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半岛体育仪器分析课程实用13篇

时间:2024-07-28 13:52:03 点击次数:

  [4]由单纯提供分析测试数据,上升到从原始的分析测试数据中最大限度地获取有价值的静态和动态物质信息,以解决自然科学各领域中的关键问题。作为自然科学研究领域中物质的信息科学,仪器分析的发展被寄予越来越大的期望,并提出越来越高的要求。因此,作为本科生的仪器分析理论与实验课程体系的教学,也越来越显示其重要性。

  结合目前的化学领域发展现状和教学要求,我们深刻认识到仪器分析课程的教学涉及面较广且综合性较强,在课堂教学中既要传授各种现代仪器分析方法的基本原理,又要介绍仪器的基本结构、测试原理和定性定量的分析方法,尤其是各种方法的特点及其应用范围。

  而就目前我校的仪器分析课程教学现状来看,尚与国内其他院校存在一定的差距,无论是教学内容,还是教学方法,都缺乏及时更新,这本身与仪器分析方法的飞速发展是相矛盾的。因此,通过对《仪器分析》课程体系进行改革和实践,更新教学思想、改革教学方式、采用多媒体教学手段、理论与实验密切结合等途径,合理优化课程的内容和结构,对培养综合性、研究与创新性人才具有十分重要的意义。

  近年来,随着仪器分析方法的迅速发展和更新,我国各高校都普遍增大了《仪器分析》课程内容的比重,并且结合仪器分析方法的发展趋势来更新教学内容,以便培养知识结构较新、动手能力颇强的学生。同时,各高校按照教育部《关于对基础课实验室进行合格评估的通知》精神,建设了一批合格实验室和实验中心,对于推动实验教学改革、突出本科教学在学校的中心地位起到了很好的促进作用。其中,北京大学的《仪器分析》课程教学的总学时数达到60学时,实验有18个,涵盖了11种仪器分析方法。

  南京大学的《仪器分析》实验开出时间为大学二年级的两个学期,共有26个实验项目以供选择,课程教学的总学时数达到48学时,其中前13个实验项目为必选实验,后13个实验项目为选修实验。中山大学的《基础仪器分析》课程教学的总学时数达到54学时,开设基础性实验17个,综合型实验9个。其中选做实验与现实生活相结合,例如铅锌矿烟道灰中锗的光谱定量分析,单扫描示波极谱法——废水中镉的测定和中药冲剂中有效成分的分析等。此外,还组织实验每8人一组前往分析测试中心、化学院实验中心和各研究所进行大型仪器教学参观。因此,我们亟需根据自身专业特点将《仪器分析》课程的改革放到极其重要的位置。

  我们必须了解课程自身的特点,这样才能有针对性地加以改进。首先,仪器分析理论课程涉及的学科和领域非常广泛,仪器工作原理往往是多学科交叉,比其他基础课更抽象、更枯燥,化学和环境专业的学生学习起来存在一定难度。学生感到最困难的是由于课堂上介绍仪器原理时未能见到实物,故常理解不透,印象也不深,单靠语言和文字描述仪器的工作原理又很难达到预期效果,不容易激发起学生的学习兴趣和动力。由此可见,要充分发挥课堂教学的重要作用,提高教学质量,就必须把教学从偏重知识记忆、偏重教师灌输的传统教学模式中解放出来,创建一种充分发挥学生学习主观能动性和发展其自身个性的教学模式。教师可采用形式多样的教学方法,如启发式教学法、比较式教学法、课堂讨论、实验演示等,或者按照仪器分析方法发展历程的方法,再结合相关国际刊物文献资料学习探讨等方式,充分调动学生的学习积极性。

  其次,仪器分析实验作为仪器分析教学的重要组成部分,与其他化学课程相比较,仪器分析实验教学存在严重的三多三少的矛盾,即班次多、人数多、实验组多,而老师少、仪器少、实验室少。此外,还存在重复验证实验多,综合实验少;合作完成实验多,独立操作的实践机会少等情况。仪器分析实验教学以前主要集中在验证性实验和规范化操作,缺乏科学的思维训练和创造性激励。大多数学生在毕业前根本没有阅读过仪器使用说明书,遇到问题时通常依靠老师来解决,在实验中完全缺乏主动性,能力得不到及时地培养和提高。

  此外,所涉及的大型贵重仪器实验或是演示实验,学生操作时间短,不能达到提高学生创新能力的目的。受到大型仪器数量的限制,虽然采取大循环(每组2~4人)做实验,但学生实际上机操作时间依然偏少。为提高学生上机的时间利用率,所开出的12个实验基本上都是成功率高、现象明显的验证性实验。在实验课中,许多学生反映独自操作的机会少,不利于培养他们的实验动手能力。希望实验室能随时对外开放,能有更多的实验机会,能让他们自己设计、验证实验。往往给学生自己动手的空间和机会,他们的自学能力才能得到提高,学习才能成为一种自觉性行为,懂得“教是为了不需要教”,“不教是为了养成学生有一辈子自学的能力”(叶圣陶语)的道理。

  兴趣才是学生学习最好的老师,很多教学模式从主观能动性出发,就是为了在更大程度上激发或者提高学生学习的兴趣,为此我们就需要对教学手段进行改进,多媒体就是目前最普遍、最直接的教学途径。通过多媒体教学,就能很好地解决一些实际教学问题。多媒体教学能够展示平时课堂上难以在黑板上完成的实验装置、光路图、电路图或仪器外观形状等,还可以对实验进行模拟操作,让学生对仪器有直观感觉的认识,一目了然。

  不但可以将大型精密仪器的形状、各部分结构、工作原理甚至操作技术,以图片、影片等形式形象直观地表现出来,而且可以把各方法原理以动画形式模拟出来,甚至还可以借助模拟仿真实验,让学生了解各种仪器分析方法的影响因素,大大增强了课堂的表现力。多媒体教学的优势在于可以直观形象地表达教学主题,[5]当然,仅仅依靠多媒体教学手段也会存在不足,主要体现在:听课的环节上,采用传统的教学方法常常可以做到听课和记笔记两不误,而采用多媒体上课后,往往让学生感觉讲课进度加快,来不及记笔记。

  此外,在讲解分析方法的原理时,涉及到公式的推导,有些学生思考速度跟不上讲课速度。因此,在听课这一环节上,要求学生上课前结合课本中的思考题进行预习,上课时有目的、有针对性地认真听,适当作些记录,无须照抄笔记,课后再利用课件进行复习和巩固。传统的教学模式能一直延续下来,说明必然有它不可忽视的优势,而《仪器分析》的课程内容的特点又决定了需要多媒体这种教学手段,那我们就应该把二者有机地结合起来,取长补短,使我们的课堂达到最佳的效果。

  要学好一门课程,取决于学生对这门学科的重视程度。在教学过程中,要根据不同的专业制订教学计划,实行分层次教学,有选择、有重点地介绍不同的仪器及其应用实例。其中,对于化学专业的学生要重点学习各种有机化合物和微量元素等的分析检测以及蛋白质、酶、氨基酸等生物分子的分析等;应用化学专业的学生,要求他们重点掌握生产过程的监控,如化工生产方面原材料、中间体和出厂成品的质量检测等;环境科学专业的学生要重点学习大气、水、土壤等污染物的检测。要使学生认识到这门课程的学习会给自己将来的工作或者科研带来很大的帮助,并从内心重视这门课程。

  同时,在教学过程中将仪器分析的原理方法与现实社会密切相关的热点问题结合起来。例如,涉及食品安全的毒奶粉事件、苏丹红事件,涉及环境安全问题的水体重金属污染、空气中污染物的监测等,不但可以帮助学生认识仪器分析在现实生活中的意义和作用,从而诱导学生学习的强烈愿望,而且可以促使学生从仪器分析课程中去寻求解决问题的方法,主动去学习,带来的效果是任何一种其他教学方法所无法比拟的。

  目前传统的实验教学的指导方式是,告诉学生实验的原理、仪器、实验步骤,甚至连细节和注意点也一一交代,学生被动地按照实验的步骤一步步机械地完成即可,未能真正达到投入学习的目的,所学到的仪器分析知识及其他学科知识并未真正融合,使得学生不愿动脑筋,甚至不预习,实验时只需逐条看黑板、结合讲义也能完成实验,其结果只是使学生通过实验课巩固或验证所学的理论知识。多年的教学实践表明,尽管教师做得很细致很周到,但这样的实验很难激起学生主动学习的积极性,教学效果不甚理想,且对学生的动手动脑能力的培养极为不利,更不用说培养其创新能力了。

  因此,老师们应把更多的思维空间留给学生自己,要求学生提前预习,让他们有独立思考的机会。而在课堂上开展启发式教学,重点介绍实验的基本原理和仪器结构,可以利用报废解剖后的仪器讲解结构原理,这种方式的教学才更加形象而又直观。这样就改变了教师讲学生听的传统的单通道输入知识信息的格局,起到了教师“举一”而学生“反三”的功效。[6]

  学习的过程已经不再是抄写黑板上的那些条条框框了,而是在于培养自己利用新的知识去找到解决问题的途径,这本身就是一场教与学的革命。为了提高仪器分析实验教学的质量,充分发挥分析仪器在培养学生创新实践能力中的作用,需要对仪器分析实验教学作较大幅度的调整。基本思路是将仪器分析实验的教学在12周内分两个阶段进行。第一阶段是以原有的基础知识和基本训练为目标的必做实验,第二阶段是以能力培养为目标的开放式设计性选做实验。

