应用化学专业仪器分析课程改革与实践

李学琴 魏 玲

(1，2.昌吉学院化学与应用化学系 新疆 昌吉 831100)

《仪器分析(含实验)》课程是化学类本科生的主干基础课程，在自然科学研究领域中提供物质的静态和动态关键信息。仪器分析汇集了化学、物理学、仪表电子学、数学和计算机科学等学科的最新成就，已由单纯提供分析测试数据上升到从原始的分析测试数据或现场分析测试信号中最大限度地获取有价值的信息。随着科学技术的迅速发展，社会对仪器分析方法寄予越来越大的期望，并提出越来越高的要求。仪器分析方法包括的范围很广,限于教学时数,在取舍内容时,如何考虑应用化学专业所具有的一些特点,选取与专业联系最密切的内容进行教学,通过仪器分析的学习，使学生能基本掌握主要仪器分析方法和原理，并初步具有应用这些方法解决相应问题的能力，是值得认真探讨的。

一、仪器分析课程的现状及不足

1.教学内容的滞后，与应用化学、化工专业培养服务地方经济发展的培养目标相脱节

随着科学技术的进步和市场需求的提高，仪器分析方法发展日新月异，新仪器新技术不断出现。在教学中往往出现的问题是教材内容与实际应用脱节，教学效果不佳。

新疆大型石油化工、煤炭、精细化工等企业多数拥有较为先进的大型精密仪器。大多学生从学校走上工作岗位以后，不能很快适应新的环境和开拓创新的局面，即学生上岗后不能迅速顶岗，需要较长的适应过程。传统的仪器分析内容只对吸光光度法、原子吸收、电位分析、气相色谱分析等内容进行初步介绍。而对20世纪80年代以后迅速崛起的各种智能化、信息化分析仪器和波谱分析技术、联机技术等触及很少，甚至对现在广泛应用的高效液相色谱只作简介。然而后者正是现代仪器分析的发展方向，所以必须进行加强和完善。

目前仪器分析实验教学实施过程中，也存在着一些问题：(1)主要集中在验证性实验和规范化操作，缺乏科学的思维训练和创造性激励；在实验员和实验老师的准备下，造成实验的原理一闪而过(包括仪器的构造和工作原理)，仪器操作过程更是匆匆完成(部分只做演示实验)，学生在实验中完全缺乏主动性，使学生能力得不到培养和提高。(2)随着现代科技的发展和产业对分析仪器要求的提高，分析仪器正在向着高科技性、操作个人化、智能化发展，从而使它的价格越来越昂贵。如红外光谱仪、高效液相色谱仪、质谱仪、X射线衍射仪等，每台均为几万、几十万甚至几百万元。而且每次实验的耗材也要几十到几百元不等。(3)由于学校办学规模不断扩大，学生人数不断增加，原有仪器设备不足，仪器数量已不能满足教学需要。许多大型仪器设备只有一台，而且实验过程中学生往往只能观摩，根本无法保证学生独立操作。

2.教学技术较为单一

根据仪器分析课程涉及多学科、信息量大的特点，本门课程的基本理论部分采用传统板书教学的方式，涉及仪器的构造、工作原理、实验操作方法部分，学生学起来很抽象、难以理解。

3.新到大型精密仪器需要做好投入仪器分析教学的各项服务工作

随着新建本科院校的发展，大型仪器设备陆续到位，其中元素分析仪、红外光谱仪、气相色谱仪、原子吸收光谱仪、等离子体原子发射光谱仪、分子荧光光谱仪、电化学工作站等仪器分析实验教学设备，由于受到条件的限制，教师对新到高档仪器接触和使用的机会比较少，从而缺乏实践经验。为了使这批设备能够更好的为教学服务，提高大型设备的利用率。新到大型精密仪器需要做好相关指导老师的培训、补充和完善仪器展图、仪器操作说明、实验内容调整及方案的编写。

为适应社会的发展，提高学生就业时的竞争力，完善学生的知识结构，提升学生的综合素质,结合仪器分析发展的趋势、逐步到位的大型精密仪器更好的服务教学、应用化学和化工人才培养的目标、仪器分析课程存在问题来看，不断适应新形势的要求，进一步提高教学质量，已成为仪器分析课程教学改革的重要课题。

二、改革措施及实施效果

(一)教学内容的优化和调整

1.结合应化和化工专业特点调整教学内容

仪器分析飞速发展，新方法、新仪器层出不穷，应用日益广泛，要讲授给学生的知识内容确实很多，但贪大求全，一味灌输大量知识，效果并不佳，所以合理安排教学内容是非常重要的。结合专业实际，合理安排教学内容，突出实用性和科学性，把教学内容改革放在“两个衔接”和“两个结合”上，即与国家标准相衔接，与科研内容相衔接；与专业教育相结合，与就业市场相结合。(1)讲授内容比重重新合理分布。讲授内容围绕应用需要，考虑仪器分析发展的现状和专业就业特点，针对不同专业需要选择相应内容作重点讲授。(2)精心选择设计衔接点知识内容，精心制作多媒体课件。例如，国家标准的仪器分析方法不仅方法成熟、应用广泛，而且在一些事关百姓也影响国际的社会热点事件中角色位置举足轻重，比如苏丹红事件、松花江污染事件、SK一Ⅱ化妆品事件、奶粉的三聚氰胺事件等这些内容与专业教育和就业市场紧密联系，学生学习动力加强。另一方面，利用教师科研项目、本科生创新实践项目、综合性实验、设计性实验、开放性实验项目，使学生看得见、摸得着，学习兴趣浓厚。

