仪器分析研究性教学的探索

摘 要：仪器分析是应用化学专业衔接本科教学体系中各学科知识的一门中心课程，对学生综合能力的培养有关键作用。该文对研究性教学方法进行一些探索，有助于学生充分了解该课程在专业课程体系中的定位，梳理该课程中较为繁杂的教学内容，提高对课程的认识和学习主动性，改进教学效果。

关键词：仪器分析 教学改革 研究性教学

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（c）-0223-02

Abstract：Instrumental analysis is the central course bridging multidisciplinary subjects of applied chemistry in the undergraduate course structure， and plays a key role in the cultivation of comprehensive ability of the undergraduate students majoring in applied chemistry. Exploration on the research teaching has been presented herein to help students to position the status of this course within major course system and to sort out the complex lecture contents.Improved teaching effect has been achieved via both strengthened understanding of course contents and activated attitude from students.

Key Words：Instrumental Analysis；Teaching reform；Research Teaching

化学是一门实验科学，实验数据的获得与处理是化学化工领域学习、研究、生产过程中极其重要的环节，而仪器分析则是分析化学的重要组成部分。随着我国经济的发展和科技水平的提高，分析仪器尤其是大型仪器的应用越来越广泛，其具有的快速、简便、检出限低、易于自动化、可在线分析等特点使其成为化学化工领域获取实验数据的主要方法。仪器分析课程在化学化工及相关专业的人才培养中占有重要地位[1，2]，对提升学生分析问题和解决问题的能力、培养创新精神、掌握现代研究手段与方法具有重要作用。为在有限的授课时间内提高教学质量，笔者结合自身在研究性教学中的一些探索谈谈体会。

1 背景与现状

仪器分析是一门学科交叉性和实践性都很强的课程，涉及数学、物理、化学化工、电子、机械等方面的基本原理，以及仪器构造、设备运转、实验操作等知识。作为应用化学的专业基础课程，仪器分析课程教学内容涵盖色谱分析法、光波谱（吸收光谱和发射光谱）分析法、电化学分析法和质谱等，其基本特点为仪器种类多、知识杂乱，各章节理论深度不大、但教学内容相互独立、各种仪器分析方法自成体系。同时，作为理论课程，课程内容涉及的设备工作原理和操作条件较多、实践环节占据比例较大，造成教学过程中课程知识点散乱、条理性不强、难于理解和掌握。

近年来，随着高校教学改革的深入和教学条件的改善，多媒体教学手段已经普及，课堂教学环节已经可以将难于理解的内容以示意图或者动画的形式地呈现给学生，比如：仪器的外观、构造、工作原理、操作步骤等，使学生对所学内容产生直观的印象，激发学生的学习兴趣，便于学生对所学内容的理解和记忆，达到事半功倍的效果。

随着计算机、互联网技术和搜索引擎的普及，学生有机会找到较多的课外相关知识和资料介绍，比如：精品课程课件、设备构造、原理说明、产品介绍等等信息。

同时，随着办学条件的改善，目前理论课程涉及的教学仪器，绝大部分学生已经有机会在相关的仪器分析实验课程中直接动手操作。因此，与传统黑板加粉笔的教学模式相比，如果仅仅基于课程内容的掌握，现阶段仪器分析教学中的教学手段、课堂氛围、仪器操作等均已有很大改善。

2 研究性教学的目的

作为应用化学的专业基础课程，该课程的教学基本目的在于使学生掌握与专业相关的仪器分析基本原理、基本方法和常用仪器的基本操作技能，为后续专业课程的学习和毕业论文工作提供必要的基础。基于这个目标，已有许多有意义的教学改革探索[3-7]，致力于学习兴趣、主动性、教学氛围的活跃、课程内容的形象化理解等方面，提高了教学质量。

笔者认为，仪器分析在整个应用化学专业本科教学体系中还应具有另一个重要作用，这是一门学生有机会将分散在各个学期的相关课程知识，如，数学、物理、化学、电子、机械、实验操作等进行汇聚和综合运用的课程，更重要的是其课程内容直接应用在后续的专业课程教学和毕业论文中，实际上起到本科教学体系中衔接和承上启下的“中心课程”的作用。因此，在有限的教学课时内，培养学生实际运用、尤其是综合运用多学科知识的能力应该是该课程教学的另一个重要目标，从而为后续的学习和科学研究打下良好基础。从这个角度去理解，仪器分析课程各个章节内容所讲述的仅仅是某个样品分析过程的一个具体环节，而一个实际的样品分析过程应该涵盖样品的制备、分离、提纯、样品理化性质的选用、杂质因素的影响、确定分析仪器的种类、定性定量方法、仪器操作、数据处理等等。因此，综合能力即根据实际需要设计制定分析方案，并合理安排实验操作的能力培养应该成为仪器分析课程教学的一项重要内容。如果能在课程教学期间，使学生充分认识到该课程在专业知识框架和实际应用过程的定位，既有助于学生梳理该课程中较为繁杂的教学内容，也可以提高对该课程的认识和学习主动性，达到提高教学效果的目的。笔者谈谈如何利用研究性教学来实现上述目标。

