化学工程与技术专业研究生现代仪器分析课程的优化建设

李郤里

(郑州轻工业学院 材料与化学工程学院 ， 河南 郑州 450002)

现代仪器分析是一门集化学、物理学、生物化学、数学和计算机科学等多学科为一体的综合性学科，既能提供分析测试数据，又能从原始的测试数据中最大限度地获取有价值的物质信息，可解决自然科学各领域中的关键问题。作为一项在原理和技术上均采用当今最先进的科技发展起来的分析手段，现代仪器分析技术被广泛应用于环境、材料、医疗、刑侦等社会生活的各个领域。作为自然科学研究领域中物质的信息科学，现代仪器分析的发展被寄予越来越大的期望。

1 现代仪器分析课程教学现状

现代仪器分析课程理论性和学科交叉性较强，不仅要求学生具有较强的基础知识储备，而且也要求授课教师能够因材施教，融会贯通地切入理论知识难点，以便帮助学生更好地理解教材内容。一直以来，由于仪器分析的设备与方法日新月异，新的技术不断涌现，教师在课堂教学中既要传授各种现代仪器分析方法的基本原理，又要介绍仪器的基本结构、测试原理和定性定量的分析方法，尤其是各种方法的特点及应用范围，导致该门课程的理论教学与实验教学都令教师非常棘手。综合近几年的教师备课和学生反馈，发现现代仪器分析课程教学过程主要有以下问题：①理论课进度与实验安排时间不能同步。往往是把理论课都上完之后再开展实验课，结果理论课讲得过多或者过深，不能切身结合实验仪器演示，学生不容易理解。②实验内容陈旧，缺乏挑战性。比如红外实验，往往是做苯甲酸的红外光谱图，而且只做固体粉末样品，结果一些学生只记住溴化钾制片很辛苦，对于解谱技巧、却知之甚少，至于液体、气体样品的红外检测技术更是不清楚。很多实验内容都是验证性质的，学生很容易获得预期的结果，难于真正掌握仪器的操作技巧。③现代仪器分析是一门实践性较强的课程，但实验过程需要的大型仪器较为精密、昂贵，且仪器配套数量较少，很难满足学生独立操作的需要。对于质谱(MS) 、核磁共振(NMR)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)等设备，单台(套)价格为几百万元，很多高校全校仅有1台设备，根本无法达到开设实验教学课程的基本条件。即使开设了实验课程，操作过程也多采用分组循环的方式，在实验教师的指导下，只有少数学生能真正有机会动手操作大仪器，这与实验教学目标和基本要求有一定差距，对培养学生严谨的科学态度也是不利的。此外，实验教师对于大型仪器设备的操作熟练程度，有时也会影响实验教学目标的实现。④目前，很多高等院校承担现代仪器分析课程的老师都忽视了对仪器测试结果分析的相关软件的介绍。这方面，没有专门的课程来传授，现代仪器课程中仅局限在对图的简单分析，而对从实验结果到图的来历只字不提，如红外光谱图、核磁共振图谱、质谱图等。在用到时只能自学这些化学软件，如：Nuts、Origin、Shelxtl等，其过程费时费力，甚至有时找不到教学资料。

2 现代仪器分析教学改革方向与思路

2.1 实现理论学习与实验学习一体化

有些学校仪器分析课程的理论课与实验课分别由不同的老师承担，各讲各的内容，理论与实验被无形中割裂开了。现代仪器分析既需要理论知识的学习，也需要实验技能的操作，但更需要理论与实验之间的融合，实现理论学习与实验学习一体化。所以在实验课程教学过程中采用“课堂讲授仪器分析工作原理+现场操作仪器分析测试+基于项目的综合性仪器分析设计”三段式模式，从三个层面上对学生进行理论学习能力、实验操作能力和研究创新能力的培养，使学生从学习各种仪器入手，掌握仪器分析技术的各项技能，进而综合性利用仪器分析手段解决科研中具体项目或课题研究中遇到的实际问题。特别是三段式模式的最后一个环节“基于项目的综合性仪器分析设计”，通过设计和建立真实的任务情景，采用基于项目或课题的以小组协作为主要教学组织形式的模式，促进课程基本原理、概念和技术的创新性应用，培养学生在科学探究过程中进一步升华理论知识的能力，从中培养和强化学生科学探索的精神和勇气，形成踏实、严谨的从事科学研究的良好习惯。

2.2 实验手段要多样化

实验教学是巩固理论知识和培养创新意识的重要环节，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。现代仪器分析课程的实验性很强，实验教学过程的综合性安排直接影响到该课程教学目标的实现。必须将实验教学贯穿于教学活动全过程，彻底根除学生“重理论、轻实验”的错误思想。注意在实验教学中与时俱进，适当加入反映新技术、新方法和新手段的实验内容，提高学生的分析能力和创新能力。鉴于分析仪器的操作流程较为繁琐，有些仪器操作系统甚至是全英文提示界面，学生刚接触会略显不适。实验指导教师可以提前对待测样品进行分析操作，激发学生的感官认识，同时辅以必要的实验操作视频，激发学生特异性思维和亲自动手操作的欲望。有利于调动学生的主动性，培养学生的逻辑思维能力。在实验老师的全程监督和学生的全程观摩下，指导老师可随机选择学生进行样品上机测试，打消学生的侥幸心理，避免只有少数学生真正“会学会用”的尴尬局面。

2.3 充分利用多媒体教学

因为本课程涉及较多的仪器结构、工作原理、实验操作模拟和实验图谱分析的内容，所以多媒体教学应用最多。Powerpoint是最常用的制作多媒体的工具，课件设计简单。在现代仪器分析课程中，大多数分析方法的基本理论知识、公式的演算推导以及仪器的基本图片，如分光光度计、色谱仪、光谱仪等仪器的立体图形，都可以运用课件进行介绍，但此类课件在仪器结构讲解时容易缺乏由点到面的认识过程。Authorware是一种基于流程图的可视化多媒体开发工具，它最大的特点是灵活互动。比如在讲解凝胶渗透色谱中进样、淋洗、分级过程；原子吸收光谱中原子化过程、光学演示等微观过程时，利用制作流程、再适当加入动画，可以使抽象的理论直观化，起到事半功倍的效果。在制作多媒体课件时可以充分运用及融合Powerpoint和Authorware两者的优点，以提高制作课件的质量和效果。通过多媒体课件、计算机模拟辅助软件和多媒体教学软件等，可以模拟和演示实验过程，帮助学生直观理解抽象理论；同时还可以方便地处理和分析真实的实验数据和图谱，培养学生研究性和创新性意识。其次互联网在本课程教学中也占有重要的地位，通过访问网络电子图书馆和国内外网络课程资源，学生才能更好地开展文献查阅、自主学习和综合性实验设计等。

3 结语

总之，现代仪器分析发展速度飞快，内容丰富、前沿，应用领域广泛，对培养研究生科学研究能力、自主创新能力和综合应用分析能力具有重要的作用。要提高课程教学质量，就要针对课程自身特点，在教学中不断积累和总结经验，不断引入前沿知识充实教学内容，综合运用各种教学方法和教学手段，不断探索和实践，充分结合现代仪器分析课程特点，利用多媒体相关的软件努力提高理论教学、实验教学和网络教学的效果，从而满足现代仪器分析课程在新时代的教学要求。