儀器分析實驗教學(xué)改革與實踐范文

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隨著知識經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，儀器分析在化學(xué)化工、食品科學(xué)、制藥工程和生物技術(shù)等學(xué)科中的應(yīng)用越來越廣泛，已成為科學(xué)研究中重要的分析與檢測手段。因此，在高校教育中“儀器分析”課程已受到越來越多的重視。實踐教學(xué)把理論、抽象的知識具體化，使學(xué)生對理論知識有更深層次的理解，從而達到培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)動力和激情的目的。“儀器分析”是一門技術(shù)理論與實踐相結(jié)合的綜合性課程，是化學(xué)、生物、食品及醫(yī)藥等專業(yè)的基礎(chǔ)課，而“儀器分析”實驗是本課程中重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過“儀器分析”實驗課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生在實踐中掌握各種儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理、應(yīng)用范圍及操作規(guī)程，增強學(xué)生分析問題、解決問題、動手操作和創(chuàng)新能力并可培養(yǎng)學(xué)生的合作精神，為其從事相關(guān)工作夯實基礎(chǔ)。為了充分發(fā)揮儀器分析實驗的作用，根據(jù)學(xué)院的實際情況，相關(guān)教師在“儀器分析”實驗教學(xué)中進行了嘗試性改革，并初見成效。

1實驗教學(xué)改革的必要性

近年來，隨著現(xiàn)代分析新儀器、新技術(shù)和新方法的不斷發(fā)展，儀器分析在現(xiàn)代分析方法中起著主導(dǎo)的作用，掌握其技術(shù)和方法有利于學(xué)生今后的發(fā)展。傳統(tǒng)的“儀器分析”實驗教學(xué)方式和實驗內(nèi)容已不能適應(yīng)時代和科技發(fā)展的需要。因此，“儀器分析”實驗的改革尤為重要。由于實驗課所使用的大型儀器設(shè)備價格昂貴，數(shù)量少（大部分只有1臺）。儀器的操作采用計算機控制，且操作軟件大多為英文軟件，而學(xué)生在進行實驗以前從沒有接觸過這樣的儀器設(shè)備。在以往的實驗課教學(xué)中，將學(xué)生按照7~10人/組進行分組，采用循環(huán)式實驗教學(xué)。實驗時學(xué)生圍在一起看教師講解儀器的構(gòu)造、使用注意事項和操作規(guī)程（邊演示邊進行實驗），而學(xué)生實際操作儀器的時間短、機會少。由于部分學(xué)生看不清或不認(rèn)識軟件中的英語單詞，導(dǎo)致學(xué)生對實驗缺乏興趣，甚至依賴同組同學(xué)，抄襲實驗報告。另外，實驗課所開出的實驗相對較為簡單，實驗前教師已將實驗所需的試劑配制好，把儀器提前預(yù)熱好，導(dǎo)致學(xué)生發(fā)揮的空間較少。這樣，直到一次實驗課結(jié)束，部分學(xué)生仍是一知半解，從而達不到理想的實驗教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的能力。因此，必須對現(xiàn)有的實驗教學(xué)方式和內(nèi)容進行改革，使學(xué)生掌握現(xiàn)代分析儀器的技術(shù)和方法。

2“儀器分析”實驗教學(xué)模式的建立

2.1合理安排實驗內(nèi)容，建立“階段性”的實驗教學(xué)模式根據(jù)學(xué)院擁有的儀器設(shè)備情況，把“儀器分析”實驗分為2個階段來進行。第1階段為基礎(chǔ)實驗，在基礎(chǔ)實驗中主要以教師命題的驗證性和綜合性實驗為主，減少陳舊實驗，增加新技術(shù)、新方法在實驗中的應(yīng)用。第2階段為設(shè)計性實驗，讓學(xué)生結(jié)合身邊實際情況，選擇較熟悉、與日常生活密切聯(lián)系、試驗樣品易獲得、應(yīng)用性強的實驗項目，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決實際問題的能力。通過學(xué)生自己查閱與實驗內(nèi)容相關(guān)的資料，并設(shè)計出實驗方案，由負(fù)責(zé)教師審核并組織學(xué)生對所設(shè)計方案進行講評后，確定實驗題目，根據(jù)實驗室儀器的實際情況，安排實施實驗。

