现代仪器分析应用的教学与实践模式探讨

陈晓霞+赵叶+杨晓华+田宝勇+唐二军

摘要：针对不同专业学生的需求，开设不同的仪器教学，从实践和应用角度出发，减少理论授课课时，增加学生实际操作时间，使学生真正掌握仪器操作方法，提高学生的操作技能，为将来的实际工作打下良好基础。

关键词：现代仪器分析；实践型教学；分析测试中心；开放性实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）51-0120-02

随着科学技术的发展，各学科知识的相互渗透，分析测试技术已经发展为一门独立学科——仪器分析。仪器分析作为现代化的分析测试手段，正在日益广泛地为科研和生产提供大量的有关物质结构和组成的信息，成为科研工作和日常检测不可缺少的组成部分。因而，仪器分析课程现已成为高等院校中许多理工科专业的重要课程，是一门理论和技术含量很高的应用性很强的学科[1，2]。

一、仪器分析教学现状

仪器分析课程的传统授课模式包括课堂教学与实验课程两部分，大部分高校以往的有关现代仪器分析课的教学往往偏重理论教学，特别是对仪器基础知识的课堂讲述；在实验课程中，由于缺少大型精密仪器参与，实验部分通常难于进行。大部分教学只能止于纸上谈兵，极少注重学生动手能力和解决实际问题能力的培养，这就使得学生在仪器分析课程的学习中难以做到理论联系实际，致使教学效果差[3，4]。

河北科技大学为突出学校的办学特色和提升科研层次，近年来加大了教学和科研方面硬件设施的投入。专门成立了为教学科研服务的分析测试研究中心，中心集中了学校的大型精密分析仪器。中心成立初期，因为大型分析仪器价格高、运行费用高、对使用者有一定的精细度的要求，并且传统的模式要求大型仪器专人专用等问题，也出现了大型仪器被神秘化、高端化、利用率低的现象。如何让这些高精尖的硬件设施发挥特长，更好地参与到教学科研当中，打破教学院部和非教学部门的界限，成为分析测试研究中心面临的重大问题。

目前，高校急需培养学生的创新精神和实践能力。针对现代仪器分析课程，如何改进传统的教学模式，使学生能够理论联系实际，提高教学效果，实现实践型的教学模式，不仅是现代仪器分析教学需要解决的问题，也是高校面临的一大改革[5，7]。分析测试研究中心在这种大背景下，开设了《现代仪器分析及应用》课程：主要立足于分析测试中心的现有仪器设备，充分发挥测试中心“仪器全、人员专”的特点，重点讲解现代分析仪器的实际应用、使用方法和制样技术。教学方式上也打破传统教学模式，实验室和大型仪器面向学生开放。通过该课程的学习，学生能够参与到实际样品的测试过程当中，熟悉各项仪器的操作方法，并能够运用课上所学知识进行分析测试，提高了实际应用能力和动手能力，为其在今后的就业中打下良好的基础。在教学中采用理论联系实际的方法，教学内容立足现代仪器分析的实例，介绍仪器的用途和实用技术，并安排一定学时的现场演示和操作。

二、根据专业需求，调整教学内容

我校重点学科专业是化工制药、食品科学、环境科学和材料等，根据其专业涉及较多的检测，大体可分为色谱类、光谱类等，可对有机、无机化合物进行定性、定量分析和结构分析。还有一些新型纳米材料的性能评价和结构表征等，主要是靠高分辨率扫描电镜和X-衍射仪等仪器来完成。根据校内的各专业特色，学校集中配置了各类分析仪器。如何让这些高精尖的分析仪器和教学很好地结合，使学生不仅获得一定的理论知识，还掌握相应的实际操作技能。因此我们开展的现代仪器分析课程的内容也根据专业特色划分为以下几大类别，让这些仪器设备参与到教学当中。

1.色谱学类。高效液相色谱仪、气相色谱仪、液相色谱-质谱联用仪、气相色谱-质谱联用仪、氨基酸分析仪和离子色谱仪、毛细管电泳仪等仪器的原理介绍和操作使用。

2.光谱学类。原子吸收分光光度计、原子荧光分光光度计、电感耦合等离子体发射光谱仪、红外-拉曼光谱仪、紫外-可见分光光度计等仪器的原理介绍和操作使用。

3.波谱学。核磁共振技术的简介和实际应用。

4.材料学部分。高分辨率场发射扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射仪、激光粒度分布仪的简介和实际应用。

理论课程以“轻原理、重应用”的原则作为授课内容，使学生在理论课上适当了解各仪器的基本理论之后，着重介绍仪器的典型分析方法和实际应用。然后让学生走出教室，进入实验室。实验课上，以大型仪器为教具，以实际样品的测试过程为教学内容，让学生动手操作大型仪器，真正做到将仪器理论知识和实际操作相结合，一边操作一边讲解要点，让学生既加深了理论课上的分析原理的印象，又通过实际动手获得了技能方面的能力。通过这样教与学的互动，真正做到了理论和实际相结合。

