浅谈高校“仪器分析”及其实验课程教学改革*

王曦烨

(内蒙古民族大学化学与材料学院，国家级化学实验教学示范中心，内蒙古 通辽 028000)

仪器分析及其实验是内蒙古民族大学化学、生命科学、医学、蒙药学院等开设的一门必修课，主要利用各种大型仪器来测定物质的化学组成、含量、状态、结构等。通过课程的教学，能够使学生初步了解和掌握常用的仪器分析方法，并能够利用相关仪器解决实际问题。在目前教学内容更新快、学时减少的背景下，必须对课程的教材、理论课教学、实验课教学等多方面内容进行改革，以促进学生综合能力的提升，适应未来社会发展的需要。

1 理论课教材内容的改革

1.1 可以在每个大章节前加一章导论内容

仪器分析课程教学内容从大类上讲主要有光谱、电化学、色谱三部分内容，每部分内容又与其它专业基础课有着紧密的联系，但侧重点有所不同。比如学习光谱时会接触到“共轭大π键体系”，这与有机化学相关；学到电化学时，涉及到原电池、电解池这部分内容时，会与物理化学的相关内容产生交叉；讲到色谱分析时，电负性、极性、“相似相溶原则”等内容又会与无机化学产生联系。如果教师一开课直接进入新内容的学习，会使学生感觉很生硬，无法触发学生深层次的记忆，其它专业的基础也就白打了。正因如此，在介绍仪器分析各大章节前，可以分别加一章导论内容，帮助学生回顾一下以前其它专业课相关的知识，这样会让学生产生一种强烈的代入感，为学生学习更有深度的内容做好过渡和铺垫。

1.2 尽量将新仪器、新分析方法融入到教材中

随着国民经济的快速发展，科学技术随之不断创新，新仪器、新分析方法层出不穷。一般来说，像质谱、核磁共振这样的大型分析仪器，每两年就会更新升级换代，而仪器分析教材再版时间非常长，其内容更新速度远跟不上时代步伐。为解决这个矛盾，从事该门课程的教师需要付出比其它专业教师更多的努力，一方面尽可能将新知识加入到再版教材中，再有必须利用课下时间充分挖掘互联网中的内容，尽可能多地查阅新的分析仪器及相关检测技术，然后将这些最前沿的知识总结并传授给学生，使他们了解当今世界最新的分析仪器发展趋势，为其日后的工作或进一步深造做必要的铺垫[1]。

2 理论课教学内容的改革

2.1 将前沿科学知识融入课堂教学中

仪器分析主要由六章内容组成，分别是光谱分析法(紫外可见光谱法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法)、电化学分析法(电位分析法、伏安分析法)、色谱分析法(气相色谱法)，课程主要介绍这些大型仪器的分析原理、仪器构造、定性定量分析方法、仪器应用等内容。以光谱分析为例，光谱这三章总体内容比较枯燥，三种仪器分析原理及仪器构造各不相同，基本概念极易混淆，学生学习兴趣不大，课程开展困难。因此，如何解决这个难题，并最大限度地激发学生的学习兴趣显得尤为关键。科学的发展能够促进仪器分析这门学科不断进步，而检测手段的不断改进又能为食品药品事件、公共卫生事件提供有效的解决方法。如2019年底爆发的严重的新冠病毒疫情，对人民生产生活造成了严重的破坏，新冠病毒的检测就显得尤为重要。我国学者利用荧光免疫层析法标记2019-nCoV特异性抗体用于新冠病毒感染的筛查，取得显著成效[2]。如果课上老师能将课本知识与该突发热点事件结合起来授课，就能将学生带入到科研人员的角色中来，并用实际例子告诉他们，学习的知识是很重要的，如果学有所成将来一定会有用武之地。这不仅提高了学生的学习兴趣，更激发了学生的学习动力，从而使他们真正地投入到学习中去；同时，科研工作者的先进事迹正是社会主义核心价值观与奉献精神、人文素养相结合的综合体现，授课过程中对我国科研工作者在抗疫过程中做出的重大贡献进行宣讲也是课程思政元素挖掘的体现，这样的授课方式能以“润物细无声”的形式让学生接受主流价值观的熏陶，从而让课程整体有趣且有深度[3]。

