仪器分析实验教学改革实践*

2012-04-02李爱峰孙爱玲柳仁民

大学化学 2012年5期

李爱峰孙爱玲柳仁民

(聊城大学化学化工学院山东聊城 252059)

仪器分析实验是仪器分析课程的重要实践教学环节，是学生了解各种仪器的结构、熟悉各种仪器的操作方法、掌握各种仪器的原理、理解课堂上所学理论知识的重要途径，对于培养学生的实践能力、创新能力和学以致用的能力可以起重要的作用[1]。

为适应时代和科技发展的需要、提高大学生的综合素质、培养全面发展的优秀人才，同时也为了充分发挥仪器分析实验的作用，我们在完成基本教学任务的同时，按照创新型人才培养模式[2]，全面地推进仪器分析实验教学方法改革，以激发学生的学习热情和兴趣，调动他们学习的积极性和创造性，提高分析解决问题的能力。

1 目前仪器分析实验教学方法存在的问题[3]

(1) 为了保护大型的贵重分析仪器不受损害，实验指导教师一般不向学生展示其内部结构，这样会使学生做完实验后对仪器的内部结构及工作原理还是不太清楚，并且学生对每种仪器一般只有一次学习机会，缺乏巩固练习的机会。

(2) 为了保护大型的贵重分析仪器不受损害以及受实验学时数的限制，学生只能按照实验指导教师预先优化好的实验条件进行实验，在实验过程中不允许出错。这样会使学生对于实验条件的选择没有充分的认识，难以从错误和失败中总结经验教训。这将使他们在走上实际工作岗位后，不会独立地建立实验方法，缺乏发现问题、分析问题、解决问题的能力。

(3) 由于仪器分析实验课采取循环式安排，有些实验安排在相应的理论讲授之前，造成学生预习实验的效果不好，而且在实验课上指导教师需要花一定时间讲解相关的理论内容，这样就会缩短学生的实验操作时间，不利于提高学生的实践能力。

(4) 传统的教学方式通常是教师就实验讲实验，而不是教学生应用同一仪器做不同实验的方法，也没有对不同的方法和仪器进行横向比较。

(5) 实验成绩考核方案过于强调分析测定结果的准确度、精密度及实验报告的书写情况，往往造成个别学生抄袭实验报告，随意篡改甚至编造实验数据的现象。

2 改革仪器分析实验教学方法

(1) 运用启发研讨式的互动教学。

传统实验课的教学方法是：实验前由教师讲授实验目的、原理、仪器、实验步骤和注意事项，学生只需“照方抓药”做实验即可，这种教学模式使学生处于被动状态，不利于培养学生的创造力。为了使学生在实验教学中变被动为主动，我们采用启发讨论式的互动教学方法。例如，用高效液相色谱测定饮料中咖啡因的含量时，教材都会注明在286nm下进行定量测定。在启发研讨式的互动教学中，我们引导学生去思考为什么选择286nm为检测波长，如何选择定量分析的检测波长，然后让学生使用紫外分光光度计对咖啡因对照品的波长进行扫描，以确定最佳检测波长。这样做可以让学生施展自己的能力，强化学生自身的实验感受、激发学生的创新热情[4]。

(2) 注重理论联系实际。

长期以来，学生普遍存在重理论轻实验的思想，对于理论课讲授的方法、原理等掌握较好，但没有与实验课联系起来。如果教师在讲解实验时只是“照本宣科”，那么，学生就很少会思考为什么要这样做。这样不利于培养学生的创新思维[5]。针对这种情况，我们首先从思想上对学生进行教育，端正其学习态度；其次，注意将理论课与实验课有机结合起来，引导学生通过实验课来消化理论课上所学的知识，用理论来指导实验。例如，关于用库仑滴定测定As(Ⅲ)的含量，教材都会强调在配制KI电解液时要加入NaHCO3，至于NaHCO3的作用却往往介绍得不详细，我们可以藉此引导学生去思考NaHCO3溶液的pH约是多少，为什么实验要求介质为弱碱性，如果介质为酸性或强碱性会给分析结果带来什么影响，滴定分析对于滴定反应的完全程度有什么要求，库仑滴定的前提条件是什么，As(Ⅲ)的还原能力与介质的pH有什么关系，为什么介质的pH决定着该反应的方向等一系列问题。这些问题的答案都可以在理论课中找到，从而可在实验过程中加深学生对于理论知识的理解和巩固，同时也能体现理论对于实验的指导意义。这样能使学生在今后的学习中更注意理论联系实际。

