浅谈《仪器分析》应用型人才培养

浅谈《仪器分析》应用型人才培养
仪器分析是化学领域的一个重要分支,它是以物质的物理或物理化学性质为基础建立起来的一种现代化分析方法。

随着我国经济水平的提高,尤其是医药、化工、生物工程、食品保健等产业的飞速发展,精密测量与分析仪器的使用和普及,正进入一个新的高潮期。

特别是近来我国环境日益恶化,食品质量事故频发等,仪器分析监测地位不可替代。

仪器分析方法所包括的分析方法很多,目前有数十种之多.本人根据多年教学经验,初步探讨如何培养应用型人才,使学生毕业后能尽快适用社会需要,适应分析监测岗位,熟练仪器操作技巧,正确对仪器进行日常维护。

1 《仪器分析》课程的特点及现状
1.1 起点高
仪器分析课程是一门综合能力很强的化学专业必修课程。

它涉及到的化学学科知识,理论性强、内容广泛,几乎涵盖了所有的化学学科专业及与各专业相关的新领域和边缘学科。

因此,仪器分析课程起点较高。

1.2 多学科交叉
随着科学技术的发展,人类的知识结构也在不断更新。

知识爆炸正是源于各学科知识间的相互渗透、交叉发展和横向延伸.仪器分析涉猎了光学、电学、磁学和计算机等技术,且交织着数学、物理、生物、医学、电子技术和化学等学科基础知识.现代仪器分析技术在原理和技术上均采用当今最先进最前沿的科技,可以说仪器分析是一门灵活性很强,理论水平较高的统筹性交叉学科。

1.3 发展速度快,应用范围广
分析仪器在20世纪经历了50年代仪器化、60年代电子化、80年代智能化和90年代信息化等发展过程。

近年来则朝着微型化智能化和全能化方向飞速发展。

可以说任何一种理论或技术的进步,都会对分析仪器产生不小的促动同时,各行各业引人注目的前景和突破性成果都离不开强有力的分析测试手段!仪器分析已融入众多的前沿性的交叉学科信息,直接决定着社会生产和科技领域的成果。

1.4 内容抽象,难以理解
仪器结构复杂,理论抽象,所需仪器又十分昂贵,大多数院校很难完全拥有,实
验较少,学生对仪器缺乏感性认知.学生都会认为课程各章节之间联系不够紧密,知识琐碎,仪器结构复杂,原理抽象,涉及面广,难以学习。

一些毕业生走上工作岗们后,不能很快适应新的环境和开创新的局面,缺乏竞争力。

2 教学工作的改进,重在应用
我校是一中职学校,毕业生的出路就是能尽快适应岗位的需要,是以应用型人才培养为主要任务和目标的办学层次。

从专业的角度来说,就是让学生在监测分析方面,创造自己的特色,在化学和仪器分析方面有些过人之处,在高层次学校林立的情况下,也能找到立足之地。

2.1 节选内容,大幅度删减理论教学
现化科学分析仪器种类繁多,原理各异,且发展迅速,除了经典的光谱学、电化学、色谱不断出现新的内容外,新的仪器技术,如量子点荧光技术等技术层出不穷。

另一方面,由于仪器分析是一门以多学科为基础的综合性学科,涉及的知识相当广泛和深奥,对于我校中职学生来说,要理解和掌握实在勉为其难。

学生对这门课程也就容易产生畏难情绪,学习缺乏主动性,其结果是平时排斥听课,考试时临时抱佛脚死记硬背,知其然不知其所以然。

因些,在教学过程中,必须对教材内容进行节选,突出重点,绕开难点,讲授学生能理解的原理,对于学生不能理解的原理全部删减。

在分析监测中常用到的分析方法,例如光谱分析的紫外、红外、荧光、原子光谱,气相色谱、液相色谱,电化学分析法中的电位分析,库仑分析等进行重点讲授。

在讲授这些内容时,有些原理学生也难以理解,就把重点放在仪器构造,仪器的维护,使用时的注意事项方面。

在教学过程中,围绕中心内容适当地插入一些短小有趣的仪器分析发展史实的小花絮、小故事,以提高学生的学习兴趣,激发他们学习仪器分析课程的积极性。

2.2 加强实验教学,培养学生实践能力
《仪器分析》课程强调实践,一切以实践为基础,以实际需要为目的。

仪器分析是一门实践性很强的学科。

按照课程的要求,配套进行仪器分析实验课的教学,但由于大型仪器价格昂贵,数量有限,实验通常都分组进行,每个人亲自操作机会比较少,对仪器操作不熟练,对基本原理的理解与对抽象的仪器结构的认识不深刻。

通过仪器分析实验室教学,从总体上引导学生对仪器分析方法加深认识,引导学生从个体到一般,从对比中掌握方法之间的联系与差异;将实验教学的重心从
“操作训练”转移到“仪器、方法对比训练”上来,以增加学生对分析误听感性认识到为目的,帮助学生对分析仪器的认识从抽象到具体,使分析仪器不全面,缺乏大型仪器的矛盾得到了一定程度的解决。

