马玉刚

(广东石油化工学院 分析测试中心，广东 茂名 525000)

仪器分析虽然仅仅是分析化学的一个分支学科，但是由于其具备的诸多学科的综合性、独立性、实践性和特殊应用性等特点[1]，这使得它在化学、化工以及相关学科中的地位日趋重要，是教学、科研和生产中不可或缺的组成部分。但是仪器分析的教学面临诸多挑战。首先，仪器分析涉及到的很多精密、昂贵的仪器，部分仪器甚至上百万、上千万元，并非每个学校都有能力购置，可能上完课学生们也没有见过这些仪器。这种由于仪器短缺和不足严重制约了教学效果的取得。其次，即使学校已经添置一些仪器，但是每个种类仪器数量较少，学生们很少有机会亲自上机操作使用，无法形成基本的感性认识，更谈不上运用仪器解决具体分析问题。最后，由于分析仪器都是先进科技的产物，其原理中的理论知识难以理解。如果没有机会接触仪器，也没有操作仪器的实践经验，无法理解高深的化学、物理、数学等诸多学科的理论知识，自然无法取得好的教学效果。这的确给授课老师提出一定的挑战，需要立足现实，促使老师不断总结经验，改进教学方法，争取取得好的教学效果而达到教学目的。

1 仪器分析课程教学所要达到的目的何在？

毫无疑问，大学里所开设的每门课程都有教学目的。教学目的是教学领域里为实现教育目的而提出的一种概括性的、总体的要求，制约着各个教育阶段、各科教学发展趋势和总方向，对整个教学活动起着统贯全局的作用[2]。

那么，仪器分析课程的教学目的是什么？

笔者有十余年为生物技术、化学工程、环境工程、高分子材料等专业开设仪器分析课程的经历，深感只有明确教学目的，才能进行针对性的理论教学和演示实验，才能把教学工作融入学生的专业学习中。但是，教学目的确定必须符合课程的内在要求，符合学生所学专业需求，符合社会对培养人才的基本要求。

在我们看来，仪器分析课程的教学目的在于让学生认识到仪器分析课程要解决的基本问题是什么，即一般的仪器分析即为通用型分析工具，所要解决的基本问题就是元素分析、化合物结构分析、化合物成分分析、热分析和表面分析、形态分析等。一系列的分析需要诸多分析手段和工具，仪器分析就是提供分析手段的平台。比如色谱意味着各类化合物和离子成分分析，分子光谱一般就是化合物结构鉴定，原子光谱则是金属元素的分析等等。

这就是我们体会到的仪器分析教学目的，既简单明了，指向也很明确，即通用性仪器平台能解决的基本分析测试问题。

确定了教学目的，课堂上基本理论的阐述和实验环节仪器的演示都是为教学目的服务的。

2 如何实现教学目的？

明确了教学目的，就需要在教学中采取各种可行性的措施。

首先，培养学生学习兴趣是仪器分析学习达到教学目的的关键，也是取得教学目的的前提。

从教育心理学的角度来说，学习兴趣是一个人倾向于认识、研究获得某种知识的心理特征，是可以推动人们求知的一种内在力量。学生对某一学科有兴趣，就会持续地专心致志地钻研它，从而提高学习效果，达到教学目的。

仪器分析虽然涉及到多学科知识和应用，但是整体上属于化学学科。化学本身是一门实践性很强学科。在化学教学中抓住这一有利因素，激发学生的兴趣，在兴趣的诱 导下轻松步入化学的大门[3]。

兴趣是最好的老师，但是学习兴趣并不是天生产生的，尤其是较大年龄的学生们开始接触比较抽象的精密仪器和分析问题，所以不能指望学生学习仪器分析就是天生的，必须承认多数学生没有先天性的对仪器分析学习的兴趣。大学生们在高中学习阶段几乎没有机会了解分析仪器，大学低年级阶段接触分析仪器的机会也不多，所以学习兴趣的培养需要老师探索。

广西师范大学黄勇等提出适当介绍仪器分析发展史、实际应用、科学研究前沿和实验教学四方面阐述如何激发学生学习仪器分析课程的兴趣[4]。应该承认，黄勇等人提出的观点具有一定的合理性，即通过对某一仪器的起源、发展历程和在科研、生产中的应用等完整过程，激发学生学习的积极性，从而培养学习兴趣。当然，老师的教育背景、专业特性、社会经历不同，其阐述问题的视觉有差异，所以在培养学生兴趣方面需要个性化思路。