  这种设计性实验要求学生根据老师给的课题,自行设计实验,通过独立查阅文献资料,验证实验方案,独立运用所学知识和实验技术解决实际问题,得出结论。在仪器分析实验中,可以把化学分析和仪器分析实验综合起来,例如,测量水样中金属离子,让学生先查阅文献,再进行水样(可自己采样)中一些金属离子的络合滴定分析和原子吸收测定,得出结果,然后写出类似科技论文的综合性实验报告。也可将老师的一些科研成果设计成仪器分析实验,使学生更深入了解一些前沿研究领域以及科技创新和论文撰写的全过程。教师主要起辅导答疑的作用,而学生才是自主学习的主人。

  随着各种分析仪器方法的出现,仪器分析应用日益广泛,已成为现代实验化学的重要支柱。仪器分析课程已成为化工类、食品类等学生的专业必修课。因此课程体系的建设和改革势在必行,本文从教材选用、课堂教学、实验教学、成绩考核和教师素质几个方面对此进行了简单的论述。

  教材是实现教学目的的主要载体,是教学内容和过程的基本依据。要想教好一门课,选用的教材是否适合学生的专业方向是非常重要的,因为学生往往要以教材上的知识为基础来学习。因此可以说教材选用是课程建设的核心,是进行教学工作、稳定教学秩序和提高教学质量的重要保证。

  不同专业的学生对仪器分析课程学习的要求不同,选用的教材也不同。对于食品专业的学生而言,课程的实用性至关重要,因此不仅要掌握常用仪器的分析原理、仪器组成、基本操作和仪器分析方法的选择,更应该关注新型分析仪器的应用和发展。针对这种情况,建议采用“1+4”教材选用模式,即一本主讲教材,4本辅助教材,且不断更新辅助教材。在选择教材时,我们应力争遵循两个原则,即“广而新”原则。“广”即对仪器分析这一领域进行较全面的介绍,使学生掌握各类基本仪器的原理、仪器构造和应用特点,为将来的进一步学习和应用打好基础。“新”则是向学生介绍现实生活中的分析仪器最新应用,可使学生了解仪器分析发展的新方向及动向。

  实验教学改革应着重从以下两方面入手:一方面是实验指导书的合理编排,另一方面是实验项目的设置和筛选。

  因不同院校所使用的分析仪器设备类型、规格型号、生产厂家等有所差异,高等院校的仪器分析实验教材的实用性受到限制,给教师指导和学生预习带来不便,直接影响实验效果。对于实验课,可根据各自学校实际情况行合理编排实验指导书。在编排实验指导书时应注意书中实验数量应略大于实际开设实验数量,且尽量覆盖仪器分析中常用的方法和操作技术,以便于学生掌握更多的实践操作技术。

  与其它化学实验课程相比较,仪器分析实验教学最突出的特点是存在着“三多三少”的矛盾即班级实验次数多、每组实验学生多、验证性实验多,而配套教学仪器设备少、独立操作实践机会少、设计性和创新性实验少。因此在实验教学改革中应拟合并或筛减部分简单、专业针对性差的实验项目,适当增加专业应用性强的实验,并逐步增加综合设计性实验和创新性实验,力争构建“基础型—设计性—创新型”三层次实验教学体系。

  基础性实验的选择原则是要求学生掌握实验基本操作技术,常用试剂的配制方法以及实验室常用仪器的使用,构建“实验指导书+教师讲解+学生操作”的基础实验模式。设置综合设计性实验是对学生更深一步的要求,要求学生能以专业知识为基础,解决专业的相关问题,切实体会到分析化学对于食品专业学生的重要性,从而提高学习的积极性和主动性。创新性实验要求学生在教师的指导下,查阅相关的文献资料,根据所学的知识和操作技能,设计实验课题,写出设计方案。方案通过后即可自行准备实验,进行实验,写出实验论文,从而提高学生的科研能力。

  同时可设置开放实验室,允许学生在课余时间进入实验室训练,允许学生在完成基本实验内容的基础上自选实验。实验项目可以由教师提供,也可以是学生通过查资料获得。开放实验要求学生以研究者的身份在查阅资料的基础上,根据已有的知识精心设计和统筹安排。教师则以导师的身份对学生的研究工作进行指导、对学生的实验结果进行评价和把关,学生可以根据自己的情况合理安排实验进度和时间。

  在实验教学中,应注重虚拟实验室和实际操作录像的应用。大型、先进的实验仪器价格昂贵,分析操作要求精细,耗时耗力,且为防止学生损坏仪器,多采用教师演示教学的方式,学生无法单独进行操作,难以参与其中,致使教学效果不理想。因此可引进智能仿真课件。模拟课件对抽象、晦涩的理论、无法实地实景展示的仪器构造以及在现有实验条件和学时下无法进行的实验条件优化过程都可以进行形象逼真地演示和自主互助模拟操作。

  目前仪器分析的考核方式主要为闭卷考试,该方式不重过程,只惟结果,不利于提高学生学习的能动性,因此应建立多元化的考核体系,将“教”、“学”和“用”三者有机的结合。可采用“平时成绩+论文(试卷)成绩+实验成绩”的三层次考核体系。

  平时成绩(20%):主要包括出勤成绩、课堂提问回答情况成绩、平时作业成绩和课前开放学生讲课成绩四部分,综合考察学生的平时表现。

  仪器分析是我校制药工程专业的基础课,其教学目的在于使学生掌握仪器分析的基本原理、基本方法和仪器操作技能。随着中成药成分分析、生物制剂、药物代谢、药物动力学等新型药物分析任务的不断出现,仪器分析方法在药物分析中扮演着越来越重要的角色[1-2]。药物分析是制药工程专业的专业课,其教学目的在于使学生利用多种仪器分析方法进行药物的鉴别、含量检测及质量控制,掌握常用代表性药物的分析方法并运用理论知识解决实际问题。从某种意义上讲,药物分析可以看成是仪器分析课程的实际应用和衍生[3]。仪器分析与药物分析是制药工程专业的必修课程,两者教学内容、教学方法具有深度交叉[4-5]。通过调查研究,结合在实际教学过程中积累的经验,笔者发现,深入探究两门课程的共同点和一般规律,对两门课程进行整合是必要且可行的。

  目前,我校制药工程专业设置药物分析课程72学时、仪器分析课程81学时,我们在教学过程中发现诸多困惑和问题。首先,教材针对性较差,仪器分析教材多针对化学类专业,药物分析教材多针对药学类专业,对制药工程等工科专业无明显的针对性;其次,不同课程间教学方法、内容相对独立,教师多聚焦于某一门课程的教学,忽略与其他学科之间的联系,导致不同课程间授课内容重复、脱节,并未合理利用有限的学时。比如仪器分析、药物分析、波谱分析等多门课程重复讲解“紫外分光光度法”的内容;再次,实验课设置无连续性,药物分析实验一般强调药品功效、作用机理及待测样品的预处理和多种检测方法,难以具体介绍某种仪器的使用;仪器分析实验强调单一的仪器结构、使用方法,忽略测试对象。这种相对独立的实验课教学并未启发学生从制药过程入手,建立合适的药物分析和仪器分析方法进行综合性实验,导致实验课教学与日后的科研或就业工作缺乏衔接,难以实现对学生动手能力、实践创新能力的培养;此外,传统的考核方式多是教师出一张试卷,学生“考前突击、死记硬背”,教师根据卷面成绩对教学效果及学生成绩进行评价,评价指标单一,无法真实反映教学效果。针对以上情况,教师有必要深入开展课程调整及教学方法的研究,建立创新型课程教学模式,把零散的知识条理化、系统化,提高两门课程的教学效果,让学生普遍感到知识易于理解、易于掌握、易于运用,在学习的过程中达到综合能力的提升,从而满足学生需求,契合专业培养目标,适应学科发展。

  2.1整合教学内容,提高教材针对性根据制药工程专业特点及学科特点,对教材取精去粕。适当调整教材内容,搭建合理的理论框架,把两门课程内容总体设计成三个教学模块:基本原理模块,包括仪器分析基本原理、大型仪器的使用和维护及药物分析基本方法;药物质量研究模块,包括药品质量标准、国内外药典、各种药物鉴别、药物杂质检查、含量测定方法;药物分析各论模块,包括常见药物的分析方法、常用的理化鉴别测定指标、药物质量控制的方法及一般规律。根据模块设置,将药物分析课程定位于药物的鉴别、杂质检查、含量测定及常见药物的分析,侧重介绍药物结构、作用机理、药品质量标准;将仪器分析课程定位于电化学、色谱分析、光学分析三部分内容,侧重介绍各种药品生产及开发过程中涉及的分析仪器原理及应用,比如与中药成分研究、复方制剂分析、生物样品分析等药物分析手段密切相关的色谱技术。在两门课程的整合中,形成“基本原理—仪器结构—药物分析—质量控制—综合运用”的科学化教材设计、知识传授模式。

