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《儀器分析》課程論文
本文論述了《儀器分析》(含實驗)課程教學體系的建設與改革。我們以激發(fā)全體學生的學習興趣，培養(yǎng)綜合性、研究性與創(chuàng)新性人才為基本目標，強調理論聯(lián)系實際，倡導啟發(fā)式教學，通過改革使教學結構更趨于合理，體現(xiàn)出儀器分析教學計劃的科學性和教學內(nèi)容的先進性及教學手段的連貫性。
分析化學是一門對物質的組成、結構和狀態(tài)進行系統(tǒng)測量與表征的科學，是人們認識物質世界的重要手段之一。[1]它包括化學分析和儀器分析兩大部分，兩者相輔相成，缺一不可�！秲x器分析》課程是綜合性大學和高等師范院校中一門新穎的交叉學科。[2，3]《儀器分析》(含實驗)課程目前是我�；瘜W與材料科學學院應用化學、環(huán)境科學和工程以及化學教育專業(yè)本科生的主干基礎課程。儀器分析是一門集化學、物理學、生物化學、數(shù)學和計算機科學等多學科為一體的綜合性學科。
[4]由單純提供分析測試數(shù)據(jù)，上升到從原始的分析測試數(shù)據(jù)中最大限度地獲取有價值的靜態(tài)和動態(tài)物質信息，以解決自然科學各領域中的關鍵問題。作為自然科學研究領域中物質的信息科學，儀器分析的發(fā)展被寄予越來越大的期望，并提出越來越高的要求。因此，作為本科生的儀器分析理論與實驗課程體系的教學，也越來越顯示其重要性。
結合目前的化學領域發(fā)展現(xiàn)狀和教學要求，我們深刻認識到儀器分析課程的教學涉及面較廣且綜合性較強，在課堂教學中既要傳授各種現(xiàn)代儀器分析方法的基本原理，又要介紹儀器的基本結構、測試原理和定性定量的分析方法，尤其是各種方法的特點及其應用范圍。
而就目前我校的儀器分析課程教學現(xiàn)狀來看，尚與國內(nèi)其他院校存在一定的差距，無論是教學內(nèi)容，還是教學方法，都缺乏及時更新，這本身與儀器分析方法的飛速發(fā)展是相矛盾的。因此，通過對《儀器分析》課程體系進行改革和實踐，更新教學思想、改革教學方式、采用多媒體教學手段、理論與實驗密切結合等途徑，合理優(yōu)化課程的內(nèi)容和結構，對培養(yǎng)綜合性、研究與創(chuàng)新性人才具有十分重要的意義。
近年來，隨著儀器分析方法的迅速發(fā)展和更新，我國各高校都普遍增大了《儀器分析》課程內(nèi)容的比重，并且結合儀器分析方法的發(fā)展趨勢來更新教學內(nèi)容，以便培養(yǎng)知識結構較新、動手能力頗強的學生。同時，各高校按照教育部《關于對基礎課實驗室進行合格評估的通知》精神，建設了一批合格實驗室和實驗中心，對于推動實驗教學改革、突出本科教學在學校的中心地位起到了很好的促進作用。其中，北京大學的《儀器分析》課程教學的總學時數(shù)達到60學時，實驗有18個，涵蓋了11種儀器分析方法。
南京大學的《儀器分析》實驗開出時間為大學二年級的兩個學期，共有26個實驗項目以供選擇，課程教學的總學時數(shù)達到48學時，其中前13個實驗項目為必選實驗，后13個實驗項目為選修實驗。中山大學的《基礎儀器分析》課程教學的總學時數(shù)達到54學時，開設基礎性實驗17個，綜合型實驗9個。其中選做實驗與現(xiàn)實生活相結合，例如鉛鋅礦煙道灰中鍺的光譜定量分析，單掃描示波極譜法——廢水中鎘的測定和中藥沖劑中有效成分的分析等。此外，還組織實驗每8人一組前往分析測試中心、化學院實驗中心和各研究所進行大型儀器教學參觀。因此，我們亟需根據(jù)自身專業(yè)特點將《儀器分析》課程的改革放到極其重要的位置。
一、研究現(xiàn)有課程體系，重視教學實踐內(nèi)容
