现代仪器分析实验教学思考与实践

饶桂维，梅 瑜

(浙江树人大学 生物与环境工程学院，浙江 杭州 310015)

近年来，随着我国经济实力的增长，对教育的投入也水涨船高。尤其是高等教育进入大众化阶段，对人才培养和科研水平的高要求，促使从各级政府到高校层面都加大投入，最明显的就是各高校的大型仪器设备数量剧增。

浙江树人大学作为改革开放以来我国最早成立的全日制民办普通高校之一，在中国民办本科院校竞争力排行榜中连续多年荣获第一。生物与环境工程学院是一个以多学科交叉发展为特色的工科学院，环境科学与工程学科被评为浙江省“省级一流学科(B)”。学院拥有完备的实验科研教学设施，化学教学实验中心是浙江省“十二五”化学实验教学示范中心，此外有全国高校第一家获得全国分析检测人员能力培训委员会(NTC)培训和考核资质认定的浙江树人大学分析测试国家培训中心，还是浙江省科技厅唯一设立的浙江省大型科学仪器设备协作共用平台分析测试技术培训基地。目前拥有两幢合计近万平米的实验教学用房，拥有液相色谱-质谱联用、气相色谱-质谱联用、等离子发射光谱-质谱联用、离子色谱和红外光谱等近百套大型精密仪器设备，资产近4000多万元。

现代仪器分析是化学类专业的一门必修专业基础课程之一，通过使用复杂特殊的仪器设备，测定物质的一些物理及物理化学性质参数及变化来获取物质的化学组成、化学结构及含量等信息的分析方法[1]。生物与环境工程学院从2010年起，在应用化学、化学工程与工艺、生物工程、食品工程、环境工程和食品质量与安全六个本科专业都开设了现代仪器分析技术及实验课，其中理论课程40～45课时，实验课程40课时。本学院的现代仪器分析实验是在无机与分析化学实验、分析化学实验、有机化学实验和物理化学实验等实验基础上的一门专业化学实验。本课程的教学目的和任务是巩固和加深现代仪器分析方法基本原理的理解；掌握仪器分析实验的基本知识和技能；学会正确地使用分析仪器；合理地选择实验条件；正确处理数据和表达实验结果；培养学生严谨求是的科学态度、勇于科技创新和独立工作的能力，为培养适应二十一世纪需要的高级应用型人才打下坚实的基础。本实验课程综合了化学、物理和电子技术等方面知识，在实际授课中，要求学生了解仪器的原理和构造，掌握仪器的基本操作步骤，还要完成盲样的测定，计算出正确的结果。从课程要求可以看出本实验课程对学生综合能力要求较高，同时因本课程采用的是大型精密仪器进行实验教学，因分析仪器价格昂贵、更新换代快等诸多原因导致实验室仪器数量及配置不能充分满足实际教学需要。笔者自2010年起就承担了全学院的现代仪器分析实验教学任务，积累了一定的实验教学心得体会，现总结如下，期与广大实验课程教学同行交流探讨。

1 实验项目开设有所为有所不为

现代仪器分析的理论教学包含有电分析化学、光谱、色谱、波谱及质谱等五大模块。若是依据这五个模块以及本学院配置的大型仪器开设全方面的实验教学任务，涉及到的仪器有离子选择性电极、原子吸收分光光度计、原子荧光分光光度计、红外光谱仪、电感耦合等离子发射光谱仪、紫外可见光分光光度计、高效液相色谱仪、气相色谱仪、气相色谱质谱联用仪、液相色谱质谱联用仪以及电感耦合等离子发射光谱仪等11种仪器。

在2010-2013年期间，笔者亦是参考国内众多院校做法，尽可能开设多种仪器的实验教学，见表1[2-4]。在表1的实验教学中，共涉及了8种仪器设备，其中原子吸收分光光度计、电感耦合等离子发射光谱仪和气相色谱质谱联用仪数量都只有一台，而学院配置的现代仪器分析实验课程的实验教师只有三名。经过两个学年的教学实施，发现很多问题：学生方面，8种仪器设备的实验课，感觉走马观花，尤其是数量少的仪器，因课时少的原因，无法让学生深入操作，类似演示实验，学生在课程结束后，往往哪样仪器都没学会；对于教师来说，要开出电分析化学、光谱、色谱、波谱等四个技术模块10个实验，对三名教师的理论、实验操作及技术要求极高，但学校层面则对仪器的维护保养及实验准备的耗时不计入课时，并且本校还无硕士点，上述工作皆须教师亲历亲为，辛苦一学期下来，课时工作量就那一点，付出与回报反差太大，极大的打击了大家的工作积极性。