  2.2创新教学方法,注重知识融会贯通将讲授法、讨论法、探究法、演示法、任务驱动法等教学方法融入仪器分析与药物分析课堂中。通过以学生为主体、教师为主导的原则,合理安排教学进度,灵活运用教学方法,避免教学资源浪费和教学内容脱节。在药物分析教学过程中不断渗透仪器分析的基本方法、基本原理和仪器构造,例如介绍中药及其制剂分析时,引导学生思考不同分析对象所对应的仪器分析方法:重金属及有害元素分析对应原子吸收分光光度法,农药残留分析对应气相色谱法。在仪器分析教学中把药物分析案例贯穿始终,依托药物分析案例辅助仪器分析教学,例如介绍红外光谱时,以阿莫西林的红外光谱图为例揭示红外光谱法在β-内酰胺类抗生素分析中的应用。组织学生结合社会热点、医药领域前沿,以两门课程为内容建立讨论话题,课下完成调研,分小组讨论,自发地探究课程间的联系,达到熟练掌握、灵活运用。每节课前设置问题环节,结合现代药物分析发展趋势,提出问题并鼓励学生利用仪器分析知识解决药物分析问题;以药物分析为出发点,探究仪器分析方法,倡导“发现问题、探究问题、解决问题”的自主学习模式。

  2.3调整实验课程设置,注重动手能力培养实验课程设计着重从常用药物的作用机理、合成提纯到含量检测、质量监控等一系列制药过程,把药物分析和仪器分析内容相衔接,形成“药物功效—基本结构—预处理方法—检测方法—仪器结构及使用方法—质量监控”的综合性、科学化教学流程。适当调整实验课教学进度,比如把仪器分析实验“高效液相色谱检测维生素C含量”与药物分析实验“维生素类药物的分析”合并,将各自的3个课时合并为6个课时,让学生对维生素类药物的功效、作用机制及质量标准,样品的预处理,紫外光谱法、高效液相色谱法仪器结构及应用有一个全局把握。由传统的验证性实验教学模式转向探究性实验教学模式,鼓励学生设计综合性实验,发挥实践课学习中的主观能动性。例如教师给出某一类药物的名称和化学结构,鼓励学生查找文献和资料,了解药物作用机理和预处理方法,充分利用仪器分析知识,设计合理的分析方法并分享设计思路。实验教学过程中,让学生全程参与动手操作,验证所设计实验的可行性。此外,将实验教学模式与制药工程专业导师制培养模式相结合,将科研方法、科研思路引入两门课程的教学,鼓励学生进入教师实验室参与科研活动,引导学生利用所学的药物分析及仪器分析理论知识指导实践,锐意创新。

  2.4改革考核方式,切实反映教学效果建立多样化的考核方式,避免“应试性”教育,试卷考核兼顾闭卷与开卷两种形式,适当地将药物分析与仪器分析考核内容合并、相互穿插。仪器分析采取闭卷形式,考察学生对两门课程基本原理、基本概念、基本方法的掌握。药物分析采取开卷形式,考察学生的综合应用能力。同时,将实验课表现和实践能力考核纳入期末总成绩核算,并且覆盖综合性实验设计报告书写、文献阅读、课堂讨论发言、参与导师科研活动状况、实验操作技能考试等考核指标。提高考核方式的科学性,切实反映教学效果,同时引导学生重视实验课学习、注重团队协作能力、实践能力的锻炼,促进学生全面发展。

  综合性课程教学模式的设计,将繁杂的知识点相互穿插、融会贯通,改变以往不同课程之间相对独立、知识传授零散、实验实用性差、学生接受知识困难、考核方式单一等状况,同时提高教师的整合教材能力、教学组织能力,达到教学相长的良好效果。今后有望推广到制药工程及其它相关学科,让课程教学更加系统化、科学化、有效化。

  [1]方惠群,于俊生,史坚.仪器分析[M].北京:科学出版社,2002:1-2.

  [2]谢苗,蓝海.天然药物分析方法的研究进展[J].安徽农业科学,2014,42(29):10059-10062,10065.

  [3]杭太俊,于治国,范国荣.药物分析[M].北京:人民卫生出版社,2011:144-152.

  《仪器分析》实验是理论教学在实践中体现的一个重要方面,通过实验可以锻炼学生分析问题、解决问题的能力,培养学生自主学习的能力。而实验教学,任务不在“教”,而在“学”,即要让“教师将知识传授给学生”转变为“学生自己去发现和学习知识”,从“教、授”向“学、创”进行转变。在进行实验教学时,本校主要选择了验证性、综合性、设计性3种性质的实验来供学生实验,通过验证性实验,理解、掌握仪器分析的基本原理;通过综合性实验,提高学生综合运用所学知识的能力;通过设计性实验,考查学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。通常在理论课教学开展一段时间后,开放实验室供学生参观学习,目的在于让学生对所学仪器有一个直接的感观认识,了解仪器的一些基本结构、性能,这样在理论课的讲授中就更加便于理解。一般实验教学大体都是实行“实验预习-课堂实验-课后完成报告-教师评阅”的模式,仍然是“教、授”的模式,因此如何向“学、创”转变呢?在实验课授课时,由于需要锻炼操作能力,因此,培养学生自主能力是主要目的,过多的讨论反而会影响教学效果。在实验时可以采用问题引导的方式,由学生针对问题进行相应讲解。如:“生物缓冲溶液的配制及pH值的测定和调校”这一实验为设计性实验,在实验前需要学生查阅生物缓冲液配制方面和pH计使用相关的资料,拟定相应的实验方案,而后由教师评阅后,提出修改意见,最后根据学生设计出的实验方案,安排实验、准备材料。在实验授课时,则可由学生亲自阐述自己设计的方案,讲明需要注意的地方,同组的学生可以相互讨论,而后由授课教师讲评,再根据学生方案开展实验。整个过程中以学生自主学习为主,通过这种模式培养学生提出问题、分析问题、解决问题的能力,同时锻炼了学生的操作能力和自主学习能力。《仪器分析》是一门不断发展的科学,随着时代的进步,分析仪器不断更新换代,性能、效能越来越高,但其基本原理是不变的,仪器的基本结构也不会发生变化。学习这门课程就是要掌握其不变的环节,用发展的、创新的眼光去看待仪器的更新。就医学院校的学生而言,学习好这门课程对于以后的专业学习以及实践都有很大的帮助,而如何教授好这门课程,提高教学质量则是重中之重。在面向医学类专业的教学过程中,本校已逐步开展了以“提高学生学习质量,使学生在知识、能力和素质上全面提升”为目的的教学改革,将以“教”为中心向“学”为中心逐步转变,对部分课程教学进行重新设计。对教师而言,需要密切关注仪器分析的发展方向和科研动态,补充能量,加强对学生的指导;对学生而言,要逐渐适应角色转变,在教师的引导下,开阔知识视野,掌握学科知识。

  仪器分析实验所用大型仪器每台价格少则几千元,多则几万元,甚至几十万元。许多院校受到资金和场地的限制,无法配置课程所需的全部设备,或者仅有1~2台面向全体师生。因此,硬件资源的不足,导致仪器分析实验教学不能像基础实验那样,采用独立操作的方式,让每位学生都参与实验,只能靠教师演示或让学生做些辅的操作来完成教学任务。例如:在红外光谱实验中,学生可以进行的操作大多是固体样品的压片;在液相色谱实验中,学生的主要任务是配置溶液、用超声除去气体、用微孔滤膜过滤等。而仪器参数的设置、进样等涉及仪器操作的部分大多由教师演示,学生则少有动手操作仪器的机会。

  精密仪器的操作技术要求高,使用人员只有在熟悉仪器性能和熟练掌握操作规程的前提下,才能进行实际操作。一旦使用不当,不仅会造成仪器损坏,而且相对高昂的维护费用和相对较长的维护时间会给日常教学带来严重影响。因此,在仪器分析实验教学中,通常采用大循环方式组织教学。大多数任课教师为了保证设备处于良好的运行状态,避免或减少故障的发生,在课上只是亲自演示,不允许学生随意开启、关闭仪器,随意旋转仪器按钮,随意改变仪器工作参数。在这种情况下,学生只能走马观花地看演示,达不到理想的学习效果。

  仪器分析实验的教学目标为掌握实验原理,了解仪器构造、各部分功能,以及仪器的使用、维护和保养。多数学校在现有条件下,收获较为理想的教学效果也只是学生能在课程结束后掌握机械操作仪器的方法,而学生对仪器的内部结构和原理却了解甚少,也不懂常规维护和保养,能力自然不能得到充分锻炼。这对日后工作帮助显然不够,难以满足职业教育技能型人才培养的实际需求。

  随着信息化时代的来临,在硬件资源不足的情况下,教师可以借助互联网上的教学视频来进行辅助教学,对学生掌握实验原理、仪器构造也能起到一定效果。但由于仪器设备型号不同,软件、硬件操作规程差别较大,学生观看互联网上的视频后,面对本校的实验设备可能还是无从下手。例如:利用百度搜索到的紫外可见分光光度计的教学视频多为721、722、752、UV756MC型号;气相色谱仪教学视频主要是GC120M、AGILENT6890N型;而液相色谱仪、原子吸收分光光度计、原子荧光光度计、气质联用仪等仪器的网络教学资源十分有限。针对以上问题,根据实际条件,选择、开发适合本校的辅助教学手段,用来弥补教学资源的不足,不失为一条可行之路。

