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1教學內(nèi)容的改革

改革的第一個舉措就是修訂教學內(nèi)容，重點突出兩個環(huán)節(jié)的教學，一是大型儀器的引入，二是狠抓實驗教學的“兩頭”。

1．1大型儀器的引入近年來，越來越多的學生反映在就業(yè)面試中經(jīng)常會被詢問到在校期間對各種分析儀器尤其是大型分析儀器了解、掌握和應用的情況。原因在于，大型儀器代表著先進的測試技術，它和學科前沿知識、高水平的研究成果密切相關，能否操作大型儀器是體現(xiàn)理工科學生科研素質(zhì)及創(chuàng)新能力的一個重要標志。因此，在內(nèi)容設置上，我們把大型儀器的教學作為內(nèi)容改革的一個重點，課程中除了保留紅外、紫外、熒光等相關實驗外，還引入了全自動頂空－固相微萃取(SPME)－氣相色譜儀、液相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀、拉曼光譜儀、X射線光電子能譜儀等大型儀器的教學內(nèi)容，這種引入不是“紙上談兵”式的理論講解，而是真真實實讓學生去做，去動手操作。圍繞這些儀器專門開發(fā)了一系列實驗項目，比如“全自動頂空氣相色譜法建立木材指紋圖譜”、“無機鹽晶體及水溶液的拉曼光譜檢測”、“固相微萃取－氣相色譜法分析苯系物”、“液相色譜－質(zhì)譜法分析鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)”等。通過實驗教學，學生熟悉了大型儀器的操作技術，對大型儀器的分析方法有了更為深刻的認識，這為其進行后續(xù)課程的學習、參與科技創(chuàng)新活動及完成本科畢業(yè)論文打下良好基礎。

1．2抓實驗教學的“兩頭”儀器分析實驗的特點是以儀器操作為主，自動化程度高，尤其是大型儀器，往往是傻瓜式的，只要預先設置好測定參數(shù)，放入樣品(有些還是教師做的)，學生就無所事事，坐等結果了。針對這一情況，我們把教學的重點落在了實驗的“兩頭”，一是樣品的前處理;二是實驗結果的數(shù)據(jù)分析。以“全自動頂空氣相色譜法建立木材指紋圖譜”實驗為例［9］，我們在教學中有意識地增加了室內(nèi)空氣采樣、固相萃取、固相微萃取等動手環(huán)節(jié)，讓學生自己進行氣體樣品的采集，及復雜樣品中待測物的萃取富集等預處理操作，通過結果對比，學生發(fā)現(xiàn)樣品預處理的好壞對檢測結果的準確性、靈敏度和重現(xiàn)性有非常大的影響［10－11］，因而對完整的樣品分析過程有了更為切身的體會。在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，教學中除了要求學生掌握一些與儀器配套的數(shù)據(jù)處理軟件外，還指導學生利用化學計量學的知識對復雜圖譜進行解析。比如在木材指紋圖譜實驗中要求學生首先利用Excel對待測樹皮與標準樣品的譜圖數(shù)據(jù)進行相關性比對，然后再采用主成分分析(PrincipleComponentAnalysis，PCA)投影法對樹皮進行模式識別與分類。再比如“紫外光譜法在線測量連串反應動力學過程”實驗，先通過殘差優(yōu)化－減秩法對化學反應動力學譜和吸收光譜數(shù)據(jù)進行分析，計算各反應的速率常數(shù)，然后再利用最小二乘法回歸解出包括中間體在內(nèi)的各組分的吸收光譜。數(shù)據(jù)處理涉及到儀器分析、線性代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計、計算機應用等諸多領域的知識，通過這一環(huán)節(jié)的教學，學生的知識面得以拓展，知識的綜合運用能力得到提高。

2教學方式的改革

大型儀器的教學是“儀器分析實驗”課程教學的重點和難點，有兩個地方非常關鍵，一是要讓學生真正了解并掌握大型儀器的工作原理;二是要提供足夠的機會讓學生上機實習，熟悉儀器的操作技術。為了達到上述目的，我們對教學方式進行了改革，采用開放實驗開展大型儀器的教學，具體開放形式有以下三種。

2．1儀器開放課內(nèi)學時有限，為了使學生獲得更多的動手機會，將課程中涉及的光譜、色譜等大型儀器在課外對學生開放，考慮到這類儀器通常承擔有繁重的科研任務，開放的時間一般安排在周末(每周保證一個整天)。學生通過實驗中心的網(wǎng)絡預約系統(tǒng)進行儀器預定，獲得批準后，學生2～3人一組，在給定時間內(nèi)進入實驗室，完成規(guī)定內(nèi)容或自選內(nèi)容的實驗操作。期間，教師(或研究生助教)給予必要的指導。通過儀器開放，學生有了更多的機會接觸儀器、使用儀器。一個學期下來，班上有不少學生可以獨立操作HPLC、紅外、紫外、GC－MS等大型儀器，部分學生技術熟練，甚至還獲得了某個大型儀器的操作上崗證。

2．2內(nèi)容開放除了教材規(guī)定的實驗內(nèi)容外，還鼓勵學生根據(jù)實驗室條件和自身興趣，自主設計實驗。比如學生做完“全自動頂空氣相色譜法建立木材指紋圖譜”實驗后，依據(jù)頂空氣相色譜儀能夠檢測揮發(fā)性成分的原理，選定花露水、修正液、黃酒、水果、茶葉等為研究對象，自行設計實驗方案，待教師審核批準后，利用儀器開放日，對這些樣品進行檢測，得到了很多有趣的結果;再比如學生通過“無機鹽晶體及水溶液的拉曼光譜檢測”實驗，熟悉了拉曼光譜的測定原理，隨后收集了各式各樣的翡翠、玉石、首飾等樣品進行檢測，通過和標準物拉曼光譜圖的對比，以鑒別這些物質(zhì)的真?zhèn)魏推焚|(zhì)。由于開放實驗涉及大型儀器，其內(nèi)容又貼近生活實際，趣味性強，學生的參與熱情非常高。

