仪器分析实验课程改革建议

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摘要:仪器分析实验是医药类专业大学实验课程的重要构成部分，从中获得的操作、分析技能在药物检测工作中的应用非常广泛。该课程在开设过程中通常面临教学模式单一、仪器设备配置短缺及操作时间不够等问题，导致学生难以熟练掌握相关操作技能。针对上述问题，本文从优化教学方法、使用虚拟仿真软件、构建开放平台、完善实验考核体系、加强教师队伍建设方面提出建议，以期可以提高该门实验课程的教学效果及提升学生的学习自主性。

关键词:仪器分析实验;教学方法;仿真软件;教学效果

仪器分析是化学学科的一个重要分支，通常是采用特殊和复杂的仪器设备，通过测量物质的某些参数(物理或物化性质的参数)以及根据参数的变化来判定物质的化学组成、结构和含量的一种分析方法［1］。它是由电化学、光以及自动控制，计算机等多个学科彼此交叉、渗透发展形成的一门综合学科［2］。亳州学院坐落在具有全国“四大药都”之首之称的城市———安徽亳州(首批国家中医药健康旅游示范区)，其二级院系中药学院在药学、中药学、制药工程、和药物分析等专业中均已开设仪器分析实验或药物检测分析实验课程。以中药学专业为例，人才培养方案中要求学生能够利用现代分析仪器及技术选择合理试验方法，对中药材中有效成分或有害成分进行鉴定、检测和分析。对于“地方性、应用型、特色化”的地方本科院校亳州学院来说，仪器分析课程的教学环节重点需要突出原理、技能的领悟。仪器分析理论课程复杂又抽象，而实验课程的学习不仅可以让学生更好的理解理论知识，还可以让学生掌握相关分析仪器的构造和操作流程，促使其熟练地将所学理论知识指导实际操作，培养他们从实践操作中提高自己分析和解决问题的能力。再者，熟练掌握仪器分析实验课程将为学生后期专业课程如药物波谱分析，中药质量分析与控制等的学习奠定良好基础。本文主要叙述了现阶段仪器分析实验教学中存在的问题并针对这些问题提出了几点切实可行的建议，以期提高地方本科教学水平和促进学科建设，更好的适应地方、服务地方。

1实验教学中存在的问题

1.1教学模式单一，学生重视程度不够

仪器分析实验课程教学流程化严重，教学方式过于单一。一般采用传统的教学方式“预习报告———教师讲解演示———实验操作———实验结果———结果讨论———完成实验报告”的方式进行教学，这样的实验教学模式很难让学生由感性认识上升到理性思考，如此长期下去不仅难以激发学生的兴趣，甚至会限制学生的思维方式。实验前，大部分学生往往只是照本宣科抄一下预习报告中的内容，存在被动完成任务，简单做完思考题，缺乏深入思考。教学时间有限，教师不能浪费宝贵时间逐一检查学生的预习效果，监督方法单一。在实验中，学生也仅仅是按照教师的示范机械地重复一遍，没有独立完成，对于操作中遇到的问题也仅满足于解决即可，并不去深思问题产生的原因、对结果会产生的影响及该如何避免此类问题的产生。另外，实验空间、学时数、仪器数量、学生人数等因素的限制，导致学生存在着样品处理不规范，实验操作不遵守仪器操作规程，不及时记录实验数据、擅自更改实验数据等现象。实验后，学生通常仅仅满足于实验报告中结果计算部分的书写，针对可疑的实验数据或结果没有敏锐性，不进行认真的反思和总结。实验报告的书写存在抄袭现象，有的时候整组结果均犯同样的错误。

1.2大型仪器设备配置短缺，难以人均一套

地方本科院校存在大型分析仪器配置短缺的问题，决定了实验过程中不可能让学生们人手一套仪器操作，同时由于上课专业(班级)多，即使采用大循环的方式［3－4］，分组(8～10人)教学，每位学生系统地操作仪器的时间依然很少，达不到熟练掌握的程度，很难达到预期的教学效果，难以提高学生实验动手操作的积极性。例如，我院该门实验课程的开设已采用上述分组循环的方式进行，但依然无法避免有些学生(理解力稍弱)练习时间不够的问题。

