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關(guān)鍵詞:現(xiàn)代衛(wèi)生 理化檢驗(yàn) 前瞻
科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力,是推動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展和社會(huì)文明進(jìn)步的強(qiáng)大動(dòng)力。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,人民物質(zhì)文化生活水平有了很大的提高,對(duì)生活環(huán)境、對(duì)醫(yī)療衛(wèi)生保健、對(duì)生活和生存質(zhì)量的要求越來(lái)越高?,F(xiàn)代衛(wèi)生理化檢驗(yàn)的運(yùn)用也越來(lái)越多。把衛(wèi)生理化檢驗(yàn)鎖定在預(yù)防醫(yī)學(xué)里的組成部分和研究手段的舊傳統(tǒng)科學(xué)體系, 已經(jīng)被現(xiàn)代衛(wèi)生理化檢驗(yàn)的定義和任務(wù)所突破, 它的發(fā)展, 已經(jīng)進(jìn)入到面向未來(lái)的新時(shí)期。
1 衛(wèi)生理化檢驗(yàn)的基礎(chǔ)和意義
衛(wèi)生理化檢驗(yàn)技術(shù)發(fā)展到怎樣的水平, 要看對(duì)衛(wèi)生理化檢驗(yàn)提出什么要求, 并由分析化學(xué)為衛(wèi)生理化檢驗(yàn)提供什么樣的理論和測(cè)試手段, 分析化學(xué)發(fā)展越快, 為衛(wèi)生理化分析提供的理論基礎(chǔ)就越廣泛, 衛(wèi)生理化檢驗(yàn)的基礎(chǔ)是分析化學(xué),分析化學(xué)的發(fā)展, 帶動(dòng)了衛(wèi)生理化檢驗(yàn)的全面同步發(fā)展。
現(xiàn)代衛(wèi)生理化檢驗(yàn)被定義為: 以物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)、食品工藝學(xué)、環(huán)境檢驗(yàn)學(xué)、食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)和衛(wèi)生學(xué)等為基礎(chǔ)的一門應(yīng)用性強(qiáng)、多學(xué)科交叉的科學(xué)。其任務(wù)被規(guī)范為: 檢驗(yàn)與衛(wèi)生質(zhì)量有關(guān)的物理性狀、化學(xué)組成、環(huán)境質(zhì)量等,為評(píng)價(jià)食品的品質(zhì)、食品新資源的開(kāi)發(fā)、食品新產(chǎn)品的研制、食品衛(wèi)生監(jiān)測(cè)、營(yíng)養(yǎng)學(xué)和食品毒理學(xué)的研究, 生活飲用水、環(huán)境衛(wèi)生提供科學(xué)依據(jù);為綠色食品的確立提供客觀有效的指標(biāo)。
2 衛(wèi)生理化檢驗(yàn)的工作流程
按照現(xiàn)代衛(wèi)生理化檢驗(yàn)的規(guī)律, 對(duì)樣品的檢驗(yàn)程序,檢驗(yàn)的工作流程如下:
應(yīng)答信息信息分類樣品處理分析樣品檢驗(yàn)方法歸納分析結(jié)果報(bào)告
檢驗(yàn)?zāi)康臉悠凡杉瘷z驗(yàn)項(xiàng)目
3衛(wèi)生理化檢驗(yàn)的發(fā)展前景
3.1 提出命題
此命題是根據(jù)高鴻和汪爾康教授對(duì)分析化學(xué)史, 從我國(guó)建國(guó)初期至今經(jīng)歷的三次分析化學(xué)領(lǐng)域里的變革而提出的。從本世紀(jì)40~ 50年代, 在我國(guó), 分析化學(xué)有一門技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐婚T獨(dú)立的學(xué)科以來(lái), 在以濕法分析的基礎(chǔ)上, 衛(wèi)生理化檢驗(yàn)工作者將重量分析、滴定分析、比色分析應(yīng)用于衛(wèi)生檢驗(yàn)和科研工作中, 這是食品理化檢驗(yàn)發(fā)展的第一階段。自60 年代末和70年代, 為衛(wèi)生理化檢驗(yàn)發(fā)展的第二階段。當(dāng)時(shí)間進(jìn)入80年代后, 由于微波溶解技術(shù)在分析化學(xué)上的應(yīng)用, 使送檢樣品的前處理, 簡(jiǎn)化到令人吃驚的程度, 為衛(wèi)生理化檢驗(yàn)進(jìn)入第三階段奠定了可喜的基礎(chǔ)。
3.2 發(fā)展階段
衛(wèi)生理化檢驗(yàn)經(jīng)過(guò)前兩個(gè)發(fā)展階段, 特別是第二階段的飛躍發(fā)展后, 使本門學(xué)科從基礎(chǔ)研究到前沿應(yīng)用, 幾乎達(dá)到了完美的程度。高科技、高智能, 使檢驗(yàn)儀器朝著“傻瓜”的方向發(fā)展。我國(guó)的衛(wèi)生理化檢驗(yàn)工作者以高鶴娟、翟永信等專家為代表, 不但普及了食品理化檢驗(yàn)的國(guó)家方法, 而且為衛(wèi)生理化檢驗(yàn)提供部分有價(jià)值的工具書(shū)和參考資料, 為我國(guó)在這一領(lǐng)域里及時(shí)步入世界先進(jìn)行列, 作出了一定的貢獻(xiàn)。
在這一階段中, 更令人興奮的是, 微波溶樣技術(shù)在衛(wèi)生理化檢驗(yàn)中的應(yīng)用, 不但為食品理化檢驗(yàn)樣品的前處理提供了更迅捷、快速的手段, 而且為建立現(xiàn)代檢驗(yàn)方法做出了重大貢獻(xiàn)。食品樣品的微波溶樣, 是利用微波的內(nèi)加熱理論, 使用微波消解儀器, 使極性分子50億次/S的有效碰撞, 并使分子高速重排, 不斷產(chǎn)生新的表面, 獲得理想的溶樣效果。至于微波技術(shù)在其他領(lǐng)域的發(fā)展應(yīng)用和開(kāi)發(fā), 國(guó)內(nèi)外學(xué)者亦有很多論述。
4 現(xiàn)代衛(wèi)生理化檢驗(yàn)前瞻
現(xiàn)如今, 衛(wèi)生理化檢驗(yàn)的內(nèi)容仍為兩大類。一類是營(yíng)養(yǎng)成分析, 另一類是檢品中有害物質(zhì)的測(cè)定。在營(yíng)養(yǎng)成分的測(cè)定中, 蛋白質(zhì)、脂肪、糖、維生素、水分和無(wú)機(jī)鹽仍然是主要的檢驗(yàn)內(nèi)容, 并延伸食品的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域中, 近年來(lái), 被譽(yù)為“人體第七營(yíng)養(yǎng)素”的膳食纖維的研制和開(kāi)發(fā), 正呈現(xiàn)上升趨勢(shì), 因?yàn)樗鼘?duì)一些疾病, 特別是胃腸道以下的疾病的預(yù)防作用, 已被醫(yī)學(xué)和營(yíng)養(yǎng)學(xué)家認(rèn)可, 這種纖維保健食品的商品也于近年來(lái)面世, 對(duì)食品中有害物質(zhì)的監(jiān)測(cè)范圍, 已超出了舊有項(xiàng)目, 工業(yè)三廢、及其他興奮劑的檢驗(yàn), 也在衛(wèi)生理化檢驗(yàn)中占有重要地位。
未來(lái)食品將進(jìn)入到無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染, 安全可靠的“綠色食品”時(shí)代, 在以上兩類食品檢驗(yàn)內(nèi)容和分析目的基礎(chǔ)上, 食品理化檢驗(yàn)的部分重點(diǎn), 將被轉(zhuǎn)移到如何確立“綠色食品”及其開(kāi)發(fā)、研制、衛(wèi)生管理等目標(biāo)上來(lái), 在“綠色食品”工作范疇內(nèi), 食品理化檢驗(yàn)工作這不但對(duì)食品本身進(jìn)行分析, 更重要的是對(duì)作為綠色食品的生產(chǎn)基地、原材料、動(dòng)植物賴以成長(zhǎng)的各種環(huán)境的監(jiān)督檢驗(yàn), 檢驗(yàn)內(nèi)容將擴(kuò)大到水質(zhì)、大氣、土壤及其他生態(tài)環(huán)境條件下的檢驗(yàn), 飼料、肥料、毒理學(xué)檢驗(yàn)同樣是工作研究的重要內(nèi)容。
5討論
在面向21世紀(jì)的今天, 衛(wèi)生理化檢驗(yàn)的根本出路在于儀器分析, 國(guó)產(chǎn)儀器的研制和開(kāi)發(fā), 在滿足學(xué)校教學(xué)和基層工作需要方面, 已經(jīng)做出了或正在做出貢獻(xiàn), 有的國(guó)產(chǎn)儀器完全可以代替進(jìn)口儀器, 僅就對(duì)舊儀器與以新技術(shù)改造而言, 不僅可以節(jié)約大量資金, 煥發(fā)舊儀器新貌, 而且在某些方面還可以有新的突破, 只要理化檢驗(yàn)工作者和研制生產(chǎn)分析儀器的企業(yè)研究工作者密切結(jié)合, 抓住當(dāng)前機(jī)遇, 迎頭趕上, 我國(guó)的衛(wèi)生理化檢驗(yàn)事業(yè), 一定會(huì)走在本領(lǐng)域的前列。把衛(wèi)生理化檢驗(yàn)鎖定在預(yù)防醫(yī)學(xué)里的組成部分和研究手段的舊傳統(tǒng)科學(xué)體系, 已經(jīng)被現(xiàn)代衛(wèi)生理化檢驗(yàn)的定義和任務(wù)所突破, 它的發(fā)展, 已經(jīng)進(jìn)入到面向未來(lái)的新時(shí)期。
參考文獻(xiàn)
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長(zhǎng)期以來(lái),傳統(tǒng)的分析化學(xué)只是一門技術(shù)科學(xué),它以工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)必不可少的測(cè)試手段和方法發(fā)揮著它在化學(xué)科學(xué)中的特殊作用。但是,隨著社會(huì)的進(jìn)步,尤其是現(xiàn)代科技的快速發(fā)展,人們?cè)絹?lái)越注意到,分析化學(xué)必須更深更廣地拓寬它的理論基礎(chǔ)才能適應(yīng)新的發(fā)展。這種理論基礎(chǔ)不僅限于化學(xué)、物理、生物等基礎(chǔ)學(xué)科,而且涉及一系列交叉、綜合和新興技術(shù)學(xué)科,如材料、信息、能源及環(huán)保、生物工程等。事實(shí)證明,幾乎這些學(xué)科的每一次重大科技成果的引入都對(duì)分析化學(xué)起到了重大影響。正因如此,分析化學(xué)在近五十年來(lái)得到了空前發(fā)展[1]。例如20世紀(jì)40年代中期電子學(xué)中光電倍增管的出現(xiàn)促成了原子發(fā)射光譜、紅外光譜、紫外及可見(jiàn)光譜、X射線熒光光譜等一系列光譜分析的發(fā)展;50年代原子物理學(xué)的發(fā)展使得原子吸收及原子熒光光譜開(kāi)始興起;60年代等離子體-傅立葉變換和激光技術(shù)的引入出現(xiàn)了電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜和傅立葉變換-紅外光譜、激光光譜等一系列光譜分析技術(shù),使得光譜分析進(jìn)入了嶄新的階段。在電分析化學(xué)方面,1922年極譜法問(wèn)世,60年代離子選擇性電極、酶電極和微電極伏安技術(shù)相繼出現(xiàn)并快速發(fā)展,以及80年展起來(lái)的化學(xué)修飾電極、光譜電化學(xué)、色譜電化學(xué)使得電分析化學(xué)從宏觀深入到微觀,實(shí)現(xiàn)了新功能電極體系的分子設(shè)計(jì)及分子生物學(xué)研究。此外,50年代,Martin因發(fā)明氣相色譜而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),60年展的色-質(zhì)聯(lián)用技術(shù),70年代崛起的高效液相色譜,80年代出現(xiàn)的超臨界流體色譜及90年代急劇發(fā)展起來(lái)的毛細(xì)管區(qū)域電泳等都使色譜分析領(lǐng)域充滿活力,飛速發(fā)展。70年代末到80年代初發(fā)展起來(lái)的串聯(lián)質(zhì)譜,液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)及軟電離技術(shù)則使得質(zhì)譜分析的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了生物分子并在生命科學(xué)研究中發(fā)揮了重要作用[3]。
