仪器分析课程的教学改革与探索

吴继魁周冬香 毛芳

(上海海洋大学食品学院 上海201306)

仪器分析课程是我校面向食品、水产与生命、海洋等学院相关专业学生开设的一门重要的化学类专业基础课程。本课程适应面广、应用性强，但由于仪器分析方法众多，而且各自具有比较独立的原理和理论基础，各种分析方法之间联系较少，可以自成体系，内容比较抽象，因而课程显得庞杂、难学，这给仪器分析课程教学带来了一定的困难［1-2］。近年来，我们针对仪器分析课程具有的实践性、多学科交叉性、发展性等特点［3-4］，立足于我校专业特色和学生实际，结合现代分析科学技术的发展前沿，对仪器分析课程的教学内容、教学方法及考核方式进行了一系列研究与改革，介绍如下。

1 调整课程内容

根据各种分析方法的区别与联系，我们把整个理论教学内容模块化，分为光谱分析、电化学分析和色谱分析3个主要模块。光谱分析根据产生光谱的物质不同，又分为分子光谱(紫外可见吸收光谱、荧光光谱、红外光谱)和原子光谱(原子吸收光谱、原子荧光光谱)。光谱分析的灵敏度高、重现性好，但由于分光系统或原子化系统的存在，使光谱分析仪器体积较大、比较笨重，大大限制了它们的现场检测能力和应用。电化学分析方法恰好能够弥补光谱分析仪器不便携的缺点。电化学分析又分为电位分析、电位滴定和伏安分析。尽管电化学分析方法具有灵敏度高、便携等优点，但是重现性差是其主要弱点，也是电化学仪器走向市场化的主要障碍之一。在面对复杂的实际样品时，要想准确灵敏地进行组分检测，样品中各组分的有效分离就显得尤其重要，而色谱法则是一种集高效分离与灵敏检测于一身的分析技术。色谱法包括气相色谱、液相色谱、超临界色谱等，色谱与其他检测技术(质谱、红外、核磁共振等)的联用更进一步拓展了色谱技术的应用领域。通过对仪器分析方法的模块化，使得整个理论授课思路清晰、内容紧凑且逻辑性强。各个模块的内容可以根据不同专业的授课对象进行适当调整，做到详略得当。比如环境工程专业在光谱学和电化学方面的应用较多，而食品质量与安全专业则会侧重于色谱分析。

随着现代电子、计算机技术等新技术的迅速发展和广泛应用，许多新的仪器分析技术及方法如雨后春笋般出现。高灵敏度、高选择性、高自动化、智能化、微型化仪器的开发和利用代表着整个仪器分析学科的发展方向。相对于学科发展，仪器分析教材的内容显得比较陈旧且滞后。为处理好教学内容经典性与先进性的关系，我们在授课的过程中有意识地将学科发展的前沿成果与教材内容对接。比如在讲授原子吸收光谱时，我们引入了教材中没有涉及的连续光源原子吸收光谱仪这一德国耶拿仪器公司的最新成果。经典原子吸收光谱仪的光源主要是空心阴极灯，即锐线光源。锐线光源虽有着诸多优点，但因每分析一个元素就要更换一个元素灯，再加上灯的工作电流、波长等参数的选择和调节，使原子吸收分析的速度、信息量和使用方便性等方面受到了限制。分析速度慢和依赖空心阴极灯的固有特性成了原子吸收光谱的弱点，而解决问题的最有效方法，就是采用连续光源进行多元素测定。2004年，德国耶拿仪器公司以高聚焦短弧氙灯这一连续光源替代经典的空心阴极灯，成功设计和生产出了世界上第一台商品化的连续光源原子吸收光谱仪。将这些最新的科技成果及时介绍给学生，不仅更新和完善了基本教学内容，同时也能开拓学生的视野，激发学生的求知欲，丰富他们的知识储备，为今后的科研工作打好基础。

仪器分析是一门实践性很强的学科［5］;实验项目的广度和深度对于培养学生的动手能力、独立思考和解决问题的能力是至关重要的。过去仪器分析实验主要是以验证性实验为主，这样容易养成学生“照方抓药”的习惯，结果是对实验原理和关键技术要点理解不深，往往实验做过后就忘记。针对这些情况，我们合理编排实验内容，注重实验内容的循序渐进以及实验项目的广泛性和针对性，充分突出我校的专业特色。我们在教学中，一改以往同一层次的仪器分析实验项目的重复操作，降低了验证性实验的比重，增加了设计综合型实验的数目，以便增加实验的探究性和趣味性，提高学生学习的主动性和积极性。例如在利用循环伏安法测定铁氰化钾的电极反应过程的实验中，学生觉得金电极的抛光及伏安扫描很神奇，有的学生甚至不厌其烦地重复做几遍实验。另外，实验内容的广度也由原来的以紫外可见光谱法、原子吸收光谱法和色谱法为主，进一步拓展出荧光光谱、电化学工作站等，这样也就提升了实验的深度。我们还通过不断增加仪器台套数，让每位学生都有接触和亲自操作仪器的机会，熟悉实验操作过程并掌握最新的分析技术。