  分析仪器仿真技术是利用计算机技术、网络技术、仿真技术和信息技术,在计算机上建立一套与真实分析仪器完全相同的虚拟分析系统[1]。它能够借助图像、动画来描述设备的特性,显示实体的真实动作,模仿真实操作过程。国内大型分析仪器仿真技术现已成熟,以由北京东方仿真软件技术有限公司开发的大型分析仪器仿真操作系统系列软件为例,它涵盖紫外分光计、红外分光计、气相色谱装置、原子吸收光谱、高效液相色谱、色质联用分析仪仿真等内容。该系统采用计算机虚拟仿真技术进行开发。软件具备机理模型,虚拟场景逼真度高,且以真实实验数据库作为支撑,能够自动模拟相应的实验现象,得到与真实实验相似的实验结果。操作方式灵活真实,仿真操作过程与真实仪器操作过程极其相似。学生可以通过仿真技术在计算机上建立的虚拟实验操作平台,完成对昂贵分析仪器设备的模拟操作,就如同在真实的分析仪器上操作。它不仅能够满足日常训练、常规考核以及技能大赛等需求,也为剖析仪器的内部结构、原理提供极大方便。仿真实训室的建立可利用校内现有计算机机房进行扩充,购买相应操作软件。这与添置设备相比,仿真技术投入少、消耗低、使用周期长、维护方便。大型分析仪器仿真软件的引入,与传统的教学方式相比,不仅能满足设备数量与学生数量之间巨大差距的矛盾,弥补办学硬件资源的不足,还可对设备的内部结构、实验原理等相关知识进行形象剖析和立体化讲解。仿真仪器的反复操作不仅不会增加实验成本,遇到操作不当、参数设置不正确时,也不会损坏仪器、出现安全问题,能够帮助学生尽快、全面掌握仪器设备的操作技能。

  针对仪器分析实验硬件资源不足的问题,如何把有限的实训资源整合到传统教学环境里来,使其最大限度地发挥作用,需要教师认真对待。从技术角度来看,微课这种灵活、主题突出的新型教学模式就是一个有效的方法。微课是以教学视频为主要载体,反映教师在教学活动过程中针对某个知识点或教学环节开展教与学的各种教学资源有机组合。开发仪器分析实验相关微课,借助网络与视频技术,通过视频、图片、PPT等形式,可形象直观地将实训项目操作技能视觉化,供学生反复观看,更有利于学生理解与掌握专业技能[2]。它还能将课堂教学延伸到课外,学生能够在课前、课后利用电子设备浏览实训课教学内容,有针对性地学习。教学视频是微课的核心组成部分,时长一般在5~8分钟,主题突出,经过后期制作的视频及配套辅助资源的总容量一般为几十兆字节,视频格式须是支持网络的流媒体格式(如rm,wmv,flv)等[3]。仪器分析实验的微课制作可采用“录像法”,把仪器部件、旋钮、操作方法、实训内容完整地展现出来。如对红外光谱实验中固体样品的压片过程、分光光度计的使用,均可全程录制。而对于大型设备,如气相色谱、高效液相色谱、原子吸收分光光度计等,一次完整的实验耗时较长,微课的制作可按动作节点把操作步骤碎片化成不同单元,针对碎片化后的知识点进行录制。步骤要连贯,不能轻易跳过。视频的后期制作中,加入关键词,以字幕的形式补充其不宜讲清楚的部分。以G5气相色谱仪的操作为例,可碎片化成以下几部分录制:一是仪器构造,主要介绍气路控制系统、仪器控制面板、进样器、色谱柱箱、检测器(包括控制电路)等;二是开机方法,介绍开机操作顺序及载气流量的调节;三是样品测定,主要介绍主菜单功能,设置温度、桥电流的方法,由于升温时间较长,过程省略;四是取样进样的操作;五是关机方法,介绍怎样返回至主菜单,设置桥电流,怎样关恒流源降温,最后关主机;六是软件操作部分,可使用“Camtasia”录屏软件,将软件操作过程完整录制下来。仪器操作的录制过程,既要有设备的整体画面,又要注重细节,让学生能够在整套设备中准确找到相关按键或旋钮,同时又能看清操作方法。

  《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》中提出,要“加强网络教学资源体系建设,开发网络学习课程,创新网络教学模式”。网络教学平台是实现教育教学方法创新,促进优质教育资源普及共享的重要途径和基础保障[4]。网络教学支持平台是指建立在互联网的基础之上,为网络教学提供全面支持服务的软件系统的总称,包括支持网络教学的硬件设施和支持网络教学的软件系统。网络教学平台主要有点播式教学平台和互动式网络教学平台。点播式教学平台能够实现教学资源的快速传递,学生可以随时点播音频、视频课件,查阅电子教案等教学内容。而互动式教学平台可使师生通过网络进行交流,教师也可利用教学平台对学生的学习情况进行跟踪,并根据学生的学习情况有选择性地课程内容。网络教学平台建设包括硬件建设和软件建设。硬件设施主要有全方位的校园宽带网、功能完善的网络多媒体教室、服务器、多媒体教学材料和软件的存储设备。软件方面主要是教学系统平台。教师可将仪器分析课程的课件、教案、专业资料、仪器使用的微课程上传至平台,供学生自主学习。学生可先通过网络平台观看仪器操作的微课程,熟悉仪器结构和操作要领,然后上机操作,这使得教学更具有针对性。目前国内许多院校或公司研制和开发了适合自身需要的网络教学平台产品,如北京师范大学研制的Vcalss、上海交通大学的Answer教学系统平台,都可以引进使用。

  根据仪器分析实验课程的特点,教师也可选择简单易行的辅助手段,如:制作大型仪器操作流程图,并将其打印、压膜塑封后放在仪器旁边,学生在使用之前需仔细阅读,按照说明进行操作;针对现在高校大学生几乎都有智能手机的现状,在没有网络教学平台的情况下,教师也可将微课、视频通过微信发送给学生;也可通过易企秀软件,生成二维码,学生通过扫描二维码的方式在课后观看相关教学视频进行自学等。

  仪器分析实验课程是一门实践性很强的课程,对分析仪器的需求较高。在教学资源有限的情况下,我们应当积极探索辅助教学手段的运用,帮助学生深入、直观地理解和掌握所学知识,提高动手能力和独立操作能力,为学生独立调试、使用仪器打下良好基础,从而达到提高教学质量的目的。

  [1]田文德,丁辉,姚飞.分析仪器的计算机仿真[J].现代科学仪器,2001(3):41-49.

  药品是关系到人的生命的特殊商品,其质量是关键。世界各国都非常重视药品质量控制,对药品采取准确有效的分析手段进行检测以控制其质量,杜绝假药劣药流向市场,是保障消费者用药安全至关重要的环节。①仪器分析是现今分析化学的主要内容,作为现代的分析测试手段,具有高灵敏度、高选择性、专属性强、试用量少等优点,②目前已成为药物质量控制与分析、药物作用机制研究与药物治疗监测必不可少的研究手段。仪器分析在药学专业课程学习中占有重要地位,与药剂学、药物分析学和药物化学等课程有着密切的联系,它也成为高等医药院校药学专业重要的必修课之一。学生对仪器分析理论的掌握,可对药学相关课程的学习及药学学科领域的探索奠定扎实的基础。③在教学过程中,我们依据药学专业的学科背景和学生学习特点,对仪器分析课程的教学进行了改革与探索。

  仪器分析课程内容较繁杂,涉及知识面广,但其分析方法自成体系,相对独立,课程内容上需要体现时代性、基础性和选择性。由于药学专业的教学特点,仪器分析需要利用分析测试方法来研究物质的化学组成、状态和结构,侧重于仪器方法的应用与实践。在授课的32学时中,合理地安排包括电位法、光谱法、色谱法、质谱法等共计十四章的学习内容,其中以紫外-可见分光光度法、气相色谱和高效液相色谱法为讲授重点,有利于强化学生实践能力和专业素质培养。

  仪器分析学习的方法原理抽象,仪器设备结构复杂,传统的教学手段已不能适应现代教学需要,因此可以开展多媒体教学,以便提高教学效果,④其优势主要体现在四个方面。第一,多媒体可解决内容多课时少的矛盾,增大授课信息量。如果将平时授课过程中无法在黑板上展示的实验装置、电路图、光路图等制作成图文并茂的多媒体,辅以动画、声音等演示,可提高学生学习速度,并增加课堂信息量。第二,采用动画和视频演示方式,让学生在形象生动的情景下学习,利于激发学生学习兴趣。第三,加入师生互动环节,通过提问可活跃课堂气氛。第四,仪器分析课程所涉及到的仪器大都价格昂贵,因此不可能让每个学生都有操作的机会,通过观看实验过程或计算机模拟操作,可以使理论与实际有机结合。

  现代社会,计算机的发展衍生出各种化学软件,它们对分析数据结果归纳和计算起到了相当大的帮助作用。⑤现有的软件工具十分专业,如表示晶体结构式的Diamond,绘制分子式的Chemoffice,绘制器件图形的Solid-Works,绘制曲线谱图的Origin等软件都应用广泛。今天的仪器分析课程教学,在教授学生专业分析方法的同时,应普及一些用法简单、应用广泛的基本化学软件。这样既能够引导学生主动寻找对于学习和工作有利的科学资源,也能够培养让学生受益终身的能力。

  随着教育信息化进程的推进以及网络教学技术的不断发展,网络教学不仅可以打破传统的时空限制,也可以满足教学的需要,这也将成为21世纪主流的教学方式。⑥网络教学能够培养学生良好的信息素养,为适应现代信息社会的生活、学习和工作打下坚实基础。网络教学实现方式多种多样:如多媒体课件、WEB教材、视频广播、BBS论坛等。

  其中Blackboard 网络教学平台(BB平台)是由美国毕博与赛尔网络公司共同开发的一种集文字、声音和图像为一体,集成网络教与学的环境,专门用于补充课堂教学、加强虚拟学习环境并提供师生互动的网络教学平台。仪器分析课程教学团队进行了基于此平台的网络课程建设,主要(下转第134页)(上接第90页)按照教学安排、课程信息、互动交流、作业与讨论等几个方面进行,受到学生的欢迎,取得了较满意的教学效果。

