仪器分析课程教学方法的创新与实践

赵东宇

摘 要：仪器分析课程是我校化学、应化、环境工程等专业学生的基础课程，也是许多学科进行科学研究不可缺少的关键手段，在教学、科研、生产和生活实践中具有重要作用。传统的仪器分析授课具有理论性强、枯燥抽象、学生不易接受等缺点。文章介绍了通过更新教学内容、改进授课方式、将课堂教学与实际应用相结合等措施，对仪器分析课程进行教学改革的情况，为提高大学仪器分析课程教学质量提供帮助。

关键词：仪器分析；教学内容；教学改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）04-0064-02

Abstract： Instrumental analysis course is not only a basic course for the chemistry， applied chemistry and environmental engineering students of our university， it is also an indispensable key means for the scientific study of many disciplines. Accordingly， instrumental analysis course has great influence in education， scientific research， production as well life practice. Conventional teaching of instrumental analysis course has many shortcomings such as strong theoretical knowledge， less interest and not easy to accept for the students. In this paper， the teaching reform situation of the course was introduced by means of updating teaching contents， improving teaching ways and incorporation of classroom teaching and the practical applications. This paper will be helpful for improving the quality of teaching of instrumental analysis course in university.

Keywords： instrumental analysis； teaching contents； teaching reform

一、仪器分析课程教学中存在的问题

仪器分析是研究运用现代科学理论和实验技术分离、识别与测定物质的组成、种类、成分与含量及其化学形态的科学， 是分析化学的重要组成部分[1]。同时随着仪器的普及， 这门学科在科研和生产实践中的应用也越来越普遍[2-4]。《仪器分析》课程是一门理论和技术含量很高的應用性学科，是我校化学、环境工程、应化等专业学生的一门重要的基础课程，其主要教学内容包括光学分析法、电化学分析法、色谱分析法及近代分析技术等。该课程体系汇集了多学科的最新理论知识和最新研究成果， 理论深、教学内容涉及面广， 实践性强、更新快、难度大， 需要结合专门的仪器分析实验进行教学。因此，对仪器分析课程的教学进行改革，不仅满足学生对仪器分析基本理论及新知识、技术的学习要求，使未来的工作更加得心应手，更将有利于学生从事研究生阶段的科学，相应的教学改革已势在必行。

目前，仪器分析教学中存在的主要问题是[5，6]：（1）理论知识较为枯燥，学生觉得抽象、不好理解。由于仪器分析包涵了了物理学、光学、电子学、物理化学、计算机科学等众多学科的知识， 内容非常广泛，有些还涉及量子化学等艰深的理论知识，学生要在短时间内真正掌握很困难；（2）教材的针对性不强，有些地方内容陈旧，跟不上分析仪器的快速更新换代，学生的学习兴趣难以激发出来；（3）仪器分析课程涉及的分析方法众多，容易混淆。如光谱分析法和色谱分析法、气相色谱法和液相色谱法等，这些方法名称只一字之差，但原理和仪器完全不同，“差之毫厘谬以千里”学生不易分清；（4）课程的逻辑性不强。各种仪器分析方法的原理和操作方式内在联系不明显，知识点较散，不易抓住重点，难以记忆；（5）实验教学与课堂教学不同步。所以课堂讲到仪器组成结构及工作原理这部分内容时只能纸上谈兵， 学生觉得枯燥。并且随着新的分析技术和新仪器的不断出现，需要对课程内容随时进行更新。总之，仪器分析是学生学习过程中普遍感到较难掌握的一门课程。因此，针对以上特点，我们在保证仪器分析主干教学内容基本完整的情况下，在教学大纲的调整、教学内容的讲授、课堂教学与实际应用相联系及考核体系的多元化等诸多方面进行改革探索，获得了较好的教学效果。通过此次教学改革，提高了学生学习兴趣和动力，加深对仪器分析课程的理解，解决教学中存在的问题。

二、对现有问题的改革措施

（一）更新教学内容

目前的仪器分析教材主要涉及的内容有光学分析法、色谱分析法、电化学分析法、质谱法等。我们根据化学与环境学院的学科特点，在现有的教学内容基础上，增加了很多新仪器的和新的分析技术的介绍，使学生充分了解分析仪器的最新研究成果和和发展趋势。例如，红外光谱是一种用途广泛的分子光谱，在有机物的分析和鉴定中有着极为重要的应用。传统红外光谱分析中非常关键的一步是样品的制备。我们在教学中除了学生向讲述了红外光谱法的基本原理、仪器构造和制样方法-KBr压片法以外，还向学生介绍了最新的显微红外光谱技术。这种先进的红外光谱技术不仅检测灵敏度比传统的红外光谱法高，最重要的是制样简单，免去了传统方法用KBr压片制备样品的麻烦。我们在授课前录制了用显微红外光谱仪对样品进行测试的录像，当在课堂教学中放映时，学生们看到利用这种新技术可以对样品直接测试，表现出了极大的兴趣，收到了很好的课堂效果。此外我们利用学院的仪器资源，还为学生录制讲授了最新型的紫外可见分光光度计的使用，使他们了解了这种传统的分析仪器所使用的新技术。此外在讲授传统的气相色谱、高效液相色谱等章节时，向学生介绍了目前流行的气相色谱-质谱连用及液相色谱-质谱联用技术，使学生对日新月异的新分析仪器有了了解和认识，提高了学生的学习兴趣，拓宽了知识面。