2.突出内容的普及性和实用性[1]

仪器分析发展到今天，内容已十分丰富，如何合理安排教材内容是很值得探讨的问题。既要使教材内容与国际先进教材逐步接轨，又必须考虑到我国分析化学的现状。目前光谱分析、色谱及分离技术、电化学分析已成为主要三种分析手段，由此针对国内现状，较系统地、准确地讲授这3大部分内容对学生走向工作岗位及适应我国分析工作现状会有很大的帮助。如液相色谱及分离技术是仪器分析中发展最快、应用最广的领域之一。对于这一部分内容应加强。紫外可见光谱分析内容较成熟，仪器相对易得，属于普及型仪器分析方法。

3.突出内容应具有前沿性和新颖性

以计算机为代表的高新技术迅速发展，使高灵敏度、高选择性、高速化、高自动化、智能化的仪器分析代表着整个分析化学的发展方向；尤其近年来，由于电子技术的迅速发展和广泛应用，涌现出许多新的分析仪器和分析方法。应用这些新仪器新方法，能使测试的灵敏度、精密度大大提高，并扩展了仪器分析的应用范围。因此，要更好地培养学生的创造能力，跟上时代的步伐，在教学中必须在传统的光分析、电分析、气相色谱分析的基础上注意反映近代科学技术的新成就，保持教学内容的先进性，使之具备与时代相应的科学水平。

为此，在教学中我们着重解决的教学内容问题有：(1)在明确教学指导思想和教学目的的基础上，制定了新的教学大纲，并保持一定的灵活性和宽松度，为教师及时更新教学内容和教材内容留下余地，提供方便；(2)教师应该准确把握课程的基本思想，及时更新教学内容，反映先进、前沿的仪器分析的新方法和新技术。把知识传授的重点放在生产、科研和学术活动中应用最广、普及率最高、实用性最强的紫外可见分光光度分析法、红外光谱分析法、原子吸分光光度法、原子发射光谱分析法、电位分析法、气相色谱法、高效液相色谱法、核磁共振等常用仪器分析方法上。同时兼顾学科发展前沿，不断跟踪科研与教研新成果。

(二)教学方法与教学手段的突破和更新

仪器分析要突破传统的教学模式，紧紧围绕人才培养这一根本，从教学方法与教学手段上凸显实用性与科学性。

1 .在知识传授上突出重点，突破难点

仪器分析的课程教学要紧紧围绕仪器分析的基本原理、基本分析技术、仪器的基本结构和基本应用这条主线重点介绍学科的新理论、新方法、新技术和新成果，而对一些冗长的公式推演作出准确而恰到好处的简化处理，汇入一些颇具指导意义的应用实例，同时讲清难点和疑点。力求做到简明实用，重点突出，详略适当，深人浅出。例如，在光度分析法中要牢固掌握吸收定律及影响因素，正确地选择测量条件进行定量或定性分析；电位分析法的难点是离子选择性电极的响应机理，正确选择电极进行分析；色谱法在实际应用中的难点是固定相及相应操作条件的选择。在教学内容组织方式上要特别注意不同仪器分析方法、不同章节之问的相互联系及区别，理论联系实际，把课程教学与生产、科研的实践活动结合起来，把基础理论和前沿知识结合起来。

2.突出实验的先进性和实用性

目前，实验教学的方式采用的是“三定式”的实验教学，即在实验手段上采用规定好的实验路线和步骤，使用规定的仪器并在规定时间内完成实验，采用这种教学，学生没有选择余地，思维力和创造能力得不到发挥。为了让学生在“三式”的模式下按时完成实验任务，教师就得详细讲解实验，用教师讲解代替学生预习实验，这对学生创新能力的培养和综合素质的提高十分不利。为此，我们进行了开放实验室、提高大型仪器使用率、调整实验课教学方式等系列改革。