我们认为，培养大学生学习仪器分析的兴趣必须与社会生活和未来他们的成长相关联。在讲授课程中，我们介绍了奥运会中奥委会如何利用高效液相色谱检测兴奋剂、考古工作者如何利用稳定同位素质谱仪对文物考证、珠宝鉴定师如何利用拉曼光谱和红外光谱鉴别宝石和玉石、公安机关如何利用各类仪器帮助侦查员完成疑难案件的侦破、复旦大学林某同学投毒案中涉及到的质谱图到底意味着什么、当年奶粉三聚氰胺事件中氮含量分析与蛋白质含量、三聚氰胺之间的关系、光绪皇帝头发砷含量超高是如何分析的、如何利用分析仪器判定地沟油，等等。上述事例告诉学生，仪器分析并不仅仅存在于象牙塔里，它与我们日常生活紧密相关，可以说是无处不在。随着科技的发展，人们生活丰富多彩，仪器分析也就越来越为我们生活保驾护航。

同时，把仪器分析课程学习与学生所学专业进行有机关联，也是培养学生学习兴趣地路径之一。

学生学习兴趣培养除了与社会生活关联外，还需要结合学生专业课程，使学生感觉仪器分析课程可以加深对专业的理解，甚至仪器分析就是专业学习的组成部分。针对不同专业的学生，我们使用了不同的关联知识，培养学生学习兴趣。生物技术专业的学生对发酵后制备的酒感兴趣，我们就介绍气质联用如何分析白酒和红酒中杂醇和其他组分，确定酒的品质高低；环境工程专业需要了解水污染状况，我们就介绍原子发射、原子吸收、原子荧光如何测定水中金属元素，如何利用吹扫捕集与气质联用分析水中有机物污染；如果是高分子材料专业学生，势必对聚合物材料和各类树脂有一定的兴趣，我们则需要借助于凝胶渗透色谱解决聚合物分子量的分布，借助红外光谱和拉曼光谱确定鉴别高分子材料的基本属性。

总之，学生对自身前途和未来发展肯定倾注大量精力。一些学生面临要考研深造，仪器分析是他们面试重要环节，也是他们深造后从事科研工作的工具。如果一些学生毕业参加工作涉足到专业问题，仪器分析则提供了基本分析测试解决问题途径。仪器分析的学习不是别的东西，它与专业学习一脉相承，会帮助加深专业学习，会使专业学习如虎添翼。既然仪器分析与专业学习之间有如此密切关系，其实也是与学生未来发展前途也是密切相关的，体会到这个道理，学生学习自然会有一定的动力，学习兴趣自然而然就逐步培养起来了。

其次，仪器分析中的基本理论学习则是达到教学目的的基础环节。仪器分析涉足到很多通用型仪器，解决问题最终需要如何利用这些仪器。但是，没有基本理论知识，则利用仪器解决问题的能力必然受到限制，也无法培养学生综合型能力，教学目的也就无从谈起。

但是由于仪器分析中涉及到理论问题比较复杂，其理论内涵也比较难以理解[5]，涉及到化学、物理、数学等诸多学科的基本理论，特别是如原子结构中的量子化学和量子力学、分子结构中量子化的分子转动、分子振动、价电子跃迁等，所以基本理论的学习也不能求全，既要明确基本理论，但是不能纠缠一些细节，只需要学习基本原理，即学习重要但是比较容易理解的基本理论就可以了。比如核磁共振仪器，涉及到量子数、自旋、自旋中原子核能量分配和能级分裂问题、共振中的弛豫、电子云的互相作用与原子核的化学位移之间的关系、原子核之间作用发生耦合、去偶化等。这些理论问题难以理解，其知识结构超出学生理解范围。如果一概求全，要求学生对这些理论问题全方位理解，这显然不可能。所以在讲授中需要简化，对于难以理解但是基本不影响仪器理解的问题暂时搁置。即在核磁共振理论学习中强调自旋、磁场设定、射频发射、电流与磁场之间关系(麦克斯韦方程)、能级分裂、低能级原子核吸收射频能量而发生共振，然后理解发生共振的差异性体现在化学位移变化和磁场的变化，这就是核磁共振解决的问题。至于其他理论知识，有待于学生对基本理论知识理解后逐步学习，不能要求给他们灌输太多的理论知识，以免造成学生概念混乱以至于失去学习兴趣和自信。