(3) 借助网络教学平台强化实验预习环节。

如果学生做实验之前能够充分预习，带着问题来实验室，那么实验教学就有可能取得更理想的效果。因此，实验预习效果直接影响到实验课的教学质量。仪器分析实验基本上都采用循环式安排，经常会出现理论与实验不同步的情况。如果指导教师在实验课上讲解过多与实验相关的理论知识，就会缩短学生动手操作的时间，不利于提高他们的动手能力[6]。因此，如何帮助学生对实验进行预习是摆在实验指导教师面前的一个大问题。我们把购买或自己制作的一些虚拟实验室、多媒体课件、教学录像、仪器操作规程等发布到仪器分析实验课程网站上，使学生能够方便地在实验前了解实验内容、相关基本理论以及仪器的构造和操作过程，并对预习效果进行自我测试。这样能使学生做实验时心中有数，从而能在实验过程中发挥主观能动性，提高发现、分析和解决问题的能力。

(4) 注重计算机在数据处理中的应用。

随着计算机技术的快速发展与广泛应用，分析仪器向着软件化、自动化、集成化、智能化的方向发展。分析仪器的功能越来越强大，分析软件在整个分析系统中发挥着越来越重要的作用[7]。学生很容易从实验中获得所需的谱图和完整的数据，但是很多学生对于后续数据处理工作的掌握和认识程度还远远不够。我们不仅要求学生规范地记录实验数据，而且要求学生会用代数法和图解法处理实验数据。例如，在直接电位法测定水中氟的含量时，我们要求学生用标准曲线法和单次标准加入法对同一个样品进行测定，不仅要对标准曲线法和公式计算的结果进行比较，还要对两种定量分析方法的优缺点、适用范围等进行分析比较，这样学生就能根据实际样品的情况选择合适的定量分析方法。在电位滴定法测定混合溶液中的I-、Br-含量时，不仅要求学生将代数法计算的结果与滴定曲线、一次微分曲线、二次微分曲线上获得的结果进行比较，还要指出手工绘制的曲线具有很大的随意性，往往会导致分析结果不准确。我们还利用学生普遍爱钻研电脑的特点，鼓励学生借助Excel软件或Origin图像处理软件进行数据处理。在色谱分析实验中，我们还教会学生先从仪器的操作软件获得数据文件，然后用Origin图像处理软件绘制色谱图，这样可以激发学生的学习热情，并提高他们的科研素质。

(5) 开设虚拟实验。

虚拟实验教学是实验教学的一个重要发展方向。与传统实验相比，虚拟实验不但可以弥补教学条件的不足、极大地降低实验成本，还可以避免真实实验或操作所带来的各种危险。因此，将虚拟实验应用到实验教学中，不仅能完善真实实验、丰富实验项目及内容，还有助于培养学生的创新能力[8]。在虚拟实验中，学生可以大胆模拟实验过程，而不必担心损坏仪器；可以作各种尝试，甚至错误的实验操作，以了解错误产生的原因及造成的危害。例如学生在模拟液相色谱分析过程时会发现，如果改变流动相的组成、流速、检测波长和洗脱模式，色谱峰的保留时间、峰型、峰面积及分离效果会发生较大的变化。通过此虚拟实验，学生既能加深对色谱理论的理解，又能学会如何进行实验条件的优化。这样，在以后的真实实验中，学生就可以结合虚拟实验的摸索，进行实验条件的选择。

(6) 对不同的方法和仪器进行横向比较。

例如，在学生做完光学分析法、电化学分析法、色谱分析法实验后，可以布置一个设计实验题目，如“果蔬中维生素C含量的测定”，要求学生查阅资料，尽可能设计多种实验方案。学生经过查阅资料发现，维生素C分子内有共轭双键，在紫外光区有吸收，可以用紫外分光光度法进行测定；维生素C具有还原性，可以被I2氧化后用库仑滴定法进行测定；还可以用高效液相色谱法将维生素C与其他组分分离后再测定。这样，对同一种物质的测定就有了几种原理各不相同的方法，充分体现了仪器分析方法的多样性。

(7) 发挥废旧仪器的作用。

在仪器分析实验中会用到大型贵重分析仪器，但大多数仪器的核心部件是从外面观察不到的。为了避免灰尘进入或仪器精度受损，实验指导教师一般不向学生展示其内部结构，这样会使学生对仪器的内部结构及工作原理缺乏感性认识，做完实验后往往还是不甚清楚[9]。针对这一问题，我们充分发挥废旧仪器的作用，腾出专门的实验室用于展示仪器的组成和结构。在这里，学生不仅可以近距离观察到每一个部件的构造，而且可以动手操作，不用担心损害仪器。

(8) 完善实验考核方案。

为了调动学生的主观能动性，正确评价他们的理论水平及实验技能，我们在实验成绩评定时以“重在过程，不惟结果”为指导思想，实行多元化考评制度，不断完善实验考核方案[10]。我们对实验过程进行合理分解，将对学生的考评体现在预习情况、实验操作、学习态度、实验作风、实验结果、实验数据处理、实验结果分析与讨论等各个小过程中，每一部分分别赋予不同的分值。实践证明，由于多元化的考评体系更加注重学生参与实验的过程，更能合理、全面公正地反映学生的真实水平，因而学生的积极性被很好地调动起来，有益于养成严谨细致、认真踏实、实事求是的科学态度和作风。