开放式教学在化学类研究生仪器分析实验课程中的运用探析

孙丽波

摘要：针对目前燕山大学化学类研究生仪器分析实验课程中存在的主要问题进行了探讨，提出了相应的教学改革思路。通过更新实验教学内容、改变教学模式、增强大型仪器培训及完善考核评价环节等改革措施，进一步提高研究生独立思考和从事科学实验的能力，为其开展课题研究和圆满完成毕业论文奠定良好的实验基础。

关键词：化学类研究生;仪器分析实验;教学改革

中图分类号：G643     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）22-0273-02

仪器分析是以物质的物理性质或物理化学性质及其在分析过程中所产生的分析信号与物质的内在关系为基础，并借助比较复杂或特殊的现代仪器，对待测物质进行定性、定量及结构分析和动态分析的一类分析方法[1]。仪器分析实验在现代分析化学中占据了主导地位，是化学各专业研究生的专业必修课程，对于培养研究生的科学素质、创新意识和独立实验的能力，养成实事求是的科学态度、严谨细致的工作作风都起到十分重要的作用[2，3]。

燕山大学环境与化学工程学院自2003年为化学各专业硕士研究生开设了仪器分析实验课程，通过学习，学生们较好地掌握了分析测试设备的基本原理和操作方法。作为培养研究生创新实践能力的教学平台，先进的大型分析测试仪器在仪器分析实验教学中是不可或缺的。而大型仪器由于价格昂贵、台套数少、操作复杂加之实验学时相对较少等客观因素使得实验教学形成了大型精密仪器的操作只能以学生软件模拟，教师演示为主的局面，学生无法获得充足的实践机会，对实验的本质感受不深，实验教学效果难以保证。如何使研究生仪器分析实验课程跟上先进分析测试技术的发展步伐，挖掘大型实验仪器的使用效益，使学生扎实地掌握现代分析测试方法，提高实验教学质量，是这门课程开设以来始终需要重视的课题。

一、更新实验教学内容，突出前沿技术应用

这门课程传统的教学模式是以教师讲解为主，介绍常规的仪器分析方法，包括红外光谱分析、气象色谱分析等，课程内容符合研究生培养大纲的要求，涵盖了化学类研究生需要掌握的基本研究方法。但是作为研究生仪器分析课程教学，不仅要注重传统知识点和研究方法的培养，更应让学生掌握仪器分析最前沿的应用和技术，为研究生开展课题研究拓展更广阔的知识视野。

针对以往教学中存在的问题，结合化学学科特点及发展现状，燕山大学环境与化学工程学院对仪器分析课程教学进行了调整，将理论学时内容进行了删繁就简的归并，适当增加了实验学时，实验教学内容在传统的色谱、光谱等内容的基础上，增加了现代仪器分析领域较热门的表面分析技术，包括透射电子显微镜分析氧化锌粉末样品、原子力显微镜测定光栅的表面形貌、二氧化钛的X射线粉末衍射分析等。

二、突破演示教学模式，实施分阶段多项目教学

以往的研究生仪器分析实验教学涉及到大型仪器的教学内容多以教师演示教学为主，其原因是大型精密仪器价格昂贵、台数少，操作复杂，实验周期长，加之实验学时相对有限等多方面因素的制约，学生很难在有限的教学时间内熟练掌握仪器的使用。

根据上述情况，燕山大学环境与化学工程学院开展了分阶段教学模式。第一阶段的授课主体为研究生入学新生，在新生入学教育时，引导新生参观大型仪器实验室，现场介绍仪器概况，使新生了解仪器的特性、应用、设备组成，了解仪器在本学科研究领域所能实现的功能，展示往届研究生利用该仪器取得的科研成果，培养学生的学习兴趣，为进入课题展开科学研究提供方法学的引导。第二阶段的授课主体为研一学生，通过第一阶段的介绍，学生对大型仪器并不陌生，在感性认识的基础上，增加实践操作环节。采取理论讲解结合仪器演示的方式，准备了涉及光谱分析、色谱分析、电分析化学及表面分析等5～6个实验项目，将学生按照每组3～4人分组。针对每个实验方案和所使用的仪器设备，预先提出思考题，学生们带着问题进行预习，教学中由理论教师和实验教师分别就理论内容和仪器原理、操作进行边讲授边演示，学生边练习，教师边指导。然后由学生从样品制备、仪器操作到数据采集、分析进行实验操作，在实验过程中遇到问题先由小组进行讨论，然后由教师面向各组进行针对性的指导，再由学生去处理和解决问题。将教学重点由理论课堂转向实验室，教学主体由教师转向学生，学生的思路和视野更加开阔，调动了学生学习的积极性和主动性，收到了良好的教学效果。

