《原子吸收光谱仪的实操与维护应用》教学案例

熊海蓉，王琼超，喻 鹏

（湖南农业大学化学与材料科学学院，湖南 长沙 410128）

0 引言

化学是一门基础学科，同样也是各学科的基础，无论是化学专业领域的学习，还是与数学、物理、农学、环境等学科融合，其化学分析手段都是必不可少的，而大型仪器设备正是这一分析手段的重要载体，而大型仪器设备本身就是一个综合、创新的体系，无论是从原理、设计，还是从操作、数据分析等诸多方面都蕴含着先进的科学技术与方法，对于科技创新、人才培养具有不可替代的作用。

《材料与化工综合实验技能》课程是化学与材料科学学院材料与化工专业学位点课程，每年秋季开设，课程负责人1名，课程老师3名，教学场地为材料化学专业实验室和学院已有的分析检测平台，课程主要涵盖光谱分析、色谱分析、质谱分析等实验技能体系，从分析方法的基本知识、分析仪器的基本理论入手，认识大型仪器设备，学习操作技能，再到分析实验数据，掌握仪器的维护与故障排查，变演示实验为学生探究性实验，以“学方法、会操作、能分析、懂维护”为教学目的，着力培养学生的实践能力，开拓学生的视野，增强学生的科学素养，实现教学相长、学以致用、学而可用、学可报国的教学目标，全面落实“知识—技能—素养”的培养目标，促进实用性、创新性人才培养。

本案例以原子吸收光谱仪的实操与维护应用为例，从以下几个方面在实验教学中开展探究式学习和实践，利用微视频、PPT、图片、示范、实践等多种形式进行教学，形成提出问题—分析问题—解决问题的教学模式，并在问题中认识原理、在操作中解决问题、在实践中提高认识，解决学生怕操作、难分析、不会用等关键问题：

（1）变演示实验为学生探究性实验。如学生根据自身的研究内容就某一样本中的重金属含量检测设计实验方案和检测方法，学生独立上机操作，获得检测结果并分析。

（2）在原有探究性实验基础上对问题的拓展研究。如原子吸收火焰法测铬时火焰燃烧头位置调节、石墨炉法测铅时升温程序的优化等。

（3）学会维护与故障排查。如石墨管的正确安装与进样针准直，燃烧头的清洁等。

1 背景介绍

科技是一把双刃剑，20世纪以来科学技术迅猛发展，促进了经济的发展，提高了人民的生活水平，然而，与此同时，人类也付出了惨重的代价。由于工业“三废”机动车尾气的排放、污水灌溉和农药、除草剂、化肥等的使用以及矿业的发展，严重地污染了土壤、水质和大气。其中重金属等污染因为其特殊性而引起广泛关注。

重金属原义是指比重大于5的金属（密度大于4.5克每立方厘米的金属），包括金、银、铜、铁、铅等。目前我国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富集性，很难在环境中降解。因此，加强对重金属的监测、检测，从而为环保、工农业生产、食品安全等提供重要依据的呼声日益高涨，也极大地推动了质量检验检测行业的快速发展。

我国质量检验检测行业由于受到政策限制，在1989年之后才逐渐放开，民间资本以及第三方检测机构被允许进入行业。2000年后，我国第三方民营检验检测机构才开始快速发展。截至2019年底，全国取得资质认定的民营检验检测机构共22958家，较2018年增长19.38%，民营

检验检测机构数量占全行业的52.17%，超过行业总量的“半壁江山”。从近年来的政策意见和发展趋势来看，未来将有更多的民营企业进入检验检测行业，行业竞争将愈发激烈。

据统计，2019年我国检验检测认证服务业市场规模就已经突破3000亿元，机构数量突破44000家，提前完成“十三五”行业规划目标。2021年3月《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》发布，《认证认可检验检测发展“十四五”规划》仍处于研讨阶段，预计检验检测认证服务业仍将是“十四五”规划中重要的关注和扶持的行业之一。前瞻预计未来5年我国检验检测行业仍将保持10%以上的复合增速，到2026年，我国检验检测行业市场规模将突破7500亿元，仍处于快速上升期。这不仅对行业和企业发展提出了更高要求，也预示着对检验检测等相关人才的需求也将持续快速增长。因此，发展检验检测技术，培养更多合格的检验检测相关人才就显得尤为迫切，并将为行业发展注入新的动力。

本教学案例依托湖南农业大学化学与材料科学学院已有的分析测试平台和原子吸收分光光度计等相关仪器设备，主要内容包括设计重金属检测分析方案，讲解检测的方法、流程和数据分析方法，并针对仪器设备日常维护中的常见问题提出相应的解决方案，利用微视频、PPT、图片、示范、实践等多种形式进行教学，形成提出问题—分析问题—解决问题的教学模式，并在问题中认识原理、在操作中解决问题、在实践中提高认识，使学员不仅能从事一线的检验检测分析，还能处理设备常规的维修保养，全面落实知识—技能—素养的培养目标。

2 内容

见表 1（P122）。

表1 原子吸收光谱仪的实操与维护应用教学案例

3 结语

整个实验教学过程注重教师的引导与学生的自主探索，教师自身对仪器设备的熟练掌握程度和对课堂节奏的有效把控与对教学环节的科学设计决定了本堂实验教学的质量高低；如何激发学生学习兴趣、提出问题引导思考、抛出线索帮助自主探索是引导学生解决学什么、怎么学、为什么学的关键所在。本案例旨在引导学生在问题中认识原理、在操作中解决问题、在实践中提高认识，形成提出问题—分析问题—解决问题的实验教学模式，使学生不仅掌握实验方案的设计、仪器设备的实验、数据的分析，还让学生具对仪器设备进行初步维护保养的能力，培养学生的科学素养，使学生认识到学以致用、学而可用、学可报国，全面落实“知识—技能—素养”的专业人才培养目标。