高校“儀器分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革
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摘要結(jié)合儀器分析實(shí)驗(yàn)課中電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對應(yīng)用型本科高校實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)狀及主要問題，探討如何激發(fā)學(xué)生的興趣、提高教學(xué)質(zhì)量。為今后的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一定的參考。
關(guān)鍵詞儀器分析教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)開放實(shí)驗(yàn)
1福建工程學(xué)院儀器分析實(shí)驗(yàn)課現(xiàn)狀
1.1大型儀器數(shù)量有限
儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要的大型儀器包括電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）、高效液相色譜儀、紅外光譜儀、原子吸收光譜儀、氣相色譜儀、紫外可見分光光度計(jì)等。除了紫外可見分光光度計(jì)臺數(shù)較多，其他儀器由于價(jià)格較高只有一臺，因此，實(shí)驗(yàn)基本都是以“演示實(shí)驗(yàn)”為主，教師操作，學(xué)生觀看，學(xué)生幾乎沒有機(jī)會直接接觸儀器。學(xué)生始終處在被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)中，同時(shí)由于每組學(xué)生人數(shù)較多（8-10人），只有站在前排的同學(xué)大概掌握了基本操作，站在后排積極性不高的同學(xué)，連儀器的基本結(jié)構(gòu)都沒有了解，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果非常差[2-4]。
1.2教學(xué)方式老舊
基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課涉及的儀器試劑較為簡單，在學(xué)生開始做實(shí)驗(yàn)前，老師只介紹注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程[5]。儀器分析實(shí)驗(yàn)課與基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課最大的區(qū)別是使用的大型儀器，大型儀器的構(gòu)造、原理以及前處理復(fù)雜，很難通過板書講清楚。固定的教學(xué)模式，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中較為被動，不能有效地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力以及分析問題、解決問題的能力。
1.3重實(shí)驗(yàn)操作技能，而輕樣品前處理
樣品的前處理是大型儀器檢測樣品的必要步驟，也是區(qū)別于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要方面。對于不同的待測樣品、不同的儀器方法以及不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，都有相?yīng)的前處理方法[6]。樣品的前處理，都有嚴(yán)格的要求，但是由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)較少，前處理一般由老師準(zhǔn)備，忽視了學(xué)生對待測樣品前處理能力的培養(yǎng)。學(xué)生在上課時(shí)，根據(jù)老師的講解，機(jī)械式地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，影響了教學(xué)質(zhì)量。
1.4學(xué)生課前預(yù)習(xí)不足，不重視實(shí)驗(yàn)課
因?yàn)閮x器分析實(shí)驗(yàn)主要借助大型儀器，而學(xué)生預(yù)習(xí)只能從書本上獲得理論上的理解，缺乏直觀直覺的認(rèn)知，因此對于儀器結(jié)構(gòu)以及操作方法等茫然一片，無所適從。學(xué)生在這種狀態(tài)下聽課，比較被動，沒法及時(shí)消化理解教師講解的內(nèi)容，更談不上對于知識的內(nèi)化。部分自主學(xué)習(xí)能力差的學(xué)生，更是敷衍了事、數(shù)據(jù)處理馬虎、不認(rèn)真聽講，特別是儀器分析實(shí)驗(yàn)課，儀器臺套數(shù)少，實(shí)驗(yàn)為演示實(shí)驗(yàn)。從學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告上來看，數(shù)據(jù)處理還是一塌糊涂。針對上述問題本文以ICP-MS實(shí)驗(yàn)為例，對儀器分析的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行探索。ICP-MS具有干擾少、靈敏度高、檢出限低、動態(tài)線性范圍寬、可行性多元素快速分析等特點(diǎn)，廣泛用于環(huán)境、地質(zhì)、化工等領(lǐng)域。國家也相應(yīng)出臺了土壤及固體廢物、食品、大氣顆粒物、水等樣品中金屬元素的ICP-MS檢測方法[7-9]。
2實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施
2.1建立開放式教學(xué)模式，提高學(xué)生的參與度
建立開放式教學(xué)模式，主要為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高學(xué)生的參與度、動手能力。開放式教學(xué)模式從實(shí)驗(yàn)課前準(zhǔn)備開始，貫穿整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。首先通過多媒體理論教學(xué)，使學(xué)生對ICP-MS有基本的認(rèn)識。在實(shí)驗(yàn)開始前，讓每組學(xué)生根據(jù)興趣，選擇不同的樣品，比如自來水、植物、污水、土壤或者自選其他樣品，并通過查閱資料，找出樣品前處理方法，與老師討論，前處理方法無誤后再動手做實(shí)驗(yàn)。不同組的學(xué)生可以相互觀察、相互合作，相互學(xué)習(xí)不同樣品的前處理方法，并討論其中的原理和異同。使學(xué)生在樣品前處理時(shí)就開始參與，樣品前處理時(shí)間由學(xué)生利用課余時(shí)間完成，這樣可使學(xué)生不僅“知其然”，還“知其所以然”。
2.2教學(xué)與科研相結(jié)合，增加實(shí)驗(yàn)的探索性