2分析化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)
分析化學(xué)總是在尋求更靈、更好、更準(zhǔn)、更快、更便捷的發(fā)展方向和目標(biāo),它被分析工作者慨括為“3S+2A”(3S:sensitivity,selectivityandspeediness,2A:accuracyandautomatics)的目標(biāo)。從分析化學(xué)的發(fā)展歷史和認(rèn)識(shí)論的角度來(lái)看,隨著科技的進(jìn)步,分析化學(xué)學(xué)科必將進(jìn)一步吸收現(xiàn)代科技進(jìn)步的最新成果,繼續(xù)不斷發(fā)展,并在生產(chǎn)生活和社會(huì)實(shí)踐中扮演更為重要的角色[4,5]。通過(guò)和其它相關(guān)學(xué)科的廣泛聯(lián)系,雙向互動(dòng),分化交叉,傳統(tǒng)界限分明的分支學(xué)科的局面最終將會(huì)被徹底打破,分析化學(xué)最終將會(huì)逐漸發(fā)展成為一門在社會(huì)生產(chǎn)生活中廣泛應(yīng)用的綜合學(xué)科。有人甚至認(rèn)為,分析化學(xué)將會(huì)逐漸發(fā)展成為一門一級(jí)學(xué)科———分析科學(xué)或信息科學(xué)。
2.1分析化學(xué)進(jìn)一步向高靈敏度方向發(fā)展
高靈敏度是各種分析方法長(zhǎng)期以來(lái)所追求的目標(biāo),也是人類對(duì)世界認(rèn)識(shí)不斷深入的永恒需求。當(dāng)代分析方法靈敏度的顯著提高大都?xì)w功于其它學(xué)科新技術(shù)的引入。例如激光技術(shù)的引入,促進(jìn)了諸如激光共振電離光譜、激光拉曼光譜、激光誘導(dǎo)熒光光譜、激光光熱光譜、激光光聲光譜和激光質(zhì)譜的開(kāi)展,大大提高的靈敏度使得檢測(cè)單個(gè)原子或單個(gè)分子成為可能。又如多元配合物、有機(jī)顯色劑和各種增效試劑的研究與應(yīng)用,使得吸收光譜、熒光光譜、發(fā)光光譜等分析方法的靈敏度和分析性能得到大幅度地提高??梢灶A(yù)見(jiàn)的是,以后其它新技術(shù)的發(fā)展也必將會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)分析儀器、分析方法的改進(jìn)和靈敏度的進(jìn)一步提高。
2.2解決復(fù)雜物質(zhì)和生命體系物質(zhì)的分離和分析
迄今,人們所認(rèn)識(shí)的化合物已超過(guò)1000萬(wàn)種,而且新的化合物仍在快速增長(zhǎng),因而復(fù)雜體系的分離和測(cè)定已成為分析化學(xué)所面臨的艱巨任務(wù)。此外,自上世紀(jì)70年代以來(lái),世界各發(fā)達(dá)國(guó)家都開(kāi)始將生命科學(xué)及其有關(guān)的生物工程列為科學(xué)研究中最優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域,歐、美、日等地區(qū)和國(guó)家啟動(dòng)的具有戰(zhàn)略意義的宏大研究規(guī)劃“尤利卡計(jì)劃”,“人類基因圖”及“人體研究新前沿”中,生物大分子的分離、分析研究都占據(jù)重要的位置。21世紀(jì)初,人類已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入“后基因組時(shí)代”,生命科學(xué)領(lǐng)域的復(fù)雜組分,尤其是與人類遺傳相關(guān)的復(fù)雜大分子的分離分析開(kāi)始成為人類一大挑戰(zhàn)。由液相色譜、氣相色譜、超臨界流體色譜和毛細(xì)管電泳等所組成的色譜學(xué)是現(xiàn)代分離、分析的主要組成部分并獲得了很快的發(fā)展。目前,以色譜、光譜和質(zhì)譜技術(shù)為基礎(chǔ)所開(kāi)展的各種聯(lián)用、接口及樣品引入技術(shù)逐漸成為當(dāng)今分析化學(xué)發(fā)展中的熱點(diǎn)之一。可以相信,其它相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展和引入必將進(jìn)一步為解決這些復(fù)雜體系中物質(zhì)的分離、分析作出貢獻(xiàn)。
2.3分析儀器的微型化及微環(huán)境的表征與測(cè)定
從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,從宏觀到微觀是人類認(rèn)識(shí)的基本邏輯規(guī)律。分析儀器的微型化及微環(huán)境分析是現(xiàn)代分析化學(xué)認(rèn)識(shí)自然從宏觀到微觀的延伸。現(xiàn)代電子學(xué)、光學(xué)、譜學(xué)和工程學(xué)的微型化發(fā)展,使得分析化學(xué)深入微觀世界的進(jìn)程得以實(shí)現(xiàn)。目前,電子顯微技術(shù)、電子探針X射線微量分析、激光微探針質(zhì)譜等微束技術(shù)已成為進(jìn)行微區(qū)分析的重要手段。在表面分析方面,電子能譜、次級(jí)離子質(zhì)譜、脈沖激光原子探針等的發(fā)展,已經(jīng)可檢測(cè)和表征一個(gè)單原子層,因而在材料科學(xué)、催化劑、生物學(xué)、物理學(xué)和理論化學(xué)研究中占據(jù)了重要的位置?,F(xiàn)代科技的快速發(fā)展必將繼續(xù)在包括綜合多學(xué)科優(yōu)勢(shì)的微型分析,例如微流控芯片等領(lǐng)域作出重大突破[6]。
2.4實(shí)現(xiàn)形態(tài)、狀態(tài)分析及非破壞性檢測(cè)及遙測(cè)
同一元素的不同價(jià)態(tài)和所生成的不同的有機(jī)化合物分子的不同形態(tài)在不同環(huán)境,如生物體內(nèi)性質(zhì)和功能都可能存在極大的差異,在材料科學(xué)中物質(zhì)的晶態(tài)、結(jié)合態(tài)更是影響材料性能的重要因素。此外,在生產(chǎn)流程或生命過(guò)程等特殊情況下,對(duì)于難于取樣的原位分析是十分重要的。利用遙感測(cè)定方法,如激光雷達(dá)、激光散射和共振熒光、傅里葉變換紅外光譜等進(jìn)行幾十公里距離內(nèi)的氣體、某些金屬的原子和分子、飛機(jī)尾氣組成,煉油廠周圍大氣組成的測(cè)定等等,這些也都將是分析化學(xué)學(xué)科發(fā)展的方向之一。
2.5實(shí)現(xiàn)分析操作的自動(dòng)化、智能化
微電子工業(yè)、大規(guī)模集成電路、微處理器和微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展,使分析化學(xué)和其它科學(xué)與技術(shù)一樣開(kāi)始逐漸進(jìn)入自動(dòng)化和智能化的階段。在分析化學(xué)中,利用微處理智能系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和和控制,在程序控制下結(jié)合相關(guān)技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采樣、預(yù)處理、分析測(cè)試、信號(hào)輸出和數(shù)據(jù)處理及分析等過(guò)程。這樣不僅大大減輕人工操作的工作量,提高工作效率和準(zhǔn)確度,還可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)條件下的原位、在線智能監(jiān)控,這必將對(duì)分析化學(xué)的發(fā)展帶來(lái)十分深遠(yuǎn)的影響,而且隨著電子技術(shù)和控制技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的深入發(fā)展也將開(kāi)創(chuàng)分析化學(xué)的全新局面。
2.6實(shí)現(xiàn)有關(guān)人類生活質(zhì)量和安全的有效保障
隨著人類對(duì)物質(zhì)世界的利用和改造能力的逐漸提高,人類逐漸從只為滿足生存的基本需要發(fā)展到要求滿足日益增長(zhǎng)的生活質(zhì)量的需要,進(jìn)而在保證生存安全的前提下提高生活質(zhì)量,創(chuàng)造和諧世界?,F(xiàn)代科技的快速發(fā)展必將推動(dòng)分析化學(xué)更加全面有效的發(fā)揮其監(jiān)測(cè)和保障作用。一方面,利用分析化學(xué)的手段進(jìn)行環(huán)境中化學(xué)過(guò)程的跟蹤、分析、模擬、預(yù)測(cè),可以合理的評(píng)價(jià)人類各方面的生產(chǎn)、生活活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響,為人類生存提供安全的外部環(huán)境,創(chuàng)建環(huán)境友好型社會(huì);另一方面,要積極應(yīng)用各種科技發(fā)展新成果,發(fā)展和完善現(xiàn)代儀器分析新技術(shù)、新方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)乎人類健康的食品、藥品、生存環(huán)境等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全方位的無(wú)縫監(jiān)控和預(yù)警,以保證人類的健康和安全。
3分析化學(xué)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的影響及哲學(xué)思考
在分析化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)
分析化學(xué)是研究物質(zhì)化學(xué)組成的一門科學(xué),它的主要任務(wù)是鑒定物質(zhì)的化學(xué)組成、測(cè)定有關(guān)組分的含量以及表征物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。分析化學(xué)又是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科,通過(guò)學(xué)習(xí)分析化學(xué),可以使學(xué)生掌握獲取物質(zhì)系統(tǒng)化學(xué)信息的方法和理論;分析化學(xué)還是一門工具科學(xué),在生產(chǎn)實(shí)際和科學(xué)研究中,可以幫助人們擴(kuò)大和加深對(duì)自然界的認(rèn)識(shí),起著“眼睛”的作用。因此,分析化學(xué)是大學(xué)化學(xué)、化工、環(huán)境工程、生物技術(shù)、食品科學(xué)與工程等專業(yè)學(xué)生必須學(xué)習(xí)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[2]?;瘜W(xué)檢驗(yàn)工所要達(dá)到的知識(shí)和技能,絕大多數(shù)都屬于分析化學(xué)的內(nèi)容,因此教師要通過(guò)分析化學(xué)的課程教學(xué),傳授給學(xué)生一定的專業(yè)知識(shí)和技能,并著力培養(yǎng)學(xué)生掌握化學(xué)檢驗(yàn)工所具有的職業(yè)素質(zhì)。