2.1.1基礎(chǔ)性實驗此階段主要通過驗證性和綜合性實驗，使學(xué)生掌握儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理、操作規(guī)程，以及定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的方法，為下一階段開放式的設(shè)計性實驗打下基礎(chǔ)。例如，精選紫外分光光度法測樣品中苯甲酸含量、氣相色譜法鑒定檢測飲品中的醇、紅外吸收光譜測繪及圖譜解析、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)鑒定分析杏仁香精中化學(xué)成分的基本方法等8個經(jīng)典實驗，其中驗證性實驗3個、綜合性實驗5個，由8名實驗教師各負(fù)責(zé)1臺儀器和1個實驗，采用2~3人/組的循環(huán)式教學(xué)。對實驗難度較大、涉及大型精密儀器的實驗，先由教師進行實驗演示講解,學(xué)生再分別動手操作[4]。這樣既保證了學(xué)生獨立動手實驗，又有利于實驗技能的提高。

2.1.2設(shè)計性實驗此階段主要在教師指導(dǎo)下，采用5~6人/組，由學(xué)生自己查閱資料、設(shè)計實驗方案、自行準(zhǔn)備實驗，進行試驗樣品預(yù)處理、測定數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、撰寫實驗報告，以培養(yǎng)學(xué)生在實驗中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力及團隊合作精神和創(chuàng)新實踐能力，為以后的學(xué)習(xí)、工作打下堅實的基礎(chǔ)。近年來，先后開設(shè)了飲料中山梨酸和苯甲酸含量的測定、火腿腸中亞硝酸鹽含量的測定、果蔬中VC和VB含量的測定、茶葉中VC的測定、牛奶和奶粉中三聚氰胺的測定、餅干中黃曲霉毒素的檢測等50多種設(shè)計性實驗。同時在實驗中根據(jù)實際情況，通過選擇不同儀器測定同一樣品成分的方法，進行對比性實驗。例如，采用高效液相色譜（HPLC）法和熒光分光光度法測定果蔬飲料中VC的含量；采用薄層色譜（TLC）法和熒光光度法測定餅干中的黃曲霉毒素。通過對比性實驗，以確定不同測定方法的優(yōu)缺點。實踐表明，通過設(shè)計性實驗的開設(shè)，整合了多個知識環(huán)節(jié)，充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力[5]，增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和自信心，培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決問題的能力，促進了知識的融會貫通。

2.2實行開放式教學(xué)，鼓勵學(xué)生參與教師科研活動“儀器分析”實驗作為培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的重要課程，單憑實驗課較短的學(xué)時，學(xué)生無法完全掌握儀器的使用，需要利用課余時間來繼續(xù)進行探討。因此，由實驗中心統(tǒng)一調(diào)度儀器和指導(dǎo)教師，實行工作日白天全天開放、晚上和節(jié)假日網(wǎng)上預(yù)約開放，由實驗教師輪流值班的制度，使學(xué)生有充分的時間補做實驗課上沒有完成或失敗的實驗，也可以使學(xué)生對沒熟悉掌握的儀器操作再進一步加強，做到了“時間與空間相結(jié)合”的開放。另外，實驗室的開放，增加了學(xué)生們積極參與教師科研活動的熱情，培養(yǎng)了學(xué)生的科研興趣。部分大二和大三學(xué)生參與科技創(chuàng)新課題，幫助教師完成了雜糧餅干主要成分的測定、松茸餅干質(zhì)構(gòu)的測定、紫山藥飲料黏度和色度的測定等實驗。通過開放式教學(xué)，為學(xué)生的實踐學(xué)習(xí)提供了便利，奠定了其從事科研工作的基礎(chǔ)，又充分發(fā)揮了實驗室現(xiàn)有儀器的作用，提高了儀器的利用率。