  仪器分析与药物分析两门课程在内容和实验上深度交叉,药物分析甚至可以看成是仪器分析的实际应用和衍生。⑦仪器分析方法在药物分析中扮演着重要的角色,当前最新版药典中许多分析方法都是基于仪器分析方法提出的。特别是随着中药材成分、中药制剂、生物制剂和药代动力学等新型药物分析的不断涌现,以往的化学分析方法已不能满足该类药品的分析要求。鉴于此,我们应将仪器分析方法的基本原理、具体操作和药物分析课程的内容有机结合起来,使二者互为补充。

  在药物分析的授课过程中增加新型仪器分析方法的介绍,并针对各类药物分析的方法进行深入讲解,充分实现仪器分析和药物分析的有机融合,增强学生对学科交叉的创新思维,提高其分析问题的能力,必将实现两门课程的最佳教学效果。开设以仪器分析为教学手段、药物分析为教学目标的综合性实验课程,这必将有利于复合型、创新性药学人才的培养。

  仪器分析是一门体现较强应用性的学科,由于国外新仪器、新技术的不断涌现,其使用频率不断提高,且这些仪器及技术的说明书或应用软件几乎采用英文,若要掌握它们,就必须具有一定的专业英语能力,于是开展仪器分析双语教学势在必行。⑧我们在探索过程中发现,双语教学的开展应该由浅入深,需要不断地研究和探讨,如果能从双语教学的实际出发,不断加强师资培养,更新教学手段,因材施教,那么就有可能开辟出一条新路子适用于仪器分析双语教学。

  实验课程是仪器分析授课中至关重要的环节,是使学生了解各种仪器结构、熟悉方法基本原理和操作技术等最重要的途径,实验教学效果的好坏直接影响到整个课程的教学效果,因此仪器分析教学的重中之重便是实验课程。如何针对药学专业的特点,使学生适应仪器分析学科发展的需要,加强仪器分析实验教学的效果,培养学生实践和创新的能力,这将是我们任课教师在今后的教学过程中始终要思索的问题。

  ① 付志锋,周全.药学专业仪器分析教学改革的探索与实践[J].山西医科大学学报(基础医学教育版),2009.11(1):42-43.

  ② 丁晓红,郭文峰.药学仪器分析实践教学优化探讨[J].齐鲁药事,2011.30(10):616-617.

  ③ 管潇,张惠静,张梦军,郭嘉伟,曹文轩,肖正华.药学专业仪器分析实验教学探讨[J].基础医学教育,2012.8.14(8):597-599.

  ④ 毕承路,李卫华,刘玉海.仪器分析课程教学改革探索[J].江苏技术师范学院学报,2011.17 (12):139-141.

  ⑤ 费旭,王秀英,田晶,徐龙权,于玲,寇自农.化学相关软件在仪器分析教学中的应用研究[J].教育教学论坛,2013.51:275-276.

  “在线分析仪器”课程以工业上在线应用的分析仪器为主线,包括电化学式、热学与磁学式、光学式在线分析仪器、在线物性分析仪器、网络化在线分析仪器、现场总线式在线分析仪器、虚拟仪器化在线分析仪器等仪器的检测原理,以及基于各种原理的在线分析仪器的应用,并介绍了自动取样和试样预处理装置。课程内容涉及了光学、机械、电子、计算机等知识,课程教和学的难点在于课程“内容多、发展快、理论深、技术高、应用性强”。因此改革教学模式和方法,以培养学生工程意识为目标,提高学生自主研学能力,提高学生分析问题解决问题能力,是提高教学质量的重要举措。

  作为工科院校,我们的培养目标是基础知识扎实、工程意识强的高素质应用型技术人才。在专业教学计划指导下,积极开展“在线分析仪器”课程教学方法改革,完善课程体系和教学内容凝练,建立一套包括理论讲授、计算机辅助教学、强化训练、自主研学在内的全方位的课程教学新模式;培养学生分析问题解决问题的能力,注重培养学生的工程意识,全面提高课程的教学质量和学生的自主研学能力。

  (1)专业授课过程注重提出问题,强调研究性学习,强化学生的问题意识,培养学生思考问题和解决问题的能力。

  在知识的传授中给学生留下思维空间,以培养学生获取知识的能力。在课程的教学中,除了采用先进多媒体技术扩大课堂的信息量,把更多的知识教给学生即“教会”外,更重要是让学生“学会”。课堂教学中着重讲清在线分析仪器的基本概念、检测原理、设计思路、方法和工程应用中的难点,有意识地留下一些疑问和自学内容,而这些疑问通过针对性的习题得出其结论。针对某些内容有准备的课堂讨论,也是一种行之有效的获取知识的方式。而这些知识的获取不再是只靠教师“教会”的,而是通过学生的努力自己“学会”的,且又达到了“研学”能力的培养。同时,课程中留有设计性的题目,让学生当堂及课后完成,培养学生分析问题解决问题的能力,调动学生学习的主动性、积极性和创造性。

  (2)在知识的传授中注重工程背景、技术前沿、工程应用的引入,所讲授的各种分析仪器均具有工业应用背景和实例。

  专业课程设置的目的,不仅是要求对这门课程知识的掌握,更重要的是掌握在各行业中的具体工程应用。因此,在教学的全部过程中注重分析仪器在工程中的具体应用,并将工程的分析、设计实现方法渗入课程的教学中;向学生介绍在线分析仪器的前沿和热点以及工程中的应用,以使学生学会寻找并去开创新的结合点,从而培养学生应用知识的能力和创新的能力。

  (1)设计了课程教学CAI课件、电子教案,用于课堂教学。利用flas、ppt软件的一些功能,将复杂的原理用动画、图形讲解,起到了事半功倍的作用。形象生动地讲解在线分析仪器的原理,并将工程实例应用视频、图片演示给学生,使学生通过观看直观了解其工作过程。例如在“在线分析仪器”讲授色谱技术、质谱技术等内容时,采取讲授、flash演示相结合方式,同学们观察并思考检测原理,进而展示在线分析仪器的相关设计步骤和实际应用视频、图片,环环相扣,使学生既掌握理论基础,又建立感性认识,深入体会到在线分析仪器的原理和作用。进一步激发学生创新思维和学习热情,使学生在运用新技术、创造新成果方面有强烈的创新意识。

  (2)课程多媒体课件和教学大纲、习题答案等全部资料,已上载到校园网络教学,学生可通过校园网下载课程资料,用于教学学习,与课堂授课构成立体化教学模式。并可通过教学网络进行答疑。

  (1)阐述课程的重要性,激发学生的学习兴趣和主动性。一般而言,学生对某门课程的重视程度直接影响了他们对该课程的学习兴趣和学习主动性,而学习兴趣和主动性又直接影响教学效果。当学生刚接触一门课的时候,并不清楚课程的主题及内涵。因此在教学实践中,采用了以下几种方法来增强学生学习课程的兴趣和主动性。

  ① 在第一堂课——在线分析仪器的概述中,通过介绍在线分析仪器的发展历史和在工业部门、高科技领域的广泛应用,提高学生学习的兴趣,同时把该课程的学习和学生将来的择业联系起来,使学生懂得学好了这门课程,可以拓宽就业渠道;且与国家的发展强盛有极大关系,从而提高了他们学习该课程的兴趣和主动性。

  ② 通过介绍在线分析仪器的发展趋势,研究热点以及科学仪器领域方面的尖端研究工作,使学生懂得该课程是他们将来继续深造的基础,提高了学生对该课程的重要性认识。

  (2)精选教学内容提高教学质量。随着专业口径的不断加宽和技术的发展,在线分析仪器课程的教学内容也不断膨胀和加深,课程内容多,学时少的矛盾越来越突出。为了解决这一矛盾,采用精选教学内容的方法,不仅较好地解决了这一矛盾,而且还进一步提高了教学效果。对教学大纲中的重点内容,讲深讲透;而对有些与先修课程相同的内容,在课堂上也只对课程的不同之处进行讲授,略去重复内容。至于教学大纲中规定的了解内容和一般性的了解内容,则少讲或者不讲,作为学生的自学内容,让学生课余自学。

  (3)讲授与提问并存。在每次授课之前都有一个前次课程内容回顾,通过提问加深学生的认识。

  在讲授新内容,涉及的原理都请同学们先回忆学过的基本原理再启发学生考虑这些基本的物理、化学的原理如何与被测量建立关系这种关系如何用检测器来实现如何设计分析仪器,层层递进层层启发,使同学们对所学知识充满兴趣。例如讲解热导式气体分析仪器时,其检测原理是气体热导率与气体浓度成正比气体热导率通过热量体现出来热量通过热敏电阻可以测量热敏电阻的改变量就与气体浓度建立了关系热导检测器的核心元件就是热敏电阻热导检测器的结构设计是提高测量精度的关键设计电气处理电路,实现气体浓度测量。每一步同学们都很清楚,但形成一个体系同学们还有一定的难处。通过层层递进层层启发,使同学们豁然开朗,有助于提高学生的积极性和工程实践能力。

  每章之后都有总结和测验,每章测题都有开放性、设计性的题目,全面检验学生的学习效果和设计能力。

  (4)改革考核方式,促进学风转变。在教学过程中,将提问、测验作为平时成绩,并和自主研学的成绩计入总成绩。这样,要取得好的学习成绩,在平时的学习过程中就要下工夫,仅靠最后的考试前冲刺难以取得理想成绩。