2．3網(wǎng)絡開放在儀器開放、實驗內(nèi)容開放的基礎上，我們還在化學實驗中心網(wǎng)站交流平臺上開設專欄，用于儀器分析方面的拓展性教學。任課教師擔任欄目的版主，引導學生就實驗過程中碰到的問題進行探討。討論的問題由淺入深，從最初的樣品準備、參數(shù)設置、條件優(yōu)化、數(shù)據(jù)傳送等，逐步過渡到儀器故障處理、原理解釋、拓展應用及新實驗設計等。由于網(wǎng)絡論壇不受時間、空間的限制，這種開放式的交流方式深受學生歡迎。教師將學生提出的問題歸納總結，在下一輪次的實驗教學中進行針對性訓練，通過“實驗—交流—實驗”的不斷重復，學生的理論基礎得到提高，操作技術也日漸嫻熟。

3完善考核方式

在課程考核方式上，打破了原先“唯實驗報告論”的傳統(tǒng)模式，將開放實驗納入考核內(nèi)容，建立多元化的考核機制。具體而言，我們將學生的課程成績分為4個部分，即平時成績(30%)、實驗報告(30%)、開放實驗(30%)和筆試成績(10%)。平時成績主要考查學生預習報告、課堂提問、動手操作等情況;實驗報告主要考查學生的實驗記錄、報告規(guī)范性及數(shù)據(jù)處理與分析、問題討論等完成情況;開放實驗側重學生綜合素質(zhì)的考核。課程結束前，組織開放實驗答辯會，要求學生以小組形式采用PPT進行答辯匯報，教師和學生代表擔任評委，從課題設計、儀器操作水平、實驗結果、PPT講稿制作、演講效果等方面對學生的表現(xiàn)進行綜合評分;筆試著重考查學生對儀器分析相關理論的掌握情況，包括實驗原理、操作要點、注意事項等。實踐證明:改進后的考核方式更加客觀、公平、全面地反映了學生的學習狀況，符合“以人為本”的現(xiàn)代教學理念。

4教學效果分析

從教學內(nèi)容、教學方式和考核機制等方面對儀器分析實驗課程實施綜合性改革，經(jīng)數(shù)年實踐，在以下幾個方面獲得了良好的教學效果。(1)改變了“儀器分析實驗”課程的傳統(tǒng)教學模式。以大型儀器的教學為突破點，開發(fā)出了一批有特色實驗項目，比如圍繞紫外－可見漫反射儀就先后開發(fā)了定性實驗“紫外－可見漫反射光譜法比較手的黑白”、“各種紙張的顏色與漫反射的強度比較”，及定量實驗“紫外－可見漫反射光譜法檢測顏色的CMYK參數(shù)”等，這些實驗充實了課程的教學內(nèi)容，使得大型儀器的教學從原先的“教師演示性”教學轉變?yōu)橐詫W生為主體的“自主實驗”模式。(2)培養(yǎng)學生自主性學習能力。通過課程的開放實驗教學，學生的自主意識得到加強。以蔡劼凱等學生為例，該小組3名學生在實驗室開放時段重點學習了大型儀器液質(zhì)聯(lián)用儀，然后就利用Solid-works和AdobeFlash軟件自行制作了一個模擬離子阱液質(zhì)聯(lián)用儀原理和分析蛋白質(zhì)過程的學習動畫。今年10月，3位學生攜此項目到北京參加了第一屆“卓越聯(lián)盟杯”創(chuàng)新實驗大賽，經(jīng)現(xiàn)場答辯和演示，該項目獲得比賽的二等獎。(3)激發(fā)學生的科研興趣。在了解和熟悉了大型儀器的測試手段、表征方法后，不少學生希望尋找一些目標和靶子來一試身手，由此對科研產(chǎn)生了興趣并逐步融入到科研當中。比如，顧麗鳳等學生做完“拉曼光譜法定性研究翡翠實驗”后產(chǎn)生聯(lián)想，能否在此基礎上實現(xiàn)翡翠成分的定量檢測呢?通過查閱文獻及向教師請教，學生將XPS和拉曼光譜結合起來，采用拉曼位移法，最終實現(xiàn)了各種翡翠的定量檢測及模式識別，并撰寫了論文［12］。

5結語

我們對儀器分析實驗教學中存在的問題，做了一系列有益的嘗試和探索，并初步建立了一套以學生為主體，開放、創(chuàng)新的儀器分析實驗的教學模式。通過本實驗課程的學習，學生掌握了各種儀器包括最新的大型儀器的原理和操作，特別是通過開展開放實驗，學生接觸了選題、查閱文獻、設計實驗方案、開展實驗、處理數(shù)據(jù)、交流匯報等完整的科研過程，大大提高了學生的學習自主性和綜合素質(zhì)。當然，儀器分析實驗教學的改革不應該僅限于此，我們將在改革過程中針對出現(xiàn)的新問題進行進一步的完善和修正，為提高學生的綜合素質(zhì)提供一個更好的實驗教學平臺。在課程改革的實施過程中我們也碰到了不少問題，例如怎樣協(xié)調(diào)大型儀器用于科研和教學的關系?開放實驗教學中儀器設備如何管理?怎樣同步更新實驗教材?這些都是我們在后續(xù)工作中必須考慮并加以解決的問題。

作者：柴曉蘭 朱仲良 王曉崗 單位：同濟大學 化學系