仪器分析教学改革探索与研究

中国教育装备采购网2011-06-22 13:44围观140次我要分享

徐 鹏
北京林业大学  北京  100083

摘  要:仪器分析课是北京林业大学理学院面向生物学院、环境学院、材料学院的相关专业开设的专业课程。本文从课程体系的优化、教学内容选择、教学方法的改革、实验教学以及考核方式等方面探讨了本校仪器分析课程改革的具体措施。
关键词:仪器分析;教学改革;教学方法

    仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备,通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的方法。仪器分析在物理学、光学、电子学、计算机等科学发展的基础之上发展起来,多学科交叉性是仪器分析的一个特点。仪器分析常使用大型仪器完成分析任务,要求使用者除具有深厚的理论基础外,还需要具有很强的动手能力,处理好实验课程与理论课程的关系是本课程教学中需要考虑的一个重要问题。此外,仪器分析的发展是一个动态发展的过程,当前仪器分析的新理论、新技术不断涌现,这就要求教师对其授课内容要时时更新。为了更好地完成我校仪器分析课程的教学任务,笔者针对本课程的教学特点进行了教学改革。

    1  明确教学目的

    我校仪器分析课程教学大纲规定:“仪器分析课程的主要任务是使学生在掌握分析仪器的基本原理和基本操作,了解分析方法在实际中的应用,初步具有能根据分析的目的选择适宜的分析方法的能力”。仪器分析对于我校学生而言主要是一种获得数据的有效手段,是其今后学习、科研以及工作的重要工具。使学生掌握分析仪器的基础理论,熟悉分析仪器的实际操作是我校开设本课程的主要目的。

    2  优化课程体系,精心选择教学内容

    2.1 根据不同专业的实际需求优化课程体系

    精心筛选教学内容同时进行必要的修改和更新是仪器分析教学中的一项重要的内容。我校的仪器分析课程主要面向生物学院、环境学院、材料学院的相关专业开设。教师应该根据不同学院人才培养目标的不同,对教材进行合理取舍,选出在相关专业科研工作中应用广、实用性强的分析方法讲解。我校仪器分析课程可以讲授的教学内容有光谱法、色谱法、质谱法和电化学分析法4个部分。为加强教学的针对性,同时应开设本课程的学院要求,化学系对本课程的课程体系进行了优化,并已写入教学大纲中。教学大纲规定,光谱法和色谱法为共同讲授的内容;质谱法仅对生物学院学生讲授;电化学分析法仅对环境和材料学院学生讲授。

    2.2 选择适宜的教科书

    一本好教材对仪器分析课程的成败至关重要。目前市场上有关仪器分析的教科书种类繁多,但侧重各有不同。生物、环境和材料学院的学生专业相差较大,为其选择一本适宜教科书比较困难。加之大学生的课业负担较重,同时推荐多本教科书也不可行。笔者在授课中选择了赵士铎先生编写的《仪器分析简明教程》,此书专门针对农林类院校的大学本科生编写,内容简洁清晰。对于补充讲解的内容,笔者都在课件上都进行了明确的标注,将其作为教科书的补充。

    2.3 精心选择教学内容

    要在有限的教学课时内取得更好的教学效果,教师就要对所讲内容作精心的设计。仪器分析课程重点讲解分析方法的基本原理、分析仪器和实际应用,教师应当针对上述3个教学重点准备教学内容。本课程教学难点主要来源于基本原理和分析仪器的讲解,原因有2点:(1)本课程内容交织着数学、物理、生物、电子技术和化学等学科基础知识,学生由于此类学科的基础薄弱,常缺乏学习兴趣;(2)课程涉及的仪器大多有复杂的电子线路,也会使学生望而生畏。教师可以选择几本经典教材(如:朱明华主编的《仪器分析》等)中基本原理和分析仪器的介绍内容,选择其中最简明的描述作为授课内容,力争用最清晰、简洁的语言说明较复杂的科学问题,这样学生接受起来就容易多了。仪器分析的另一个特点是新理论、新技术层出不穷,而教材的更新往往远落后于仪器的发展,这就要求教师把相关新内容及时引入教学中。以原子吸收光谱法为例,目前高端原子吸收光谱仪的分光系统可以从连续光源中分离出宽度小于10-3nm的原子吸收线,但是这部分内容在很多教科书中仍沿用了老教材中原子吸收光谱仪不能使用普通的连续光源的讲解方法,这已和原子吸收光谱仪的发展不符,所以教师在介绍这类内容时需要选择近期出版、增加了最新分析技术和方法的教材用于分析仪器进行介绍。此外,作为仪器分析课程教师,应该经常查阅有关仪器分析的专业文献,参加分析仪器公司举办的培训班,通过多种途径了解分析仪器的最新进展,并把分析仪器的最新成果引入课堂。

