仪器分析实验教学改革的探索与实践

姚新转 董旋 彭磊 吕立堂

[摘 要] 仪器分析实验是农学类、生物类、药学等专业大学实验课程的重要构成部分，其教学目的是使学生了解分析仪器的工作原理、实验方法、操作技术，掌握实验操作、实验现象的观察、实验数据的处理和实验结果的分析等技能，從中获得的操作、分析技能可以在茶叶生理生化的检测和土壤检测中得到应用。该课程在开设过程中通常面临教学课程枯燥难懂、仪器设备配置数量短缺（大型设备）及操作时间不够等问题，导致学生难以熟练掌握相关操作技能。针对上述问题，从优化教学方法、完善实验考核体系、加强实验队伍建设方面提出建议，以期提高该门实验课程的教学效果，提升学生的学习自主性。

[关键词] 仪器分析实验;教学方法;教学改革

[基金项目] 2019年度贵州省科学技术厅贵州省优秀青年科技人才项目“白化、黄化、紫化茶树品种茶叶品质提升关键技术研究”（黔科合平台人才〔2019〕5651）

[作者简介] 姚新转（1989—），女，安徽临泉人，硕士，贵州大学茶学院实验师，主要从事仪器分析课程教学和茶生物学研究;吕立堂（1978—），男，山东莱芜人，博士（通信作者），贵州大学茶学院教授，主要从事茶树资源创新与利用研究。

[中图分类号] G420   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2021）38-0067-04   [收稿日期] 2021-03-08

仪器分析是分析化学学科的主要组成部分，是一门实践性、技术性强的综合性课程，与国民经济的各个领域密切相关，被誉为工农业生产的“参谋”、科学技术研究的“眼睛”、国民经济的“尖兵”。通常采用特殊和复杂的仪器设备，根据参数的变化来判定物质的化学组成、结构和含量，在不同学科应用非常广泛[1]，是一门由多个学科彼此交叉、渗透发展形成的综合学科[2]。贵州大学的二级院系如生命科学学院、茶学院、药学院、农学院等均已开设仪器分析实验、药物检测分析实验等课程，理论结合实践，进一步培养学生的动手能力。

随着贵州茶产业发展壮大，茶叶人才的缺口逐渐显现，茶叶基础科研队伍、产品研发队伍、质量管理的专家团队和企业管理者队伍与茶叶大省的发展需求存在较大差距，因此茶产业相关方面人才短缺，急需一批具有丰富理论知识和一定动手能力的新一代大学生。贵州大学茶学院人才培养目标，要求学生能够利用现代技术结合现有仪器选择合理实验方案，对茶叶以及类茶中的有效成分、农药残留进行检测和分析。仪器分析理论课程内容复杂，学生理解困难[3]。实验课程的学习不仅可以让学生更好地理解书本知识，还可以让学生掌握相关仪器的操作流程、注意事项、使用后的维护等，促使其熟练地将所学理论知识和实验操作相互结合以加深理解，从而培养他们提出问题、发现问题、分析问题、解决问题的能力。熟练掌握仪器分析操作和分析数据能力将为学生后期专业课程如茶有效成分色谱和质谱分析、茶叶质量分析与控制的学习和未来工作奠定良好基础。本文主要分析现阶段仪器分析教学中存在的基本问题，并针对这些问题提出相应的改革措施，以提高本科教学水平，促进学科建设。

一、实验课程教学存在的问题

（一）实验教学存在的问题

仪器分析课程涉及的交叉学科较多，有些学科原理抽象难懂，实验仪器更新换代快速，实验技术革新快，学生学习困难[4]，也没有根据本科生的知识层次做相应的优化调整，很难激发学生的学习兴趣。同时，在学生学习时，侧重对实验室结果的要求，而忽略了对仪器操作熟练技能，以及综合性、设计性和创新性的实验要求，特别像色谱技术、光谱技术等主流分析技术教学还相对比较浅显，对学生今后的就业、继续深造或科学研究还远远不够[3]。总之，传统的实验教学严重阻碍学生动手能力、想象力和创造力的发挥，难以激发学生的学习兴趣，成为培养综合性人才的障碍。

（二）实验教学存在主要问题的分析

1.大型仪器设备短缺。本科院校普遍存在大型分析仪器配置不全的问题[5]，难以实现实验教学过程中人手一套仪器操作的目标。同时，由于上课专业、班级多，即便采用分组（12～15人）方式教学，但由于课程时间有限，也无法让每位学生系统地操作仪器，因此很难达到预期的教学效果。例如，我院该门实验课程的开设采用上述分组，2018级本科生总共60人，每班3人，2节课90分钟（15人一组，每班2组，45分钟）循环的方式进行，很明显存在部分学生仪器操作时间不够的问题，甚至部分学生产生厌烦心理，不参与实验。

2.学生实际操作困难。仪器分析一般是大二开设的课程，在这之前学生很难接触相关的仪器设备，更别说操作了。大型分析仪器较为昂贵、精密，通常使用前进行培训指导，需要严格按照规程操作进行实验，以达到维护保养、延长使用寿命的目的。

学生首次接触大型分析仪器时，由于不熟悉其构造、原理和操作流程，通常需要指导教师现场讲解仪器的构造、原理和操作流程并示范。而讲解这些步骤会大量占用学生的操作练习时间[5，6]，学生只知其然不知其所以然，不利于教学目的的达成和学习质量的提高。同时，虽然会提前进行仪器分析理论课程学习，但不结合仪器讲解，其原理抽象难懂，学习较为枯燥乏味。此外，分析仪器价格昂贵，灵敏度高，学生担心自己不规范操作或操作失误造成设备损害，增加维修费用，从而不愿动手操作，既降低了学生的学习的效果，又挫伤了学生的学习积极性。

3.部分实验前期时间长。很多大型分析仪器前期需要将样品进行预先处理，如检测茶叶中铅元素含量时须将样品烘干，打成粉末，过80目筛子，将样品中加入王水，放入消解炉消解5～6小时再进行后续操作;预先配制铅元素贮备液制作标准曲线，随后配制成不同浓度的铅元素标准溶液，绘制标准曲线。因此，仪器操作前，样品处理占用了大量的课程教学时间。此外，部分仪器对试剂溶液质量要求很高，现配现用，不能提前配制。例如，利用高效液相色谱仪检测茶叶中的茶氨酸含量，其流动相0.1%的磷酸溶液需要即时配制，首先将1mL优级纯磷酸定容至1L，随后通过水系滤膜抽滤除去溶液中存在的颗粒杂质，最后超声处理30分钟。这些过程共计需要约60分钟，占用了大量的课程教学时间，导致学生操作仪器的时间缩短，无法熟练掌握仪器的操作流程。