(一)運(yùn)用多種手段激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣
愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò):“興趣是最好的老師。”這就是說(shuō)一個(gè)人一旦對(duì)某事物有了濃厚的興趣,就會(huì)主動(dòng)去求知、去探索、去實(shí)踐,并在求知、探索、實(shí)踐中產(chǎn)生愉快的情緒和體驗(yàn)。因此教師要利用多種手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
1.聯(lián)系生產(chǎn)生活,上好緒言課
緒言課給學(xué)生的印象很深,甚至決定了學(xué)生對(duì)這門課的好惡。分析化學(xué)的緒言課主要是介紹分析化學(xué)的內(nèi)容、研究對(duì)象、分類等。為了激起學(xué)生對(duì)這門課程的好奇心,可通過(guò)例舉生產(chǎn)和生活中與分析化學(xué)知識(shí)有關(guān)的事例,使學(xué)生明白我們周圍有許多的工作崗位與分析化學(xué)有關(guān)。如對(duì)化工專業(yè)的學(xué)生可講化工產(chǎn)品成分的分析化驗(yàn);對(duì)環(huán)境專業(yè)可舉環(huán)境監(jiān)測(cè)工作用到分析化學(xué)知識(shí);對(duì)食品專業(yè)可舉食品安全檢測(cè)也需要分析化學(xué)知識(shí)等等;或上課時(shí)帶一種化工產(chǎn)品問(wèn)學(xué)生:這是什么產(chǎn)品?里面物質(zhì)的含量是多少?我們?cè)趺催M(jìn)行測(cè)量?從而引出分析化學(xué)的內(nèi)容、任務(wù)等知識(shí),這樣能使學(xué)生明白原來(lái)分析化學(xué)就是我們身邊看得見(jiàn)、摸得著且就業(yè)崗位較為廣泛的一門學(xué)科,增強(qiáng)了他們學(xué)習(xí)分析化學(xué)的信心。
2.展示課程的內(nèi)在美,提升學(xué)生的職業(yè)歸屬感
從美學(xué)的原理看,化學(xué)本身蘊(yùn)涵著極其豐富的科學(xué)美。在分析化學(xué)學(xué)習(xí)的過(guò)程中,如果能讓學(xué)生感知分析化學(xué)之美、體驗(yàn)分析化學(xué)之美并把它與職業(yè)發(fā)展聯(lián)系起來(lái),最終達(dá)到享受職業(yè)之美,這對(duì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升他們的職業(yè)歸屬感是非常有利的。分析化學(xué)的內(nèi)在美主要體現(xiàn)在:(1)化學(xué)理論美:體現(xiàn)在緩沖平衡理論、滴定分析理論之美等。如在滴定分析法中主要的四大滴定理論是既有區(qū)別又有相同之處,在教學(xué)中我們就不斷用歸納、對(duì)比的方法找出這些相同點(diǎn)和不同點(diǎn),比較這些理論之美的內(nèi)容(尤其是四大滴定曲線有著驚人的相似之處),來(lái)加深學(xué)生對(duì)四大滴定原理的理解;(2)化學(xué)實(shí)驗(yàn)美:在分析化學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里有許多美麗的地方:如顏色美麗的化學(xué)試劑,整潔流暢的裝置設(shè)備,教師規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作,滴定反應(yīng)到達(dá)滴定終點(diǎn)時(shí)指示劑顏色的突變,都會(huì)使學(xué)生感知到嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔、有序的實(shí)驗(yàn)之美;(3)職業(yè)發(fā)展美:我系有許多的學(xué)生(尤其是女生)畢業(yè)后在工廠的各類化驗(yàn)室工作,在分析化學(xué)教學(xué)中,經(jīng)常帶學(xué)生參觀這些整潔優(yōu)雅的化驗(yàn)室,請(qǐng)這里工作人員介紹化驗(yàn)室工作特點(diǎn)、對(duì)畢業(yè)生職業(yè)素質(zhì)的要求以及他們工作的切身感受,使學(xué)生對(duì)化學(xué)檢驗(yàn)工充滿了向往,提升了他們的職業(yè)自豪感。
3.采用情感教學(xué),營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍
良好的師生關(guān)系對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)非常重要,因?yàn)橹挥袔熒P(guān)系融洽,學(xué)生才能被教師的人格所吸引,進(jìn)而喜歡老師所上的課程,這對(duì)高職院校的學(xué)生尤為如此,因?yàn)樗麄兊膶W(xué)習(xí)習(xí)慣較差,學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)遇到很多的問(wèn)題。所以老師要多與學(xué)生接觸和溝通,指導(dǎo)他們的學(xué)習(xí)方法,解決學(xué)習(xí)中遇到的難題,樹(shù)立學(xué)生的自信心,從而喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能,形成寓教于樂(lè)的學(xué)習(xí)氛圍,以達(dá)到提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
(二)利用先進(jìn)教學(xué)理念和手段提高教學(xué)效率
首先,要改變?cè)诮虒W(xué)中那種“教師講、學(xué)生記、考試背”的被動(dòng)教學(xué)模式,形成以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo),圍繞提升學(xué)生職業(yè)素質(zhì)為目標(biāo)的新的教學(xué)模式,大力培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的能力,并把這種能力及時(shí)運(yùn)用到工廠的實(shí)踐中去。
如現(xiàn)在教學(xué)中使用較為廣泛的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、項(xiàng)目教學(xué)法、理實(shí)一體化教學(xué)法等都是這一教學(xué)理念的應(yīng)用。教師要不斷的學(xué)習(xí)這些先進(jìn)的教學(xué)理念,并把它與分析化學(xué)教學(xué)內(nèi)容有機(jī)的結(jié)合起來(lái),不斷改進(jìn)教學(xué)方法,注重提高課堂的教學(xué)效率,才能讓學(xué)生掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)。
其次,還要充分應(yīng)用多媒體技術(shù)來(lái)提高課堂的教學(xué)效率。多媒體技術(shù)的運(yùn)用使課程教學(xué)變得豐富多彩,不僅可以在有限的時(shí)間內(nèi)大大增加所授知識(shí)的信息量,而且這種集圖、文、聲、像為一體的技術(shù),可以使一些枯燥的理論知識(shí)變得形象、生動(dòng),學(xué)生學(xué)習(xí)也不易疲勞且能展開(kāi)充分的想象,從而激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,提高了課堂教學(xué)效果。此外如在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中采用虛擬模擬的計(jì)算機(jī)新技術(shù),還可解決因儀器數(shù)量和實(shí)驗(yàn)室條件限制而造成的一些實(shí)際困難,讓學(xué)生更多的了解分析化學(xué)中的一些新的前沿知識(shí)和大型分析儀器的使用,為以后學(xué)生在工廠中可能使用這些儀器打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)。
(三)嚴(yán)格訓(xùn)練要求,強(qiáng)化學(xué)生的工作態(tài)度
分析化學(xué)是一門要求非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科,在化學(xué)檢驗(yàn)工國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中也要求學(xué)生能嚴(yán)格進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,正確記錄、準(zhǔn)確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),因此在分析化學(xué)教學(xué)中要始終把職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)放在首位,訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。分析化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)既是技能訓(xùn)練也是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)的核心環(huán)節(jié)。教學(xué)時(shí)教師首先要強(qiáng)調(diào)嚴(yán)格操作的意義,然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、熟練的示范操作,再幫助學(xué)生進(jìn)行手把手的訓(xùn)練,對(duì)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)給予糾正和指導(dǎo)。例如:在滴定分析中,教師要求滴定時(shí)溶液速度不能太快,要到終點(diǎn)時(shí)一滴一滴的滴,最后應(yīng)是滴入半滴時(shí)溶液的顏色剛好變色為止;對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)據(jù)的記錄應(yīng)真實(shí)、規(guī)范,嚴(yán)禁涂改;每次實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差要小于0.2%才符合要求等等。這樣經(jīng)過(guò)反復(fù)強(qiáng)調(diào),嚴(yán)格訓(xùn)練,學(xué)生的操作技能得到了很大的提高,同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生踏實(shí)認(rèn)真的作風(fēng),養(yǎng)成了良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。
