儀器分析實(shí)驗(yàn)中仿真技術(shù)的應(yīng)用范文
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摘要:從仿真技術(shù)的角度，對“儀器分析實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐進(jìn)行探討。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:熟練運(yùn)用仿真技術(shù)于課程教學(xué)，可解決由于學(xué)時(shí)、經(jīng)費(fèi)、場地、儀器臺(套)數(shù)不足等條件限制，不能充分保證每個(gè)學(xué)生都能親自上機(jī)操作的問題。還可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生的動(dòng)手能力，增強(qiáng)教學(xué)效果。此外，仿真教學(xué)軟件的選擇、設(shè)計(jì)要貼近實(shí)際，讓學(xué)生能更好地掌握儀器操作。
關(guān)鍵詞:儀器分析;仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué);應(yīng)用
“儀器分析”是我校食品質(zhì)量與安全、生物工程、制藥工程、藥學(xué)、中藥學(xué)、環(huán)境工程等專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課。本課程要求學(xué)生掌握基本儀器的原理和檢測技術(shù)，注重實(shí)驗(yàn)方法和基本技能的訓(xùn)練，為其以后在食品、藥物、環(huán)境工程等領(lǐng)域的工作、科研及進(jìn)一步的學(xué)習(xí)作必要的鋪墊?，F(xiàn)代社會職業(yè)化的要求及學(xué)生謀生需求的驅(qū)動(dòng)，使儀器分析的實(shí)踐性要求越來越強(qiáng)。儀器分析所包括的分析方法目前有數(shù)十種之多。每一種分析方法所依據(jù)的原理不同，所測量的物理量不同，操作過程及應(yīng)用情況也不同。課程內(nèi)容多，教學(xué)課時(shí)少，且內(nèi)容抽象，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)難度大，其次實(shí)驗(yàn)所用儀器價(jià)格昂貴，限制了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展［1］。
1國內(nèi)各高校對儀器分析課程的教學(xué)改革國內(nèi)很多高校對于“儀器分析
”課程進(jìn)行了教學(xué)改革:如華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李勝清等［2］建立了分析化學(xué)“四位一體”的研究性教學(xué)模式和“儀器分析”等課程多元化的考核體系。渤海大學(xué)李秀霞等［3］以食品儀器分析課程為例進(jìn)行了研究性教學(xué)模式的改革實(shí)踐。廣西中醫(yī)藥大學(xué)馮旭等［4］將PBL教學(xué)法，應(yīng)用于藥學(xué)類專業(yè)儀器分析實(shí)驗(yàn)課。河南焦作大學(xué)蘇永祥等［5］從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，探討如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、如何讓學(xué)生明白做好儀器分析實(shí)驗(yàn)的重要性、上好儀器分析實(shí)驗(yàn)課的措施、改革實(shí)驗(yàn)課考核形式，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。廈門大學(xué)化學(xué)系趙一兵等［6］分析了儀器分析實(shí)驗(yàn)課教學(xué)存在的問題，闡明了多媒體計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)是緩解教學(xué)內(nèi)容多、更新快與儀器設(shè)備不足和落后的矛盾，是完善教學(xué)效果的有效途徑。廣西中醫(yī)學(xué)院譚建寧等［7］以CAI課件輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將其應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和了解沒有條件開設(shè)的實(shí)驗(yàn)、重復(fù)模擬有條件開設(shè)而教學(xué)效果不佳的實(shí)驗(yàn)。首都醫(yī)科大學(xué)化學(xué)生物學(xué)與藥學(xué)院閆淑蓮等［8］就儀器分析實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中遇到的問題進(jìn)行了探討。廣西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院鄒華紅等［9］、綏化學(xué)院食品與制藥工程系田喜強(qiáng)等［10］根據(jù)儀器分析實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，為了解決儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，從成績考核、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法與手段等方面對儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。