仪器分析实验教学改革与设计

欧阳科，谢 珊

(中南林业科技大学 环境科学与工程学院，湖南 长沙 410004)

仪器分析实验是理工科专业的一门重要的基础实验课程，是学生了解仪器的原理和结构、掌握操作方法的重要途径[1]。因此仪器分析实验课程是许多专业，如应用化学、药学、环境工程、林学、生物工程等的基础课或必修课，该课程的学习能为学生将来从事分析测试等相关工作打下良好的基础。

1 仪器分析实验课程教学概况

总体而言，各高校相关专业所开设的仪器分析实验课程虽然侧重点有所不同，开出的实验种类和涵盖的分析方法各异，但实践教学过程中或多或少都面临着相同的问题。

1.1 设备数目少，学生上机严重不足

鉴于长期以来形成的“重理论、轻实验”的不良风气，对实验教学不够重视，相关的学生教学实验仪器和场地配套不足，再加之相关的大型仪器设备较昂贵，其运行成本较高，且易损耗，受经费限制，对学生教学实验开放较少，一般以演示实验为主，即老师或者相关实验操作人员实操，学生观摩为主[2]。这种教学方式显然不利于学生掌握相关的操作过程和技巧。

1.2 仪器分析实验内容陈旧

仪器分析实验，缺少创新性和探索性，大部分内容十几年不变，不能跟上仪器科学和现代测试技术的发展速度，以经典实验和验证性实验为主，探索性和创新性实验较少，这种实验教学模式不利于培养学生的创新思维，也难以激发学生的主观能动性，学生机械地按照教材和老师要求的步骤完成实验，不利于引导和激发学生的爱好，不利于培养和锻炼学生综合素质。

1.3 实验课程的理论性太强，考核方式与实验掌握程度不匹配

实验过程中大多数学生被动地做实验，仪器基本自动化，仪器结构和原理等理论知识学生难以理解，重理论，轻实验。考核往往注重实验报告的书写和实验结果的准确性，对仪器分析过程的规范性考核不足。另外大部分高校的实验课程平时成绩占一半或者更多比例，而实操部分所占比例相对较小，同时近年来虽然不同程度的加大了实验课程所占学分比例，但依然偏少，这也影响了学生对仪器分析实验课程的积极性。

2 课程改革思路

2.1 改革教学内容，调整实验结构

减少验证性实验的比例，增加综合性实验。传统的仪器分析实验教学内容陈旧，不能适应现代分析的要求。仪器分析主要包括光化学分析方法、电化学分析方法、色谱法，包含的仪器种类繁多，原理各异。教师教学过程中要要注意知识面的扩展，由点及面，引导学生将所学的各学科知识联系起来。比如电化学分析法测试pH值，实验操作太过简单，不利于发挥学生的主观能动性。我们根据中南林业科技大学环境科学与工程学院的主要科研方向和专业设置的特点，对实验内容进行调整和补充。选取应用性强与人们生产生活密切相关的实验项目。比如 “采用pH计测试土壤样品pH值”、“采用紫外光谱法检测常见饮用水中的特定有机物含量”、“原子吸收测定稻田土壤中重金属含量”等实验项目，让学生自己去找样品而不是老师配好样品，同时加大了样品前处理工作量，激发了学生兴趣，寓教于乐，取得了教学相长的效果。实验内容的修订和调整，增强了实验内容的综合性和创新性，进而提高了学生分析问题和解决问题的能力。

2.2 应用多种教学方法、模式和考核手段

仪器分析实验包含验证性、设计性和综合性3种类型[3-5]。目前的仪器分析实验教学过程中验证性试验的内容所占的比重较大。一些大型仪器，比如高效液相色谱、气相色谱，ICP-AES等实验，学生一般按部就班地进行实验，分析问题，解决问题的能力相对较差。因此在具体实验过程中，应该加入相关的样品前处理和仪器的常见故障分析与排除等内容，另外教师宜引导学生解决实际问题，对同一个实验要有举一反三、灵活运用。比如高效液相色谱测定水中有机物的实验过程中，对于基线漂移、出峰时间与标样差异等问题。教师应该与学生进行讨论式教学和引导，解决具体问题，这样学生会有较大的参与感而不是简单完成老师布置的作用，对自己的实验抱着很大的热情。当实验结果达到预期效果时，会发自内心的感到一种成就感。

在中南林业科技大学，环境工程专业的仪器分析课程在大二上学期开设，结合学校的科研兴趣小组活动，教师以某种仪器分析实验作为科研主题，自行设计实验内容，教师可以依据学生所提交实验方案的创新性和可行性，实验难度和准确度指标给学生成绩。通过这些学生自己设计的创新性实验开展，使学生在初步实验技能的基础上扩展了仪器分析实验的内容，把所学的包括仪器分析在内的多种学科知识内容融合在一起，并独立地分析、理解和运用，这不仅有助于学生掌握仪器的分析方法和使用技能，并且在很大程度上提高了学生的实际科研能力[6-7]。

2.3 设置虚拟实验室、改革课程考核评价方法

仪器分析实验涉及多类大型仪器，通常教师会强调仪器的贵重，这往往使得学生不敢动手实际操作，怕将仪器损坏产生经济赔偿的后果，并且学生往往对这些复杂仪器的结构及操作方法比较陌生。为减少仪器的损坏、同时提高仪器分析实验的教学效果，在课前教师可以先拍摄仪器操作的教学视频供学生随时观看，同时以实验室仪器设备为蓝本，合作开发仪器分析虚拟实验室，利用仿真实验室技术让学生在电脑上先进行模拟操作。同时鉴于一般学生难以对贵重仪器进行拆解，不了解仪器内部构造，通过仿真技术，学生可以了解实验设备的内部结果和原理，进而加深对操作步骤和注意事项的理解。仿真实验提高了学生的操作技能，也为开放式教学奠定坚实的基础[8]。

同时应该对仪器分析实验教学评价体系进行改革，以教学过程考核为主，参考教学结果进行考核。本院的仪器分析实验评价体系里一般分为预习报告成绩、平时操作成绩、实验报告成绩和考试成绩，分别占比20%、30%、20%和30%。通过预习实验报告的检查，来了解学生预习的情况，占20%。实验过程中对学生的操作具体情况进行记录，尤其关注学生对实验过程中的问题和突发状况处理情况，来确定学生的平时操作成绩，这项指标占据整个分数的30%。根据学生的实验报告结果和分析来确定学生实验报告成绩，占20%。最后学期末的考试让每个学生单独操作实验仪器，确定成绩。多元化的评价体系可以较客观的反映出学生的真实学习水平。

3 结语

综上所述，仪器分析实验课程是一门实践性很强的课程，对该课程的改革可以促进提高学生的动手能力，培养学生的创新能力。从当前兄弟院校的人才培养方案中学习先进方法，结合我院的专业设置和重点学科方向，根据实际情况科学合理的设置教学大纲。通过对教学方法的改革、实验内容的精选以及评价体系的完善，激发了学生对仪器分析实验课程的兴趣，培养学生的实操技能和科研素养，进而提高学生的创新能力。