(四)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力
創(chuàng)新能力是民族進(jìn)步的靈魂,企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的核心,當(dāng)今社會(huì)的競(jìng)爭(zhēng),與其說(shuō)是人才的競(jìng)爭(zhēng),不如說(shuō)是人的創(chuàng)造力的競(jìng)爭(zhēng)。因此,在分析化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不但要訓(xùn)練學(xué)生過(guò)硬的基本操作技能和良好的職業(yè)素質(zhì),更要通過(guò)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。
1.改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)
現(xiàn)行的高職分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多,綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)偏少,這些內(nèi)容來(lái)訓(xùn)練學(xué)生的基本技能應(yīng)該很好,但對(duì)學(xué)生思維的培養(yǎng)極為不利,因此在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇上應(yīng)適當(dāng)減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),增加綜合性強(qiáng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。如茶葉中微量元素的鑒定與分析、電鍍廢水中六價(jià)鉻含量的測(cè)定、蛋殼中碳酸鈣含量的測(cè)定、胃舒平藥片中Al2O3和MgO含量的測(cè)定等。在實(shí)施這些實(shí)驗(yàn)中,老師只提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅褜?shí)驗(yàn)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生。學(xué)生通過(guò)查閱資料、設(shè)計(jì)方案、準(zhǔn)備儀器和藥品、進(jìn)行測(cè)定、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練,不僅完成了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,更重要的是初步掌握了科研的方法,體驗(yàn)到創(chuàng)新實(shí)踐的樂(lè)趣,從而培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。
2.改革實(shí)驗(yàn)方式,提高實(shí)驗(yàn)效果
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué),常常是教師從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、儀器的使用到實(shí)驗(yàn)的方法步驟這“一包到底”的模式,學(xué)生只需按實(shí)驗(yàn)書(shū)上的步驟完成操作即可。這種授課方式不能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新欲望,不利于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng),因此要改變這種授課方式,提高實(shí)驗(yàn)效果。首先要充分運(yùn)用多媒體技術(shù)對(duì)學(xué)生進(jìn)行基本操作的教學(xué),組織學(xué)生通過(guò)觀看事先錄制的課件來(lái)了解滴定管、移液管、容量瓶、分析天平的使用方式以及規(guī)范的滴定操作過(guò)程;還可利用攝像機(jī)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行錄像,然后分析和糾正操作中出現(xiàn)的種種問(wèn)題,這種形式能使分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得生動(dòng)、形象、活潑,學(xué)生印象非常深刻。其次通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)這種教學(xué)形式將實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容分解成若干小的任務(wù),讓學(xué)生帶著任務(wù)、帶著問(wèn)題去實(shí)驗(yàn),并通過(guò)對(duì)學(xué)生的隨時(shí)抽查來(lái)督促他們不斷思考實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象,解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的新問(wèn)題。對(duì)一些比較綜合的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,可將學(xué)生分成若干小組,小組內(nèi)每個(gè)成員都必須完成相應(yīng)的任務(wù),然后通過(guò)小組合作來(lái)解決綜合性的問(wèn)題。
3.開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)
學(xué)生個(gè)體的差異性決定教師在教學(xué)時(shí)不能一刀切,而要進(jìn)行分層教學(xué),開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,開(kāi)展第二課堂教學(xué),進(jìn)行研究性學(xué)習(xí),能滿足有余力的同學(xué)學(xué)習(xí)的需要,有利于學(xué)生個(gè)性思維的發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。例如對(duì)食品專業(yè)的學(xué)生可以研究食品中各種添加劑成分的含量,對(duì)環(huán)境專業(yè)的學(xué)生可研究室內(nèi)環(huán)境污染狀況,對(duì)化工專業(yè)的學(xué)生可研究各種化妝品中可致癌物質(zhì)的含量等等,這就將分析化學(xué)的學(xué)習(xí)與他們各自的專業(yè)學(xué)習(xí)聯(lián)系了起來(lái),大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。
發(fā)揮考核作用,實(shí)現(xiàn)考核與考證的統(tǒng)一
考核是對(duì)學(xué)生掌握所學(xué)知識(shí)的有效檢驗(yàn)手段,正確、合理的考核既有利于提高學(xué)生的各項(xiàng)技能,也有利于養(yǎng)成嚴(yán)于律己、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。在分析化學(xué)的考核過(guò)程中,應(yīng)始終對(duì)照化學(xué)檢驗(yàn)工國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求,分解考核內(nèi)容,通過(guò)形成性考核與結(jié)論性考核有機(jī)結(jié)合,最大限度的發(fā)揮考核機(jī)制的作用,從而實(shí)現(xiàn)考核與考證的完美統(tǒng)一。
在考核內(nèi)容的選擇上,根據(jù)《化學(xué)檢驗(yàn)工國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)不同級(jí)別工種的要求,結(jié)合學(xué)校的客觀條件和學(xué)生的知識(shí)水平確定把中級(jí)工的標(biāo)準(zhǔn)作為學(xué)生考核內(nèi)容。由于這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)與分析化學(xué)的教學(xué)大綱基本相一致,學(xué)生只要通過(guò)對(duì)分析化學(xué)知識(shí)的考核就能達(dá)到中級(jí)工所具有的標(biāo)準(zhǔn),避免了學(xué)生的重復(fù)考核;而在最后的實(shí)訓(xùn)階段,又設(shè)計(jì)了一些與考證有關(guān)且綜合性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)模擬真實(shí)的考核,以訓(xùn)練學(xué)生的心理素質(zhì),提高學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。在考核的方式上,注重過(guò)程性考核與結(jié)論性考核相結(jié)合、以過(guò)程性考核為主的方式,這在考核學(xué)生操作技能上顯得尤為重要??蓪?shí)行平時(shí)考核、實(shí)驗(yàn)技能考核、實(shí)驗(yàn)綜合考核三者相結(jié)合的考核方式。
平時(shí)考核主要包括學(xué)生考勤、預(yù)習(xí)情況、課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告規(guī)范以及教師與學(xué)生交流情況等;技能考核是在實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束時(shí)的考核,相當(dāng)于期終考試,主要考察學(xué)生對(duì)基本操作的嫻熟程度,包括分析天平的稱量、容量瓶的定容、移液管移取溶液、酸堿滴定管的滴定操作、分光光度計(jì)的操作等;實(shí)驗(yàn)綜合考核是實(shí)訓(xùn)的考核,重點(diǎn)是考核學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力及創(chuàng)新意識(shí)等。這三者之間的比例應(yīng)根據(jù)學(xué)生情況而定。對(duì)動(dòng)手能力較差的學(xué)生應(yīng)提高前兩項(xiàng)考核的比分,以便使他們能掌握扎實(shí)的基本技能;而對(duì)動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生應(yīng)著力考核他們的創(chuàng)新能力,對(duì)創(chuàng)新能力突出的學(xué)生要給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)分,以鼓勵(lì)這種能力。通過(guò)以上各方面的考核,可以比較科學(xué)、客觀地檢查出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?,同時(shí)又與考證的要求相一致,取得了較好的教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞:崗位需求 高職院校 分析化學(xué) 課程改革 創(chuàng)新
