现代仪器分析实验教学方法探索.pdf

1、现代仪器分析实验教学方法探索摘 要：现代大型精密仪器是先进科学技术的代表，是科学研究的基本工具。在新时代下，本实验中心探索出了一套如何有效开设好现代仪器分析实验，从而进一步有效指导科学研究的教学方法。关键词：现代大型精密仪器;基本工具;科学研究;教学方法现代仪器分析是科学研究和生产实践当中的一门基础学科和基本工具1-4。对当代化学学科的本科生、研究生开设现代仪器分析实验十分必要。没有好的仪器分析手段和能力，就不能很好的分析科学实验结果，不能进一步推进实验进程。这就好比做科学研究不会英语一样，不会广泛的语言工具，就阅读不了大量的科研文献，就会成井底之蛙、故步自封。国内现在部分高校开设了理论课教学

2、，却不开设实验教学，把理论和实际剥离开了，理论指导不了实验，实践验证不了理论5-10;部分高校既开设了理论课教学，也开设了实验课教学，但是大部分的实验教学都是按照固定教材内容开设一个或者几个实验11-15。这样导致的结果是学生没有真正把学的理论知识和自己将来要运用的研究方向结合起来，自然感觉起来比较空洞枯燥，学的也不会深刻和透彻。下面以我们学校化学学院在现代仪器分析的实验教学改革为例，剖析可行的有益方案。一、实验教学改革（一）理论课与实验课剥离。本校把现代仪器分析技术理论教学和实验教学分离开，分为两套独立班子上课。理论教学部分由在教学和科研一线的专家学者担任。这些专任老师既有丰富的理论知识底蕴

3、，又时刻站在科学研究的最前线，因而能把仪器分析的理论知识与科学研究的前沿问题有机结合起来，使理论知识更加切合实际需求。而且理论课不是一个专家学者上，课头可以为一位老师，院系再按照仪器的类别分为光学、电学、色谱学及其它类进行分类，然后各个方向指派一个专业老师任教，这样学习的内容即丰富又生动深刻且易于接受。（二）实验课程设计重实际和基础。本院一届本科生大约 350 人，研究生大约150 多人，摆在眼前比较尖锐的问题是：一方面实验所用的仪器都是大型精密仪器，每种仪器少的可能只有 1 台套，如何让这么多学生学习好这台仪器就显得困难重重;另一方面开设的实验课程的课时数又非常有限，如何在有限的时间里让学生

4、学有所得必须充分考虑;此外学院学生的专业方向也比较多，老师的课题研究方向更多，如何合理安排开设的仪器种类非常重要。首先我们结合院系的研究方向和课题组研究方向，制定了开设的仪器种类。选择了紫外光谱、红外光谱、热分析系统、飞行时间质谱、核磁共振、扫描电镜6 套大型精密仪器作为学生必学仪器。这几种仪器既有普通的大型精密仪器，也有贵重的专业性强的大型精密仪器，既有合成方向的常用仪器，也有分析、材料等方向的常用仪器。其次是合理安排每次实验学生人数。我们安排每次实验人数在 15 人以下，每次实验可以 6-8 个小时。一般大型精密仪器一间房子一台仪器，安排 15 个学生围圈一次性听课，听课距离近，互动方便，

5、效果较好。动手部分可以再适当分组完成，提前完成的可以先结束该堂课程的学习。这种模式既避免了人员拥挤，又让学生切实体验实践了。（三）实验课程专人专讲。我校测试中心隶属化学学院，主要对外开放大型精密仪器测试和教学服务。每台仪器都是专人负责管理、功能开发、测试、维护、保养等。我院对学生开设的现代仪器分析实验课程部分也是在充分考虑仪器的通用性和重要性以及结合学科研究方向的基础上，安排 6 位擅长不同仪器的老师担任实验课任课教师。每位老师都是在基础岗位上工作 5 年以上，有着扎实的基础理论知识和丰富的实践经验。他们不但掌握着所负责讲授仪器的硬软件操作，同时把握着院系课题组的研究方向和该仪器方法的科学前沿

6、，所讲内容就会让同学们感到亲切、有趣，同学们才能切实学有所用。（四）实验课堂重理论运用及步骤验证。现代仪器分析实验技术理论课程部分在本科教学阶段已经接触，包括仪器分析、分析化学等课程，研究生阶段也开设了现代仪器分析技术的理论课程。我们在现代仪器分析实验教学时就不必重复基本理论部分知识。但是在讲授的过程中，一定要注重理论的实际运用解释。以紫外-可见吸收光谱为例，它的吸收光谱曲线吸收值存在一个可信区间，不同品牌型号的仪器的可信区间不一样。那么一是这个可信区间怎么来的？为什么不同仪器有不同的可信区间？实验课堂教学的时候需要把这些问题解决。一些现代仪器智能化很高，基本操作非常简单，甚至可以说是傻瓜式的