除了增加新仪器和新技术的介绍外，我们在很多章节的概述部分精心安插了仪器发展史的介绍，这些仪器分析方法背后的故事，激励了学生在仪器方面的志趣，激发了学习积极性。例如在讲述质谱法一章时，给学生介绍了质谱仪的发明者阿斯顿发明质谱仪的历史。阿斯顿是英国物理学家，长期从事同位素和质谱的研究。他首次制成了聚焦性能较高的质谱仪，肯定了同位素的普遍存在，并因此荣获了1922年的诺贝尔化学奖。当学生听到阿斯顿为了证明同位素的存在，数度攻关，最终设计出一个包括有离子源、分析器和收集器三个部分的可以分析同位素并测量其质量及丰度的新仪器-质谱，并最终揭示了同位素的奥秘时，都对这种科学探索精神非常感动，亦表现出对仪器科学发展史的濃厚兴趣。通过上述的课程内容的革新，精炼了课程内容，使学生接受到“广而精”的仪器分析基础理论教育，受到广大学生的欢迎和好评。

（二）丰富教学方式， 结合多种授课手段提高教学质量

由于仪器分析课程枯燥内容多，我们在教学中采用了多种授课手段。讲授法，问答法，探究法和演示法结合运用，取得了很好的教学效果。除了课上的正常讲授，我们每节课都抽出一定时间，用于同学生的问答，加深了对所学知识的理解和记忆。演示法也是我们常用的一种授课手段。例如上文提到的对于新型仪器，我们专门请研究人员演示如何操作，并把操作视频和讲解录下来，给学生以非常直观的印象。

（三）将所学课程与实际应用相结合

仪器分析是门应用性很强的学科，广泛应用在生活和生产当中。无论是在药物分析、食品检验、大气检测还是石油化工、体育检测中都离不开分析仪器。为了让学生对于分析仪器的用途有深刻认识，我们在授课之外，指导化学、应化、环境工程三个专业的学生各完成1项与分析仪器有关的课题的调研报告。通过调研核磁共振谱在疾病检测中的应用，学生了解到核磁共振作为当前临床疾病诊断中的一种常用手段，目前已经在诸多的疾病诊断中得到了较好的应用。通过核磁共振成像所获得的图片能够通过直观了解到机体内部的病理变化，为脑部疾病及肿瘤等很多疾病的诊断提供有力的依据。而对食品安全检测的调研发现，仪器分析在食品安全中所起的作用更是巨大，涉及气相色谱、液相色谱、质谱等很多仪器分析方法。在食品安全检测中，很多样品可采用气相色谱仪进行定性及定量分析，如蛋白质、氨基酸、核酸、糖类、脂肪酸、农药残留等。而高效液相色谱法应用于食品安全检测领域，可以对食品中各类营养成分及含量进行分离和测定，另外还可以对食品中残留的一些有害的微量物质及在食品腐败过程中产生的各种毒素进行分析。在调研中学生还了解到近年来面世的很多新型专用的高效液相色谱仪，如氨基酸分析仪、糖份分析仪等，在检测食品中的营养成分及污染物等方面得以充分应用。而质谱技术在食品安全检测中发挥着越来越大的作用，其主要通过气相色谱-质谱联用，高效液相色谱-质谱联用，超临界流体色谱-电感耦合等离子-质谱联用等来实现。环境保护是现代社会普遍关心的问题。我们对环境工程的专业学生提出的色谱分析在环境监测中的应用的课题，引起学生的研究兴趣。在调研中学生发现，环境监测化学的发展极大地依赖于仪器分析技术的进步。气相和液相色谱作为经典的分离技术和分析方法，以其强大的分离效能、快速灵敏的检测能力和准确有效的测定结果，在各种常规污染物监测分析，包括监测水质中的污染物、监测土壤中的残留农药、监测空气中的有毒气体等等方面取得了巨大的成功。通过对这些与日常生活密切相关的分析仪器的使用调研，学生认识到先进的仪器分析方法在医学、环保及食品领域的重要地位和发挥的巨大作用，大大加深了对仪器分析课程的理解和认识，提升了学习兴趣。

（四）改革考试方式

仪器分析是一门实用性很强的课程，需要对仪器原理的理解，不适宜死记硬背。多元化考核体系的建立，可以全面考查学生对知识的掌握和运用能力，增强学生的创新和实践能力。我们通过改革考试方式，建立了多元化的考核体系。将考勤、平时作业、课程发言、参加教学活动、小型项目、课程论文、报告、设计或方案，闭卷或开卷考试等表现，作为综合考核成绩。取得了良好的效果，达到了提升教学质量的目的。

三、结束语

我们通过更新授课内容、丰富教学方式，将课堂理论与实际相联系及完善考核方式等多种手段结合运用，对仪器分析课程进行了改革尝试。经过这些改革措施，学生的学习兴趣得到提升，对于学习仪器分析不再是纸上谈兵的感觉，对于课程的积极性大为提高，收到了显著效果。但是仪器分析课程的教学改革是一项长期的任务，所面临的问题也不是一次教学改革所能全部解决的，在今后的教学中还需要不断探索。

参考文献

[1]朱明华.仪器分析[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]陈景文.理工科院校仪器分析课程教学改革探索[J].大学化学，2010，25（1）：29-31.

[3]宋健，史晓敏.科技资讯[J].2011（9）：196.

[4]王霆，张锋，李 ，等.基于不同专业背景的仪器分析教学改革初探[J].化学教育，2014，35（2）：41-43.

[5]徐鹏.仪器分析教学改革探索与研究[J].中国现代教育装备，2011（7）.

[6]甄淑君.仪器分析课程教学改革思考[J].西南师范大学学报（自然科学版），2013，38（3）：168-170.