    3  重视课堂教学

    课堂是教师传授知识和学生学习的主要场所,课堂教学质量直接影响着学生能力的培养。教师应该重视课堂教学工作、改进教学方法、发掘课堂教学的内在美、做到讲课的艺术性。笔者结合自己近些年的教学经验,提出几点提高课堂教学效果的方法,供同行参考。

    3.1 激发学生的学习兴趣

    激发学生对仪器分析课程的兴趣是提高课堂教学效果的第一步。笔者在教学实践过程中常采用3种方式:(1)收集相关背景资料。通过查找相关背景资料,力争使有关内容的发现、发展生动地再现在学生脑海中,引发学生的兴趣;(2)把所讲授的仪器分析方法与相关专业的科研工作紧密联系。这样可以清楚的指明仪器分析在学生所学专业中所处的重要地位。如:在给环境学院的学生讲解色谱法应用时,可以讲述饮用水中消毒副产物的色谱分析方法,并指出消毒副产物的分析在环境化学中意义,这样做会使学生进一步认识到仪器分析在其所学专业的地位和作用;(3)充分发挥多媒体的作用。多媒体的应用可以将文本、图形、图像、声音、动画有机地融合起来,给学生以立体形象思维。例如色谱法讲解过程中,如果选用Flash动画的形式表示用装有碳酸钙的色谱柱分离4种植物色素的过程, 将抽象的描述转化成直观、生动的动画,就能吸引学生的注意力,达到很好的教学效果。

    3.2 采用灵活多样的授课方式

    单一的平铺直叙的授课方式很难将知识讲解的清晰透彻,也会使教学效果大打折扣。教师应该根据仪器分析课程的特点,根据授课内容选择不同的授课方式。
本课程涉及许多大型分析仪器,将学生带到实验室面对大型分析仪器讲解,教学效果虽好,但并不切合实际。为提高教学效果,教师平时可以收集一些简单的仪器部件,随堂展示给学生。这些仪器部件包括:(1)实验室中常见且不易损坏的部件(如:电位分析中的pH玻璃电极);(2)从仪器上更换下来的受损部件,(如:光谱仪上替换下来的光电倍增管等)。上述部件均可拿到课堂上,对帮助学生形象生动地了解仪器结构和工作原理十分必要。

    尽管高等学校的办学条件越来越好,但是没有哪所高校会为仪器分析课程准备所有的分析仪器。为拓展学生的知识面,教师可以网上下载仪器的结构图、操作规范和保养方法的动画或者录像,这样做会使教学效果更加形象直观,同时有助于学生对教学重难点的把握。

    3.3 通过对比强调分析方法的特点

    仪器分析课程的培养目的之一是使学生具有根据分析任务能选择出合适分析方法的能力。本课程讲解的分析方法都具有独立的理论基础、实验技术和应用特点,不同分析方法间即存在区别也存在联系,讲解时如不加以区分必然会给学生造成模糊的认识,应用对比法可以收到很好的教学效果。所谓的对比法就是在讲课过程中经常将各种仪器分析方法方法在不同层面仔细加以比较,这样做既可以使学生加深对分析方法特点的理解,明确清楚不同分析方法的适用范围,增强他们的实际应用能力。如紫外可见光谱法和红外光谱法同样作为分子光谱法,学习过程中会使学生感到难于区分。教师应在讲课过程中不断地将2种方法的原理、仪器和应用范围作对比,通过比较各种分析方法的区别与联系,加强了学生对2种分析方法的掌握和理解。