  仪器分析课程在教学过程中存在以下问题:其一,因一些大型精密仪器价格昂贵,普及较困难。而学校仪器的数量又有限,特别是精密贵重仪器,有时只有一两台,由于仪器娇贵,担心学生使用过程中误操作而损毁,所以,上课时学生只能观摩或者观看教师演示,学生直接动手操作机会很少。其二,目前职业学生文化知识基础薄弱,而仪器分析所包括的分析方法很繁多,如:电化学分析法、光学分析法、光谱分析法、质谱分析法、差热分析法等分析方法。而每一种分析方法根据被测物参数和原理的不同又有不同的分析方法,就以光学分析法为例,又可分为紫外-可见光谱法、红外光谱法、原子发射光谱法、原子吸收光谱法、荧光光谱法、核磁共振波谱法,自然,每一种分析仪器的操作过程及应用情况也不同。怎样把繁多而难懂的理论简单明了化成为仪器分析课教学的一大难题。其三,通过对食品和化工两个不同专业学生仪器分析的教学,笔者发现仪器分析教材很多,绝大多数是不分专业,不论学生水平而通用的,想选择适合本专业本校学生的的仪器分析教材却很难。其四,目前仪器分析课程教学仍然是一种以教师讲授为主、课堂学习为主、书本内容为主教育方式,“教师讲得辛苦,学生听得疲劳”, 使仪器分析教学陷入了一种两难的境地。

  对于容易普及而又相对便宜的仪器,学校要多配置一些,并采用现场教学,也就是直接把学生带到实验室,对着仪器进行讲解,边观察边讲解,利用直观教学的方法来提高教学质量。这样,在增加学生感性认识的同时增进学生对仪器工作原理的理解。还要尽可能地用一些报废的旧仪器来进行结构原理的讲解。比如,在讲可见分光光度计时,就可用报废的721型可见分光光度计,首先让学生观察仪器外部控制按键并熟悉其用途和操作方法,再拆开仪器,让学生观察可见分光光度计的内部结构和主要部件,教师进一步讲解每一个零部件的作用,再让学生试着组装仪器,并画出仪器的光学系统简图。这样就会使学生对这个仪器结构和原理充分理解,对内部光路印象深刻。像酸度计、离子计、旋光仪等常用仪器都可采用类似的教学方法。

  对于价格昂贵且操作复杂的大型仪器,本身仪器数量有限,又担心学生操作过程中损坏,所以往往是教师在课堂上以黑板加粉笔的形式讲解结构和原理,有时用图片辅助教学,之后在实验室里教师操作演示学生观摩,学生自主操作仪器的机会是少之又少,也就不能做到熟练操作。笔者认为应采用现代多媒体教学手段,将复杂的方法原理、仪器结构、内部构造、分析流程、图谱及数据分析等制成图片、动画或视频材料,再结合声、形、色等,将复杂难懂的内容形象直观的表现出来,通过多种感觉来刺激学生的想象力,加深学生的理解,活跃课堂气氛,激发学生学习热情,提高教学效果。例如,在讲解高效液相色谱时,先让学生观看图片熟悉仪器外观,理解每个分仪器的作用,然后让学生观看每个分仪器的剖面图,理解其工作原理,再将整个仪器的工作流程制成动画,演示流动相流动过程。浅显易懂地描绘了复杂的结构和原理,最后用自制的视频演示所使用的高效液相色谱仪操作过程。多次观看视频至学生能熟练掌握为止,之后让学生进入实验室进行实际动手操作,学生操作起来就容易上手。在仪器数量有限的条件下,采用分组实验协同合作的方式,增加学生对仪器的操作机会,争取做到人人动手多次演练。也可以通过模拟实验对大型仪器进行多次演练,例如通过气相色谱虚拟实验室,了解仪器内部结构和原理并熟悉操作过程。

  首先,仪器分析教学内容最主要的是光谱学、电化学和色谱学三部分内容,并应该按这一顺序来编写,大部分教材正是采用这一顺序编写的,较为合理。因为这样做,可以使学生在懂得光学分析法和电学分析法后,更容易接受色谱分析的学习,因为光谱检测器和电化学检测器是色谱学中常用的检测器,所以在讲色谱部分之前应该先有光谱学和电化学知识的准备。

  其次,选用教材时要考虑到学生的专业情况。不同专业的学生仪器分析课程学习的要求不同:食品类专业的学生,要讲求课程内容的实用性,通过仪器分析课程的学习让他们知道在面临某一项分析任务时应选用何种仪器,并掌握常任分析仪器的基本操作方法。尽量选择理论浅显易懂实验内容较多的教材,且以光学分析法和色谱分析法为主而以电化学分析法为辅的教材。比如详细讲授紫外、可见、原子分光光度仪、红外光谱仪,色谱分析中主要讲授气相色谱和液相色谱,离子色谱仪,电化学分析中只选酸度计、电位滴定仪等有限的几个详细讲解,其他不做重点讲授,再结合仪器连用内容。化工类专业的学生,需要对基础理论、分析原理、仪器构造及数据处理都必须熟练掌握,选择教材时要注重理论知识的介绍,且要以电化学分析法为主,结合光学分析法和色谱分析法等分析技术。必要时可以介绍新的分析方法和新的分析技术给学生作为知识的扩展。

  再次,选用教材还要考虑理论教学与实验教学相结合的问题。现在许多仪器分析教材以大篇幅的理论为主,涉及的实验内容却很少。对于职业院校学生来说,培养的目标是培养技能型的实用人才或操作人才。更应该重操作轻理论,这就要求教材选用上既要注重理论课的教学内容更要注重实验课的教学内容。

  最后,教材选定后,在实施教学前,要根据专业特点、学生知识结构水平和学校仪器配置情况对教材内容进行合理的取舍,节选出与专业密切相关的教学内容。选讲部分内容、精讲重点内容、减轻教学压力。为了弥补学校实验条件的不足,补充教材内容,让学生接触到学科前沿的知识,可以考虑其他办法传授给学生。可充分利用网络信息资源进行教学,通过网络学堂,给学生推荐一些视频网站,如气相色谱质谱联用技术操作视频,或者将教学内容录制成教学录像上传至网络以供学生自学,再或者,以课下作业的形式,把需要学生补充学习的内容布置下去,让学生通过查找参考书或网络,在完成作业任务的过程中学会这部分知识,教师通过检查批阅,找出学生自学过程中的不足或欠缺,课上利用几分钟的作业讲评时间予以补充。

  仪器分析是高职制药专业、生物技术、精细化工等多个专业开设的一门重要专业基础课程,是学生今后学习药物分析、食品分析和工业分析等专业课程的基础。课程的主要内容是使用现代分析仪器,根据物质的物理化学性质对物质进行定性和定量分析的一种分析方法,主要包括电化学分析法、光学分析法和色谱分析法等。课程内容与其他学科相互交叉渗透,具有很强的实践性和理论性。课程的教学目标是能够熟练操作使用以及维护保养常见的分析仪器(pH计、分光光度计、气相色谱仪、高效液相色谱仪等),能够利用现代分析仪器完成制药、食品、化工等行业原料、半成品、产品的分析检验任务。然而,仪器分析研究内容广泛、知识面宽、发展又快,这无疑会给学生的学习带来一定的难度,甚至会给后续学科的学习造成不良影响。鉴于此,笔者仔细研究课程标准与教材,通过几个学期的探索与实践,总结出了一些有关仪器分析教学策略的心得体会,在此与大家探讨一下。

  多媒体辅助教学具有传统教学手段所没有的直观性、形象性、趣味性和信息量大等优点。它可以使抽象的教学内容直观化,从而更具有说服力;它可以让课堂生动起来,更好地调动学生的参与兴趣,从而突破教学的重难点,能更容易达到教学目的。因此多媒体辅助教学逐渐成为目前教学手段的主流,充分利用多媒体这种教学手段能有效提高仪器分析课程的教学质量。

  仪器分析课程内容多,信息量大。所讲授的内容主要是大型精密分析仪器,价格昂贵,对工作条件和环境要求高,不能随意搬动和拆卸。许多内容如仪器组成结构及工作原理尤其复杂和抽象,只有通过图示的形式才能展示清楚。在传统的教学中,老师要花大量的时间在黑板上板书,学生要花大量的时间抄笔记,没有足够的时间去讲、去听。老师不能把更深更广的内容讲授给学生,学生则只关心考试的内容,对于本课程的核心内容却没有真正掌握。比如火焰原子吸收分光光度计的结构,通常由光源、原子化器、分光系统和检测系统四大部件组成,在介绍火焰原子吸收分光光度计的工作原理时,必须针对每个组成部分进行分析,只有将其各结构组成一一画出来,才能很好地组织教学。而利用多媒体,教师可以迅速地将事先准备好的结构图展示在投影上,既节约时间,又能保证信息的完整性和规范性。利用节省下来的时间,还可以补充一些课外知识,增大信息输出量,扩展教学深度和广度。

  在高等教育面向二十一世纪的改革中,素质培养和能力培养受到了空前的重视。对非英语专业的学生而言,英语水平不仅是文化素质的重要组成部分,也是能力的补充和延伸。在此背景下,开设双语教学、拓展专业外语的实际应用成为许多高校的教学改革方向。双语教学对教师的专业知识背景、英语水平都有较高的要求,它要求教师在教学时要使用双语向学生传授知识,这对教师来说是一种新的挑战。我校一直非常重视双语教学的开设和双语教师的培养。辽宁省教育厅先后安排东北大学和大连理工大学举办双语教学培训班,我校积极安排双语教学教师的进修。