相当部分的仪器看起来复杂,但操作起来并不难,学生在做实验时,做了一次,就觉得第二次没有了意义。

针对这程情况,根据学校已有的仪器,让学生多做实验,以增强感性认识。

①第一次实验时,不作任何要求,只要学生能完成实验就行了,第二次实验时,设立目标,让学生能达到一定的要求标准。

例如,分析数据的“R”值达到四个九以上,有目标,就有了动力。

②进行纵向比较,让同学们比较结果。

通过比较,同学们对自己分析的准确度、精密度存在的差距,也就会分析自己的操作存在的问题,进而有了解决问题的欲望,使分析操作更加感性。

③我们学校每学年都会进行仪器分析的技能竞赛,以赛促教、以赛促学、以赛足改.通过以上措施,同学们投入到了每一次实验当中,实验有了质量和效率。

2.3 开展仿真实验教学
所谓分析仪器的仿真教学,就是利用建立分析仪器的教学模型,利用计算机、网络技术、仿真技术和信息技术,在计算机上建立起一套反应特性与真实分析仪器完全相同的虚拟分析系统进行教学,学生通过操作这台虚拟分析仪器,可以获得与操作真实仪器一样的丰富经验。

中职仪器分析中实验教学占了结对比重,通过实验教学不仅让学生学会使用一些仪器,掌握一些操作技能,更重要的是让学生从实验中获得将来从事专业岗位所应具备的职业能力。

可是,一台气相色谱仪或者液相色谱最少都在10万以上,有些高端设备甚至达到了几十万,上百万,对于一所中职学校来说,是很难有如此大的设备资金投入,实验过程中的消耗也是笔不可小觑的开销。

2.3.1 在理论教学的基础上应用仿真
软件进行实习实验教学,具有多方面的优势。

(1)分析仪器仿真软件系统在计算机上运行,可以缓解学生人数多而仪器设备相对匮乏的紧张局面,实现人手一机,学生独立完成操作,提高教学质量。

(2)通过仿真系统的开发和及时更新,分析仪器仿真系统基本上包括了原子吸收光谱装置、气相色谱装置、紫外吸收光谱装置等在内的常用普通分析仪器的内容,还仿真了如傅立叶变换红外光谱仪、质谱等价格昂贵的精密仪器内容。

在教学过程中学生可基本上掌握其结构、工作原理
及使用方法和注意事项,还能了解目前市场上主要型号。

(3)仿真实验在计算机上进行虚拟操作,操作过程不必考虑实验耗材、仪器损耗等问题,可在仿真系统中反复训练。

(4)在仿真系统中,一方面给出了操作规程,另一方面也给了学生一些自由发挥的空间,学生可进行探索性试验,试验中如果出现问题,系统会及时提示,并要求学生更正,否则无法进行入下一步操作,有利于学生提高分析问题,解决问题的能力。

2.3.2 为此我校投入近20万建设了仪器分析仿真实验室,仿真系统的设计目标和内容有:
(1)对试剂配制进行仿真因为规范的容量仪器操作是做好仪器分析实验的基础,试剂的配制是进行仪器分析的前奏。

根据长期的实践证明,仪器分析实验结果的误差,往往并不一定是仪器使用不当引起的,而至少有百分之三十到百分之六十的缘由是因为操作者不正确的实验准备、不规范的基本操作引起的。

因此我们在进行仿真软件设计时,力求将量瓶、移液管、烧杯、漏斗、称量瓶、等常用器皿的使用以及量瓶的定容、分析天平的操作等基本操作都纳入到软件中,要求学生进行严格规范的仿真练习,若不操作不当,程序将进行错误提示或得到错误结果.这样,学员可在软件上反复练习这些基本操作,掌握某类实验的技能知识点,可以正确设计和对待每个仪器分析试验的前期准备,避免常规性的错误。

(2)对仪器分析常用的设备、工作站进行仿真操作仪器分析实验常用的仪器设备相当广泛,例如pH计、紫外分光光度计、红外分光光度计、气相色谱仪、高效液相色谱仪,毛细管电泳仪以及一些较高级的仪器,如核磁共振光谱仪、质谱仪等,每种仪器又有不同的生产厂家、不同的型号,并配备有不同的功能,不同的生产厂家仪器带有的操作软件又不同,同时软件也在不断升级。

因此,在仪器分析软件的设计中涉及的操作细节、经验、规程也很多。

以高效液相色谱为例.高效液相色谱仪的制造商很多,在国内目前占据市场主要份额的有岛津公司、安捷伦公司和WATERS公司,他们的仪器构造和运行软件均不相同,另外对于液相色谱来说,本身就是一个复杂的过程,不同的化合物需要不同的色谱柱和流动相, 具有很大的可变性,而设计的仿真软件又不可能涵盖所有的内容。

因此,我们认为必须抓住其共性,也就是色谱的基本原理,按照色谱仪的基本操作规程来设计软件,以使仿真系统可以满足不同用户需要。

3 结语
总之, 《仪器分析》是一门内容繁多且不断更新的课程,主讲教师首先要掌握大量科学知识,了解这门科学发展的来龙气脉及其对人类社会的功能与影响,然后组织好教学内容,使学生领会其基本线索与概念、原理、规律及独特的研究方法。

另一方面, 《仪器分析》是一门以实验操作为基础的学科,创造条件让学生多做实验,在实验操作过程中知识得到升华。