1.3仪器封闭，难以看到内部结构

分析仪器购买后，一般由工程师安装调试完成，针对核心部位，一般无法拆开再组装给学生展示，常言道“百闻不如一见”，从而导致学生无法真正从实物的构造上理解和掌握仪器的原理及过程，这显然不利于学生更好的理解抽象的理论知识。如:气相色谱实验中，样品的气化是在气化室中进行的，那么气化室的构造是怎样的?如何瞬间使样品气化?如果把气化室的构造展示给学生，则会促使学生更好的理解样品气化的原理。

1.4学生首次接触，难以直接上手操作

在上该门课程之前，学生几乎未接触过相关的仪器设备，导致他们动手操作基础薄弱。对于大型分析仪器来说，通常会配备一套标准操作规程，实验中严格按照规程操作有利于仪器的维护保养、延长使用寿命。由于学生首次接触这种大型分析仪器，不了解构造、原理和操作流程，难以直接上手操作，需老师现场讲解仪器的构造，原理和操作流程并示范，无疑缩短了学生们操作练习的时间。另外，由于分析仪器价格昂贵，学生也唯恐自己在不熟悉的情况下操作损坏设备，从而不愿意主动操作，降低了学习的积极性。

1.5样品前处理时间长，压缩了练习时间

大多数仪器分析实验需要对药材或药品进行预处理，比如检测金银花中铅元素的含量时，根据处理方法的不同需要先往样品中加入硝酸或硝酸－高氯酸，并浸泡过夜;或者对样品灰化5～6h再进行后续操作。同时，需要先配制铅元素贮备液，然后配制成不同浓度的铅元素标准溶液供制备标准曲线用。一系列的样品前处理操作无疑压缩了练习时间。另外，有些仪器本身对试剂溶液要求高，需要增加操作步骤，比如利用高效液相色谱仪检测某一中药材中有效成分含量时，会涉及到流动相的配制，如配制1L0.1%的磷酸溶液作为流动相使用，其操作步骤为:用1mL的吸量管移取1mL优级纯磷酸，置于1L容量瓶中，定容，摇匀。然后选择水系滤膜进行抽滤以除去溶液中存在的颗粒杂质，最后超声处理10～15min，才可以拿至色谱室作为流动相使用。这些过程占用了大量的时间，缩短了学生们操作仪器的时间，导致其无法熟悉仪器的原理及操作流程。

2实验课程改革建议

2.1优化教学方法与手段

针对仪器分析实验课程教学方式存在的问题，可以考虑在传统教学的基础上结合翻转课堂和在线教学平台如学习通和雨课堂等进行优化。比如，课前教师先完善ppt，针对主要知识点录制小视频并上传至在线教学平台让学生自主学习并写出预习报告。实验中，检查预习报告，就关键问题组织学生讨论，如高效液相色谱仪操作时，为什么要对流动相排气泡，促进学生从“怎么做”到“为什么这么做”的提升。另外，在操作时，小组内的学生可以相互录制操作视频，制作微课，以备课后回放学习。实验后，及时让学生们对实验现象和结果进行分析，存在疑惑的地方互相交流学习。这样不仅可以让学生自由安排学习时间，有效激发其学习动机和自主学习的积极性，也有利于教师教学水平和技能的提高。另外，在学期末实验实训周教师指导学生设计综合探究实验，学生先以小组为单位按照教师的要求选好要检测的中药材及分析测试方法，在选择的时候要求每组选择的品种各不相同。选定之后，各组员之间分工协作初步确定实验方案。实验方案待教师审核后，由小组成员依次处理样品，操作分析仪器，处理数据及撰写实验报告，完成相关的讨论等等。在具体的实验操作中，学生往往会碰到实验教学环节中未出现的情况和困难，想解决这些难题，他们就需要咨询教师结合查阅文献、书籍探讨实验条件、完成此次实验，通过这种训练将有效地锻炼学生的能力。这样的探究性实验能够更好的培养学生的逻辑思维能力及主动探究的能力，有助于学生的全面发展。

