环境专业《现代仪器分析与测试》课堂与实验的教学改革与探索

　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）23-0144-02

　　著名实验物理学家，诺贝尔奖获得者丁肇中曾说：“实验是自然科学的基础，理论如果没有实验的证明，是没有意义的。”[1]中国科学院院士冯端也认识到实验室的重要性，再强调也不为过[2]。环境、化工类研究生在开展课题研究时离不开实验室及实验操作，且会涉及到电化学、色谱学、光谱学以及材料表征等各方面仪器设备的使用。因此，《现代仪器分析与测试》课程便显得尤其重要，这门课程在很多高校被列为环境、化工类研究生的必修课。通过该课程的学习，学生应该熟练使用基础常见仪器，了解和掌握高精尖仪器原理和用途，学会如何有效选择使用相关仪器，为其圆满完成毕业论文和将来继续参加科学研究奠定良好的实验基础。通过近几年对该课程的讲授以及实验指导，笔者在课堂教学以及实验教学方面做了一些改革和探索。

　　一、课堂教学改革探索

　　师傅领进门，修行在个人。有人说，这是师傅不想负责任的借口，那他只是理解了后半句。授课老师要着眼于前半句“师傅领进门”，关键的问题是怎么领进门？经过几年的授课，探索经验如下。

　　1.结合学生研究方向备课、讲解。现代分析测试仪器种类繁多，如果所有仪器都作具体讲解，只是泛而广。在上课之前可以先了解选课学生导师的研究方向或者学生自己的研究意向。不同的研究方向，所使用的仪器类型不同，需根据选课学生的研究方向，针对性地进行授课。所以课程要以学生现状和学生兴趣为基础，重点不能一成不变，这就要求任课教师每年都要调整课件。例如当选课学生以研究环境材料为主时，教师在课堂授课时应详细讲授材料的表征分析及仪器使用；而当选课学生的研究方向主要为污染物的分析监测时，教师则应以电化学、光谱学、色谱学等的仪器原理与使用为主要讲授内容。

　　2.课堂讲授充分使用多媒体。有些人习惯板书，以为把重点内容罗列到黑板上即可加深学生印象，这对本科生教学尚可。但对研究生来说，他们已经具备一定的基础知识，要学习的是方法，是大量内容的输入，而不是单一的知识点。PPT的使用可以提供更大的知识量。此外，现在很多仪器供货商会提供仪器的动画效果。教师在课堂讲授的时候，完全可以拿来使用，而且动画效果更能吸引学生注意力，增加趣味性。在新购仪器安装培训时，让感兴趣的学生一起参加，一般的培训需要一两天的时间，可以让学生掌握更多细节内容，充分接触仪器。例如2014级环境工程专业研究生杨涛参加完工程师培训的原子吸收分光光度计以及原子荧光分光光度计后便可直接上手操作。

　　3.该课程建议采用多个老师授课模式。有些高精密的仪器（如GC-MS、TEM）需要专门的老师负责，且他们对仪器原理、性能以及使用更清楚，讲解起来也更到位，学生听起来便会更轻松。这样也能更有效的利用学院学校平台共享机制。

　　4.请参加工作且与仪器维护和销售的相关同行作讲座。对于现代仪器的学习，不仅仅是让学生学会对仪器的使用，也可以激发其对某种仪器的兴趣。有个老教授曾说他的一个学生毕业后从事分析仪器的研发销售工作，一直做得有声有色。因此，课堂教学的时候可以邀请做仪器研发和销售的同行给学生作讲座，让学生多方位地了解仪器。笔者曾邀请过安捷伦的工程师陈鹏为学生作讲座：“色谱学在仪器分析与测试中的应用”。该工程师在作讲座时详细介绍了液相色谱发展历程（从前苏联的柱色谱→高效液相色谱→超高效液相色谱）以及他们公司在液相色谱方面与各个单位合作开展的相关研究。很多学生听得津津有味，意犹未尽。

　　二、实验教学改革探索

　　实验教学的目的就是让学生从对仪器了解、认识、理解的阶段进入实际操作、应用阶段。单一的演示操作以及流水线式的实验操作只会使部分非常认真的学生在实验完成后有所收获。有些学生不喜?g动手，别人实验，他在观看，实验报告也是抄别人数据应付了事。这些问题导致很多学生“学过就忘”，当在科研及工作中再次使用时，又要“重头学起”。为了提升学生的积极性，使学生能够全面掌握所学知识，实验教学应具有趣味性且有据可依。学生做完相关操作后应能够融会贯通，活学活用。

　　1.仪器分析中电化学仪器属于比较简单且容易操作和上手的仪器，对于这种通用的小型仪器，为达到活学活用的目的，可以设置一些验证性的实验。比如现在市售的很多饮料标签中都会给出具体的pH值范围（比如农夫山泉：25℃，pH值7.3±0.5），有的厂商甚至在广告语中标榜自己饮料的pH范围。根据此现象，在使用pH计或者自动电位滴定仪的实验过程中，可以让学生去测试各种饮料的pH值。增加学生积极性的同时，提升了学生对仪器的操作和使用效率。

　　2.环境科学与工程专业研究生学习《仪器分析与测试》的主要目的是要掌握对环境中各类污染物的分析监测，比如水杨酸是阿司匹林及很多止痛药里的主要成分，这些药片如果进入环境，可能对水土造成一定的污染。在光谱类仪器红外分光光度计的实验教学中，便可让学生收罗身边所使用的含有水杨酸的药品，通过红外分光光度计对其成分或者结构进行分析。

　　3.在实验教学过程中，还要做到有据可依。曾听一个老师讲述所遇到过的比较可笑的事：有个外专业学生到环境这边（不理解）使用仪器，老师问他方法哪儿来的，参考了什么标准？学生一问三不知，最后说“百度知道的”。很多仪器以及测试方法都有其适用性；很多污染物的测试也具有国家标准或者环境标准，比如对于地表水中各阴离子的测试，国家环保局便出台相应测试标准：“中华人民共和国国家环境保护标准HJ 84-2016：水质无机阴离子（F-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、PO43-、SO32-、SO42-）的测定离子色谱法）”。该标准中给出了具体的测试流程和步骤。实验过程中应让学生严格按照标准程序进行操作。 　　4.俗话说，授人以鱼不如授人以渔。实验教学同样如此。在实验教学过程中，与其给出具体的实验操作步骤，不如让学生自己设计实验。老师只提供实验要求与目的，实验过程包括预处理以及结果分析，且要求全部由研究生自己来完成，例如学生在学习总有机碳分析仪时，便自主地抽取了赣州章江和贡江的水样，根据国家环境标准HJ 501-2009“水质总有机碳的测定燃烧氧化非分散红外吸收法”进行测试。

　　三、课堂与实验相结合

　　笔者在教学的工程中，提出并践行“课堂与实验室互换”的教学模式：利用课堂空间大，易于展示的特点，将易挪动、小型的仪器设备搬进课堂进行讲解和演示操作，即“将实验室搬进课堂”；对于大型的、自动化程度较高的仪器设备的讲解和操作演示则在实验室现场进行，即“将课堂搬进实验室”。该模式收到非常好的效果。

　　白雁等也曾提出在多媒体辅助教学的过程中，利用计算机的模拟功能，实现“实验室”进课堂。每个学生可通过模拟的实验室课件进入“虚拟实验室”，反复地在仿真软件上进行仪器操作，这样不仅可以形象地理解仪器分析的基本原理，而且能自己亲身进行仿真操作[3]。

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