从实际问题出发的仪器分析实验教学改革

付翠翠　石文兵

摘要：针对仪器分析实验教学的一些现状，结合国内外同行对仪器分析实验教学改革取得的进展，提出从实际问题出发的仪器分析实验教学改革的初步探索，旨在提高仪器分析实验教学质量，培养学生分析问题和解决实际问题的能力。

关键词：仪器分析实验；教学改革；实际问题

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）25-0111-02

仪器分析实验是分析化学的重要组成部分，它是以物质的物理和化学性质为基础，利用较为特殊的仪器，对物质进行定性、定量以及形态分析的一种实验方法[1]。仪器分析技术在解决实际问题方面发挥着重要作用，成为社会发展最为依赖的科学之一。为了与科学技术的发展相适应，高校教师对仪器分析人才的培养要着重培养学生解决实际问题的能力。

一、普通高校仪器分析实验教学现状分析

1.仪器分析实验是一门实践性很强的课程，是分析化学重要的教学环节之一。然而，与理论教学相比，许多普通高校仪器分析实验课程安排的学时较少，学生通过上实验课进行亲身实践，解决问题的机会不多。

2.实验室仪器设备种类不全，数量不足，部分损坏的仪器得不到及时修理，导致许多理论课上涉及的实验项目无法开设实验教学，使得学生对仪器分析知识的学习不够直观深入，甚至无法理解。

3.由于受到以上两点，即課时和仪器数量的限制，加之学生人数较多，很多仪器分析实验项目都是采取多人一组的形式进行教授，但是却无法保证每个学生都有机会操作仪器。一些学习兴趣不高的学生在整个过程中采取观望的态度，导致对该实验项目的学习不完整，印象不深刻，甚至有学生在做完实验后，还不知道如何使用仪器，更不知道如何利用该技术解决实际问题。

二、仪器分析实验教学改革取得的进展

1.教学方法的改革。为了充分发挥学生的主观能动性，仪器分析实验课在教学方法上不断做出改革。实验教学不再是单调乏味的讲授法，而是多种方法有机结合。比如，讨论法，教师对主要内容进行讲解后，让学生通过讨论，自行设计实验流程。实验过程中遇到问题，也是鼓励学生通过讨论，集思广益，想办法去解决，这样便可以充分激发学生主动学习和思考的潜能；竞争法，将学生分成若干小组，每个小组自行安排实验分工，互相竞争完成相应的实验项目，教师对实验过程和结果进行监督和检查，这样不但可以培养学生的合作能力，而且能够增强集体荣誉感；奖励法，每个学生按照实验操作步骤获得相应的得分奖励，就像理论考试题的采分点，为了得到最终的结果，可能有不同的实验路线，教师酌情给分，并将实验操作得分，作为仪器分析实验课最终成绩的奖励分，这种方法能够引起学生对实验细节的重视，养成良好的实验习惯。

2.教学手段的改革。21世纪是信息、网络高速发展的时代，为了适应时代的需求，充分汲取社会发展的最新成果，许多普通高校将多媒体教学手段引入仪器分析实验课堂，利用生动的视频画面展示仪器的组成、构造、原理等内容。有声的画面比书本上的文字更能吸引学生的注意力，有利于学生对仪器基本信息进行直观的了解，为自己动手进行实验操作做好预习。此外，随着科学技术的发展，仪器设备的更新速度很快，学生实验室的仪器很难做到与时俱进。为了保证学生可以接触到先进的仪器和技术，某些仪器分析实验可以到学校附近的质检部门或者研究机构进行现场教学。通过参观学习，可以使学生充分理解分析化学是什么，认识到仪器分析实验的重要性，为以后利用所学知识解决实际问题打下基础。

3.教学理念的改革[2]。许多仪器分析实验项目是学生毕业论文选题青睐的对象，所以，在上课的过程中，引入科学研究的理念非常重要。许多教师将自己的科研成果融入课堂教学，向学生介绍如何设计科学实验，指导学生根据实验项目查阅相关文献，有兴趣的学生可以加入到教师的科研小组，熟悉各种仪器的使用，学习数据的处理方法，学会对实验结果进行分析和总结，为以后书写毕业论文做好准备。