三、分析测试中心的教学优势

1.采用多位专业教师协作授课的方式。分析测试中心首先实现了大型仪器设备的专管共享。所有仪器专人专管专用，责任落实到人，面向全校范围的各科研小组提供测试服务。这不仅有效提高大型仪器设备利用率，最大程度地发挥大型仪器设备的效益。同时中心也打破校内界限，走出了校门，面向全省乃至外省，面向企业和社会，作为第三方，申请了河北省计量认证资质，为社会提供公正数据，服务于区域经济建设。同时利用测试中心实验室自身“仪器全、人员专”的特点，开设《现代仪器分析课程》，针对现代仪器分析课涉及的多种分析仪器，由多位专业操作教师来分别承担此门课程的授课工作。根据每个老师精通的不同类型仪器，给学生介绍本领域最新的研究进展，介绍自身在科研和测试工作中遇到的各种实际问题和解决方案等宝贵的工作经验。同时开放实验室，让学生亲自动手，在老师的一对一个性化指导下，进行实际样品的操作，这样既丰富了授课内容，又有效地理论联系实际，提高了学生的学习积极性，学生普遍反映教学效果良好。

2.及时更新授课内容。目前对于各高等院校的现代仪器分析课程普遍存在一个教材滞后于时代的现状，教材上只反映出一些相对固定的内容，重点突出各仪器发展历史以及原理的讲解，很难展示这门学科的最新进展。而随着科学的进步，分析仪器的发展更是突飞猛进，仪器更新换代的周期也越来越短，仪器可开发的功能也越来越多，应用技术的范围越来越宽，传统的仪器分析教材内容知识更新速度慢，远达不到仪器发展的速度，更达不到应用技术的扩展速度。为此，中心在教学内容上做了大胆的尝试，抛开现有的仪器分析教材，各专业教师根据自己仪器发展特色自己编写课件，在课件准备中各主讲老师在授课内容中更多加入大量新型仪器图片和视频展示，使学生不仅对现代仪器有更加直观的了解，更关注仪器的最新动态和发展趋势。同时再引入社会热点的分析测试实例，例如：在高效液相色谱仪的授课中引入奶粉中三聚氰胺、瘦肉精、苏丹红等的检测；原子吸收仪器的授课内容中引入胶囊壳中铬、环境中的铅含量的测定等等。去除了大型分析仪器的神秘性，大大增强了学生的学习兴趣，并使其能更加积极主动地深入学习。endprint

3.改进教学模式，引入开放性实验。除了课堂教学外，根据分析测试中心现有仪器设备的不同情况，设计了个性化辅导方案。具体为开放实验室，让学生带着问题或者样品进入到实验室，老师根据样品情况指导学生设计具体测试方案，并指导学生自己动手，大型仪器为教具，分析测试学生的样品，并对数据和图谱进行分析和讲解，使学生它不仅有理论上的认识，还学会具体问题具体分析，参与到样品分析的全过程。同时还学会对实验现象的合理判断，对数据的取舍的判断等。另外对于不同领域的实验室和大型仪器，安排一定学时的现场演示和参观，作为知识拓展方面的教学目的，使学生了解仪器分析方面发展的前沿。这样的教学方式和课程设计，学生链接并掌握更多的仪器运用和使用能力。学习和互动相结合的方式培养了学生的积极参与意识，使学生们了解并掌握更多仪器并能够熟练、灵活地运用这些仪器来分析解决问题。

4.引导学生参与科研实践。个性化培养和创新能力的开发是现代高等教育的发展趋势。对于部分有兴趣有能力的学生，对其开放仪器设备具有一定的针对性和方向性，引进个性化辅导的方式，让学生在专业老师的指导下，精选一部仪器，使其更深入地参与实际仪器测试，可以把自己在理论课上设计的测试方法进行实践应用，学会仪器的操作以增强学生的实践能力，并引导学生自助式设计科研题目，尝试进行科学研究，满足不同层次学生的需要。

四、小结

高校仪器分析教学主要由各专业老师通过课堂教学进行讲授，但授课老师对仪器操作经验少，学生实际操作机会少，不利于学生实践技能的培养。由分析中心的专业测试老师教授“现代分析仪器操作与应用”课程，通过减少课堂理论课时，增加实际操作的环节，设计个性化辅导方案，有针对性提高学生的实际操作能力，可让学生真正掌握现代仪器操作使用方法，使学生真正学会仪器的操作，该模式可明显提高学生实际动手技能，有利于学生实践技能的培养。

参考文献：

[1]刘晓宇.食品质量与安全专业中，仪器分析教学的探讨[J].华中农业大学学报，2007，68，（2）.

[2]张静，刘芬芬，龚波林.基于中美两所大学仪器分析实验课程比较的思考[J].实验技术与管理，2012，29（8）.

[3]袁慧，于兆勤，秦哲.新形势下培养提高工科学生工程实践能力的认识与实践[J].高教探索，2007，（2）.

[4]时伟.论大学实践教学体系[J].高等教育研究，2013，34（7）.

[5]姚利民.高校教学现状调查分析[J].高教探索，2007，（7）.

[6]刘廷风，杨凤，李红艺.环境工程专业仪器分析课程教学存在的问题及改革措施[J].高等教育研究，2009，26（1）.

[7]张家栋，李晓林，郭万喜.高校分析测试中心管理体制初探[J].实验技术与管理，2009，26（6）.endprint