表1 早期的现代仪器分析实验授课计划表

为此，授课小组在调研学生就业岗位需求，以及结合本院购置的仪器数量情况进行讨论后，决定在实验项目的开设上有所为，有所不为。具体就是实验开设以数量较多的气相色谱仪和液相色谱仪项目为主，以原子吸收分光光度计、原子荧光分光光度计、红外光谱及等离子发射光谱为辅的实验设计思路。从2013年起，编制了以色谱、光谱为主的实验教学项目，见表2。

表2 以色谱光谱为主的实验教学授课计划表

该次修订，主要去除了比较简单的电分析化学、紫外光谱等，对于可操作性不强的气相色谱质谱联用也停开了。经过一学年下来，学生教师两方面的反响较好，但问题还是集中在仪器台数较少的光谱类实验，尤其是原子吸收、原子荧光及电感耦合等离子发射光谱等光谱类，实验的前处理繁琐，但仪器的操作比较快捷，教学性不强，学生学习成就感低。但教师的实验准备工作量巨大，又因实验对玻璃仪器试剂要求高、气体消耗大而导致实验教学成本比较高。为此，我们又进行了改进，将该类光谱类实验也进行了调整，得到了表3的实验授课计划表。该调整是建立在拥有6台气相色谱仪(岛津GC2014)和7台高效液相色谱仪(依利特P230Ⅱ)的基础上，班级实验采用多批制，确保2～3人一台仪器操作，而授课实验教师也固定为两名，分别负责气相色谱模块和液相色谱模块。经过实际教学检验，各方面反应良好。

表3 以色谱强化为主的实验教学授课计划表

2 测重培养学生的现场学习能力

传统的实验教学模式中，为了减轻现场教学的压力，绝大多数教师会在实验教学环节让学生进行实验预习，撰写预习报告。但对于应用型本科院校的学生来说该法弊大于利：绝大多数学生的预习流于形式，部分认真的学生因预习环节的缘故，反而疏忽了教师在讲授环节的讲解；此外，预习环节也增加了教师与学生的工作和学习量。故在本人的实验教学环节中，从2012年起取消了预习，通过在实验课上让学生编成小组，分配实验任务，来吸引提起学生的学习兴趣；另一方面，让学生当场学习仪器的知识，并马上应用操作，有助于培养他们的现场学习能力。比如在学习高效液相色谱第一次实验课程“HPLC归一化法测定苯系物”时，就让学生分好小组，推选组长，分配任务：小组掌握仪器的开机，组员一学会排除气泡，组员二学会设置参数，组员三学会进样针的挑选，组员四学会样品的进样。通过任务分解，责任到人，让学生有责任使命感，人人都有完成任务的成就感。

经过多年的实施，发现对于本校本学院这样的高考第二批次录取的生源的院系，学生的现场学习能力还是不错的，虽然在理论知识的掌握上，比高批次的学生欠缺，但学生在团队合作、快速接受新知识以及方法引申应用表现尚可。

3 及时更新优化实验项目

人都是“喜新厌旧”的，尤其是目前教学对象是95后的潮人们！如何将他们吸引关注到比较传统枯燥的分析仪器操作上，是一个比较大的考验。为调动起学生的学习兴趣，除了在第一次实验课讲授时积极说明本实验课程是大学里最具价值的应用性实验课程外，最重要的是紧跟社会热点。比如，2011-2012年期间，结合杭州自来水污染事件，讲解了如何进行水样的苯及苯胺类化合物测定“HPLC归一化法测定苯系物”；在2013-2016年，针对食品安全事件，修订推出了“食品中山梨酸、苯甲酸和糖精钠的高效液相色谱测定”；而近两年，考虑到学生中女生占的比例比较多，对化妆品产品的品质安全比较关注，又替换开设了“化妆品中BHA、BHT的高效液相色谱测定”。一方面，让学生觉得本实验课程永远年轻，另一方面也为教师讲解增加了新鲜感。

4 结论

科学技术的发展日新月异，作为科技发展的代表，现代分析仪器也更新换代频频，而新的分析方法、国家标准也层出不穷。如何让本实验课程顺应社会需求，贴近日常生活，尤为迫切！此外作为一所应用型试点建设院校，我校的定位为教学服务型大学[5]。这样的定位也需要我们积极开展实验课程的改革，本文即是我们近年来以现代仪器分析实验课程进行的应用型课程建设的摸索的心得。在践行应用型本科大学的理念、方法和方式的路上没有终点，继续完善现代仪器分析实验课程的每个环节，努力建设高水平的应用型实验课程任重道远。