一、以企業(yè)崗位需求為導(dǎo)向,確定課程培養(yǎng)目標(biāo)
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,越來(lái)越多化工、材料、輕工等企業(yè)迫切需要能夠滿足崗位需求,具有較高的職業(yè)道德、熟練的職業(yè)技能、扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)和較強(qiáng)的專業(yè)技能,能夠勝任第一線工作的技術(shù)人才和管理人才。
分析化學(xué)作為化學(xué)學(xué)科一個(gè)重要分支,其主要研究?jī)?nèi)容為關(guān)于研究物質(zhì)的組成、含量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等化學(xué)信息的分析方法及理論。該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后主要就職方向多為企業(yè)分析檢測(cè)崗位。而企業(yè)分析檢測(cè)崗位關(guān)系生產(chǎn)原料質(zhì)量分析、生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制和成品質(zhì)量評(píng)價(jià)。因此,在崗人員的知識(shí)水平和專業(yè)技能直接影響到企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量的好壞。高職人才培養(yǎng)也應(yīng)立足這一點(diǎn)對(duì)課程培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。
為培養(yǎng)這樣人才,就必須改變傳統(tǒng)以知識(shí)傳遞為本位的分析化學(xué)教學(xué)模式,將課程培養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)移到滿足崗位需求上面來(lái)。課程目標(biāo)確定應(yīng)以培養(yǎng)具有較強(qiáng)職業(yè)能力的人才為培養(yǎng)目標(biāo),突出職業(yè)性、實(shí)踐性和開(kāi)放性的特點(diǎn),將崗位需求滲透到分析化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段以及教學(xué)評(píng)價(jià)等方方面面。依據(jù)職業(yè)能力需求和標(biāo)準(zhǔn)改革和開(kāi)發(fā)課程體系。把培養(yǎng)將來(lái)從事精細(xì)化學(xué)品、食品、藥品及其它工業(yè)產(chǎn)品分析檢測(cè)崗位應(yīng)用型人才作為課程的培養(yǎng)目標(biāo)。
二、以企業(yè)崗位需求為導(dǎo)向,改革和創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容
1.根據(jù)職業(yè)崗位需求安排教學(xué)內(nèi)容
以企業(yè)分析檢驗(yàn)崗位為例,高職分析化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容,應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生三個(gè)方面的能力:一是,化學(xué)分析能力;二是,基礎(chǔ)儀器分析能力;三是,分析結(jié)果數(shù)據(jù)處理能力。基于崗位需求對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊劃分,即劃分為理論模塊和實(shí)踐模塊。
理論模塊教學(xué)內(nèi)容可劃分為三部分:第一,各類產(chǎn)品檢驗(yàn)中數(shù)據(jù)處理與結(jié)果計(jì)算基;第二,運(yùn)用化學(xué)分析法檢驗(yàn)各類產(chǎn)品的基礎(chǔ)知識(shí);第三,運(yùn)用儀器量分析法檢驗(yàn)各類產(chǎn)品的基礎(chǔ)知識(shí)。
實(shí)踐模塊教學(xué)側(cè)重能力培養(yǎng):第一,滴定分析操作技能;第二,重量分析操作技能;第三,基礎(chǔ)儀器分析操作技能。每種技能分由基本操作、單元實(shí)驗(yàn)、樣品檢測(cè)項(xiàng)目三個(gè)層次,由淺入深、由簡(jiǎn)單到雜的原則組織教學(xué)內(nèi)容,提煉出十個(gè)典型的樣品檢測(cè)項(xiàng)目構(gòu)成課程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,保證所學(xué)即所用,滿足分析檢驗(yàn)崗位需求。
2.兼顧行業(yè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)差異組織教學(xué)內(nèi)容
不同專業(yè)為不同行業(yè)服務(wù),而不同行業(yè)所針對(duì)的國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。對(duì)于S藥品、食品和精細(xì)化學(xué)品這些相近行業(yè)來(lái)說(shuō),國(guó)家檢測(cè)方法和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)也有不同程度的差異。針對(duì)這種差異性,在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí),讓不同專業(yè)的學(xué)生選擇不同行業(yè)的國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行學(xué)習(xí)研究,會(huì)有很好的教學(xué)效果。
例如,對(duì)于配位滴定法的實(shí)踐操作,標(biāo)定好EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液后,藥學(xué)專業(yè)的學(xué)生對(duì)葡萄糖酸鈣的含量做出準(zhǔn)確測(cè)定,而化工專業(yè)的學(xué)生則根據(jù)檢查標(biāo)準(zhǔn)測(cè)出化工工業(yè)用水的硬度是多少。兼顧行業(yè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差異組織教學(xué)內(nèi)容,教學(xué)內(nèi)容便具有了很強(qiáng)的針對(duì)性。所有的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容都來(lái)自于生產(chǎn)一線的檢驗(yàn)內(nèi)容,在實(shí)踐過(guò)程中針對(duì)不同專業(yè)的特點(diǎn)在順序上進(jìn)行有序編排,使基本的實(shí)踐操作更具整體性和系統(tǒng)性。這種靈活的結(jié)合,也使學(xué)生在實(shí)際工作中鞏固了所學(xué)知識(shí)和技能。
三、改革教學(xué)方式,培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能
分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目的是使學(xué)生具有專業(yè)的職業(yè)能力。了實(shí)現(xiàn)這一目的,教師就需要在不同的教學(xué)階段和過(guò)程中扮演不同的角色。
在綜合能力的訓(xùn)練模塊中,教師的角色是組織者和指揮者。教師引導(dǎo)學(xué)生讀標(biāo)準(zhǔn),最終完成項(xiàng)目任務(wù)。相反,在崗位能力訓(xùn)練模塊中,師生角色進(jìn)行了轉(zhuǎn)變,學(xué)生成為了任務(wù)的主體。此時(shí)學(xué)生充當(dāng)?shù)慕巧瞧髽I(yè)標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)員,他們根據(jù)教師給出的任務(wù),需自主設(shè)計(jì)整個(gè)項(xiàng)目。包括實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的查閱、分析方法的選定、實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備、分析與數(shù)據(jù)的處理和分析報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。
在崗位能力訓(xùn)練模塊中,教師只負(fù)責(zé)提供樣品,全班同學(xué)進(jìn)行分析和檢測(cè)。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后,將學(xué)生的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)評(píng)分細(xì)則貼在白板上。每位學(xué)生按數(shù)據(jù)取舍原則評(píng)判數(shù)據(jù)的有效性,最后報(bào)出結(jié)果的準(zhǔn)確度。學(xué)生之間再進(jìn)行分?jǐn)?shù)互評(píng)。這種師生互換角色的教學(xué)方式改革,使學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的組織者,大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)作性,能夠有效提升學(xué)生的實(shí)踐能力。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞:分子印跡技術(shù);食品安全;檢測(cè)分析
中圖分類號(hào):TS201.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0439-8114(2011)13-2598-03
Application of Molecular Imprinting Technology in Food Safety Detection
YANG Wei-h(huán)ai1,2,ZHANG Ji1,XIA Ming-xing1,XU Yue-jing1,YAN Shou-lei2,WANG Qing-zhang2
(1.Huangdao Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau in Shandong Province,Qingdao 266555, Shandong,China;
2.College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070,China)
Abstract: The basic principle and classification of molecular imprinting technology was introduced; and its application in food safety detection and analysis such as solid-phase exaction, sensor technology and chromatographic analysis was reviewed. The prospect of this technology was also put forward.