2.3強化預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，完善實驗考核實驗預(yù)習(xí)是進行實驗的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生通過預(yù)習(xí)可了解實驗?zāi)康摹嶒炘怼嶒瀮?nèi)容以及實驗需要解決的問題。但在實驗進行之前，學(xué)生完全沒有接觸過實驗所需的儀器，從而對實驗儀器缺乏直觀的認(rèn)識。那么，采用什么樣的預(yù)習(xí)方法才能使學(xué)生達到預(yù)習(xí)實驗的效果呢？為了便于本科生、研究生及教師使用大型儀器，了解大型儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理。實驗中心拍攝了氣相色譜儀、原子吸收光譜儀、紅外光譜儀、紫外光度計、熒光光度計、質(zhì)構(gòu)儀、熱分析儀、黏度計等大型儀器的實際操作視頻，放在實驗中心的網(wǎng)站上。在視頻中，實驗教師詳細講解了儀器的構(gòu)造、工作原理、應(yīng)用范圍及儀器的操作過程，使學(xué)生在進行實驗之前，通過觀看視頻，對儀器的使用有較詳細的了解。為了考查學(xué)生的課下預(yù)習(xí)情況，教師采用課上提問的方式對學(xué)生進行考核，作為實驗總成績的一部分。實驗時，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下就可以直接對儀器進行操作，這樣既增加了學(xué)生學(xué)習(xí)儀器分析實驗的緊迫感和積極性，也為實驗課的安排和儀器的使用提供了便利。實驗考核是對學(xué)生掌握實驗情況的檢驗，考核主要包括出勤、預(yù)習(xí)、實驗報告、操作技能考試4個方面，分別按照出勤5％、預(yù)習(xí)5%、實驗報告60％（其中基礎(chǔ)性和實驗性各30%）、實驗技能考試30％的比例，計入學(xué)生的實驗總成績。其中，實驗報告包括實驗?zāi)康摹⒃怼嶒灢襟E、數(shù)據(jù)記錄及處理和問題討論，通過實驗報告及時發(fā)現(xiàn)、糾正學(xué)生在實驗中出現(xiàn)的問題，培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度；操作技能考試以教師命題、學(xué)生抽題的方式對學(xué)生進行考核，要求學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)獨自完成實驗內(nèi)容，從而對學(xué)生動腦思考和動手操作能力進行綜合評價。

2.4加強師資建設(shè)，提高科研素養(yǎng)教師是人才培養(yǎng)的主體，教師實驗?zāi)芰Φ膹娙鯇W(xué)生實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)起著決定性的作用。一直以來，學(xué)院十分重視實驗教學(xué)隊伍的建設(shè)，加強教師的各項培訓(xùn)，鼓勵實驗教師積極參加科研實踐活動，提高實踐能力，逐步形成了一支實踐經(jīng)驗?zāi)芰姟⒔虒W(xué)科研豐富，擁有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的實驗教學(xué)隊伍，在實驗教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。

3結(jié)語

通過對食品科學(xué)與工程專業(yè)儀器“分析實驗”教學(xué)改革，使學(xué)生由“照方抓藥”的被動式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩し街扑帯钡闹鲃邮綄W(xué)習(xí)，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了學(xué)生的科研素養(yǎng)，提高了學(xué)生分析、解決實際問題和動手操作大型儀器的能力，為其設(shè)計畢業(yè)論文和從事相關(guān)性工作打下了良好的基礎(chǔ)。同時，實驗教學(xué)的改革也使教學(xué)質(zhì)量總體提高，初步達到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教育目標(biāo)。但是，“儀器分析”實驗改革是一項長期工作，在教學(xué)中，必須不斷更新和改進實驗教學(xué)內(nèi)容與方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮“儀器分析”實驗在實驗教學(xué)中的作用。

作者：李素芬 劉建福 單位：天津商業(yè)大學(xué) 生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院