高校《仪器分析》实验教学改革创新的探索

于阿娟

(郑州大学化学学院，河南 郑州 450001)

仪器分析实验是利用复杂精密的仪器，根据物质的声、光、电、磁、热等物化特性，对物质的组成结构进行表征，从而完成定性、定量和形态分析，相较于传统的分析方法，仪器分析更加高效便捷智能，代表了分析化学的发展方向。仪器分析实验不仅要求学生具备扎实的理论，还要求较强的动手实践能力，由于仪器分析课程复杂性和跨学科特点，传统教学模式效果不理想[1]。通过分析仪器分析实验教学现状，提出改革创新措施。

1 仪器分析实验教学现状及存在问题

1.1 实验教学内容创新性实效性不足

使用教材更新较慢，实验项目多年没有变化，仪器分析理论授课和实验课程不同步，部分理论课程内容枯燥晦涩，且没有安排相应的实验内容，对分析方法的社会应用和发展方向讲授较少，学生只知其然，不知其所以然。仪器分析理论教学主要侧重实验原理讲解，课程覆盖面广但深度不够，没有根据本科生的知识层次做相应优化调整，很难激发学生的学习兴趣。实验教学最终目标是提升学生的动手能力，为国家和社会培养实用型和创新型人才[2]，色谱、光谱等主流分析技术教学还比较浅显，对学生今后的就业、继续深造或科学研究积累不够，高校在实验课程安排方面还应优化完善。

1.2 实验教学方法程序化形式化突出

通常的实验教学流程是学生课前预习讲义，教师课上讲解实验原理、方法等，并有教师操作示范，学生则根据教师安排的实验步骤，做验证性试验，这种传统的实验教学模式重结果，轻过程，没有设计实验方案和论证优化实验方法环节，学生的兴趣没有被激发出来。由于学生缺乏实验仪器知识的积累，且实验教学实行学生分组轮流操作的教学模式，相比于传统的有机化学、分析化学等基础实验，仪器分析没有给予学生循序渐进的适应提高过程。这种教学模式重程序形式，组织方式比较传统，忽视了学生的主体性和主动性，没有充分利用互联网+和手机APP等资源，目标化管理和个性化教学的平衡点没有找准。

1.3 考核评价形式灵活性导向性不强

仪器分析实验教学应启发学生的科学研究潜质，培养其严谨细致的习惯，突出操作能力、获取信息能力、总结分析能力、解决问题能力的考察。但目前固化的实验教学模式仅注重对实验过程和实验结果的考核评价，学生的实验报告是其实验成绩的主要印证。本科毕业设计阶段和研究生培养初期，学生不善于检索文献、不会设计实验方案、数据处理能力不足等问题，都与本科阶段实验教学有关，还有学生不遵守实验室管理制度，酿成安全事故。考核是指挥棒和风向标，考核应当促进学生对理论知识的掌握、实验室制度的执行、基础实验技能的提升，建立良好的教学秩序，不能仅仅满足于教学任务，应避免传统灌输式教学对学生求知创新能力的掣肘。

2 仪器分析实验教学改革探索

2.1 改革实验教学内容

建立理论教学、实验教学、科学研究相结合的教学模式，改革和完善实验教学内容。一是调整仪器分析实验部分的课时安排，做到理论教学和实验教学同步，理论教学为实验教学打基础，实验教学促进理论教学的巩固和深化[3]。丰富教学内容，改变目前仪器分析实验内容陈旧和表征手段缺乏前沿性的局面，紧跟时代的脚步。例如，作为化学专业主要的教学科目，仪器分析教材内容滞后，缺乏科研必备的先进表征仪器类别，使学生在以后的科研训练中基础薄弱。双束扫描电镜(SEM)、场发射透射电镜(TEM)及X-射线粉末衍射(XRD)等前沿的表征技术在仪器分析实验教材中没有提及，还有高效液相色谱-质谱联用、拉曼光谱等科研仪器也并没有补充到实验内容中，而一些落后且在实际科研中落后且淘汰的表征仪器却依然在实验内容中。提升学生对常用的做图数据软件如Chemdraw、Origin、Excel等的应用能力，为今后毕业论文设计和研究生阶段打下基础。二是更新和增加仪器设备，增加有深度的选修实验课程和开放性实验内容。如地表水重金属离子测定，肉禽蛋米中特定农残物的测定，引导学生分组承担开放性实验课目，自行查阅文献和拟定实验方案，教师给予及时指导，待教师审核确定实验方案后，统一组织学生实施。三是组织分析技术的历史沿革和现代前沿分析技术的授课，讲解仪器分析技术在科研和社会生产中的作用，使学生了解仪器分析的发展趋势和方向，也可以邀请仪器设备商作专题报告，提升学生的格局和眼界。例如，在液相色谱分析法中，引入本课题组最近发表在《talanta》上的科技论文“Controlled fabrication of core-shell silica@chiral metal-organic framework for significant improvement chromatographic separation of enantiomer”，通过具体的科研成果向学生介绍高效液相色谱法固定相的发展趋势，补充讲解前沿仪器分析表征手段，如双束扫描电镜(SEM)、场发射透射电镜(TEM)及X-射线粉末衍射(XRD)的应用，让学生们了解色谱法的发展方向，仪器分析在科研工作中的巨大作用及存在的机遇和挑战，把实验室搬到课堂，提升学生的思维能力，提高学生们的实验和科研热情。四是增加仪器的使用维护教学。使学生掌握实验仪器一般故障的排除，常规保养维护方法，通过对仪器部分元件的拆解及安装，现场讲解其工作原理和日常保养，提升学生分析和解决问题的能力。五是培养学生良好的实验室文化，将实验室管理制度作为重要内容列入教学计划，做好火、水、油、电、气的管理，防止安全事故和意外伤害。在实验内容中添加安全内容，培养学生对化学试剂和大型仪器的安全意识，为学生今后开展的毕业论文设计和进一步的研究生深造奠定基础。