Key words: molecular imprinting technology; food safety; detection and analysis
“民以食為天,食以安為先”。食品安全是一個(gè)重要的民生問(wèn)題。食品中有害化學(xué)物質(zhì)殘留、非食品添加劑以及病原微生物污染問(wèn)題仍是當(dāng)前食品安全最為重要的因素之一。
近年來(lái),我國(guó)食品安全問(wèn)題日益突出,如三聚氰胺毒奶粉事件、瘦肉精事件、海南毒豇豆事件等,這些無(wú)不為食品安全敲響了警鐘。目前國(guó)內(nèi)外涉及化學(xué)物質(zhì)有害殘留檢測(cè)的方法主要有化學(xué)方法[1]、色譜法[2]和免疫法[3]等,這些方法都需要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理,各自存在一定的缺點(diǎn)。因此,研發(fā)更為快速、準(zhǔn)確、靈敏的檢測(cè)方法,對(duì)解決我國(guó)食品安全問(wèn)題具有重要的意義。
分子印跡技術(shù)(Molecularly imprinted technology)是Wulff[4]20世紀(jì)70年代首次提出的一種功能高分子研究方法。70年代后非共價(jià)型模板聚合物的出現(xiàn),尤其是1993年Vlatakis等[5]在Nature上發(fā)表了有關(guān)茶堿分子印跡聚合物的研究報(bào)道,使這一技術(shù)成為化學(xué)和生物學(xué)等學(xué)科交叉的新興領(lǐng)域之一,得到了迅速發(fā)展。相對(duì)于生物抗體,分子印跡聚合物具有較好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性,成本低,易制備,且具有特異識(shí)別性[6,7]?,F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于色譜分離[8]、仿生傳感器[9]、固相萃?。?0]、模擬酶催化[11]及分析檢測(cè)[12]等領(lǐng)域。目前,將分子印跡技術(shù)應(yīng)用到食品安全檢測(cè)領(lǐng)域已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
1分子印跡技術(shù)的基本原理
分子印跡技術(shù)是將要分離的目標(biāo)分子作為模板子,然后使功能單體與模板分子的功能基團(tuán)在適當(dāng)?shù)臈l件下可逆結(jié)合,形成共價(jià)的配合物或非共價(jià)的加成物;加入交聯(lián)劑和引發(fā)劑由光、熱、電等引發(fā)聚合使其形成包埋模板分子的聚合物;最后,用一定的物理和化學(xué)方法,將模板分子從聚合物中洗脫,以獲得具有識(shí)別功能并與之相匹配的三維空穴。這樣,可以再次選擇性地與模板分子結(jié)合,從而具有專一識(shí)別模板分子的功能[12]。
2分子印跡技術(shù)的分類
根據(jù)模板分子與功能單體官能團(tuán)之間作用形式的不同,可分為共價(jià)印跡、非共價(jià)印跡和雜化印跡3種分子印跡技術(shù)[13]。
共價(jià)分子印跡主要由Wulff[4]及其同事創(chuàng)立。在聚合反應(yīng)前,模板分子與功能單體通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合而相互連接,然后,加入交聯(lián)劑和引發(fā)劑,引發(fā)聚合,制得印跡聚合物。最后,通過(guò)分解反應(yīng)去除共價(jià)連接,除去模板分子。非共價(jià)鍵分子印跡首先是通過(guò)酸性聚合物單體的羧酸官能團(tuán)或磺酸官能團(tuán)與模板分子的氨基、?;刃纬伸o電力和氫鍵,加入交聯(lián)劑和引發(fā)劑引發(fā)聚合。利用極性溶劑洗滌聚合物,制得印跡聚合物。
模板分子與功能單體官能團(tuán)以共價(jià)鍵作用,得到分子印跡聚合物,在應(yīng)用中以非共價(jià)鍵的方式識(shí)別模板分子。該方法既具有共價(jià)分子印跡聚合物親和專一性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),又具有非共價(jià)分子印跡聚合物操作條件溫和的優(yōu)點(diǎn)。
3分子印跡聚合物的制備方法
傳統(tǒng)的分子印跡聚合物是通過(guò)本體聚合制得大塊聚合物,再經(jīng)過(guò)粉碎、研磨、篩分、反復(fù)沉降制得一定顆粒直徑的粉末材料,過(guò)程繁瑣,得率低[14]。為了適用于新的分析用途,特別是用于發(fā)展基于分子印跡聚合物的分析檢測(cè),設(shè)計(jì)單分散的分子印跡聚合物微球是重要的研究主題。
單分散性好的球形分子印跡聚合物,不僅具有色譜效率較高等優(yōu)點(diǎn),而且在其他應(yīng)用方面也使用方便,特別是由于近年來(lái)檢測(cè)芯片技術(shù)的出現(xiàn),使得分子印跡微球作為傳感器的應(yīng)用也被提到日程上來(lái)。因此,目前分子印跡聚合物微球的制備和應(yīng)用成為研究的熱點(diǎn),也是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。目前制備分子印跡微球的方法主要有懸浮聚合法[15]、沉淀聚合法[16]、分散聚合法[17]、表面聚合法[18]等方法。
4分子印跡技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用
4.1固相萃取
樣品中目的待測(cè)組分往往甚微,在測(cè)定過(guò)程中的影響因素很多,測(cè)定前常需要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理,分離富集目的組分,去除干擾物。分子印跡聚合物具有特異性和親和性,用作固相萃取劑,可以彌補(bǔ)普通吸附劑選擇性差的不足,克服生物或環(huán)境樣品體系復(fù)雜、預(yù)處理繁雜等缺點(diǎn),為樣品的采集、富集和分析提供了很大的方便。張華斌等[19]在碳納米管表面成功制備綠原酸印跡材料,以此作為固相萃取劑,優(yōu)化萃取條件,成功應(yīng)用于金銀花提取液中綠原酸的富集分離。王培龍等[20]采用分子印跡聚合物固相萃取小柱提取、凈化并富集豬尿液中的鹽酸克倫特羅分子,結(jié)合毛細(xì)管氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法,在優(yōu)化條件下,檢出限為0.51 μg/L,定量限為1.00 μg/L;不同鹽酸克倫特羅加入量的回收率為71.0%~89.3%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.2%~9.7%。將該方法與農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行比較,結(jié)果其吻合度較高。
4.2傳感器
生物傳感器雖然具有極高的靈敏度和特異性,但由于用作分子識(shí)別元件的生物活性組分極易變性失活,傳感器制作成本高,可供使用的生物活性組分種類有限,從而限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。分子印跡聚合物可作為傳感器的敏感材料,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,成本低,可多次重復(fù)使用,易于保存。目前主要用于檢測(cè)的有光學(xué)傳感器、電化學(xué)傳感器及壓電傳感器。Zhou等[21]以分子印跡聚合物為基礎(chǔ)構(gòu)建了流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光傳感器,對(duì)樣品中的興奮劑舒喘寧進(jìn)行了檢測(cè),線性范圍為5.0×10-8~1.0×10-5 g/mL,檢測(cè)限為1.6×10-8 g/mL,在1.0×10-7 g/mL水平上變異系數(shù)是3.9%。該方法可以高選擇性、高靈敏度檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員尿液中的痕量舒喘寧。Fang等[22]把丁酰肼分子印跡聚合物結(jié)合到壓電石英晶體金電極上,對(duì)蘋(píng)果中的丁酰肼進(jìn)行了分析,多次測(cè)定發(fā)現(xiàn)該方法的回收率為85%~103%,變異系數(shù)為7.9%(n=5)。隨著分子印跡聚合物研究的不斷深入,將制備出含有多種印跡聚合物的敏感層,對(duì)食品中有害物質(zhì)進(jìn)行在線檢測(cè)。
4.3色譜分析
分子印跡聚合物最早的應(yīng)用是在色譜領(lǐng)域,而且至今仍然是一個(gè)比較活躍的領(lǐng)域。作為色譜固定相,它已被廣泛地應(yīng)用于高效液相色譜(HPLC)、毛細(xì)管電色譜(CEC)、薄層液相色譜(TLC)。在理論塔板數(shù)相同的情況下,由于分子印跡聚合物的高選擇性,其對(duì)極性類似物的液相分離效果要比普通色譜柱高得多。但模板分子色譜峰的變寬和拖尾阻礙了這一技術(shù)的發(fā)展。劉祥軍等[23]在高效液相色譜柱中原位聚合,直接制備了三甲氧基芐啶的分子印跡聚合物整體柱,此整體柱具有良好的通透性,可以在高流速下使用,同時(shí)對(duì)模板分子具有特異的親和性和選擇性,印跡因子達(dá)到了10.3,而相應(yīng)的磺胺類藥物在印跡柱上沒(méi)有保留,此印跡整體柱可望用于實(shí)際樣品中三甲氧基芐啶的富集檢測(cè)及含量測(cè)定。將分子印跡聚合物應(yīng)用于CEC,其高選擇性與CEC的高分離效率相結(jié)合,可以降低印跡分子等的化學(xué)物質(zhì)消耗,具有極大的發(fā)展前景。張?jiān)F降龋?4]以對(duì)羥基苯甲酸為模板分子,采用微波輻射聚合的方式快速制備了分子印跡毛細(xì)管電色譜整體柱。分別在分子印跡整體柱和空白柱上對(duì)對(duì)羥基苯甲酸及鄰羥基苯甲酸的混合液進(jìn)行分離評(píng)價(jià),優(yōu)化試驗(yàn)條件下,其理論塔板數(shù)超過(guò)35 000 plate/m,分離度達(dá)到3.18,而空白柱沒(méi)有分離效果。
5小結(jié)
分子印跡技術(shù)可以按需要制備對(duì)待測(cè)物有選擇性的識(shí)別材料,它的出現(xiàn)在功能材料領(lǐng)域具有劃時(shí)代的意義。然而,如何將分子印跡聚合物應(yīng)用到實(shí)際樣品的分析檢測(cè)中還存在許多關(guān)鍵問(wèn)題,這是今后分子印跡技術(shù)的發(fā)展和研究方向。同時(shí),隨著生物技術(shù)、電子技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)了其他分析技術(shù)與分子印跡技術(shù)的結(jié)合,發(fā)展快速方便的檢測(cè)方法,必將在食品分析領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
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關(guān)鍵詞:化學(xué)計(jì)量學(xué) 分析化學(xué) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
化學(xué)計(jì)算學(xué)作為化學(xué)的分支學(xué)科,起步較晚,在涉及內(nèi)容上又比較廣闊,涉及到數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)及計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)等相關(guān)學(xué)科,可以說(shuō)是一門交叉性的學(xué)科。正是因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展及多學(xué)科相互滲透的作用才誕生了化學(xué)計(jì)量學(xué)這門獨(dú)特的學(xué)科。涵蓋于化學(xué)測(cè)量的整個(gè)過(guò)程,采樣理論、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、選擇與優(yōu)化、變量處理及數(shù)據(jù)分析斗屬于化學(xué)計(jì)量學(xué)?;瘜W(xué)計(jì)量學(xué)擔(dān)負(fù)的主要任務(wù)是進(jìn)行化學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析與處理,進(jìn)行測(cè)量程序與實(shí)驗(yàn)方法的最佳選擇,最早由瑞典化學(xué)家提出,一直沿用至今。正是因?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量學(xué)的巨大作用,解決了傳統(tǒng)化學(xué)研究中不能攻破的難題,成為化學(xué)研究的新方向與關(guān)注點(diǎn)。
