基于科研项目开发的仪器分析综合性实验

吴汉福, 田 玲, 李 志, 王毅红, 陈定梅, 李金辉

(六盘水师范学院 化学与化学工程系, 贵州 六盘水 553004)

基于科研项目开发的仪器分析综合性实验

吴汉福, 田 玲, 李 志, 王毅红, 陈定梅, 李金辉

(六盘水师范学院 化学与化学工程系, 贵州 六盘水 553004)

基于科研项目开发了2个具有地方特色的仪器分析综合性实验,并且在化学和化工两个专业付诸实施。结果表明:该综合性实验不仅有利于培养学生的动手能力、实际应用能力、合作能力以及团队精神,而且还能大大提高仪器设备的利用率。实践说明，结合教师的科研项目开发适合于应用型人才培养的具有地方特色仪器分析综合性实验,是实验教学改革的一种有效方式。

仪器分析； 综合性实验； 实验教学

近来,国家作出“引导一批普通本科高校向应用技术型高校转型”的战略部署,新建地方本科院校大都趋向于转型培养高素质的应用型人才。

在化学专业和化工专业的应用型人才的培养过程中,仪器分析实验是一门独立的必修课程,目的是使学生了解和掌握常用现代大型仪器的操作使用,培养学生独立的实验能力与仪器使用能力。然而传统的仪器分析实验大多是按照实验指导书或者在教师的指导下进行,学生的主动性难以发挥。这样的实验方式既不能培养学生自主思考能力,也难以满足当今应用型人才培养目标要求[1]。综合性和设计性实验能训练、培养学生的综合性思维和创新与应用能力,因为综合性和设计性实验内容通常要涉及一门课程的多方面知识,甚至涉及到多门课程知识[2-7]。为了培养高素质的应用型人才,笔者在仪器分析实验教学方面做了一些尝试,即结合教师的科研项目,开发富有地方特色的仪器分析综合性实验,并在实施过程中取得了不错的教学效果。

1 开设仪器分析综合性实验的意义

六盘水师范学院是一所新建地方应用型本科高校,主要是为地方经济建设培养应用技术型人才。六盘水是贵州省的工业城市,需要各类高素质的分析检测专业人才。仪器分析实验是培养分析检测专业人才的重要教学内容。

传统的验证性和演示性仪器分析实验不利于培养学生创新能力和综合应用能力。目前,在国内已有一些高校开设了设计性、综合性实验，以培养学生的创新能力和综合应用能力[8-10],力求最大化发挥学生的主体作用。开设综合性实验的途径是多种多样的,我校的做法是结合教师的科研项目开发仪器分析综合性实验,在仪器分析综合性实验中培养学生的独立分析检测能力。这对于提高化学专业和化工专业的教学质量和教学水平、培养高素质的分析检测人才具有重要意义。

2 具有地方特色的仪器分析综合性实验内容

最近几年,我校在教学和科研方面逐步增加了一些贵重、精密的仪器设备,如高效液相色谱仪、紫外-可见分光光谱仪、气-质联用仪、气相色谱仪、原子吸收光谱仪、微波消解仪、荧光光谱仪、同步热分析仪、超声波提取仪等。这些仪器设备不仅能提升教学和科研水平,也为开设高质量综合性实验提供了设备条件。笔者根据学校已有的仪器设备,结合本校教师承担的贵州省中药现代化科研项目,在仪器分析实验课程教学中开发出六盘水出产的民族药头花龙胆中龙胆苦苷和重金属Pb、Cd含量分析的综合性实验项目,并在化学专业和化工专业的实验教学中进行了实践。

2.1 头花龙胆中龙胆苦苷含量分析

2.1.1 实验的目的和要求

(1) 理解高效液相色谱法测定原理及操作特点；

(2) 掌握高效液相色谱法测定有机物龙胆苦苷含量的方法；

(3) 熟练掌握超声波提取天然化合物的方法。

2.1.2 实验原理

高效液相色谱仪由泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成,试剂瓶中的流动相被泵打入系统,样品溶液经进样器进入流动相,被流动相载入色谱柱内,由于样品溶液中的各组分在两相中具有不同的分配系数,在两相中做相对运动,经过反复多次的吸附-解吸的分配过程,各组分在移动速度上产生较大的差别,被分离成单个组分后依次从柱内流出,通过检测器时,样品浓度被转换成电信号传送到记录仪。

2.1.3 实验步骤

精确称取六盘水头花龙胆根粉0.5 g(过6号筛),置入100 mL棕色具塞锥形瓶中,精密加入70%甲醇50 mL,密塞,称定质量,室温浸泡30 min,在超声波清洗仪上室温超声40 min,擦干锥形瓶外壁,再称定质量,用70%甲醇补足减失的质量,摇匀,用0.45 μm滤膜过滤,取续滤液,即得供试品[11-12]。

2.2 头花龙胆中重金属Pb、Cd含量分析

2.2.1 实验目的要求

(1) 理解原子吸收光谱法测定原理及操作特点；

(2) 掌握原子吸收光谱法测定中药重金属含量方法；

(3) 熟练掌握微波消解中药的方法。

2.2.2 实验原理

原子吸收光谱法基于从光源发出的被测元素的特征辐射通过样品蒸气时,被待测元素基态原子所吸收,由辐射的减弱程度求得样品中被测元素的含量。

2.2.3 实验步骤

在文献[13-14]的基础上进行条件优化。精确称取六盘水头花龙胆根粉0.5 g(过6号筛),置于聚四氟乙烯消解罐中,加入HNO3(优级纯) 5 mL和H2O2(优级纯) 1 mL,密闭消解罐,并按设定程序进行消解。消解完成后,冷却至室温,样品液转移到10 mL的PET塑料瓶中,然后用少量超纯水洗涤消解罐3次,洗液合并于瓶中,0.5% HNO3(优级纯)定容至刻度,同时做样品空白。