我們必須了解課程自身的特點，這樣才能有針對性地加以改進。首先，儀器分析理論課程涉及的學科和領域非常廣泛，儀器工作原理往往是多學科交叉，比其他基礎課更抽象、更枯燥，化學和環(huán)境專業(yè)的學生學習起來存在一定難度。學生感到最困難的是由于課堂上介紹儀器原理時未能見到實物，故常理解不透，印象也不深，單靠語言和文字描述儀器的工作原理又很難達到預期效果，不容易激發(fā)起學生的學習興趣和動力。由此可見，要充分發(fā)揮課堂教學的重要作用，提高教學質量，就必須把教學從偏重知識記憶、偏重教師灌輸?shù)膫鹘y(tǒng)教學模式中解放出來，創(chuàng)建一種充分發(fā)揮學生學習主觀能動性和發(fā)展其自身個性的教學模式。教師可采用形式多樣的教學方法，如啟發(fā)式教學法、比較式教學法、課堂討論、實驗演示等，或者按照儀器分析方法發(fā)展歷程的方法，再結合相關國際刊物文獻資料學習探討等方式，充分調動學生的學習積極性。
其次，儀器分析實驗作為儀器分析教學的重要組成部分，與其他化學課程相比較，儀器分析實驗教學存在嚴重的三多三少的矛盾，即班次多、人數(shù)多、實驗組多，而老師少、儀器少、實驗室少。此外，還存在重復驗證實驗多，綜合實驗少;合作完成實驗多，獨立操作的實踐機會少等情況。儀器分析實驗教學以前主要集中在驗證性實驗和規(guī)范化操作，缺乏科學的思維訓練和創(chuàng)造性激勵。大多數(shù)學生在畢業(yè)前根本沒有閱讀過儀器使用說明書，遇到問題時通常依靠老師來解決，在實驗中完全缺乏主動性，能力得不到及時地培養(yǎng)和提高。
此外，所涉及的大型貴重儀器實驗或是演示實驗，學生操作時間短，不能達到提高學生創(chuàng)新能力的目的。受到大型儀器數(shù)量的限制，雖然采取大循環(huán)(每組2～4人)做實驗，但學生實際上機操作時間依然偏少。為提高學生上機的時間利用率，所開出的12個實驗基本上都是成功率高、現(xiàn)象明顯的驗證性實驗。在實驗課中，許多學生反映獨自操作的機會少，不利于培養(yǎng)他們的實驗動手能力。希望實驗室能隨時對外開放，能有更多的實驗機會，能讓他們自己設計、驗證實驗。往往給學生自己動手的空間和機會，他們的自學能力才能得到提高，學習才能成為一種自覺性行為，懂得“教是為了不需要教”，“不教是為了養(yǎng)成學生有一輩子自學的能力”(葉圣陶語)的道理。
二、多種教學方法結合，突出多媒體教學
興趣才是學生學習最好的老師，很多教學模式從主觀能動性出發(fā)，就是為了在更大程度上激發(fā)或者提高學生學習的興趣，為此我們就需要對教學手段進行改進，多媒體就是目前最普遍、最直接的教學途徑。通過多媒體教學，就能很好地解決一些實際教學問題。多媒體教學能夠展示平時課堂上難以在黑板上完成的實驗裝置、光路圖、電路圖或儀器外觀形狀等，還可以對實驗進行模擬操作，讓學生對儀器有直觀感覺的認識，一目了然。
不但可以將大型精密儀器的形狀、各部分結構、工作原理甚至操作技術，以圖片、影片等形式形象直觀地表現(xiàn)出來，而且可以把各方法原理以動畫形式模擬出來，甚至還可以借助模擬仿真實驗，讓學生了解各種儀器分析方法的影響因素，大大增強了課堂的表現(xiàn)力。多媒體教學的優(yōu)勢在于可以直觀形象地表達教學主題，[5]當然，僅僅依靠多媒體教學手段也會存在不足，主要體現(xiàn)在：聽課的環(huán)節(jié)上，采用傳統(tǒng)的教學方法常�？梢宰龅铰犝n和記筆記兩不誤，而采用多媒體上課后，往往讓學生感覺講課進度加快，來不及記筆記。
此外，在講解分析方法的原理時，涉及到公式的推導，有些學生思考速度跟不上講課速度。因此，在聽課這一環(huán)節(jié)上，要求學生上課前結合課本中的思考題進行預習，上課時有目的、有針對性地認真聽，適當作些記錄，無須照抄筆記，課后再利用課件進行復習和鞏固。傳統(tǒng)的教學模式能一直延續(xù)下來，說明必然有它不可忽視的優(yōu)勢，而《儀器分析》的課程內(nèi)容的特點又決定了需要多媒體這種教學手段，那我們就應該把二者有機地結合起來，取長補短，使我們的課堂達到最佳的效果。
三、理論與實踐相聯(lián)系，滲透課程的重要性
要學好一門課程，取決于學生對這門學科的重視程度。在教學過程中，要根據(jù)不同的專業(yè)制訂教學計劃，實行分層次教學，有選擇、有重點地介紹不同的儀器及其應用實例。其中，對于化學專業(yè)的學生要重點學習各種有機化合物和微量元素等的分析檢測以及蛋白質、酶、氨基酸等生物分子的分析等;應用化學專業(yè)的學生，要求他們重點掌握生產(chǎn)過程的監(jiān)控，如化工生產(chǎn)方面原材料、中間體和出廠成品的質量檢測等;環(huán)境科學專業(yè)的學生要重點學習大氣、水、土壤等污染物的檢測。要使學生認識到這門課程的學習會給自己將來的工作或者科研帶來很大的幫助，并從內(nèi)心重視這門課程。