2.2 必须保留的教学内容—液相色谱法

液相色谱法主要包括以下几部分：高效液相色谱仪的主要构造、正相色谱与反相色谱、高效液相色谱的主要分离类型。除了以上内容，教师可以根据自己的知识面额外介绍一些内容，如超临界流体色谱、毛细管电泳、固定化金属离子亲和色谱等。目前，我校仪器分析课程总学时为48学时，课程内容多，课时紧张，因此色谱分析法的介绍主要以气相色谱为主。但在实际的生产生活实践中，液相色谱法的应用要更为广泛，可以说，化学专业的毕业生只要今后读研或者从事与化学检验有关的工作，都会接触到液相色谱检测技术。因此，在实际教学过程中，必须在总体学时安排时做适当倾斜以突出本章内容的地位，舍弃本章内容则更不可取。

3 实验课的改革

3.1 充分发挥线上实验教学平台的辅助作用

疫情期间，线下实验课无法开展，因此我们学院引进了“微瑞”线上实验教学平台组织学生学习。该平台实验项目比较全，仪器外观与实际非常相近，实验步骤也很详细。平台最大优点是各个实验项目可以反复操作练习，而线下一些大型仪器由于个数有限无法保证每个同学都能充分上手操作，平台则完美解决了这个难题。疫情结束后，学生也可以利用该平台进行操作方面的预习，提前了解仪器构造和实验步骤，为线下实验教学奠定了非常好的基础，达到了事半功倍的效果。但有一点必须强调，实验课教学永远都要以“线下为主-线上为辅”的模式来安排课程，不能本末倒置，因为真正能够让学生加深印象、加深理解的实验永远都是学生能够真正动手接触到的实验[4]。

3.2 新加入的实验项目

在我院19版培养方案调整过程中，仪器分析实验大纲新加入了气相色谱分析实验，即“混合烷烃的分离”。气相色谱法是利用毛细管柱作色谱柱，固定液涂抹在管壁上作固定相，气体作流动相的分离分析方法。根据色谱图中的出峰时间和顺序，可对化合物进行定性分析；根据峰的高低和面积的大小，可对化合物进行定量分析。气相色谱法适合分析沸点低、热稳定性高的化合物，在石油化工、医药卫生、环境监测、生物化学、食品检测等领域都有广泛的应用。我校蒙医药专业师生在研究各种蒙药的挥发油成分时，用到最多的大型仪器就是气相色谱仪。因此，气相色谱实验的开设意义重大。气相色谱法是仪器分析理论课的重要章节，其课程内容的设置是先讲色谱法基本概念与基本理论(塔板理论、速率理论)，接着讲定性定量分析方法，然后讲气相色谱仪的构造，最后讲该方法的应用。虽然考试重难点是头三部分内容，但对学生而言，如何将书本知识学以致用才是重中之重，正所谓“学生中心，产出导向”。遗憾的是，由于条件所限，以前我院并未开设气相色谱法相关配套实验课程。这样，当学生走进工作岗位后，还需要重新进行培训，而那时理论课知识可能早已淡忘。这学期通过该实验课程的开设，学生在亲手操作的过程中加深了对课本知识的记忆和理解，一些课上不懂的知识点也会在实验过程中豁然开朗。同学们实验课学习积极性高，与老师的交流互动更为积极，课堂气氛活跃，实验课取得了良好的教学效果。

3.3 可以调整的实验项目

目前，仪器分析实验课程的总学时数有不断下降的趋势，如何利用有限课时选取更为重要的实验项目进行操作就显得非常关键[5]。以笔者多年来的教学经验来说，气相色谱、液相色谱、红外光谱、紫外光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱等都是必不可少的项目，有条件的学校可以开展质谱、核磁共振、扫描电镜等项目。相对而言，一些原理易懂、操作简单的小型仪器项目就没必要占用课时了，具有代表性的就是一些电化学实验。例如，库伦分析法就是利用法拉第电解定律测电极反应转移的电量，而库仑滴定池目前已经很难买到了；循环伏安法，学生毕业后接触到的概率并不大；电位滴定分析，就是通过仪器确定滴定终点，老师简单演示一下即可。这里要重点强调一下极谱分析实验，该实验能否删除存在一定争议，有人认为该实验接触到了过多的有毒金属离子，因此必须删除，但笔者认为，一方面该实验是与课本知识相配套的实验课程，理论课知识相对复杂，必须借助实验课加深学生的理解;另一方面，只要不是长期大量接触有毒离子，对自身的危害其实并不大。因此，该实验项目的保留利大于弊。通过实验项目的删减优化，让学生接触到未来应用最广泛的大型仪器，既让学生开了眼界，又让学生将理论知识与上机操作相结合解决了实际问题，这就为学生未来的就业创造了良好的条件。