東北林業(yè)大學(xué)理學(xué)院李暐等［11］根據(jù)儀器分析實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀與存在的問題，設(shè)計(jì)并實(shí)踐了“強(qiáng)化預(yù)習(xí)+儀器認(rèn)知+獨(dú)立操作”的儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式。目前關(guān)于“儀器分析”課程的研究性教學(xué)實(shí)例只有華中農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)學(xué)院、渤海大學(xué)、南京航空航天大學(xué)及本課題組，且理論和實(shí)踐均處于探索階段。近年來，各個(gè)高校根據(jù)儀器分析課程教學(xué)的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排，學(xué)生分組的設(shè)置，實(shí)驗(yàn)課程的考核等方面都有一定的改進(jìn)，但由于受到各方面條件的限制，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中依然處于被動(dòng)地位，動(dòng)手能力比較欠缺，所學(xué)到的儀器分析理論知識難以與實(shí)踐真正融合，創(chuàng)新能力沒有得到相應(yīng)的提高。因此，本課題組擬對“儀器分析實(shí)驗(yàn)”課程進(jìn)行基于仿真技術(shù)的研究性教學(xué)方法的探索與實(shí)踐，緩解儀器不足等造成的矛盾的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的興趣，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教師自身素質(zhì)的提高。
2儀器分析教學(xué)改革的幾點(diǎn)措施
2．1教材建設(shè)與選用
根據(jù)不同專業(yè)人才培養(yǎng)的需要和儀器分析微型、高效、自動(dòng)、智能的發(fā)展趨勢，課程組在教材建設(shè)方面始終堅(jiān)持兩條原則:一是堅(jiān)持選用優(yōu)秀出版社出版的優(yōu)秀教材;二是教材符合工科相關(guān)專業(yè)的需要。所以根據(jù)授課對象的不同，食品質(zhì)量與安全、生物工程專業(yè)選擇朱明華主編，高等教育出版社出版的《儀器分析》(第四版)為教材，該教材為“十二五規(guī)劃教材”。此教材基礎(chǔ)理論和基本知識敘述得較為詳盡，突出基礎(chǔ)學(xué)科教學(xué)和工科化學(xué)的特點(diǎn)，該教材習(xí)題量較為適中，難易得當(dāng);使用下來，效果較好。環(huán)境工程專業(yè)選擇劉志廣主編，大連理工大學(xué)出版社出版的《儀器分析》(第二版)，該教材為“國家精品課程教材”，可作為綜合性大學(xué)化學(xué)系及相關(guān)專業(yè)的儀器分析課程的教材。藥學(xué)相關(guān)專業(yè)(制藥工程、藥學(xué)、中藥學(xué))選擇柴逸峰、邸欣主編，人民衛(wèi)生出版社出版的《儀器分析》(第八版)為教材。該教材是國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會“十三五”規(guī)劃教材、全國高等醫(yī)藥教材建設(shè)研究會“十三五”規(guī)劃教材，該書是專門針對藥學(xué)相關(guān)專業(yè)編寫的，內(nèi)容上符合藥學(xué)相關(guān)專業(yè)對儀器分析基礎(chǔ)知識的需要。內(nèi)容較為精煉，較其他的教材，在各章中加強(qiáng)了學(xué)習(xí)要求，加強(qiáng)了與藥學(xué)相關(guān)專業(yè)的聯(lián)系。教材內(nèi)容較為豐富，這對學(xué)生擴(kuò)展知識有較好作用。
2．2實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容整合、優(yōu)化
為了達(dá)到更好的教學(xué)效果，儀器分析課程組有完整配套的教學(xué)參考資料。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，考慮專業(yè)需求不同，課程組教師自編了《儀器分析實(shí)驗(yàn)講義》。結(jié)合專業(yè)的需要及專業(yè)特點(diǎn)和各專業(yè)在人才培養(yǎng)方案中設(shè)置的課程學(xué)時(shí)數(shù)，實(shí)驗(yàn)的設(shè)置考慮藥學(xué)相關(guān)專業(yè)的特點(diǎn)，各專業(yè)開設(shè)的儀器分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有所不同:(1)藥學(xué)、中藥學(xué)開設(shè)6個(gè)實(shí)驗(yàn)，包括氣相色譜法測定薄荷油中薄荷腦的含量、固體樣品紅外光譜的測定(KBr法)、火焰原子吸收光譜法測定感冒沖劑中的銅—標(biāo)準(zhǔn)加入法、維生素B12注射液的定性鑒別和定量分析、鄰菲羅啉測定溶液中鐵的含量、高效液相色譜法測定維C和銀翹片中對乙酰氨基酚的含量。