直观性原则在仪器分析教学中的应用*

肖新峰 刘晓东 唐尧基

(山东科技大学化学与环境工程学院 山东青岛 266510)

仪器分析课程是化学类专业(包括化学、应用化学、化学工程、材料化学、矿物加工)和环境类专业(包括环境科学、环境工程)的基础主干课程。仪器分析法在自然科学领域的研究和应用中占有极其重要的地位。通过仪器分析课程的教学，可以使学生对仪器分析这一领域有较全面的了解，基本掌握仪器分析的各类方法。由于仪器分析课程内容的特点，在其教学过程中开展直观性教学具有非常重要的意义。

1 直观性教学原则的含义和认识论基础

直观性原则是指在教学中，教师要利用直观手段，通过引导学生开展多种形式的直观性认知，丰富学生的感性认识，发展学生的观察力和形象思维，并为形成正确而深刻的理性认识奠定基础。

古今中外的教育家都对直观性教学原则作过精辟的阐述。中世纪捷克杰出的教育家夸美纽斯在其著作《大教学论》中指出，“应该尽可能地把事物本身或代替它的图像放在面前，让学生去看看、摸摸、听听、闻闻。”并率先提出了教学中的直观性原则。后来俄国教育家乌申斯基对这个原则进一步作了深刻的论证，指出：“逻辑不是别的东西，而是自然界的事物和现象的联系在我们头脑中的反映”。近、现代教学实践的发展证明，直观性原则在教学中正处于越来越重要的地位[1]。

直观性教学原则反映了学生的认知规律，即通过感性、形象而具体知识的学习，提高学生对课程学习的兴趣和积极性，减少学习抽象概念的困难；通过展示事物的内部结构、相互关系和发展过程，帮助学生形成科学的概念，从而更好地深化认识和运用知识。直观教学之所以必要，是由于学生对教材的理解总是要以对事物的感知为基础。学生由于缺乏直接经验，在学习知识的过程中往往容易犯抽象、空洞、形式主义的毛病；又由于学生的思维，具有沿着由经验思维占优势向理论思维占优势发展的趋势[2]。所以，教学要适应和促进这个发展过程。在教学过程中贯彻直观性原则，有助于解决名词概念脱离事物、抽象概括脱离具体形象、理解脱离感知等矛盾。鲜明生动的形象，容易唤起学生的注意，激发学习兴趣和热情，促进知识的理解和迁移；有助于发展学生的观察能力、形象思维能力，以及形成辩证唯物主义观点。

教学的认识过程有其特殊性，它不是以尝试性直接认识方式为主，而是以书本为知识载体的间接认识方式为主，即以间接经验为主。这种间接性认识方式的优点，可以使学生在有限的时间之内以最经济的方式掌握一定范围内的知识，并且形成相应的技能、能力、智力、体力、品德和人格。其最大的局限性则表现为由于感性经验的不足而常常影响掌握理论知识的速度、进程和质量。对于这种间接性认识方式本身所具有的不足，可以通过直观性教学进行弥补。

目前，高等学校的专业课程教学非常注重课程内容的科学性、理论性和逻辑性，而往往忽视了教学过程中最基本的直观性原则。这种局面直接造成学生未形成通过直观性方法学习和理解课程理论内容的习惯。高校教学的课程设计必须考虑直观性原则，在多媒体教育高度发展的今天，直观性教学是理性认识转化为感性认识的重要手段。

2 直观性原则是仪器分析课程教学的客观需求

仪器分析是一门综合性实验科学，其特殊性尤其适合直观性教学。

2.1 形象直观的引导

仪器分析课程所介绍的分析仪器涉及的学科和领域很广。不同类别的仪器从基本原理、结构特点、应用范围到操作使用技术，都有非常大的差别，所涉及的内容往往涵盖多个学科领域，任课教师由于种种条件的限制，不可能对所有的仪器方法都精通。另外，随着近年来科技的发展，仪器制造技术得到了极大的提高，计算技术在仪器方法中得到了普遍的应用，各种新理论、新技术不断地用于精密分析仪器之中，先进的分析仪器不断出现。这种状况大大增加了仪器分析理论与技术的复杂性，因此可以说，多学科交叉性是仪器分析课程在教学上的最大难点[3-4]。