在学习基本理论过程中要使学生具备综合性思维，培养学生的理性思维、逻辑推理、实证性思维以及综合应用等能力[6]。比如学习分子光谱理论以及相关仪器时，就是把一系列仪器关联起来，一起进行比较。即分子光谱时就强调几个问题，即如果涉及分子，则就是分子转动和振动问题，与其振动能级相匹配(即共振)的电磁波就是红外光(中红外、近红外光谱、拉曼光谱)，所涉及的仪器就是红外光谱仪和拉曼光谱仪；如果涉及到分子中价电子问题，就需要说明化合物结构的问题，必须有未成对电子，必然有不饱和官能结构，其价电子就不是振动问题而是跃迁但是也包含来相连原子的振动，其对应的的电磁波(即共振)则是可见光和紫外光，涉及到的仪器则是紫外-可见光谱仪；如果分子中涉及到原子核的研究，则只有自旋运动问题，与其能级变化相对应(共振)的只有射频长波，涉及到的仪器就是核磁共振波谱仪。经过这样的比较学习，使学生们认识到分子光谱中既有共性问题，即能量变化与电磁波之间的共振，也有个性问题即分子转动、分子振动、电子跃迁、原子核自旋问题，从而衍生出不同的仪器，从不同角度对化合物进行结构描述，从而进行化合物鉴定识别。

所以，仪器分析教学中基本理论的学习是基础性的，没有基本理论的理解就无法理解通用型分析仪器基本功能。但是也不能过于求全而对所有涉足理论进行全方位的讲授。在讲授中需要把基本理论与学生的现行理解力和现有知识域进行衔接乃至简化和比较，从某种意义上讲，也就是发生共振式教学。我们理解的共振式教学即学生是分子或者原子、原子核，教师是光谱发生器。教师讲授的基本理论知识既是发射的光谱(具有一定的频率、波长、传播速度和强度)，其光谱必须适应学生理解力，即发生共振。只有这样共振形式的教学，学生才能真正理解基本理论知识，与学生理解力和知识互相兼容和互相比较。这样学习的理论知识才具有感性认识，才能具有踏实感。

3 对授课老师的基本要求

任何一门课程的学习都是教师和学生的系统性互动行为。要达到教学目的，除了培养学生的自觉学习外，对授课老师自身经历也提出一定的要求。

仪器分析课程集理论和实践与一体的综合体，这对授课老师要求也一定具有特殊性。

我们体会到，授课教师必须具有使用仪器解决问题的经历而不是仅仅凭借书本知识，教师对通用型分析仪器有一个综合性的把握。这是对授课老师提出的基本要求。仪器分析课程首先涉及到一系列的仪器问题，学习中要掌握的是仪器构成、基本原理(基本理论)、仪器解决的具体分析问题，从而实现教学目的。在几个环节中，仪器的使用是核心问题。具有了使用仪器的经历，授课老师对仪器组成、原理的理解何讲授才具有真实感和现实感，才能在仪器演示实验中把所有知识落到实处，才能为学生解答各种问题，把仪器分析知识贯穿到专业学习和社会生活中，与学生之间形成良性互动。如果教师对绝大部分仪器都没有使用过，或者根本没有过利用仪器解决实际分析问题的经历，理论和实践严重脱节，就无法让学生思维进入一个可证实的真实世界，也很难让学生对课程产生兴趣。

其次，就授课教师而言，应该具备一定的科研素养，最好有过科研工作的经历。具备科研工作经历的老师对仪器分析课程理解力必然会达到一定的高度，其思维也具备综合性特点。比如一个从事过非均相催化研究的老师必然要用红外光谱、紫外光谱、核磁共振进行反应物结构鉴别，使用各类色谱进行成分分析，必然用热分析仪了解催化剂热性质，一定要用X射线衍射仪进行催化剂晶体特性分析，还涉及到扫描电镜和能谱仪等一系列分析测试仪器。所以使用的仪器是多种多样的，其得到的结论也必然是综合性的，对仪器分析的理解必然是具有一定深度的和连贯性的。

最后，我们认为授课老师必须具备一定的英语基础。

在授课和演示实验中，教师尽可能对一些专业词汇用英语方式予以表达和解释，其主要原因是现在各个部门所配置的精密仪器很多是进口的，其视窗和数据处理都是英语模式的。所以加强专业词汇的理解也包含了此类词汇的英语识别。这既是以后学习仪器、理解通用型分析测试的需要，也是与国际接轨的要求。仪器分析教学目也包含了这个要求。

总之，仪器分析课程对于化工为特色的工科院校是十分重要的，但是由于课程的特殊性，在授课中可能遇到诸多困难，所以授课教师需要在教学中不断总结经验，不断探索和完善，形成具有一定特色的教学体系，争取达到好的教学效果，从而达到教学目的。