析的课程像本科时期一样仅局限在分析方法的原理或笼统地介绍应用的范围这些层面上。针对研究生这类从事科研工作的人才，通过这些课堂上获得知识，不能及时结合实践来应用在自己的科研工作中，则只能将知识掌握到一知半解的程度。因此产生理论与实践的脱节、原理与仪器的剥离，严重制约着研究生迈入实验室从事科研的步伐［3］。现代仪器分析课程所涉及荧光光谱仪、紫外分光光度计、傅里叶变换红外光谱分析仪、原子吸收光谱、X -射线单晶衍射仪和粉末多晶衍射仪、质谱分析仪等。这些大型仪器均有着造价高、数量稀少的特点。

因此，学生难接触这些实物，老师课堂上所描述的工作原理和操作流程仅能在脑海中想象画面，而不能亲身经历与亲自动手实验。众所周知，解决任何问题都必须经历以下过程:理论方法、处理过程、结果分析。现代仪器分析技术应用在解决科研中所遇见的问题时势必经历方法选择、仪器实验、数据结果分析几个阶段。目前，很多高等院校承担现代仪器分析课程的老师都忽视了对仪器测试结果分析的相关软件的介绍。这方面，没有专门的课程来传授，现代仪器课程中仅局限在对图的简单分析，而对从实验结果到图的来历只字不提，如红外光谱图、核磁共振图谱、质谱图等。在用到时只能自学这些化学软件(如Nuts、Origin、Shelxtl等)，其过程费时费力，甚至有时找不到教学资料。

2 现代仪器分析教学改革建议

2.1 优化授课内容，突出教学重点

尽管现代仪器分析的方法多种多样，仪器种类多、更新快，但不少的分析方法和实验仪器有着相似的原理与特点。为了更好的讲解，在教学的过程中可以将现代仪器分析课程的内容分为电化学分析法、色谱法、光学分析法、热分析法、核磁共振波谱法及质谱法等几大系统。在各大系统的讲解过程中又可分为:发展历程、基本原理、仪器结构、操作流程和注意事项，以及实际应用这五大模块。将每个系统分模块教育的过程中，不仅能使学生各个击破知识点，又能在这五个模块中，侧重地介绍原理和实践应用这两大模块［4］。还可采用比较法的教学方法，以比较为出发点，将原理和应用等一并讲授，使知识层次分明，条理清楚，学生感到主线清楚，更容易理解，起到事半功倍的效果。随着不同类型分析方法的学习和同类分析方法学习的深入，再结合理论与实践、原理与仪器的融合，让学生从中学会举一反三、触类旁通。

2.2 推进实验改革，提高动手能力

现代仪器分析所涉及的仪器都有数量少和造价高的特点，而且随着科技信息化与智能化的发展，现代仪器改革与更新迅速。针对这些情况，在课堂的教学过程中应采取相应措施:百闻不如一见，无论在课堂上实验仪器讲解的原理多么详细、操作流程如何清晰，也没有亲自动手完成整个行程来得实际。

因此，尽本校所有资源的最大利用率来满足教，，即使不能每人都动手操作，也可以通过实地观摩或者老师的操作来深刻地认识和了解本仪器的知识。对于本校没有的现代大型仪器，可以结合多媒体的方式代替传统的书面教学。换句话讲，应用幻灯片将仪器的操作流程做成视频，学生在学习观看的过程中犹如身临其境，达到置身在整个仪器操作过程中的目的。在课程教学过程中，对那些更新迅速，处在世界前沿的大型仪器，教师可以利用一些图片来做简单地介绍，使研究生了解前沿知识的同时跟上时代的步伐。

2.3 重视数据分析，促进学以致用

众所周知，现代仪器分析是应用大型分析仪器做检测，有时并不能直接得出所需的结果。这就需要借助特定的软件来对数据进行系统化的处理，得出直观的表格和图画，以便形象地分析实验结果。例如应用核磁共振波谱法获得有关化合物分子结构时，采用脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪(FTNMR)，这一实验在几分钟内即可完成。但所得实验数据并不能直接用于分析化合物分子结构，首先需要应用Nuts软件，将实验所得到的原始数据转换成NMR谱图，再通过这个谱图直观地分析出化合物分子结构的信息。除此之外，像Origin软件常常用于将表格转化成图表，使数据的增幅走势比较直观。尤其粉末多晶衍射仪和X-射线单晶衍射仪所涉及的解晶体软件更是多种多样。