三、从实际问题出发的仪器分析实验教学改革初探

由问题引发的教学并不是一个新概念，早在20世纪60年代中期，堪萨斯大学的Herbert Laitinen教授就提出以问题解决为基础的分析化学本科课程的开发，在成为分析化学（Analytical Chemistry）杂志的编辑后，他写道：“分析样本并不是分析化学的真正目的，分析的真正目的是解决问题。”[3]比利时根特大学Timmers等人认为，分析化学教师应该扮演教练的角色，训练学生养成独立解决各种问题的能力[4-5]。然而，许多毕业生在走向分析化学相关的工作岗位之后，不能适应产业要求，缺乏解决实际问题的能力。由此可见，高校分析化学课程要高度重视理论与实际相结合，仪器分析实验教学改革势在必行。

1.在仪器分析实验课程中引入社会项目。在本科教学中引入与实际生产生活相关的社会项目，有助于学生将理论或者实验课中学习到的内容用于解决实际问题。加利福尼亚大学对本科化学专业学生开设的仪器分析实验包括用红外光谱对生物柴油进行定量研究。生物柴油作为一种可再生燃料来源，可以减少温室气体和微粒排放，可以在美国生产，备受社会关注。该实验通过教师指导学生制备生物柴油并使用FTIR定量监测反应和确定混合物，使得学生能够充分了解这些可用于汽车发动机油的生物柴油的生产过程。这种与社会生产息息相关的实验一直做下去，其教学效果是非常好的。

2.在仪器分析实验课程中引入实际案例。近年来，药品安全突发事件时有发生。与常规检测不同，应急检验的样品一般都含成分不明物质，这将考验实验技术人员解决实际问题的能力。在仪器分析实验教学中，以服用药物过量致人死亡的案件为例，设计一个典型的高效液相色谱（HPLC）实验，可以引起学生的兴趣。学生利用HPLC对模拟死亡案件的胃液进行分析判断，查找死因。让学生做HPLC实验，确定涉及药物的含量，并自己上网查找这些药物的允许量和致死量。这样的内容其实与仪器分析实验课上所做的HPLC实验是一样的，但是这样以实际案例为背景设计实验，学生更愿意去做。在该HPLC实验中，学生们分工合作，分别进行试样准备、仪器操作、查找资料、结果分析等步骤，可以培养团队协作能力。这样的案例型仪器分析实验课程改革值得提倡。由此可见，通过将实际问题引入到仪器分析实验教学当中，可以使枯燥的样品分析变得充满启发性，富有趣味性。学生在很大程度上参与整个过程，学会如何定义问题，讨论如何处理问题。我们给学生尽可能大的想象空间，即使在某些情况下，他们选择的方法可能不完全按照预想的那样发挥作用。培养学生积极的实验态度，获得解决实际问题的能力，便是这门课程最重要的贡献。

四、结论

以上结合国内外同行在仪器分析实验教学中的一些动向，讨论以实际问题为基础的仪器分析实验教学改革问题。提出在仪器分析实验教学中，引入社会项目和实际案例，将实验课程变得生动有趣。这样的课程从实际问题出发，注重从教学过程中培养学生的科学素养，使学生获得独立解决各种问题的能力。

社会的发展正在给分析化学人才的培养带来新的挑战。只有通过对实验教学的不断改革，提高仪器分析在化学学科中的地位，才能为培养真正能适应社会发展的高素质人才做出应有的贡献。

参考文献：

[1]陈国松，陈昌云.仪器分析实验[M].南京：南京大学出版社，2009.

[2]邰佳，沈飞.寓教于研的仪器分析实验教学改革探讨[J].广州化工，2017，45（3）：109-111.

[3]Laitinen，H.，Anal.Chem.，1966，38，1441.

[4]Timmers S.，Baeyens WRG.，Remon JP.，Nelis H.，Microchimica Acta，2003，142 （3）：167-175.

[5]俞汝勤.漫谈分析化学教学改革与课程建设[J].大学化学，2008，23（5）：1-6.