  二本院校培养的是具有扎实的专业课基础与较高操作技能的应用型人才。对于环境专业的学生而言,其必须看得懂现代分析仪器操作说明,能够独立进行产品中有毒有害物质的检测,?_展环境质量的监测,从而更好地为地方经济建设服务。因此,高校应在课堂中引入专门性英语,实施双语教学。由于我院优创班学生比普通班学生英语基础好、学风好,学生学习主动性较高,我院率先在优创班开展仪器分析的双语教学。但毕竟我校是二本院校,在学生层次上还是有别于一本院校和重点院校的,因此在双语教学中不能盲目追逐过高的目标,要将双语教学落到实处,准确定位,保证既定目标的实现。在仪器分析课程双语教学中,教师应根据学生的学习实际情况,灵活有效地选择教学模式,使教学效果最大化。

  高职高专学生在校学习时间为两年,课程繁多,课时紧张。我校仪器分析课程安排在第二学期,药物分析课程安排在第四学期。仪器分析课程侧重介绍各类仪器分析的基本理论、仪器组成、仪器操作方法,简要介绍仪器分析在药物分析中的应用。高职高专学生学习基础较差,加之仪器分析理论知识晦涩、抽象,学生普遍感觉枯燥,不易理解。而此时药物分析课程教学尚未开始,学生对于仪器分析应用没有直观感受,难以将所学仪器分析知识与药物检测工作相结合,学习目标不明确,学习兴趣不高。药物分析课程教学内容一般分为总论和各论两部分,总论主要介绍质量标准、鉴别、检查、含量测定基本方法,各论主要介绍各类典型药物分析方法。药物分析课程教学中有相当部分内容涉及仪器分析知识,但由于课程间隔时间较长,学生很难将之前学习的仪器分析理论和操作应用到药物分析中。因此为了达到较好的教学效果,教师需要重复讲解仪器分析内容,造成药物分析课时紧张,教学效果不好。药物分析各论内容按照药物的化学结构分类,总结结构相近的药物分析方法的规律,涵盖内容多,知识点琐碎,但与仪器分析手段类似。学生在学习这部分内容时往往感到枯燥,掌握不了学习重点,难以建立药品质量控制整体思路,教学效果不尽如人意[3]。

  (1)“绪论”内容融合讲授,介绍药物分析的主要研究范围和相应的职业岗位要求,同时介绍需要学生掌握的仪器分析技能,明确仪器分析技能的应用目的,激发学生求知欲和学习兴趣,增强课程整合认同感。

  (2)第一部分讲授药物分析基本知识,主要包括药品质量标准和药品质量检测工作程序。重点介绍《中国药典》及常见国外药典的使用,鉴别、杂质检查、含量测定的意义、目的,一般鉴别试验和一般杂质检查相关内容。

  (3)第二部分整合药物分析各论中典型药物分析实例,讲授药物分析中常用的仪器分析方法,分为光学法、色谱法、电化学3部分。在讲授仪器基本原理、组成和操作方法后,围绕典型药物分析实例讲解仪器分析在药物鉴别、检查和含量测定中的应用,并安排相应实验。

  (4)第三部分综合实例分析,以四大类典型药物为主线,引导学生掌握根据药物结构和性质推测药物鉴别、检查和含量测定方法的思路,培养综合运用仪器分析知识进行药物整体检测、全面控制药品质量能力。采用小组学习教学法[4],教师布置任务,学生分组讨论,查阅《中国药典》质量标准,设计完整的质量检验方案;师生共同讨论,各组相互评价,制定最终方案;按照制定方案实施实验操作,统计数据,撰写检验报告。

  课程整合后教材缺乏,给教师备课和学生课前预习带来一定困难。这需要任课教师花费大量时间进行摸索,综合考虑专业实用性和学生水平选取合适的案例,根据教学内容制成阅读材料清单,以电子稿形式提前一周发放给学生。设计相应问题,学生分组进行讨论,并通过班级群上传讨论结果,各组相互评分并作为成绩评价的重要组成部分。课后,教师记录教学笔记,对课堂教学内容进行概括,对关键知识点进行梳理、归纳和总结,发放给学生。当然,尽快形成统一规范的课程整合教学大纲和教材势在必行。高职高专学生基础较差,学习主动性差,如何调动学生学习积极性、提高课堂参与度是一大难题。本教研室主要从两方面入手,一方面进行职业教育,充分阐述这两门课程对药物检测工作岗位的重要性,并邀请在药物检测岗位实习和就业的学生进行现场讲解,激发学生学习兴趣;另一方面改革考核评价方案,提升平时成绩和实验成绩的比重,有效督促学生按教师要求完成相应任务,培养学生独立思考、分析问题、解决问题能力,以更好地适应实习和工作岗位。

  仪器分析与药物分析课程的整合,打破了两门独立课程的界限,结合药品检测实例讲解仪器分析知识,使学生能更好地对理论进行理解和贯通,激发了学习热情和积极性;同时能更好地结合检验工作实际,使仪器分析与药物分析知识真正有机结合,有利于学生更好更快适应实习、工作要求。课程整合后,第二部分结合典型药物分析实例讲授药物分析常用的仪器分析方法,强调各大类仪器分析方法在药物分析中的实际运用,符合高职高专培养应用型药物分析人才的要求。第三部分综合实例分析减少了典型药物的类别,挑选四大类典型药物进行分析,强调建立药物分析方法的思路,避免学生陷于琐碎知识点记忆,有利于培养药品质量控制整体思路。实验是本课程的重要组成部分,传统分课程教学时,学生主要按照实验指导手册要求,简单重复实验操作,不利于独立解决问题能力培养。课程整合后,减少药物分析中验证性实验内容(已在药物化学中涉及),选择部分典型药物设计综合实验。采用项目驱动式教学法,学生分组设计实验方案,分组时注意以学习积极性高的学生带动学习积极性低的学生[4]。师生共同讨论分析后确定实验方案,再按照实验方案进行质量检测,并给出检验结果,侧重培养学生运用所学理论知识、仪器分析方法解决药物检测实际问题能力以及独立设计检验方案能力。

  学生参与程度高,学习积极性被充分调动,分析问题、解决问题能力明显提高。学生在实践过程中能感到自己知识缺乏,促使其学习更多理论知识,从而提高独立学习能力,无形中将理论与实践紧密结合[5]。仪器分析课程与药物分析课程整合,按照实际岗位需求重组教学内容,体现了知识的整体性和综合性,节省了教学时间和教学资源。教师也不再局限于独立学科的教学,树立了整体观念,更多地思考将教学与工作岗位相结合,有利于培养生产一线需要的高素质技能型人才。

  [1]刘大伟.浅谈高职高专药物分析课程教学改革[J].科技创新导报,2015(2):155-157.

  [2]刘颖新,刘利利,孔兴欣.“合作—探究—反思式”教学模式在《仪器分析》课程教学中的应用[J].海峡药学,2016,28(12):283-284.

  [3]苏梦翔,狄斌,李博,等.药物分析探究式教学法探索[J].药学教育,2014,30(3):35-38.

  仪器分析课程涉及内容广泛,较为抽象,难于理解,是化学类学科中难度较大的一门学科。而仪器分析实验是仪器分析课程中非常重要的实践教学环节,其目的是使学生进一步理解各种分析方法所依据的原理、技术特点及操作要领,学会一些常规分析仪器的使用方法,掌握运用仪器对实际物质进行分析分离的基本思路。通过本门实验课的学习,使学生掌握所用仪器的结构和各主要部件的基本功能,理解和掌握相关仪器的实验技术、方法,增强学生独立操作该类仪器进行科学研究的能力,培养学生使用分析仪器正确地获取精密实验数据,进而对实验数据进行科学处理得出有价值信息的能力,在获取实验数据的过程中也培养了良好的科学作风和独立从事科学实践的能力,是学生未来走向社会独立进行科学实践的预演。

  随着我国高等教育体制改革不断深入,培养高素质、高质量的专业人才成为新世纪对大学生提出的更高要求。面临时代挑战,仪器分析实验课程的设置更要着眼于提高当代大学生的综合素质,培养全面发展的优秀人才。因此高校都在积极全面地推进仪器分析实验教学改革,不断调整仪器分析实验项目设置,最有效的培养适应时展的应用型人才。本文采用网络调查和部分高校实地调研的方法,对全国30所985重点高校仪器分析实验课程的开设情况进行调查,探讨仪器分析实验课程的发展趋势,以期能为一般普通高校提供借鉴。

  仪器分析实验,是在学生学习掌握仪器分析课程的基本原理之后,将仪器分析理论与操作应用技能融合在一起的一门独立开设的基础实验课程。实验内容主要包括光谱分析法、电分析化学方法、分离方法等方面的仪器分析实验,下面分别对各部分实验项目设置状况进行调查分析。