由此可见，将现代仪器分析课程所学的知识应用到现实科研工作中，所需要掌握的学问领域很广。一方面，将原始数据转换成直观数据的工作范畴，需要多种多样的软件和计算机知识作支撑。故在学校有条件的情况下，应尽可能开设与现代仪器分析相配套的化工软件课程，利于学生今后对所学内容的学以致用。另一方面，现代仪器分析课程教学过程中，尽可能将直观数据分析纳入重点，达到能从中分析出自己所需的信息，或者找出与预测结果相悖的原因。

2.4 结合成功案例，增强学习兴趣

结合当代成功案例以及自己的科研案例，教师在课堂上通过选择其中典型案例进行解剖分析，并组织研究生有针对地进行研究讨论，进而引导他们从个别到一般，从具体到抽象，在实际案例中循序渐进地去理解和掌握现代仪器分析方法的原理与试验结果的分析等。另外，仪器分析是应用性学科，或者说是科研过程中的一种工具手段，与生产实践以及生活紧密联系。在传授课程内容时，教师可以适时地引入当时社会的热点事件。比如当年三聚氰胺奶粉相关的知识:奶粉质量检测指标之一的蛋白质含量测量;通过“凯氏定氮法”测量蛋白质的含量，以测定含氮量来估算蛋白质的含量;现代仪器分析的多种分析方法综合应用，来推测出三聚氰胺的化学式以及含氮量。针对地沟油的分析学习，也涉及到很多仪器分析法。

2.5 用多媒体教学，使内容形象化

针对现代仪器分析理论教学内容上抽象、繁琐的特点，结合多媒体技术，在授课的PPT中通过添加大量新型仪器的原理剖视图和模拟视频的展示，使学生对相关的仪器有较为形象直观的认识了解。这种方式不仅可以吸引学生，新型仪器原理剖视图的展示让学生对分析方法的原理产生深刻认识，他们还能从模拟视频中获得操作流程的知识，学习和掌握后达到学以致用的目的。

总之，运用多媒体教学技术，对理论内容和仪器操作进行动态的、交互式的学习，以直观立体的授课方式提高学生的学习积极性。

2.6 创建网络平台，加强师生互动

信息化、网络化纷呈的21世纪，大学教师应该紧跟时代的潮流，顺应当今社会的发展，学会将这些高科技的网络化成果应用在自己的实践教学中来。比如QQ软件、微博、小木虫和其他聊天软件，不仅教师与学生共聚一堂各抒己见来延长课堂上的宝贵时间，还能讨论学术知识和求助科研中遇到的问题。另外，从另一层次来看也打破一届为师的局面，即促进各届学生间交流，在长期的交流与互动过程中建立和谐的师生关系。因此要积极探索拓宽师生交往的渠道与方式，从制度上保证师生有一定的交往频率，使师生的思想在交往中交流、碰撞和整合。

3 结论

综上所述，现代仪器分析课程是多个学科领域开展工作不可或缺的工具，仪器的最大价值就是使用。作为教师，教学的目的是为了让研究生掌握分析方法的原理知识和仪器的操作技能，同时重点培养学生的学以致用的能力。实践证明，通过采用理论与实验协同教学、多媒体与成功案例融入课程、数据处理软件和师生互动走进教学课程，可以使学生的实践动手能力、独立思考能力和创新能力在开放性实验中得到极大的锻炼，为后续的科研、工作打下坚实的基础。

［1］ 李永峰，余 林，郝志峰.现代仪器分析课程教学改革的探索［J］.广东化工，2010，37(9):167.

［2］ 刘志广.仪器分析［M］.北京:高等教育出版社，2007.

［3］ 闫立东，张美玲，张爱红.现代仪器分析课程教学改革的研究［J］.山东化工，2013，42(9):151-152.

［4］ 邓建新.《现代仪器分析》课程教学方法探索［J］.南方医学教育，2013，(3):17.

［5］ 黄 凌.浅谈分析化学课程的教学设计——以“酸碱滴定法”教学实践为例［J］.广东化工，2011，38(6): 262.

G642.0

B

1003-3467(2014)12-0055-03

2014-10-11

国家自然科学基金面上项目(21371156)

李郤里(1965-)，男，博士，副教授，从事化学专业教学、晶态无机功能材料研究工作，电话:(0371)86609676。