3 仪器分析综合性实验项目实施

综合性实验实施过程一般所需时间较长,所以该实验项目主要是利用学生的课余时间来完成。实验阶段实验室全天候开放,大型仪器设备实行预约开放。

3.1 组织实施

指导教师下达实验任务书,学生由3～4人组成一个实验项目小组,自行分工合作。实验以学生为主体自主完成,即学生根据指导教师提出的实验目的、要求、原理和步骤完成实验样品的处理与制备,查阅相关资料、自行选择测试样品的方法(如色谱条件、火焰法、石墨炉法、单点法、标准曲线法等),进行样品测试、分析和数据处理、最终完成实验报告以及实验改进报告。

在实验的实施过程中,指导教师不仅要进行指导,还要针对学生遇到的问题组织学生讨论,引导学生主动思考、积极参与,共同解决问题。

3.2 实验成绩考核

根据综合性实验教学的特点,对学生实验成绩的考核不能照搬传统的基础性实验成绩评定办法,而应采用多项总和的方法进行考核。仪器分析综合性实验的考核主要包括查阅资料、实验方案、合理运用实验原理、实验操作、分析数据、实验结论、团队合作、汇报、实验报告等,

各项考核的权重为:查阅资料、实验方案、运用实验原理、实验操作及分析数据共占60%,实验报告占20%,汇报占10%,团队合作占10%。

4 效果与讨论

上述实验项目被化学和化工两个专业的2010级和2011级的实验教学采用后,取得了较为明显的成效。

4.1 提高了学生的基本科研实验能力

提高了学生查阅文献资料的能力,丰富了学生的知识面,培养了学生的合作能力和团队精神。教师的科研项目具有知识的综合性特点,反映了相关学科的新进展、新技术,而基于教师的科研项目开发的综合性实验能使学生学到更多理论和实践的知识。

在完成六盘水民族药头花龙胆中龙胆苦苷和重金属Pb、Cd含量分析的综合性实验中,学生需要查阅天然化合物的超声波提取技术、微波消解中药技术等大量文献资料,而这些知识在一般教材中介绍较少。通过实验,不但大大提高了学生查阅文献资料的能力,还丰富了他们的知识面,也培养了他们的合作能力和团队精神[3]。

4.2 培养了学生的动手能力和实际应用能力

综合性实验是一门课程中多方面知识或多门课程知识的综合性应用,在实验过程中由学生自主思考和决策,强调的是学生的主体作用,这有利于提高学生学习的积极性和主动性,培养学生的动手能力和实践应用能力。

综合性实验实施后,学生更加善于提出问题、发现问题和主动探讨问题,创新能力、实践能力有了明显的提高。学生对综合性实验兴趣浓厚,一改过去做基础性、验证性实验时的状态,有了自主实验的感觉,真正锻炼了实践动手能力。

实践应用能力的提高在2010级、2011级化学专业学生到六盘水食品药品检测所专业见习期间体现得尤为突出。在见习期间,检验技术员交给学生的检测项目,学生几乎都能独立完成,因而得到了该所的领导和检验技术员的充分肯定,同时学生的自豪感也明显增加。

4.3 提高了学生使用现代仪器设备的能力

综合性实验大大增加了学生使用现代仪器设备的机会,提高了仪器设备的利用率。通过教师科研项目开发的仪器分析综合性实验项目,能够充分利用仪器设备,增加学生对现代仪器设备的接触和使用机会,使教学内容更具先进性,并且与科研相互促进,也为学生在完成毕业论文和就业岗位熟练使用现代化仪器设备打下坚实的基础。

5 结束语

实践证明,基于科研项目开发具有地方特色的仪器分析综合性实验是可行的、正确的。它不但能充分体现实验教学改革中教学与科研的相互促进作用,还可以促进建立新型实验教学平台,为应用型人才培养提供有力的保障、打下坚实的基础。

References)

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[5] 李艳玲.综合性设计性实验的开设与管理[J].实验室研究与探索,2008,27(8):110-111.

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Comprehensive experiments of instrument analysis based on development of scientific research projects

Wu Hanfu, Tian Ling, Li Zhi, Wang Yihong, Chen Dingmei, Li Jinhui

(Department of Chemistry and Chemical Engineering,Liupanshui Normal College,Liupanshui 553004,China)

The two comprehensive experiments are developed based on scientific research projects and implemented in the major of Chemistry and Chemical Engineering. The implementation results show that the comprehensive experiments can not only be beneficial to cultivate college students’ manual dexterity ability,application ability,cooperation ability and team spirit,but also increase the utilization ratio of instruments and equipment. Therefore,it is an effective way of experimental teaching reform by developing instrument analysis comprehensive experiments with local characteristic that are combined with teachers’ scientific research projects.

instrument analysis; comprehensive experiment; experimental teaching

2015- 02- 09

贵州省质量工程-贵州省高等学校教学内容和课程体系改革培育项目(黔教[2012]426035)

吴汉福(1972—),男(土家族),贵州沿河,硕士,副教授,主要研究方向为资源化学与环境污染控制.

E-mail：gzlpsyh@163.com

G642.0

B

1002-4956(2015)10- 0175- 03