2 改革教学方法

传统的仪器分析教学方法是以教师、课堂、教材为中心的灌输式模式，学生处于被动接受、从属的地位，教学效果欠佳。很多教师往往是按照仪器分析方法的产生、原理、仪器结构及该方法在实际中的应用这一主线展开自己的课堂教学，尽管授课思路清晰，但学生提不起学习兴趣。近些年，有些教师尝试在教学中，以仪器的工作原理或结构为主线，对相对独立的不同分析方法进行归纳与分类，通过对比、分析，找出不同分析方法在工作原理、仪器结构和应用方面的共性，适当淡化单个仪器的内容讲解，总结出课程教学内容的连贯性和系统性，然后突出各类分析法之间的差异。这种方法有助于培养学生的逻辑思维能力和归纳综合能力。另外，多媒体技术因其可视性强，界面优美，集文字、动画、视听于一体等优点而被引入课堂教学，以调动学生的学习兴趣。但多媒体技术是双刃剑，若过度依赖多媒体技术，忽略师生之间的思想交流和情感传递，也难以取得好的教学效果。

我们在借鉴吸收先进教学方法的同时，根据我校的教学设施和学生的特点，探索出一条传统与现代技术融合的教学方法之路。在课堂教学中，我们仍然采用传统的板书方法，这样教师能够有效调控自己的授课节奏，加强与学生的现场沟通和交流;同时，学生也有足够的时间跟随教师的教学思路进行思考和理解，并认真做好笔记，以备课后复习。多媒体技术作为辅助教学手段，只是在讲解仪器结构及使用方法时使用，以便给学生比较直观的印象。为进一步激发学生的学习积极性，达到较好的教学效果，我们将一些新教学理念融入教学中。首先，对于仪器分析教学而言，数据的绘图与处理非常重要。我们把Sigmaplot或Origin等科技绘图专业软件系统地介绍给学生，学生可以通过这些软件处理实验数据并绘出专业的图表，为他们今后的科研和工作打下了一定的基础。其次，将教师的一些科研成果转化为课堂教学内容。在讲授比色检测时，我们将自己在基于纳米金胶构建新型比色传感器方面的科研工作转化为授课内容。纳米金胶是一种新型的纳米显色剂，它在可见光区具有高于普通有机显色剂几个数量级的摩尔吸光系数和利用裸眼就能观察到的溶液颜色变化。基于纳米金胶进行比色检测的原理是:分散状态的金胶溶液呈酒红色，但分析目标物会引起金胶颗粒聚集，使溶液的颜色迅速变为蓝灰色。我们通过在课堂上现场演示这些实验过程，激发了学生的科研兴趣。再次，实施案例教学法，将不同的仪器分析方法依托具体的社会案例进行讲解，同时根据专业的不同调整案例内容。例如对于食品质量与安全专业的学生，我们会在教学中结合最新的一些食品安全案例(如2011年上海染色馒头事件、2008年牛奶中三聚氰胺事件、2006年粉丝中含有的吊白块事件等)，向学生讲述相关有毒有害物质的检测方法以及分析仪器的原理和应用，从而加深学生对所学知识的印象。最后，将理论和实验授课同步进行。在讲完仪器的原理、结构之后，我们将仪器的用户界面软件系统带到课堂，详细讲述参数设置以及检测过程中的注意事项，以使抽象的知识具体化，让学生较易接受。

3 改革考核方式

仪器分析是一门以实验为主的学科，使用传统的闭卷笔试考核方法难以对学生的综合能力特别是实验操作、运用仪器分析理论解决实验具体问题等能力进行考核，这就需要改革传统的考核方式，建立多元化的考核体系。仪器分析课程的最终考核成绩由3部分组成:即期末成绩或论文成绩(70%)、实验成绩(20%)、平时成绩(10%)。前面的70%成绩采用不同的考核方式，对于必修专业的学生，我们采用半开卷的考试方式，考试时，只允许学生携带课本，而禁止携带相应的习题集和ppt课件，这样不仅可以将学生从死记硬背的机械记忆中解脱出来，同时还能加强学生对课本中相关内容的细心研读和梳理。通过近3年的实践，学生普遍赞同这种考核方式。对于选修专业的学生，我们采取撰写文献综述的考核方式。由教师布置与学生专业相关的题目(在学生专业领域中常用或最新的仪器分析方法和技术)，要求学生自己查阅文献，然后提炼总结，对其中的某个方面进行综述。这样的考核方式不仅培养了学生独立分析、解决问题的综合能力，同时还能让他们了解相关的专业知识。

教育不仅仅要传授知识，而且还要激发学生的求知兴趣，培养学生深度学习的能力。因此，在仪器分析课程的教学活动中，应不断更新教学观念和内容，改革教学方法，完善考核体系，不断引进先进的教学手段和教学理念，进一步提高教学效果。

［1］李亮亮，李海锋，周艳明，等.沈阳农业大学学报(社会科学版)，2004，6(4):415

［2］刘晓宇.华中农业大学学报(社会科学版)，2007，68(2):138

［3］陈景文.大学化学，2010，25(1):29

［4］王霆，张锋，陈立钢，等.大学化学，2011，26(6):21

［5］胡小刚，俞英.大学化学，2010，25(6):28