    3.4 通过形象的比喻解释抽象的科学现象

    仪器分析讲解课程中需要介绍教较多的专业术语和科学原理,学生接受和理解比较困难。如果教师通过形象的比喻来介绍,以浅显的道理来描述,教学效果就不同了。如在色谱法中介绍色谱峰为什么呈正态分布峰时,笔者将其比喻成万名大学生长跑比赛的结果统计,在所有的参赛选手中跑的特别快和特别慢的人都很少,大多数选手的到达时间会在平均时间前后,如果以长跑结果以到达的时间为横坐标,以到达的人数为纵坐标,那统计结果一定是一个以平均值为中心的正态分布峰。色谱峰表明的是大量分子在色谱中运动时间的统计学结果,与万人长跑比赛结果的统计是类似的,色谱峰自然也就是正态分布峰了。

    3.5 适当利用提问式教学法

    提问式教学法是教师提出的问题,学生自学,然后教师再进行评述性讲解。该法能激发学生学习的主动性,并能使其利用已有的知识快速有效地获取新的知识。如在色谱法讲解过程中,教师会讲解保留值定性的原理,即当操作条件一定时,物质的保留值是一个定值。接着教师可以假定有一个乙酸、丙酸、丁酸的混合物,让学生讨论如何对其进行定性分析,最后通过教师的归纳总结得出结论。这样能很好地把教师的主导作用置于引导和教会学生学习的基础上,以问题为杠杆启动学生自学和探索的积极主动性,把学法和教法融为一体。

    4  重视仪器分析实验

    实验教学是仪器分析教学的一个重要环节,仪器分析课程强调实际操作,只有实际应用和操作,才会真正领会仪器的基本原理和使用方法。我校理学院化学系近几年引进了傅里叶变换红外光谱仪、石墨炉原子吸收光谱仪、液相色谱和气相色谱等多台先进的进口大型仪器设备,在设计实验课时,笔者尽可能将上述仪器设备纳入实验内容,使学生更直观的了解现代分析仪器的结构,体验其使用方法,为今后科研工作打下坚实的基础。

    5  建立合理的考试制度

    笔者认为本课程考试应该采用理论和实验相结合的模式。仪器分析的理论课考试应该以注重基础知识的测试为主,同时辅以少量实验设计方面的试题(如;要求学生设计临二氮菲法测定铁的实验步骤等),用以考查学生分析问题解决问题能力。
实验课考试则可采用更灵活的考核办法。教师可以提前一周告知学生考试的内容(如:要求学生用气象色谱法分离6~7种有机物的混合物,每名学生的混合物种类不同),随后要求学生自行查文献,设计实验,考试时学生按照设计好的步骤实施实验。这样既考查了学生的分析仪器的基本操作,又锻炼了学生分析问题解决问题的能力。

    仪器分析课程理论较新、实践性较强,在教学活动中需要充分考虑其教学内容特点,转变教学观念,找出适当的教学方法才能顺利实现教学目的。笔者在仪器分析课程教学过程中,通过上述教学方法的探索和改革,取得了较好的教学效果。

    参考文献

    [1] 朱明华.仪器分析(第3版)[M].北京: 高等教育出版社, 2003
    [2] 北京大学化学系仪器分析教学组.仪器分析教程[M].北京: 北京大学出版社, 1997
    [3] 贵杰,李海英,刘战英.专业课实施启发式开放教学的实践[J].河北理工大学学报(社会科学版),2009,9(2): 111~113
    [4] 赵士铎.仪器分析简明教程(第1版)[M].北京: 高等教育出版社, 2003
    [5] 崔志芳,李春露,刘晓东.仪器分析课程教学改革的探索[J].实验科学与技术,2007,5(4):67~68
    [6] 尚永辉,岳立志.仪器分析课程教学的思考[J].食品工程,2009,1:11~14
    [7] 张博,曹励民,景晓红,等.仪器分析课程教学的几点体会[J].现代医药卫生,2006,22 (16):259~260
    [8] 张智宏.仪器分析课程教学改革探索[J].江苏工业学院学报,2006,7(2):78~80
    [9] 刘英菊,陈实,熊亚红,等.仪器分析教学改革初探[J].广东化工,2008,35(7):168~170
    [10] 邓金,张惠静,张梦军.仪器分析教学改革探讨[J].山西医科大学学报(基础医学教育版),2006,8 (5):482~484

 

来源:《中国现代教育装备》

相关阅读