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是根據(jù)課本規(guī)定的理論內(nèi)容來進(jìn)行開展，不能充分結(jié)合學(xué)生的興趣愛好和實(shí)際研究需求，無法高效發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的積極性和創(chuàng)造性。結(jié)合現(xiàn)有的科研平臺開設(shè)探索性實(shí)驗(yàn)，比如將老師拿來的待測樣品用來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面可以節(jié)約實(shí)驗(yàn)原料及時(shí)間成本。另一方面，結(jié)合實(shí)際樣品問題為學(xué)生開展探索性實(shí)驗(yàn)，更加貼合實(shí)際，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，還能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。另外，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式都是為教學(xué)服務(wù)，以理論和演示實(shí)驗(yàn)為主。當(dāng)學(xué)生跟著老師做科研時(shí)，學(xué)過的儀器仍然不會操作。針對這種情況，提出科研反哺教學(xué)，科研與教學(xué)相融合，通過科研帶動教學(xué)，加大了教學(xué)中的未知因素和探索，進(jìn)行研究型教學(xué)。這有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中充分發(fā)揮創(chuàng)造性和積極性。學(xué)生獨(dú)立操作ICP-MS之前，先進(jìn)行短期培訓(xùn)，取得“上崗資格”。例如，完成樣品前處理后，學(xué)生需要檢查儀器及附件狀態(tài)是否正常，比如氬氣壓力、循環(huán)水水位、儀器真空度是否滿足要求，將儀器點(diǎn)火、使用調(diào)諧液調(diào)諧儀器參數(shù)、設(shè)定檢測方法、導(dǎo)出數(shù)據(jù)及報(bào)告。學(xué)生在科研項(xiàng)目中利用ICP-MS檢測，不僅對ICP-MS的應(yīng)用和操作有深入了解，同時(shí)對儀器使用率和學(xué)生的科研創(chuàng)新能力都有所提高。
2.3教學(xué)與實(shí)驗(yàn)技能大賽相結(jié)合，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情
實(shí)驗(yàn)技能大賽不僅能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，還能提高學(xué)生的綜合能力。組織學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)技能大賽，班級先選拔，再進(jìn)行全校比賽。學(xué)生將以前做過的實(shí)驗(yàn)以及用過的儀器設(shè)備獨(dú)立操作，有興趣的學(xué)生可以參加培訓(xùn)。在老師的悉心指導(dǎo)下，學(xué)生踴躍參與。獲獎(jiǎng)的同學(xué)可頒發(fā)校級榮譽(yù)證書。學(xué)科競賽可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。每次獲獎(jiǎng)的同學(xué)都能帶動下一屆同學(xué)的學(xué)習(xí)熱情[10]。
2.4改革評分模式，調(diào)動學(xué)生的積極性
傳統(tǒng)的評分主要以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，側(cè)重檢查實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成情況以及數(shù)據(jù)處理情況。實(shí)際上，學(xué)生參與的實(shí)驗(yàn)過程，例如原理的掌握、操作規(guī)范、儀器操作情況等都需要現(xiàn)場打分。除了最終的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，操作過程、實(shí)驗(yàn)態(tài)度以及自行獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Χ紤?yīng)歸入評分細(xì)則，重點(diǎn)考核分析問題的能力、動手能力和創(chuàng)新能力[11,12]。新的實(shí)驗(yàn)操作評分體系以多種形式對教學(xué)總體效果進(jìn)行評分，即實(shí)驗(yàn)平時(shí)成績綜合20%，綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)30%，實(shí)驗(yàn)基本技能考核35%，實(shí)驗(yàn)課程論文和實(shí)驗(yàn)報(bào)告15%。
3結(jié)語
論文總結(jié)了“儀器分析”實(shí)驗(yàn)課中存在的問題，結(jié)合儀器分析實(shí)驗(yàn)課中電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對應(yīng)用型本科高校實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)狀及主要問題，提出了較為新穎的解決方案，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量，為今后的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一定的參考。打破以往的“只能看不能摸”的教學(xué)模式，將課程中比較難懂的理論知識進(jìn)行逐一的分解消化，建立開發(fā)模式提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的參與度，并結(jié)合科研成果、比賽來改善實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效果，提高學(xué)生積極性和實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量，勇于探索，不斷實(shí)踐，積極開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，充分利用科研平臺資源來培養(yǎng)應(yīng)用型人才。
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作者：劉志鵬 吳宜鍇 林小英 單位：福建工程學(xué)院生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院 福建工程學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院
