结合仪器分析课程教学,培养学生的创新意识

周美杨 苍 晶

[摘要] 《仪器分析》是一门重要的新兴学科,是医学、药物学、化学及生命科学等相关专业的重要专业基础课程,该课程的教学对于培养学生的创新意识具有积极意义。本文从重视绪论和概述的讲授、解析前沿仪器分析技术角度,讨论了怎样结合课程教学培养和提高学生的科学精神和科技创新意识。

[关键词] 仪器分析 创新意识 课程教学

仪器分析学科的发展历程,是科学思想和创新意识应用于新工具、新方法,并用之解决新问题的典型个案。作为涉及环境安全、食品安全、化学、医学及生命科学等多个自然学科专业的硕士研究生的专业基础课,仪器分析这门课程除了教授学生在科研工作中所必需的仪器分析原理及实验技能外,还应该结合课程教学的实际,努力通过启发和引导式教学激发学生的创新意识,培养学生良好的科学精神和科研能力。

一、重视绪论和概述的讲授

绪论和每部分的概述分别是仪器分析课程和某一类分析方法的总述,对于相应部分的内容来说,这些总述都是相当重要的开篇引论,起着提纲挈领,贯穿全篇知识结构的作用。因此,应格外予以重视,重点讲解,而绝不应视为可有可无,草草带过。在讲授绪论的过程中,为了激发学生的学习热情,开阔学生的视野和科研思路,笔者选择仪器分析的发展简史作为重点讲授的内容。在仪器分析发展史中,有许多位科学家因其在仪器分析领域作出的杰出贡献而获得诺贝尔奖。这些科学家以及他们的贡献对于近代科学技术的发展有着举足轻重的推动作用。1945 年,以Bloch 和Purcell 为首的两个课题组同时发现了核磁共振现象,并共同获得了1952 年的诺贝尔物理学奖;2002年,Kurt Wuthrich 教授获得了诺贝尔化学奖,贡献是研究出应用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的新方法。核磁共振技术能够提供分子空间立体结构的信息,已经发展成为分析分子结构和研究化学动力学的重要手段。在有机化学、生物化学、医学及药物化学等领域里得到了广泛的应用,反映出了核磁共振技术的飞速发展以及对于前沿自然科学研究工作的巨大贡献……通过对仪器分析发展简史的讲述,不仅使学生了解到学科发展的历史,杰出科学家们的卓越贡献以及仪器分析科学的发展给人类文明和科技的进步带来的重大影响,同时也大大激发了学生的学习热情、对专业的热爱以及为科学献身的崇高理想。

二、重点突出仪器分析学科理论联系实际的特点

仪器分析是一门实用性和实践性很强的学科。当今,从尖端的航天科技和生命科学的研究到百姓最关注的食品药品和环境安全等领域无不渗透着它的的痕迹。比如,圆二色光谱(CD) 和傅立叶变换红外光谱(FTIR)可提供有关分子结构的多种信息,辅以二阶导数、去卷积、曲线拟合等解析方法可以研究蛋白质的二级结构以及变化规律。近年来,应用FTIR和CD从分子水平的角度研究癌症的成因及有效的治疗药物成为生物医学领域的热门课题。

在教学过程中,笔者尤其注重结合自己的科研实际列举有关现代仪器分析技术在生命科学、生物制药、环境监测、食品药品检测等学生格外感兴趣的热门研究领域中的应用实例。如食品中化学添加剂的检测、近日来影响面极大的“三聚氰胺”事件、知名品牌化妆品“SKⅡ”中重金属超标等这些贴近学生生活实际,也是他们较为关心且与自身专业有紧密联系的问题,通过学习仪器分析这门课程之后都能得到解答。这样的讲解对于激发学生的学习兴趣、培养他们独立思考,发现问题、解决问题的能力都是十分有益的,同时也在无形中树立了学生严谨的科学思想,开阔了他们的科研思路,提高了他们的创新意识和科研能力。