开放实验有三种选题方式：(1)公选题，是老师为学生提供的实验课题。此类提供实验方法的课题，主要是吸引大量的学生进入实验室，在加强基础训练的同时，通过实验培养学生的学习兴趣。(2)自选题，自选题是学生带着自己感兴趣的课题进入实验室，通过查阅大量的文献和资料，结合所学的知识论证课题的可行性，然后设计实验方案，经过审核合格，教师和工作人员尽最大努力配合学生完成其研究课题。这种实验给学生提供了施展才能和创造能力的空间，激发了学生实验的主动性积极性及参与性。(3)科研课题，此类课题多为教师的科研项目。例如，蔬菜中农药残留的测定方法研究，由于科研项目研究的都是本学科最前沿的问题，这会激发学生的学习热情、挑战困难的勇气和创新精神。同时，在教师的指导下独立解决问题，可以培养、锻炼他们独立工作的能力。总之，以学生为主体，教师加以启发、指导、管理的开放式实验教学模式，是对传统的实验教学思想的探索和改进。

3.采用启发式、讨论式教学方法和现代教学手段。

在仪器分析课堂教学中，内容与时间的矛盾尤为突出，采取传统的课堂教学方法既不能完成教学任务，也无法达到应有的教学效果。因而，在仪器分析教学中必须打破“一言堂”，“满堂灌”的传统教学模式，采用启发式、讨论式教学方法，通过课堂讲授演示、提问、讨论和课外讲座等多种形式启发和引导学生抓住重点，突破难点，明辨疑点，把教师的主导作用和学生的主体作用有机结合起来。

在仪器分析的教学中借助计算机多媒体技术可以降低学习难度，突破教学难点，加深学生对知识点的掌握，展示语言难以描述的内容，使抽象的内容具体化，复杂的内容简单化。由于一些分析方法的原理比较抽象、仪器结构比较复杂，借助多媒体技术可将抽象的变化过程以形象直观的图片或动画进行演示，从而给学生留下深刻的印象。在教学过程中除了可以运用Powerpoint、Flash等比较大众化的图形处理软件外，教师可以通过借助一些专业化学软件如Guassian03、Chemoffice、Chenwindow等构建和演示分子的三维立体结构模型，让学生对研究对象产生直观形象的了解，从而既加强了对学生空间思维、形象思维的培养，又可使课堂变得生动有趣[2]。

4.课堂教学与课外自学结合。由于仪器分析课程内容多，知识面广，学科跨度大，因而，在有限的教学时间内，教师只能着重讲授内容中的重点和难点，而对大量的有关知识只能依靠学生的课外自学来完成。因此，在课堂教学的基础上，必须充分调动学生的学习积极性，明确提出课外学习的任务和要求，认真进行课外辅导和答疑，定期进行自学检查和考核，培养学生的自学能力，把课堂教学与课外自学结合起来。

(三)加强大型精密仪器服务实验教学的措施和力度

为了使大型精密仪器设备能够更好的为仪器分析实验教学服务，提高大型设备的利用率，可以采取以下具体措施：

1.实验指导教师队伍的建设及培训

仪器分析实验教学的质量如何，关键是指导教师。安排经验丰富、业务精湛的骨干教师承担仪器分程的教学和建设。按一定比例配备辅导教师和实验准备人员。对这些教师进行培训，培训的方式有： 仪器安装调试人员对指导教师的培训；指导教师分批外出培训。为最大限度发挥大型仪器的功能提供保障。

2.实验教学内容建设

实验教学内容要具有先进性和实用性，既要及时反映应化和化工专业领域的最新科研新成果，又要密切联系生产、教学和科研的实际需要。

仪器分析教研组首先根据现有仪器和专业特点调整实验内容，在原有实验的基础上增加了专业特点和实用性更强的的实验项目，如：分子荧光法测定谷物中的核黄素，原子吸收法测定工业污水中Cd2+、Pb2+，电感耦合等离子体原子发射光谱法对合金中铬、铜、锰、镍、钛等元素的定性和定量分析，气相色谱法测定蔬菜中的农药残留，单扫描示波极谱法测定工业污水中的铅和镉。并编写了相应的实验方案。

三、小结

仪器分析课教学改革的实践证明通过调整教学内容，优化教学方式，提高大型仪器的使用率，增开开放实验，突出了学生的个性发展，加强了学生学习的主动性和积极性，培养了学生创新意识和创新能力，真正做到优生优培、因材施教。近几年，从应用化学专业学生在石油化工分析、产品检验等方面就业情况来看，就业的人数在逐年增加，而且大多数学生毕业后，经过简单培训就可以快速适应岗位需要，这也充分反映出根据专业特点和社会需求进行仪器分析课教学改革的良好实践效果。

教学改革是一项系统工程，还需要不懈的努力，我们虽然对仪器分析课程改革进行了初步的探索和实践，并已初见成效。但还有很多问题有待于解决，如开放实验内容的拓宽，新的设计实验题目的开发等等。只要我们积极探索、锐意改革，仪器分析课程就会受到更多学生的欢迎，教学质量就会得到进一步的提高。

参考文献：

[1] 于俊生,郑修文,张剑荣,方惠群,史坚.关于仪器分析课程教学的思考[J].大学化学,2002,17(4)：13—15.

[2] 赵丽娇,钟儒刚,甄岩.现代仪器分析教学中科技创新意识的培养[J].理工高教研究,2008,27(5):143-145.