环境仪器分析及实验课程建设与实践①

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摘 要：环境仪器分析是面向环境类专业研究生开设的一门实践性较强的专业学位课。针对环境类专业学生的特点，依托学院自身发展的优势，从师资队伍多元化、教学模式多样化、理论和实践教学相结合以及多元化的考核体系上探索出一套适合环境类专业研究生的教学方法，起到了较好的教学效果。

关键词：环境仪器分析 课程建设 课程实践

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）02（b）-0054-02

随着工业化进程的加快，环境污染已经由点源污染转向面源污染，由单一的环境介质转移到大气、水体、土壤以及生物体等多介质，发生了不少震惊世界的污染事件，如举世闻名的“公害”事件。20世纪80、90年代，又发生了一些突发性的严重公害事件，如印度博帕尔农药事件和前苏联切尔诺贝利核电站泄漏事件等[1]。这些事件无疑给人类的生产生活带来了巨大影响。隐藏在这些事件背后的环境问题直接或间接的与化学物质有关。究竟哪些是污染物质、有毒物质？这些物质从何而来？其进入环境之后会发生什么变化？可靠的仪器分析技术能为上述系列问题的正确解答提供依据，也能为环境标准的制定和科学研究、环境管理提供技术支持。

1 课程开设的必要性

在现代分析化学和分析仪器及其功能不断完善、高灵敏度的新型分析仪器不断涌现的今天，伴随着全球环境问题、污染事件频发，大型分析仪器在污染源解析、污染扩散途径追踪、污染与健康关系以及在环境污染治理效率评价、工艺技术路线改进等多领域发挥着越来越重要的作用，先进高效的化学、生物分析手段已成为环境分析科学的重要工具。这些技术手段涵盖了微量和痕量污染物的识别、污染物形态、价态、结构分析（表面和微区）分析。因此，培养具备先进仪器分析能力是环境教育领域人才培养的重要环节。

同济大学环境科学与工程学院承担着国家、省部级重点科研攻关项目，作为科研一线主力群体的研究生都将在导师的指导下，独立完成某个研究方向上的论文实验研究。为了使学生能够顺利开展论文研究并提升论文质量，掌握分析方法的基本原理和应用技能十分重要，这也是在研究生学习阶段开设环境仪器分析课程的重要原因。

2 课程建设的特点

“环境仪器分析”是同济大学环境类专业研究生专业学位课程，始于1999年。伴随着环境科学研究的需求，经过十多年课程内容和形式的与时俱进，2011年成为同济大学首批研究生精品课程。本课程重点介绍如何运用现代仪器分析和样品预处理的理论与技术来鉴别和测定环境介质中化学物质的种类、含量、结构和状态。通过本课程的学习，可以使学生依据待测环境样品中各组分的物理、化学性质的不同，选择合适的仪器分析方法进行目标物的分离与富集，建立起准确的“定性”及“定量”的概念，并掌握与此相关的基本理论、测定原理及实验技术，为后继的论文科研和质量提升打好基础。另一方面，研究生在学习本课程后，可以增强对近代仪器分析的发展趋势以及新方法、新技术的理解，掌握环境分析方法和技术的研发技能。

2.1 组建教学团队，丰富教学资源

该课程教学团队有教师7人，其中教授3人，副教授等年青教师4人，其中实验教师2人。教师学历、年龄及学缘结构合理、教学任务分工明确，理论教学与实验教学人员配备合理，为理论教学和实验教学的顺利开展奠定了坚实的基础。各位任课教师的研究领域各具特色，兼顾环境领域多学科融合，因此，在教学中能够突出重点。

污染控制与资源化研究国家重点实验室拥有各种光谱类、色谱类和生物类大型仪器，如GC/MS、HPLC/MS、ICP/MS和实时荧光定量PCR等，并且拥有网络平台，可以为学生提供相关课件以及实验室仪器的操作、维护及实验讲解录像。实验教学课程由骨干教师承担，开设有光谱实验、色谱实验和生物实验，可以满足教学需求。由研究生可依据今后论文研究方向选择实验内容，共享国家重点实验室的各类分析仪器的丰富资源，实现了学有所用，学有专用。该课程深受学生欢迎，成为论文实验研究的“预备”课，学生们受益匪浅。

2.2 理论应用相结合

依托同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室的丰富资源，该课程的教学按理论授课和实践相结合的方式进行，更注重分析仪器的基本原理、操作使用要点以及在环境科学研究、环境监测等领域的应用价值。