同時，在教學過程中將儀器分析的原理方法與現(xiàn)實社會密切相關的熱點問題結合起來。例如，涉及食品安全的毒、蘇丹紅事件，涉及環(huán)境安全問題的水體重金屬污染、空氣中污染物的監(jiān)測等，不但可以幫助學生認識儀器分析在現(xiàn)實生活中的意義和作用，從而誘導學生學習的強烈愿望，而且可以促使學生從儀器分析課程中去尋求解決問題的方法，主動去學習，帶來的效果是任何一種其他教學方法所無法比擬的。
四、改進實踐教學的方式，多用啟發(fā)式教學
目前傳統(tǒng)的實驗教學的指導方式是，告訴學生實驗的原理、儀器、實驗步驟，甚至連細節(jié)和注意點也一一交代，學生被動地按照實驗的步驟一步步機械地完成即可，未能真正達到投入學習的目的，所學到的儀器分析知識及其他學科知識并未真正融合，使得學生不愿動腦筋，甚至不預習，實驗時只需逐條看黑板、結合講義也能完成實驗，其結果只是使學生通過實驗課鞏固或驗證所學的理論知識。多年的教學實踐表明，盡管教師做得很細致很周到，但這樣的實驗很難激起學生主動學習的積極性，教學效果不甚理想，且對學生的動手動腦能力的培養(yǎng)極為不利，更不用說培養(yǎng)其創(chuàng)新能力了。
因此，老師們應把更多的思維空間留給學生自己，要求學生提前預習，讓他們有獨立思考的機會。而在課堂上開展啟發(fā)式教學，重點介紹實驗的基本原理和儀器結構，可以利用報廢解剖后的儀器講解結構原理，這種方式的教學才更加形象而又直觀。這樣就改變了教師講學生聽的傳統(tǒng)的單通道輸入知識信息的格局，起到了教師“舉一”而學生“反三”的功效。[6]
五、強化學生實踐能力，增添設計性實驗
學習的過程已經(jīng)不再是抄寫黑板上的那些條條框框了，而是在于培養(yǎng)自己利用新的知識去找到解決問題的途徑，這本身就是一場教與學的革命。為了提高儀器分析實驗教學的質量，充分發(fā)揮分析儀器在培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力中的作用，需要對儀器分析實驗教學作較大幅度的調整�；舅悸肥菍x器分析實驗的教學在12周內(nèi)分兩個階段進行。第一階段是以原有的基礎知識和基本訓練為目標的必做實驗，第二階段是以能力培養(yǎng)為目標的開放式設計性選做實驗。
這種設計性實驗要求學生根據(jù)老師給的課題，自行設計實驗，通過獨立查閱文獻資料，驗證實驗方案，獨立運用所學知識和實驗技術解決實際問題，得出結論。在儀器分析實驗中，可以把化學分析和儀器分析實驗綜合起來，例如，測量水樣中金屬離子，讓學生先查閱文獻，再進行水樣(可自己采樣)中一些金屬離子的絡合滴定分析和原子吸收測定，得出結果，然后寫出類似
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的綜合性實驗報告。也可將老師的一些科研成果設計成儀器分析實驗，使學生更深入了解一些前沿研究領域以及科技創(chuàng)新和論文撰寫的全過程。教師主要起輔導答疑的作用，而學生才是自主學習的主人。
通過幾年來對《儀器分析》課程體系進行改革和實踐，更新教學思想、改革教學方式、采用多媒體教學手段、理論與實驗密切結合等途徑，合理優(yōu)化課程的內(nèi)容和結構，對培養(yǎng)綜合性、研究與創(chuàng)新性人才具有十分重要的意義。開展多層次的實驗教學，利用綜合性、設計性實驗鍛煉學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力以及在撰寫論文和答辯過程中的綜合歸納能力、科技寫作能力和語言表達能力。這種研討式教學孕育了他們的創(chuàng)新意識，激發(fā)了其創(chuàng)新熱情，培養(yǎng)了其創(chuàng)新實踐的能力。
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