三、挖掘实验仪器使用效益，开展学生操作技术培训

研究生在前期仪器分析课的基础上，对大型仪器的功能有了一定的了解。在课题实验阶段，还需要掌握不同实验设备的操作技能。因此，仪器分析实验教学形式由授课改为技术培训[4]。针对研一第二学期的学生开展不定期的短期仪器操作培训，内容包括应用讲座和实际操作训练，所有培训研究生均经过严格的考核，考核合格后获得培训合格证书，使学生的仪器操作技能进一步提高，为以后大型仪器设备面向科研开放、研究生自己上机测试奠定基础。

1.制定规范，保证大型仪器正常运行。建立健全规范性的仪器管理制度，是减少大型仪器损坏，保证大型仪器正常使用与运行的有效措施[5]。以透射电镜实验室为例，燕山大学环境与化学工程学院根据透射电镜实验室的特点和仪器的基本要求，制定了《透射电镜实验室管理规范》，明确了电镜实验室要求、学生实验预约规则、设备故障或意外情况的应急机制、规范化数据存储以及数据拷贝等事项。制定了《透射电镜标准操作规范》供学生随时查阅该仪器的操作方法，避免在使用仪器的过程中因忘记操作方法而造成仪器损坏。

2.基本操作培训与严格考核。大型仪器基本操作培训采取导师推荐的原则，对于大型仪器使用机时较多的课题组，导师可以推荐一位责任心强、实验能力突出的学生参加培训，测试中心根据学生报名情况组织专业技术人员进行一对一的全程指导，对学生操作过程中可能出现的错误进行及时纠正，对出现频次较高的共性错误进行先行提示，指导学生正确使用大型仪器，直至掌握基本的操作技能，能够独立上机操作[6]。以场发射扫描电镜SUPRA 55 SAPPHIRE为例，基本操作培训包括：扫描电镜的应用范围、操作注意事项、样品制备以及基本操作步骤。包括：（1）开机。（2）调试与观察。①选区。②选择放大倍数。③反复调节粗调。④像散消除。（3）拍照、取图。（4）观察完毕，关闭高电压，卸载真空，取出样品等操作步骤。操作培训结束后，由测试中心组织专业技术人员组成考核小组，就培训内容进行逐个严格的独立上机考核，学生单独操作，考核通过的学生，颁发大型仪器独立操作上岗证书。持证学生可以预约晚上、周末或者节假日时间进行单独加时测试。这样的实验教学模式，真正做到了学生独立操作，促使学生快速提高实验技能，达到了应有的实验教学效果。endprint

3.落实管理责任制。为了保证大型仪器的完好率，必须落实仪器管理和使用责任制。在上岗证上明确具体仪器的操作注意事项和持证学生的责任，持证学生每次实验要出示上岗证，在实验结束后，要求学生填写“仪器使用记录”，学生测试结束离开实验室时，教师就仪器状态、卫生安全等事项进行检查并填写记录。为了避免个别学生因长期不做实验而忘记仪器操作步骤，要求持证学生在规定工作日内要完成一定的测试频率，否则上岗证失效。此外，在实验过程中，还要求学生进入实验室要衣冠整齐，严肃认真，保持室内清洁，学生实验时，要求每人从制样、上机操作到结果分析，要独立完成。实验后要求学生对制样室、电镜室进行清洁。要求仪器管理人员根据大型仪器的使用机时数对仪器进行定期保养，保证大型仪器性能、延长仪器使用寿命，使大型仪器发挥出最大的效益[7]。

四、结论

先进的分析测试仪器是化学类科研工作者的“眼睛”。仪器分析实验教学是学生掌握仪器分析方法、理解仪器工作原理的重要途径，通过这门课程，为化学类研究生开展设计型、研究型实验，构建一个培养实践创新能力的教学平台，是这门课程的首要任务。大型实验仪器是这门实验课程中不可缺少的重要元素，灵活开放运用大型实验仪器，挖掘其使用效益，不仅为仪器分析实验教学开发出了更加丰富、综合、先进的实验内容，更为学生今后的科研和工作提供了实习的平台。

参考文献：

[1]董发昕，王振军，贾婴奇.论高等学校分析测试中心的发展方向[J].实验技术与管理，2004，21（5）：122-124.

[2]张学军，王锁萍.全面改革实验教学，培养学生创新能力[J].实验室研究与探索，2005，24（1）：4-6.

[3]汪建军.加强技能培养的实验教学模式构建[J].实验技术与管理，2007，24（7）：106-108.

[4]董发昕，王振军，孙伟，等.拓宽研究生的实验技能，提高研究生的创新能力[J].实验技术与管理，2012，29（2）：148-149.

[5]陈双华.浅谈仪器分析实验教学与应用型人才的培养[J].中医药管理杂志，2011，19（7）：686-687.

[6]周云，阴金香，张四纯，等.大型仪器设备在大学创新型人才培养中的应用[J].实验室研究与探索，2011，30（11）：274-277.

[7]余时沧，段江洁，卞修武，等.加强大型仪器实验教学提高研究生科研创新能力的探索[J].重庆医学，2012，41（36）：3909-3910.endprint