  光谱分析法是基于检测能量(电磁辐射)作用于待测物质后产生的辐射信号或所引起变化的分析方法,也就是利用特征光谱研究物质结构或测定化学成分的方法,包括红外、荧光、紫外分光光度法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法、核磁共振波谱法、质谱法等。随着光学分析仪器的不断发展,在应用方面发挥越来越大的作用,因此光谱分析法在理论和实验教学中占有较大比例。在所调查的重点高校中,光谱分析法实验项目设置基本都在4个以上(见表1),而且紫外分光光度法、荧光分光光度法、原子吸收光谱法、红外分光光度法都是必做的实验项目。比如厦门大学、山东大学、四川大学等院校分别对紫外分光光度法开设了两个实验项目,中山大学对原子吸收光谱法开设了两个实验项目,实验中还要求学生掌握最佳条件的选择方法等。而中国科学技术大学在分别开设了紫外、荧光分光光度法的同时,还增加了综合性实验如《芳香类化合物的紫外与荧光光谱比较分析》,对两种分析方法进行分析比较,使学生得到更深入和全面的锻炼。在红外光谱分析法实验中,山东大学、武汉大学、厦门大学、上海交通大学等院校分别对液体和固体样品进行了红外光谱测试实验,拓宽了学生视野。光谱分析法中核磁共振波谱法和质谱法,因受到仪器操作复杂和实验环境的限制,开设的学校较少,只占到所调查985重点高校的五分之一。

  电分析化学是分析化学的一个重要分支,它是根据溶液或其它介质中物质的电化学性质及其变化规律来进行分析的一种方法,它把测定的对象构成一个化学电池的组成部分,通过测量电池的某些物理量,如电位、电流、电导或电量等,求得物质的含量或测定物质的电化学性质。根据不同的测量方法可以分为电导分析法、电位分析法、电解分析法、库仑分析法、极谱法和伏安法。电化学方法因其分析速度快、灵敏度高、测量范围宽,而且仪器设备较简单、经济,仪器的调试和操作都较简便,容易实现自动化,所以高校对电化学设备的配置较为齐全,实验项目基本上在电导分析法、电位分析法、电解分析法、库仑分析法、极谱法和伏安法中选择三种进行实验教学(见表2)。

  化学分离是指试样在进行测定(或检出)以前,常常需要使待测(或检出)物质与干扰物质彼此分离。在仪器分析理论教学中主要学习了色谱分离技术,利用欲分离的各组分在体系中两相的分配有差异(即分配系数或吸附等温线不同),当两相作相对运动时,这些组分随着移动,可反复进行多次的分配,组分的分配系数虽然只有微小差异,但在移动速度上却有颇大的差别,于是这些组分得到分离。色谱法两相中,一个相是固定不动的,称为固定相;另一相是移动着的,称为流动相。根据流动相和固定相的不同,分为气相色谱法和液相色谱法。该法通常处理量较少,故很适合于作微量组分的分析分离。通过对30所985重点院校调查(见表3),可以看出这些院校均对气相色谱法和液相色谱法开设了实验,而且山东大学、厦门大学等对气相色谱法开设了两个实验,其中有8所高校还开设了综合性实验,比如气相色谱/质谱联用法或液相色谱/质谱联用法,占所调查高校比例的26,7%。但高校中开设毛细管气相色谱实验的并不多,仅仅包括北京大学、山东大学、武汉大学在内的3所高校,只占所调查高校比例的10%。因受到实验环境、设备等条件的限制,其它的分离方法如毛细管电泳、毛细管电色谱法、超临界流体色谱法和超临界流体萃取法等在所调查高校中基本没有开设。

  其它的一些分析技术比如热重法、差热分析、差示扫描量热法、流动注射分析法、X-射线衍射分析法等,在所调查的全国30所985重点高校中,开设这些实验课程的寥寥无几,仅仅发现四川大学和中国科学技术大学开设了《CaC2O4・H2O的差热分析和热重分析》实验项目,厦门大学开设了X-射线衍射分析法定性分析实验,其中包括等轴晶系试样单胞常数、晶面指数、点阵类型的测定等。

  随着国家科教兴国战略的实施,我国高等教育事业得到了迅速发展,各高校为了提高办学水平和增强竞争力,购置了很多大型仪器设备,极大地改善了高校的办学条件,为从事高水平的科学研究及培养高素质的创新型人才创造了有利条件。于是先

  进的分析仪器逐渐取代了老仪器,并随着计算机软件突飞猛进的发展及其在仪器分析中的广泛应用,使得仪器的性能大幅度提高,也因此建立了表征测量的新方法、新技术,并开拓了新领域,于是现有的仪器分析教材内容落后于新仪器发展的现象更为显著。一方面要求高校管理者要与时俱进,开阔视野,勇于创新,加大发展步伐,及时引进先进的实验仪器设备和及时更新实验仪器中的计算机软件系统;另一方面也要及时更新仪器分析教材内容,使得仪器更新发展和教材内容趋于同步。同时也因仪器分析实验教材通用性不强,不同院校拥有的仪器设备的种类、型号和数量参差不齐,因此开设的实验内容、实验个数、实验要求也不尽相同,在借鉴其他高校成功经验的同时,更重要的是能够探索出一种适合本校具体情况、易于实施、具有可操作性的方案,从而更有效的培养出高素质、高质量的专业人才。

  研究型和应用型实验在高校仪器分析实验课程中的主导地位日益显现。传统的仪器分析实验所设立的实验项目基本为验证性实验,虽然实验方法成熟,但实验内容陈旧,与现实生活和实际生产关系不大,这些内容已不能适应当前科学技术的发展和人才培养的要求。而且实验内容单一,验证性实验较多,缺少培养学生将理论知识应用于实践、解决实际问题的能力。当中所涉及的大型贵重仪器实验,或是演示实验,或是学生短时间操作,不能适应科技发展的需要,不能达到提高学生创新能力的目的。在所调查的985重点高校中,可以显著的看到这方面的改进和提高,研究型和应用型实验比例明显加大,而且实验过程趋于完整合理,有别于传统的使用现有的药品试剂。比如在分离方法实验中,四川大学、北京师范大学、中山大学等开设的APC药片中各组分(阿司匹林、和非那西丁)的测定实验,就增加了一些实际样品(药品)的前处理过程,使得整个实验的应用性和科学性得以提升。但也存在不足的地方,比如还可以紧密结合现实生活中所遇到的一些热点问题,如奶粉中三聚氰胺的检测,蔬菜中农药残留的检测及中草药成分的测定等实用性较强的实验内容,帮助学生认识到仪器分析在现实生活中的地位和作用,意识到某些分析方法的作用和重要性,从而激发学生的兴趣和求知欲。同时使得仪器分析实验更加贴近社会和生活,更能调动学生的积极性,最有效的培养适应时展的研究型、应用型、创新型人才。

  注重构建学生从事科研工作的基本思想和方法。在仪器分析实验教学中,教师既需要把理论课上讲述的有关仪器分析方法的基本原理和基础知识与实验教学内容有机结合起来,又需要把实验中所要应用的仪器操作的基本技能教授给学生,同时也通过整个实验过程,启发和培养学生的独立思维和创造能力,塑造和发展学生的科研思想和方法,真正做到授之以渔,为学生今后在从事教学、科研、分析检测等工作方面奠定一定的基础。

  改变传统授课模式,在课程教学中虚拟了一个隶属某科学研究院的HKL分析测试中心,一直以来对社会承担各类样品的化学成分分析和检测等工作。教师是业务主管,负责新员工招聘培训和录用;班级学习委员是业务副主管,负责发放任务资料和收集各团队提交的报告;班级纪检委员是人事主管,负责新员工的考勤;学生是应聘者,5-6个人组成一个团队,每个团队按照测试中心的组成部门设置岗位,每个成员分别担任项目负责人,质控人员,分析人员和仪器维护人员,各团队制定自己的工作制度和岗位职责。每个团队在业务主管的指导下独立开展工作,利用四个月试用期的时间完成“目视比色法测定圭塘河中铬含量”等17个分析项目的方案制定,样品分析和分析报告。在这期间经过考核前两名的团队将被HKL分析测试中心正式录用,其中表现突出者可聘为项目总负责人。在每个项目的教学过程中,完全模拟真实工作过程,按照制定分析方案――分析准备工作――分析测定工作――编制分析报告四个环节进行教学。

  3.1 以任务单为依托,充分调动学生课前学习积极性。针对每个项目的具体情况,每堂课前都提前下发任务单,任务单上的问题涵括了该项目所需的基本理论知识、需要讨论的知识点、拓展知识,需要学生课前完成并在课前的前一天提交老师批阅。通过这种形式,督促学生在平时能提前预习,并多种途径查阅资料,锻炼自主学习的能力。

  3.2 以课堂PPT汇报为入口,提高学生文字和口头表达能力。每个项目都以介绍一个到两个方面的相关知识,要求各项目小组制作相关PPT材料,并在课堂上选取2个小组进行汇报,锻炼了学生文字和口头表达能力,还培养了小组成员间团结协作的精神。

  3.3 各种教学方法灵活应用,积极引导学生主动思考问题。改变以往以灌输为主的教学方式,在课程授课过程中,以学生为课堂的主角,教师主要的任务转变为引导,通过任务驱动、案例分析、方法讨论[3]、集中教学[4]、趣味教学[5]等方法,积极引导学生在项目实施过程中通过自己主动思考,找到问题解决的方案途径。

  3.4 多途径加强与学生的沟通交流,督促学生学习。互联网下成长起来的学生,受到外界干扰比较多,学习的自觉性下降比较明显,但是互联网的发展,使得沟通的途径也比以前多了很多,通过QQ、微信、微博等方式在课下加强与学生的沟通交流,引导学生对课程学习的兴趣,及时解决学生学习过程中遇到的问题,使得课堂能延伸到学生平时日常生活中,并且通过世界大学城空间,建立《仪器分析》课程网络教学资。半岛体育 半岛官网





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