3 研究性教学的方法

首先，该文涉及的仪器分析研究性教学是依据该系专业特点设立的，并且限制在已有的理论教学课时（48学时）之内的一种教学改革方法。由于实际的研究性课题将涉及化学制备、分离、提纯、样品处理、仪器操作等一系列实际操作环节以及化学实验室、仪器设备实验室的开放使用，牵涉范围较广、占用教学学时较多，如果学生完整进行的话，相当于开设一门新的课程，已超出该课程教学改革的范畴。因此，笔者将研究性教学内容建立在该系专业实验和仪器分析实验两门课程的教学内容基础上，进行实验方案的制定、组织和探讨，一方面避免化学合成和仪器条件的限制，同时也迫使学生更主动、更有针对性地将该课程教学内容与其他专业知识相联系，强化学生对该课程定位的理解和认识。

由此，在实际教学过程中相应的安排如下：（1）在课程前言中，就从本科教学体系的整体框架来定位此课程和教学要求，而不是仅仅介绍课程自身的构成，使学生充分了解该课程作为一门本科阶段中心课程的桥梁作用，提高全体学生对课程的重视程度和学习的主动性。（2）具体章节讲解时，尽量联系实际的用途，尤其是联系专业实验的教学内容进行讨论，帮助学生了解该分析方法的作用和应用领域，梳理知识脉络，加深理解与掌握，提高学生的学习兴趣。比如：讲解液相色谱分析时，流动相的极性变化和梯度洗涤是学生理解的难点，其中涉及到的流动相，除水以外基本都是有机溶剂，内容抽象，多媒体工具也难于形象化地展示这些内在的性质变化。我们将大二阶段有机化学实验中的薄层色谱监控反应进程和专业实验中柱色谱分离操作的内容与此相结合以后，一方面，学生对曾经操作过的实验过程内在的理论和逻辑关系有了更清晰的理解；另一方面，通过联系这些相关课程的应用知识，课堂上只需要简短的研讨过程，就可以帮助学生加深对液相色谱的理解，尤其是与化学实验过程相关联，可将这部分理论讲解内容具体地嵌入到一个完整的应用过程中，条理清晰、逻辑顺畅，对相关课程知识点的理解和掌握起到事半功倍、举一反三的作用，非常有助于学生体会到一种学习的成就感，从而激发学习兴趣。（3）依据该系专业特点，结合专业实验和仪器分析实验的教学内容，布置相关综合性研究课题，要求设计、组织一个涵盖化学合成、分离提纯、性能分析或结构鉴定、数据处理的完整研究性方案，分组研究，最后每个课题组织一个30 min的答辩，大家共同交流和分享自已的研究成果。（4）改革考试成绩的评定方法，以适应研究性教学的方式。适当降低笔试成绩的比重、增加研究性任务完成情况和讨论的成绩，以衡量学生的综合能力和教学效果。

4 教学效果和存在问题

经过笔者在教学中的初步实践，该研究性教学法得到了预期效果。一是使学生更如清晰地了解该课程教学内容的应用领域和方法，通过学以致用，大部分学生表现出更高的学习兴趣和主动性；二是通过研究方案的查阅、设计与组织，既明确地梳理出该课程教学内容中知识结构和脉络，又与相关课程的内容融会贯通，更好地理解仪器分析相关章节内容在本科教学知识体系中的定位和作用，提高了综合运用多学科知识的意识和能力。这一点在那些积极参与的部分学生身上表现得非常明显。

目前存在两个问题：一是作为一门理论课，为保证正常的教学进度，能拿出用于研究性教学改革的课时较少（6学时），结合专业实验课程内容来准备研究性题目，与单独开设的研究型综合试验相比，选择范围受到限制；二是采用学生分组的方式，无法督促每个学生均参与其中，尚需进一步的改进措施来完善。

5 结语

随着我国经济的发展和科技水平的提高，仪器分析在应用化学领域的应用越来越广泛，对高等院校仪器分析课程的教学提出了更高的要求。该课程因其内容繁杂、理论抽象、章节独立、实践性强、多学科交叉等特点，在教学过程中存在知识点零散、条理性不强的现象。为激发学生学习兴趣、厘清知识脉络、提高教学效果，笔者结合自身的教学实践，基于对仪器分析中心课程的定位，从培养学生综合运用多学科知识能力的角度，对研究性教学方法进行了一些探索。

参考文献

[1]朱明华，胡坪.仪器分析[M].4版.北京：高等教育出版社，2008.

[2]唐守万，潘富友，刘贵花.仪器分析教学的一些思考[J].广东化工，2010，37（9）：147-148.

[3]屈建莹，朱莉莉，田贵臣.《仪器分析》课程教学改革探讨[J].广州化工，2012，40（7）：192-193，195.

[4]陈景文.理工科院校仪器分析课程教学改革探索[J]，大学化学，2010，25（1）：29-31.

[5]魏自民，李成.现代仪器分析教学改革与实践[J].东北农业大学学报，2007，5（2）：50-51.

[6]黄时海，汪晟，白先放，等.计算机辅助教学仪器分析课教学中的应用[J].中国科教创新导刊，2009（35）：198-199.

[7]赵桂红，薛丽梅，江传力，等.仪器分析教学改革实践与探索[J].黑龙江科学，2011，2（2）：61-63.

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