2.2加强虚拟仿真软件的使用

虚拟仿真教学是通过把信息技术、网络技术和仿真技术等融合，在计算机系统上建立的一套具有模拟操作性与真实分析仪器完全相同的虚拟分析系统进行教学［5］。在具体实验课开展中可以这样实施:某次课未轮到的小组可以利用虚拟仿真软件进行预操作，这不仅解决了因分析仪器台数少导致操作时间短的问题，而且可以让学生直观看到相关仪器的构造，使抽象的理论内容具体化。学生在仿真软件上可以模拟现实中的实验操作，先模拟再实践，可以克服学生的心理恐惧，放手大胆操作而不用担心损坏仪器。另外，通过仿真软件的操作可以规范学生的实际操作过程，强化实验技能，从而掌握不同仪器的使用方法及中药材分析检测过程。虚拟仿真技术可在一定程度上提高仪器分析实验课程的教学效果［6］。

2.3构建开放实验平台

目前，对于很多地方性高校来说，大型分析仪器的使用率并不高，只有仪器分析实验课程开设的学期使用率才相对较高，这无疑浪费了资源。在仪器分析课程改革中，可以尝试定期开放实验平台，实施开放式实验教学，允许学生利用自己空余时间进入实验室学习和训练，并且鼓励学生作为一员参与到教师们的科研项目中，培养学生科研的兴趣。对学生来讲，可以增加实践练习的机会;对学校来讲，可以充分发挥仪器设备的价值，提高仪器设备的利用率和使用效益，提高学校人才培养水平，提升学校的社会认可度。

2.4完善实验考核体系

仪器分析课程实践性较强，常规笔试考核方式无法全面反映出学生的学习情况、实验操作技能的掌握情况以及教师教学效果好坏情况。建议在仪器分析实验课程考核时加强对实验操作部分的评价，并增强其所占比例:可以把平时综合型的实验拆分成若干个小知识点的项目作为考题，随机让学生抽选并独立自主的进行整个实验过程的操作，包括样品的前处理，溶液试剂的配制，分析仪器的基本操作，谱图数据处理，有效成分含量的计算等。建立如上的考核体系既能提高实验课程的教学质量，又能使学生学习主动性增强，检验学习效果。

2.5加强实验教师队伍建设

改变教学模式、方法和获得优质教学资源，都需要教学团队当中每一位教师付出大量的时间和精力。教师的业务水平对提高教学质量起着主导作用，是上好仪器分析实验课的保障。如何才能建设一支综合素质高，专业能力强的实验教学队伍?一方面，建议高校配备具有一定综合科研能力和专业背景的仪器分析实验教师在一线教学，同时要求博士、副教授和教授等高学历高水平(拥有较强科学研究能力)的教师也参与实验教学的指导工作，使学生了解自己所在的科研领域中的学科前沿知识，激发学生对科研的浓厚兴趣。另外一方面可以利用校企合作的优势，引入企业实践经验丰富的老师进入实验教学过程，做到将理论知识与实践操作相结合，提高教师的整体教学水平。

3结语

仪器分析实验是一门实践性很强的课程，采用仿真软件等线上教学平台技术手段不仅可使抽象的理论知识浅显化，又可解决实际操作中台套数不足等导致的问题;构建开放教学平台可以提高学生的动手能力并锻炼他们设计和实施的能力;完善实验考核体系可以全面客观评价学生们的学习过程、起到督促的作用;加强实验教学队伍建设是上好该门课程的保障。总之，在地方高校现有的实验环境下，如何最大程度的让学生熟练掌握相关分析方法的原理、仪器的构造、并熟悉整个实验操作流程是需要每一位仪器分析实验课教师深思的问题。

参考文献

［1］赵藻藩，周性尧，张悟铭，等.仪器分析［M］．北京:高等教育出版社，1990.

［2］刘昭第，徐华杰，盛良全.仪器分析实验教学改革探索［J］．实验科学与技术，2020，8(5):86－88.

［3］胡万群，张汉昌.仪器分析实验教学改革探索与实践［J］．大学化学，2011，26(5):30－32.

［4］张培敏，陈恒武，郭伟强，等.仪器分析实验教学改革初探［J］．大学化学，2007，22(2):10－12.

［5］李和生.食品分析课程的教学改革［J］．宁波大学学报(教育科学版)，2013，35(5):73－75.

［6］许映杰，胡六江.虚拟实验在仪器分析实验教学中的应用研究［J］．绍兴文理学院学报，2014，24(7):89－91.

作者：张腾腾 顾晶晶 张小倩 马伟 王孟虎 沈悦 单位：亳州学院