(2)生物工程、食品質(zhì)量安全專業(yè)開設(shè)了4個(gè)實(shí)驗(yàn)，較藥學(xué)相關(guān)專業(yè)少了火焰原子吸收光譜法測定感冒沖劑中的銅—標(biāo)準(zhǔn)加入法、氣相色譜法測定薄荷油中薄荷腦的含量、固體樣品紅外光譜的測定(KBr法)，增加了水中氟離子含量測定實(shí)驗(yàn)。(3)環(huán)境工程專業(yè)因?qū)I(yè)特點(diǎn)和學(xué)時(shí)數(shù)的原因，開設(shè)6個(gè)實(shí)驗(yàn):氣相色譜法測定甲苯的含量(內(nèi)標(biāo)法)、電鍍生產(chǎn)廢水中銅、鋅含量的測定、鄰菲羅啉測定溶液中鐵的含量、高效液相色譜的定性定量方法、水中氟離子含量、測定維生素B12注射液的定性鑒別和定量分析。這樣使得教學(xué)內(nèi)容既符合了人才培養(yǎng)方案的要求，又有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新能力。
2．3仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用“儀器分析
”課程由理論和實(shí)驗(yàn)兩部分組成，實(shí)驗(yàn)部分要在專業(yè)的儀器分析實(shí)驗(yàn)室完成。儀器分析課程組在食品工程學(xué)院的實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)有專門的實(shí)驗(yàn)室，承擔(dān)全校的儀器分析課程實(shí)驗(yàn)。具有大型精密儀器設(shè)備，實(shí)驗(yàn)過程中課程組始終堅(jiān)持讓每一位學(xué)生都有親自動(dòng)手操作的機(jī)會，由于實(shí)驗(yàn)室容量有限，所以6～8名學(xué)生一組，每次實(shí)驗(yàn)最多有4組參加，對于自然班人數(shù)較多的班級進(jìn)行整合，確保學(xué)生實(shí)驗(yàn)的效果。但是在教學(xué)過程中由于場地、儀器臺套數(shù)等原因，學(xué)生雖分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但在教師對儀器分析實(shí)驗(yàn)演示時(shí)，并不能夠使全部的學(xué)生都能準(zhǔn)確地觀察到教師的演示動(dòng)作，所以造成操作過程中常出現(xiàn)錯(cuò)誤的操作?；谝陨蠁栴}，在學(xué)校、學(xué)院的大力支持下，我們購買了儀器分析仿真教學(xué)設(shè)備及軟件。建立了儀器分析仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。課程組的各位教師為更好地實(shí)現(xiàn)教書育人的目標(biāo)，在保質(zhì)保量完成本科教學(xué)課程內(nèi)容的同時(shí)，積極參與課程仿真軟件的學(xué)習(xí)及使用。在集體備課的過程中，對仿真軟件的使用、教學(xué)過程中會出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行研討，尋找解決的辦法，并將其應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果。如:教師在講授內(nèi)容過程中會出現(xiàn)前半部分內(nèi)容學(xué)生認(rèn)為簡單(有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)接觸過)，后半部分內(nèi)容聽不明白(儀器沒見過)的現(xiàn)象，年輕教師可能把握不好;再比如:對于仿真教學(xué)與實(shí)物教學(xué)的先后問題等等。針對各種問題，課程組組織研討，在老教師的把關(guān)下，各位授課教師講出了自己的想法，大家互相交流后，得出解決的辦法:在授課過程中，學(xué)生接觸過的部分壓縮講，以復(fù)習(xí)的方式講授;學(xué)生沒有接觸過的內(nèi)容展開講，從結(jié)構(gòu)分析到機(jī)理詳細(xì)講解，讓學(xué)生能夠消化吸收。在不斷的教學(xué)過程中這種方法也在不斷改進(jìn)。在仿真教學(xué)基礎(chǔ)上，再進(jìn)行實(shí)物教學(xué)，不但便于學(xué)生理解和掌握，而且經(jīng)過強(qiáng)化后的教學(xué)內(nèi)容可以給學(xué)生留下比較深刻的印象，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能。
3結(jié)語
綜上所述，隨著科技的發(fā)展，“儀器分析實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)手段的改革與應(yīng)用具有重要性和必要性。仿真教學(xué)軟件的選擇、設(shè)計(jì)也要與時(shí)俱進(jìn)，貼近實(shí)際。在仿真教學(xué)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生更好地掌握儀器操作。在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，我們還將探討如何在仿真操作及實(shí)物操作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行開放性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而為提高學(xué)生的創(chuàng)新能力發(fā)揮積極的作用。
作者：劉寧 吳春 黎晨晨 聶芊 趙丹 單位：哈爾濱商業(yè)大學(xué)