2.2 优化实验教学方法

科学有效的教学方法，应当立足培养创新型人才需要，抓住学生普遍性的性格特点，采取相应的方法策略。一是借力互联网+，推广交互式教学手机APP[4]。开展本科精品课程创建活动，建立齐全完备的仪器分析多媒体教学资源，由教师制作授课PPT、AR纳入数据库，由学生扫描二维码注册登录，使学生能够随时访问学习，加深课堂印象，提升学习效果。学生实验报告和实验数据也可以由学生手机拍照上传手机APP，能够有效提升效率，减轻教师和学生的负担。二是实行启发式教学方法。以液相色谱为例，每种物质都有其特定的出峰时间，这是液相色谱的定性基础。当一种混合的实际样品进样后，会出现多个色谱峰，如何对这些色谱峰进行定性，可让学生思考每种色谱峰代表的物质及判断依据；当色谱峰的出峰时间出现不对应，或者稍有出入时，可引导学生排查原因并适当提醒，进行色谱峰的正确归属，提高学生思考问题和解决问题的能力。另外，引导学生思考色谱的定量原理及保留机理，对常用的三种色谱定量方法进行讲解，课后启发学生进行资料查阅，加深对色谱分离机理的理解。对实验科目实行目标管理，教师负责拟定实验计划和提出问题，由学生查阅文献资料，制订实验方案，分析数据得出结论，提升学生探索意识和创新能力。三是实行开放式实验课程。把实验学科竞赛纳入教学计划，鼓励学生参加导师研究项目，在有组织的情况下，对学生开放部分仪器[5]。参照本科毕业设计的方式，将大学生创新项目和仪器分析实验教学相结合，在实验教学中安排1～2个开放式课题。四是组织社会实践活动。组织学生参观食品加工厂的实验室检验检测环节或专业检验检测机构的工作，加深学生对仪器分析社会应用价值的直观印象，提升教学效果。

2.3 完善考核评价机制

传统的评价集考试成绩和名次于一张试卷，这种横向考核评价机制忽视了学生的纵向潜能，分数被异化为衡量能力的唯一标准，这不符合教育发展规律，科学的考核评价机制应兼容学生的普遍差异性。高校要建立创新型实验考核评定机制，改革以实验程序和分数为主的考核评价模式，实行实验程序、试验方法和实验技能并重的考核评价方式，突出对学生科研潜质和创新能力的发掘，按照专业理论30%、普通实验30%、开放性实验20%、仪器相关10%、社会实践10%的权重打分，对学生实验成绩进行综合性考核评价。也可以根据学生最后的综合得分，实行优秀、良好、及格的等级评分制。实验考核应注重学生平时表现，完善考核评价的杠杆作用，引导教学指导思想由注重专业知识的灌输转变为注重智慧和能力的培养。

3 结 语

高校要主动适应国家发展大局，通过建设优质学科平台促进创新型人才培养，使得办学宗旨从教学型为主向科研为主、科研教学并重方向发展。化学是一门实践科学，仪器分析更是强调实践创造能力，实验教学改革要求高校和教师团队顺应形势，坚持问题导向，充分借助科技手段，努力克服传统教学模式对科研创新型人才培养的不适应，加强特色学科建设，通过学科建设的示范和引领作用，推动普通高等教育的全面转型升级。