一、化學(xué)計(jì)量學(xué)對(duì)于化學(xué)測(cè)量的應(yīng)用分析
在化學(xué)研究中,需要將化學(xué)計(jì)量學(xué)滲透于化學(xué)測(cè)量的全過(guò)程。在上世紀(jì)五十年代以來(lái),新的化學(xué)儀器分析方法已經(jīng)被充分的引入到分析化學(xué)中,分析測(cè)試工作已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了儀器化、自動(dòng)化與初步的計(jì)算機(jī)化,這些技術(shù)的深入應(yīng)用,為化學(xué)分析提供了可靠的測(cè)量數(shù)據(jù),但是將這些分析儀器的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái),將雜亂無(wú)章的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行重新排列組合,最大限度的解決信息的篩選,成為化學(xué)研究工作者當(dāng)前面臨的最大難題。
化學(xué)計(jì)量學(xué)在解決這一問(wèn)題中發(fā)揮了重大作用。將分析分離技術(shù)集于一體,通過(guò)特定的高維儀器產(chǎn)生分析信號(hào),利用新型的分析信號(hào)多元校正及有效分辨方法進(jìn)行復(fù)雜多組分的體系定性,進(jìn)行定量解析。利用這種化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法可以對(duì)巨大的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的篩選,從而提取最有用的信息,對(duì)這些有用信息進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)了單純的“數(shù)據(jù)提供者”到“問(wèn)題解決者”的角色轉(zhuǎn)變?;瘜W(xué)計(jì)量法對(duì)于化學(xué)測(cè)量產(chǎn)生的影響是深遠(yuǎn)且巨大的。化學(xué)計(jì)量法應(yīng)該貫穿于化學(xué)測(cè)量的全過(guò)程。
二、當(dāng)前化學(xué)計(jì)量學(xué)在分析化學(xué)中的應(yīng)用分析
(一)化學(xué)計(jì)量學(xué)在化學(xué)定量構(gòu)效關(guān)系中的應(yīng)用分析
化學(xué)定量構(gòu)效關(guān)系研究是化學(xué)學(xué)科的根本性研究問(wèn)題,結(jié)合物質(zhì)的化學(xué)成分與基本的結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)性質(zhì)的測(cè)定,是我國(guó)目前化學(xué)理論研究中的重要目標(biāo)。在進(jìn)行研究時(shí)一般采用圖論與數(shù)值的方法進(jìn)行各種化合物的表征,將所獲取的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的被測(cè)量化學(xué)物的物理、化學(xué)及生物特性結(jié)合起來(lái),用比較明確的定量關(guān)系來(lái)代替含糊的定性描述。目前化學(xué)計(jì)量學(xué)在進(jìn)行分析化學(xué)研究時(shí)引入了全局最優(yōu)算法,在利用誤差反向傳播的多層次感知模型進(jìn)行苯酚衍生物的活性測(cè)驗(yàn)時(shí)取得了明顯的研究效果,較之先前的研究方法,改進(jìn)是十分明顯的。
(二)化學(xué)計(jì)量學(xué)中模式識(shí)別方法在分析化學(xué)中的應(yīng)用
化學(xué)計(jì)量學(xué)中的模式識(shí)別法是根據(jù)化學(xué)測(cè)量數(shù)據(jù)矩陣,對(duì)樣本集通過(guò)樣本性質(zhì)進(jìn)行分類進(jìn)行選取的方法。根據(jù)測(cè)量在多維模式空間中的相對(duì)位置不同,用線性判斷識(shí)別分析法、最鄰近法等進(jìn)行模式的識(shí)別。模式識(shí)別法的研究能夠?yàn)闆Q策及過(guò)程優(yōu)化提供最有實(shí)用價(jià)值的信息資料。我國(guó)石油化工行業(yè)、材料化學(xué)研究領(lǐng)域都基于該思想破解了很多研發(fā)難題。其中K―最鄰近法從伏安波匯總對(duì)重疊的伏安響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行區(qū)分,將K―最鄰近法用于電位階伏安波及毛細(xì)管曲線分類中,實(shí)現(xiàn)了對(duì)有機(jī)化合物構(gòu)效關(guān)系的有效表征。二SMCA法最廣泛的應(yīng)用就是食品的鑒定。
(三)化學(xué)計(jì)量學(xué)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析
除了我們上面提到的應(yīng)用,化學(xué)計(jì)量學(xué)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面也發(fā)揮了積極的作用。所謂的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)代生物學(xué)的對(duì)人腦組織進(jìn)行研究而提出的,利用大量的簡(jiǎn)單的處理單元進(jìn)行充分連接,從而形成的巨大的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)體系,主要是用來(lái)模擬人的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)域的一定神經(jīng)行為。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)數(shù)據(jù)模式進(jìn)行合理的解析與分類,對(duì)于原因與結(jié)果關(guān)系不確定的非線性測(cè)量數(shù)據(jù)有著獨(dú)特的應(yīng)用。分析化學(xué)的不確定性很多,借助于化學(xué)計(jì)量學(xué)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到了有效的應(yīng)用解決。從目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用情況來(lái)看,在譜圖分析、藥物分子藥效的預(yù)測(cè)及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)方面都取得了不錯(cuò)的成績(jī)。此外,在分析化學(xué)中應(yīng)用比較廣泛的還有遺傳算法,遺傳算法可以進(jìn)行多組分分析波長(zhǎng)選擇、數(shù)據(jù)校正優(yōu)化、核磁共振脈沖波形選擇等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還進(jìn)一步促進(jìn)了儀器聯(lián)機(jī)與實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化。在生產(chǎn)方面起到了重要的指導(dǎo)作用。
(四)化學(xué)計(jì)量法波普化學(xué)的應(yīng)用分析
目前在化學(xué)研究中,化學(xué)家們一直努力的目標(biāo)主要是波普數(shù)據(jù)庫(kù)的有效利用。波普數(shù)據(jù)庫(kù)的質(zhì)譜、核磁共振譜、色譜等復(fù)雜分析體系的快速定性定量分析都是當(dāng)前研究的重點(diǎn)?;瘜W(xué)計(jì)量學(xué)為這方面的研究提供了新的突破口。各種濾波、平滑、交換、卷積技術(shù)的應(yīng)用,促進(jìn)了分析化學(xué)的發(fā)展??梢灾苯犹峁┎豢煞蛛x的直接地測(cè)定相互干擾的共存性物種,對(duì)于完全未知的混合物也可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)定。
(五)化學(xué)計(jì)量法的多元校正分析應(yīng)用
我國(guó)化學(xué)的多元化分析成為今后化學(xué)研究的大趨勢(shì),不僅在研究目標(biāo)上體現(xiàn)出多元化,對(duì)于研究對(duì)象也呈現(xiàn)出多元化的特性。這對(duì)于化學(xué)研究工作者是不小的挑戰(zhàn)。要求化學(xué)工作者能夠快速、準(zhǔn)確的定位與定量,從而得出分析結(jié)果。在這樣的背景下,多元校正法應(yīng)用而生,其產(chǎn)生為現(xiàn)代分析儀器提供了大量的測(cè)量數(shù)據(jù),并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了解析,可以說(shuō)多元校正法是新型的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法。多元校正法在多個(gè)方面進(jìn)行了研究?jī)?yōu)化,靈敏度、檢測(cè)度、精密度等都對(duì)指標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化,在對(duì)這些指標(biāo)優(yōu)化后,大大擴(kuò)展了分析儀器的功能與方法的有效及實(shí)用性。正是因?yàn)檎辉O(shè)計(jì)、均勻性設(shè)計(jì)分析、板因式設(shè)計(jì)分析等多種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法的相互協(xié)調(diào),對(duì)分析選擇性進(jìn)行了改善,在一定程度上拓寬了其化學(xué)計(jì)量法多元校正的應(yīng)用領(lǐng)域。
三、結(jié)束語(yǔ):
化學(xué)計(jì)量學(xué)從產(chǎn)生到現(xiàn)在大約只有30多年的歷史,但是在短短的幾十年內(nèi),其應(yīng)用不斷得到普及,其應(yīng)用效果不斷得到化學(xué)行業(yè)的肯定。將來(lái),化學(xué)計(jì)量學(xué)將依然是令人關(guān)注的問(wèn)題,有著廣闊而光明的前景?;瘜W(xué)計(jì)量學(xué)不斷發(fā)展,將對(duì)儀器的智能化分析提供新的研究理論與方法途徑,為高維聯(lián)用儀器的發(fā)展提供新的突破口與改進(jìn)點(diǎn)。通過(guò)本文對(duì)化學(xué)計(jì)量學(xué)在分析化學(xué)中的應(yīng)用分析,我們?cè)诳吹交瘜W(xué)計(jì)量學(xué)優(yōu)勢(shì)作用的同時(shí),更應(yīng)該看到其發(fā)展中的不足,針對(duì)這些不足進(jìn)行研究分析,在進(jìn)行多次驗(yàn)證的基礎(chǔ)上尋找新的解決途徑,完善這些不足,為化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展提供更加廣闊的發(fā)展空間。在分析化學(xué)發(fā)展領(lǐng)域,增強(qiáng)對(duì)化學(xué)計(jì)量學(xué)的引入是今后化學(xué)研究發(fā)展的一個(gè)大方向。
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中圖分類號(hào):O65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1008-2409(2007)04-0841-02
分析化學(xué)課程是化學(xué)、生物、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等眾多專業(yè)的主干基礎(chǔ)課。按照傳統(tǒng)的觀點(diǎn),高校開(kāi)設(shè)該課程的意義,在于使學(xué)生掌握其核心理論、基本技能,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。但在新的歷史時(shí)期,這一意義已經(jīng)上升到注重實(shí)際問(wèn)題解決能力培養(yǎng)的新高度。在教學(xué)目的發(fā)生變化的同時(shí),以“面向問(wèn)題學(xué)習(xí)”、“面向課題實(shí)驗(yàn)”以及“合作小組學(xué)習(xí)”為代表的分析化學(xué)教學(xué)法的變革,亦于上世紀(jì)九十年代末在一些教育發(fā)達(dá)國(guó)家率先進(jìn)行。