三、综合运用各种课堂教学艺术

1.适当运用形象幽默的比喻

仪器分析课堂教学中,如果教师在讲授时适度运用风趣的语言、适当的比喻,就能使学生在轻松愉快的气氛中掌握知识。比如,在讲解仪器分析绪论当中关于准确度、精密度和精确度这几个概念时,因为概念不太容易理解且较易混淆,那么,笔者在讲解这部分内容时,运用了打靶的情况来比喻。打中靶子的子弹相互之间较为接近,但全部偏离靶心,这种情况就表示精密度很高,但准确度很低;弹孔之间分散在靶心周围的情况表示精密度低,但准确度较高;如果弹孔非常集中,且均匀分布在靶心附近,这种情况则表示精密度和准确度都很高,即精确度很高……这样,使学生对这几个概念有了深刻的理解和记忆。

2.合理运用启发式教学方法

英国教育家罗素说过:“一切学科本质上应该从心智启迪开始,教学语言应当是引火线、冲击波、兴奋剂。要有撩人心智,激人思维的功效”。启发式教学应该是一个在教师的启迪下,学生自主参与的过程。通过教授仪器分析课程既要使学生掌握本门课程的知识,更要努力开阔学生的思路,培养具有创新能力的人才。

在教学的过程中,教师不能仅仅只充当知识传授者的角色,同时也要承担起启迪学生思维、激励学生学习的兴趣和指导学生良好的学习方法的责任。例如,在讲授光谱分析法概述部分的时候,笔者引用“千丈虹桥望入微,天光云彩共楼飞”的诗句引导学生的思维,使学生通过这样的诗句联想到彩虹这种光学现象。然后,又接用乾隆皇帝“谁把青红绒两条,半红半紫挂天腰”以及纪晓岚续接的“上皇昨夜銮舆出,故而空中架彩桥”这一历史典故,引导学生联想起彩虹不同颜色的分布位置,进而从光学角度讲述引起这种现象的原因,进一步引出光的波粒二相性以及光与物质之间的相互作用。在这一连串的递进当中,层层引出光的性质以及光谱分析法的原理,利用光这种自然现象的原理设计分析仪器来为人类服务,这一过程本身就大大激发了学生思考的兴趣。学生自然积极认真地参与其中,感受到现有仪器设计的巧妙,体会到仪器分析的乐趣并自发产生设计仪器、改进仪器的愿望。

综上,仪器分析是一门理论与实践紧密结合的特色学科,它的诞生和发展体现着人类认识自然和改造自然的智慧与力量,其本身就是创新精神与创新意识在生产生活实际中的完美应用。因此,结合仪器分析的课堂教学,立足学科特点,顺应学科前沿的发展方向开展教学工作,同时在教学方法和语言艺术上大胆创新。这些方式不仅能让学生掌握学科的基本知识和应用技能,而且能让学生体会到,仪器分析法是解决现实复杂科学技术问题的重要工具,但还有很多难题无法用现成的仪器手段来解决,这就需要不断改进现有仪器,不断发明新的仪器,以满足科学研究的需要,对于培养学生良好的科学精神和创新意识具有积极的推动作用。

参考文献:

[1]杨胜喜,周原,李根容,李声时. 2002年诺贝尔化学奖“对生物大分子仪器分析方法的重大贡献”简介[J].生命的化学,2003,(2):126-128.

[2]何建川,王建华,文宗河,卫亚丽. 傅里叶红外光谱法在肿瘤分析中的应用[J].重庆大学学报(自然科学版),2004,(12):36-39.

[3]王光辉,熊少祥.有机质谱解析[M].化学工业出版社,2005.

[4]陈浩,李庆,李胜清等.仪器分析课程教学改革与实践[J].大学化学,2006,(3):20-22.

[5]张博,曹励民,景晓红等.仪器分析课程教学的几点体会[J].现代医药卫生,2006,(16):2591-2592.