在学习掌握了相关仪器分析理论后，学生有机会面对分析仪器，训练操作技能，旨在培养学生掌握仪器基本操作技术和基本实验技能。通过实践课程的开展，让同学亲身体验各种分析仪器的功能，以理论指导实践，彰显理论的重要性。动手实践，也能充分调动学生学习基础专业知识的积极性，让学生更有目的地进行理论学习[2～3]。这样的教学方法，不但减少了学生在学习基础知识时的盲目感，也大大提高了学习的主动性，对学生的动手能力也是很好的培养。

2.3 尊重自主，注重实效

鉴于学生兴趣点的不同以及论文研究的需要，该实验课程分光谱、色谱和生物分析技术三个模块供学生自主选择。这在一定程度下，实现了小班教学，使得每个学生都能接触操作自己迫切需要使用的仪器。另一方面，尊重学生自主性，有利于学生的学习兴趣培养。在大方向区分的基础上，又进行了小组模式，使得每位同学参与到其中，并且可以互相讨论，共享不同途径捕获的信息。

通过本课程的学习，使研究生对仪器分析这一领域有较全面的了解，基本掌握仪器分析的各类方法，初步具备根据分析对象选择合适的分析方法及理解相应问题的能力，从而顺利开展科学研究。据研究生反馈，该课程强化了学生的理论基础知识，提高了学生自主分析设计实验的能力，并且减少了研究生论文研究中实验方面的问题。

2.4 撰写教材重实用

随着计算机技术的飞速发展，分析仪器的面貌日新月异，仪器的更新周期越来越短，但是目前教材内容的更新远远落后于新型仪器的更新速度[4]。为了把最先进的内容和教学科研的需求和特色相结合，我们在自编实验讲义的基础上，撰写并于2008年由科学出版社出版了《现代环境分析技术》，并于2013年6月更新出版了《现代环境分析技术》（第2版）。环境分析涉及的分析仪器种类多，面对的环境样品也十分繁多和复杂。因此，该教材根据我国环境领域的实际需求和应用现状，重点围绕环境领域应用范围广、理论与技术相对成熟的方法，具体包括四个方面的内容：（1）环境样品分析中常用大型分析仪器的基本原理及其应用；（2）环境样品预处理技术的基本原理及其应用，如高效富集、分离方法等；（3）多种仪器和方法的联合技术；（4）环境分析技术的发展，包括新理论、新方法和连续自动化技术等。教材编写过程中注重先进方法的理论性与应用性相结合，科学性、适用性强，更贴近学生的实际需求。

2.5 学习考核多方位

考核是对教师的教学效果和学生的学习效果的检验，而考核方式也起着引导学生改变学习方式的作用，科学的考核方式会推动学生的学习向最佳方向发展[5]。本课程的期终考核成绩由平时参与和期末考试两部分组成。平常参与通过学生课堂表现（随堂考试、课堂提问）或实验情况（实验操作、实验数据处理等）等各方面综合评定。针对目前大学课程知识容量大，容易出现满堂灌，老师又很难及时、准确了解每一个学生对当堂课所授知识点的掌握情况的现状，我们在随堂考试中引入了同济大学自主研发的“智能交互反馈系统”。该系统可以在课堂上即时了解学生对知识点掌握程度，以减轻学生在学期末的考试压力。期末考试包括基础理论知识考试和实验部分考试。基础理论知识考试旨在考查学生对仪器分析基础理论知识的掌握情况；实验部分考试重在考查学生掌握仪器操作的能力。这种多元化的考评体系，更加注重评价学生主动参与的过程、善于思考的能力，可以科学合理、全面公正地反映学生课程学习的真实水平。

3 结语

针对环境类专业研究生开设的“环境仪器分析”课程，为硕士研究生论文质量的提升打下了坚实的基础。“师资队伍多元化，教学模式多样化”是课程教学质量提升的根本保证，充分挖掘和利用高校大型仪器实验平台，为教学服务，是不断提高教学质量的重要举措。

参考文献

[1] 陈玲，郜洪文.现代环境分析技术[M].2版.科学出版社，2013.

[2] 白雁，潘瑾，李永强，等.研究生现代分析仪器课程教学改革的探索[J].实验技术与管理，2011，28（9）：22-24.

[3] 张娴，袁园，孙雅洁，等.利用光谱类仪器开设重金属检测实验[J].实验室科学，2012，15（2）：166-168.

[4] 吴秀红，蒋伏广，顾兰云，等.仪器分析课程教学改革探索[J].高等理科教育，2011，6：156-158.

[5] 陈兰化.浅谈仪器分析实验教学[J].淮北煤炭师范学院学报：自然科学版，2009，30（4）：88-90.