对此，教师可以充分利用直观性教学的手段，把仪器分析多学科交叉、知识面广、技术手段多样的特点形象地展示给学生，使学生在感知认识的基础上，体会分析仪器是怎样把多种知识集成和应用到一起的；另一方面，也可以通过仪器分析的手段，把分析测试技术应用到多种科学领域。

2.2 通过直观教学化繁为简

现代分析仪器尤其是现代大型精密分析仪器结构复杂，即便是同一种仪器，由于生产厂家不同，其内部结构也不尽相同。再加上电子技术和计算机技术的应用，很多仪器实现了小型化，多种复杂的功能都可以集成在很小的线路板或集成块上。而仪器的操作使用则变得更加简单[4]。这些在一定程度上加大了学生对分析原理理解的难度，导致一些学生在实际操作使用仪器时感到无所适从。在仪器分析课程教学中，应当充分考虑这方面的因素，多开展直观性教学，把理论讲解和现场实物观察有机地结合起来，使学生在直观认识的基础上，理解分析过程的原理和分析理论。如目前广泛使用的北京普析通用的原子吸收分光光度计，该仪器只有一个电源开关键，仪器的所有操作全部通过工作站进行反控。仅从外观学生并不能看到仪器内部的复杂结构和基本的工作流程。在教学中，可以分为几个模块(锐线光源—原子化器—单色器—光电转换装置(数据工作站))帮助学生理解，把复杂的内容理出条理；再通过让学生对仪器各个部分进行实际观察，消除对复杂仪器的神秘感。在实际操作时，只要按照工作站的操作流程，合理选择仪器参数就可以轻松使用了。但如果弄不清仪器的原理和内部结构，对工作站的使用就不可能清楚、明了，因此，原理模型直观和实物直观简化了学习过程。

2.3 采用虚拟手段进行形象模拟

分析仪器尤其是现代大型精密分析仪器大多价格昂贵、耗材量大且运行成本高。大型精密分析仪器在一定程度上体现了一所综合性大学的办学基础、科研基础和发展潜力，也关系到学校在专业领域中的影响力。目前，大型分析仪器已逐渐应用于本科生的教学和学生实验，但运行成本仍然是重要的制约因素。

解决运行成本高和大型仪器数量少等问题的有效手段是采用虚拟实验手段，对相应仪器结构原理和仪器分析实验进行模拟演示。这种形象直观的手段可以帮助学生更好地理解相应内容。

2.4 在仪器分析课程中强调实践性是直观性教学的有效延伸

仪器分析课程教学的最终目的是使学生学会使用现代分析仪器，能够利用分析仪器为科学研究和生产生活服务。因此，在该课程教学中必须强调实践。只有通过实际应用与操作，才能真正理解仪器的基本原理，才算学好了这一门知识。

在学生进行仪器分析实验的过程中，通过引导学生对仪器实物的观察，对仪器内部结构的了解，熟悉仪器的性能，进而掌握仪器的分析原理。学生只有对仪器熟悉了，才能消除陌生感，再辅以具体的操作，就可以相对容易地掌握分析仪器的使用。

2.5 直观介绍分析仪器的动态发展

在现有的教科书中，较常用的一本是朱明华编写的《仪器分析》[5]，该教材虽经3次修订，但仍不能及时反映分析手段的最新发展和应用情况，这就要求任课教师尽可能了解各种仪器及其应用领域的发展动态，在教学中不拘泥于现有教材，注意更新和补充新的内容。在教学过程中，通过直观性的引导，可以使学生掌握每一类型分析仪器的原理和结构，通过形象或实物直观弄清楚新型仪器的实现方法、技术创新和分析原理。这样就可以更好地开拓学生的视野，启发学生的思维，提高他们的学习兴趣和学习积极性[6]。