7、。那么，该如何让测试者掌握操作的正确性、可靠性与重现性，是个必须解决且关键的问题。以前的大型精密仪器实验教学都是简单地告知实验测试者每一步的具体操作步骤，但是不会讲述操作每一步的注意事项和目的意义，更加不会讲解每一步完成后如何去判断该步操作是否正確，从而导致学生都是一知半解，机械式操作，碰到任何问题或者稍微不一样的情况就完全看不出症结，如此一来将影响测试结果的正确性，进一步严重影响对实验方案的有效判断和指导。那么在我们的大型精密仪器的实验教学中就融入了详细讲解每个参数设置的意义，每个实验操作步骤的验证步骤和判断步骤，这样学生就能正真理解好参数如何设置，才能有效把握测试结果的有效性。以紫外可见吸

8、收光谱为例，参数设置中比如扫描速度设置，扫描速度越快，势必节约时间，操作完成时间越短，但是另一方面势必导致精度下降。两者之间相互矛盾和制约，到底要设置成什么合适值，就要看你的实验目的，根据个人的实验要求的不同，选择倾向性的实验条件设置。这对于得到合理的实验结果是非常重要的。又比如紫外可见吸收中经常需要扣除空白吸收，然后再测试未知样品的光谱吸收曲线。那么在扣除空白这个操作中很多实验者不去验证，也就是说不管空白扣好了没有，紧接着就往下做。这样操作的风险就是可能导致某些区域数据结果不可信。如果再把空白样当做一个实际样品来测试，看空白样品的吸收光谱曲线是否在噪音范围类，这样才能确保接下来的测试结果可靠

9、。（五）实验方案重课题方向结合。现代仪器分析实验课必须要突出与时俱进性和前瞻性。在课程设计上就不能再开设模块化的内容。比如紫外-可见分光光度计原来本科实验开设的是测定微量铁含量的实验，一直没有变化，甚至研究生还是开设这个实验。我们的侧重点是设计和课题组研究方向一致的实验内容。每次实验课都是对应的一个大方向的学生，那么就安排这个方向的在研的课题内容的材料作为实验的具体操作对象。让同学们了解如何进行样品前处理、如何把握实验过程的参数设置、如何得到可信的实验结果以及如何研判分析实验结果进一步有效指导科研实验。这样的实验方案设计就能有效地与实际科研紧密结合起来，既能加深对仪器的理解，又能充分掌握好这门

10、基本的实验工具，进而有效为科研实验设计方案。（六）实验效果重课堂表现。现代仪器分析实验的课程表现采用考察形式，不强调千篇一律的实验预习报告和实验结果报告。重要的是看同学们在实验过程的表现和以问答的形式掌握學生的课前预习，课后学生的总结格式不一定要是实验报告的模式，可以形式多变，只要是总结概括学习到的东西，并加以消化理解。通过积极探索新形式下现代大型精密仪器的实验教学方案改革，我们制订了切实可行的近代仪器分析实验技术实验教学内容方案，通过与科学研究方向紧密结合的方式教学，进一步激发学生的创新性，使学生不但掌握了现代仪器基本的操作使用方法，而且学会了理解与解决问题的能力，学生能进一步通过仪器分析结

11、果，指导科学研究，达到了十分理想的效果。参考文献：1刘鹏涛，惠岚峰，裴继诚.轻化工程类研究生“现代仪器分析”课程的优化建设c.2009.224-226.2王宇昕，张永忠，徐雅琴.农科“仪器分析实验”教学改革初探J.实验技术与管理，2009，26（4）：135-137.3王昉.现代分析仪器应用于实验教学的实践与探索J.实验室研究与探索，2005，24（5），80-81.4周琦.实验教学是培养学生综合素质和创新能力的重要手段和途径J.实验技术与管理，2003，20（1）：76-77.5张春荣.开放实验室，充分发挥实验设备功能J.实验技术与管理，2002，19（6）：124-125.6高地.创新现代

12、仪器分析实验课教学提高研究生动手能力J.中国科教创新导刊，2010（7）：11-13.7刘宗瑛.谈博士生创新能力的培养环境J.社会科学战线，2000，21（2）：265-267.8汤云晖，王波，李耳.大型仪器设备实验教学与本科生、研究生创新能力培养的探索实践J.中国现代教育装备，2010，7（17）：129-130.9张攀，王蓓.建构主义理论在仪器分析实验课教学中的探索J.医学信息，2014（25）：1410张永忠，王宇昕，付颖.大型分析测试仪器实验教学研究，2011，9（3），62-6411梁楠，刘清，林贤福.研究生现代仪器分析实验技术课程改革初探J.化工高等教育，2010，16（5）：11-13.12朱西桂，彭小平，金嘉禾.加强管理创新推进大型仪器设备开放共享J.实验室研究与探索，2004，23（8）：82-85.13刘海学，王瑞，王海凤.现代仪器分析实验教学方案设计与实践J.天津农学院学报，2014，21（2）：62-65.14郭永明，胡凤萍.转型高校现代仪器分析教学改革的设想J.广州化工，2016，44（9），215-216.15郑秀玉，李琼，研究生仪器分析实验课程教学改革与实践J.化工高等教育，2016，3：37-40.