3 直观性原则在仪器分析教学中的应用

在仪器分析教学中贯彻直观性原则，依赖的是各种直观教学形式。直观教学是指使学生获得感性知识所采用的教学方式，其形式主要有实物直观、模像直观、语言直观、多媒体直观等。

3.1 实物直观

实物直观是以实际的事物本身作为直观对象进行的直观活动。通过实物直观，学生能加深对知识的感知。心理学研究表明，实物直观是领会科学知识的起点，是学生由不知到知的开端，是知识掌握的首要环节。

在仪器分析课程教学中，让学生实际观察分析仪器，尤其是观察了解仪器的内部结构、仪器各部件的设计特点、安装方式、连接工艺等，是学生掌握仪器分析内容的有效手段。

比如在气相色谱的学习中，让学生实际观察填充柱和毛细管柱、热导池检测器和氢火焰离子化检测器、燃气钢瓶和载气钢瓶、自动进样阀和进样针，学生就可以容易地理解它们的功能和区别，并产生深刻的认识，这样会比单纯课堂讲授的效果好得多。

3.2 模像直观

模像直观是运用各种手段对实物的模拟，包括图片、图表、模型、幻灯、录音、录像、电影、电视等。在仪器分析课程教学中，实物直观虽然具有真实有效的特点，但往往受到实际条件的限制而无法使用；如大型精密仪器，不可能全面拆卸来让学生进行观察。模像直观则能有效地弥补实物直观的缺憾，借助某些技术手段对仪器的部件、结构、流程、原理等进行模拟表达，以达到直观的效果。在教学中，使用仪器图片、结构框图、模拟流程、虚拟实验室等模像直观手段，对仪器分析教学很有帮助。比如在色谱知识的教学中，通过过程模拟解析不同组分在色谱柱上的分离过程，学生可以形象地把仪器色谱柱上这种看不到的分离过程直观地进行感知，使学习过程形象生动，印象深刻。

3.3 语言直观

语言直观是教师运用自己的语言，借助学生已有的知识经验进行比喻描述，引起学生的感性认识，达到直观的效果。与前两种直观相比，语言直观可以最大限度地摆脱时间、空间、物质条件的限制，是最为便利和最为经济的。语言直观的运用效果主要取决于教师本人的素养。在仪器分析教学中，可以精心设计教学语言，对仪器的形态、结构、原理、分析流程等进行形象直观的描述，这将有助于学生的学习。如原子吸收分光光度计的燃烧器，可以让学生联想家庭常用的燃气灶；对于原子吸收模型、紫外吸收模型、红外吸收模型等，可以结合物质结构原理进行直观性描述。

3.4 多媒体直观

多媒体教学已经成为仪器分析教学中广泛使用的手段。通过教学设计，合理选择和运用现代教学媒体，并与传统教学手段有机组合，共同参与教学全过程，以多种媒体信息将仪器分析的复杂内容传递给学生，形成合理的教学结构，可以达到最优化的教学效果。如使用多媒体动画演示仪器的使用方法，播放仪器结构、试验过程的教学视频，使用网络虚拟实验室进行网上虚拟仪器分析实验等。这些方法可以达到提高学生学习注意力、增强学习兴趣、易于理解教学内容的目的。

综上所述，在仪器分析教学中运用直观性原则既符合一般性教学规律和认知规律，又符合仪器分析课程的特点。在仪器分析教学过程中，应当不断探索直观性教学的原则和方法，使学生在轻松、直观的教学氛围中学到仪器分析的原理和精髓，只有深入这一教学领域，不断进行教学实践，才能真正体验到这一原则的理论价值。

参 考 文 献

[1] 李秉德.教学论.北京:人民教育出版社,1991

[2] 史炳星.学科教育,1998,9:42

[3] 汪尔康.21世纪的分析化学.北京:科学出版社,1999

[4] 汪尔康.分析化学新进展.太原:山西科学技术出版社,1997

[5] 朱明华.仪器分析.北京:高等教育出版社,2008

[6] 孙悦.中国医药导报,2008,5(1):89