以實(shí)驗(yàn)性和應(yīng)用性作為主要特征的分析化學(xué)學(xué)科,實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)是其課程教學(xué)體系中的構(gòu)成要素,理應(yīng)成為此次教學(xué)法變革的重點(diǎn)之一?;谝詫?shí)際問(wèn)題解決為目的的開(kāi)放性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),因其能夠使學(xué)生深切體驗(yàn)到理論知識(shí)與現(xiàn)實(shí)間胚之間的廣泛聯(lián)系,進(jìn)而變成“有意義學(xué)習(xí)”的動(dòng)力和過(guò)程,尤其能夠體現(xiàn)新型教學(xué)法的核心思想而受到普遍的重視和踐行,在國(guó)內(nèi)重點(diǎn)高校中已常規(guī)化。但對(duì)于普通高校,特別是地處西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)的普通高校,這類設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在人們的意識(shí)中仍處于輔助地位,實(shí)際投入的學(xué)時(shí)甚少。加之生源質(zhì)量、師資水平、辦學(xué)條件等方面與發(fā)達(dá)地區(qū)均存在一定的差距,如何面對(duì)客觀實(shí)際,有針對(duì)性地開(kāi)展教學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)新,以緊跟時(shí)代的發(fā)展,滿足新形勢(shì)下社會(huì)對(duì)人才的需求,是普通高校教師所面臨的緊迫問(wèn)題。對(duì)此,我們除將開(kāi)放性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)引入實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中,同時(shí)還大膽嘗試開(kāi)展“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法”實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步拉近了理論一實(shí)踐一社會(huì)之間的距離。
1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的基本思路
強(qiáng)調(diào)“設(shè)計(jì)”的教學(xué),不同于傳統(tǒng)意義上重知識(shí)講授、按教材教的“備課”活動(dòng),它既反映了“設(shè)計(jì)科學(xué)”的本質(zhì)――教師工作的創(chuàng)造性和系統(tǒng)性;又體現(xiàn)了教學(xué)論、系統(tǒng)科學(xué)、學(xué)習(xí)科學(xué)的基本思想和原理,依存于一個(gè)開(kāi)放的、復(fù)雜的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)之中。據(jù)此,我們構(gòu)建了分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本思路。
1.1 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)
建立在整合課程目標(biāo)、社會(huì)需求和學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)心理的基礎(chǔ)之上。
在當(dāng)前嚴(yán)峻的就業(yè)形勢(shì)下,學(xué)生也對(duì)掌握實(shí)用的理論知識(shí)和扎實(shí)的操作技能充滿期待??墒牵绻寣W(xué)生以“照方抓藥”的方式,按照課本所列的原理、藥品用量和操作步驟去“操練”實(shí)驗(yàn),學(xué)生因始終處在受制于教科書(shū)的被動(dòng)地位而毫無(wú)激情。加之學(xué)時(shí)數(shù)的減少,即使是這樣的操練也非常有限。事實(shí)證明,這種“只重視機(jī)械訓(xùn)練,不重視意義價(jià)值”的實(shí)驗(yàn)教學(xué),是無(wú)法達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)的。
為了使學(xué)生體驗(yàn)到所做實(shí)驗(yàn)的意義和價(jià)值,我們必須從整體上來(lái)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)程,著眼于多個(gè)維度學(xué)習(xí)目標(biāo)的綜合達(dá)成?,F(xiàn)代“學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)”研究表明:只有當(dāng)學(xué)習(xí)者浸潤(rùn)于知識(shí)技能蘊(yùn)含豐富、對(duì)學(xué)習(xí)構(gòu)成挑戰(zhàn)性的、足夠復(fù)雜的開(kāi)放性學(xué)習(xí)任務(wù)(或問(wèn)題)情境中時(shí),才會(huì)促成他們強(qiáng)烈的自主探究心理傾向,在總問(wèn)題解決與知識(shí)整合過(guò)程中建構(gòu)適用于解決日后工作中遇到的各類問(wèn)題所必需的有效知識(shí)和探索精神。而且,這些任務(wù)難度亦不超過(guò)他們的能力極限,讓他們?cè)诿恳粋€(gè)進(jìn)步和成功中體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂(lè)趣,形成良好的自我效能感(即自信心),以及產(chǎn)生對(duì)知識(shí)、技術(shù)和問(wèn)題的價(jià)值認(rèn)同。
1.2 學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)
整體規(guī)劃,突出開(kāi)放性自主實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)。分析化學(xué)課程教學(xué)程序一般為基本理論獲取(課堂理論教學(xué))一基本技能訓(xùn)練(驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn))一實(shí)際問(wèn)題解決(開(kāi)放性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn))。前兩步驟為傳統(tǒng)意義上的教學(xué)程序,仍不能使學(xué)生感受到學(xué)科知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐、解決實(shí)際問(wèn)題后所體現(xiàn)的價(jià)值,并以此產(chǎn)生進(jìn)一步求知探索的心理需要。因此,應(yīng)及時(shí)將開(kāi)放性自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與之相結(jié)合。嫻熟的實(shí)驗(yàn)技能是解決實(shí)際問(wèn)題的保障。依照傳統(tǒng)的觀點(diǎn),系統(tǒng)的基本技能訓(xùn)練是應(yīng)該投入大量時(shí)間和精力的。但事實(shí)上,學(xué)生在沒(méi)有應(yīng)用體驗(yàn)之前,即便是教師極度耐心的反復(fù)示范和強(qiáng)調(diào),學(xué)生也仍然處在被動(dòng)的接受地位,進(jìn)行著機(jī)械的操練,很難形成主動(dòng)構(gòu)建的技能體系。而基于實(shí)際問(wèn)題解決的開(kāi)放性自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以“全程實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)模式(學(xué)生從試劑配制開(kāi)始至提交分析報(bào)告均自主完成),以真實(shí)、復(fù)雜和開(kāi)放的挑戰(zhàn)性問(wèn)題(如對(duì)各種食品、藥物、生活用品的分析測(cè)定等)促使學(xué)生認(rèn)真鉆研教材、查閱資料、反思總結(jié)分析化學(xué)的相關(guān)知識(shí)、努力追求實(shí)驗(yàn)操作的準(zhǔn)確性、進(jìn)一步提升對(duì)分析化學(xué)學(xué)科價(jià)值的認(rèn)識(shí),從而使得知識(shí)獲取和技能練習(xí)變成一種自覺(jué)的行為。以提交分析報(bào)告作為完成標(biāo)志的一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)程序,其中所包含的已經(jīng)不僅僅是實(shí)驗(yàn)技能方面的收獲,更重要的是同時(shí)進(jìn)行大量信息收集、整合以及獲取過(guò)程的實(shí)踐鍛煉,這反過(guò)來(lái)又使得課堂所授理論更具親和力和活力,更易于主動(dòng)接納和吸收。
在實(shí)際問(wèn)題解決過(guò)程中,我們引入了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的查閱和利用。這些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法,其全面性、嚴(yán)謹(jǐn)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我們所用教材的內(nèi)容,同時(shí)又是相關(guān)行業(yè)在一定時(shí)期內(nèi)的主流分析方法。更重要的是引進(jìn)種類標(biāo)準(zhǔn),使學(xué)生切身感受到他們所做的分析實(shí)驗(yàn)原來(lái)與社會(huì)實(shí)踐的距離是如此之近,又如此之遠(yuǎn):“近”是因?yàn)樗麄兯龅膶?shí)驗(yàn)具有實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值;“遠(yuǎn)”意味著教材內(nèi)容與社會(huì)主流分析方法還有一段距離。正是基于這樣的體認(rèn)(親身體驗(yàn)并產(chǎn)生認(rèn)識(shí)的過(guò)程),他們對(duì)分析實(shí)驗(yàn)倍感興趣并產(chǎn)生進(jìn)一步解決挑戰(zhàn)性問(wèn)題的渴望,這種心理傾向促使他們更自覺(jué)、更主動(dòng)的去征服原本抽象而復(fù)雜的分析化學(xué)難題。
另一方面.學(xué)生在認(rèn)知建構(gòu)的過(guò)程中.會(huì)產(chǎn)生大量的錯(cuò)誤觀念或偏見(jiàn),需要通過(guò)反思、討論、交流等學(xué)習(xí)活動(dòng),對(duì)各種觀念進(jìn)行比較、分析、歸納,最后形成簡(jiǎn)化明晰、具有活性的知識(shí)。知識(shí)整合的過(guò)程亦可通過(guò)成果展示會(huì)、專家點(diǎn)評(píng)、同學(xué)互評(píng)、論文撰寫(xiě)等方式來(lái)達(dá)成。
2 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)設(shè)it創(chuàng)新的案例及效果
根據(jù)上述理論構(gòu)架,我們?cè)趶V西師大化學(xué)化工學(xué)院04級(jí)應(yīng)用化學(xué)本科班,進(jìn)行了基于挑戰(zhàn)性問(wèn)題解決的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性試驗(yàn)。
2.1 案例一
在學(xué)生已經(jīng)具備初步的分析化學(xué)理論和基本操作技能的基礎(chǔ)上,開(kāi)設(shè)自主設(shè)計(jì)與探究的全程開(kāi)放實(shí)驗(yàn)――“胃舒平”藥品中氧化鋁含量的測(cè)定。即從完整實(shí)驗(yàn)方案的擬定、儀器試劑的準(zhǔn)備直至分析結(jié)果的提交均由學(xué)生獨(dú)立或合作完成。教師在其中只起指導(dǎo)性作用,按學(xué)生需要提供幫助,例如查找資料的方法和途徑等,并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)。
雖然學(xué)生首次面臨這樣具有一定難度的挑戰(zhàn)性實(shí)驗(yàn)任務(wù),但他們表現(xiàn)出極高的積極性。在收集資料、設(shè)計(jì)方案時(shí)遇到了困難,但通過(guò)師生交流與學(xué)生合作學(xué)習(xí),至實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施時(shí),已經(jīng)充滿自信。所有同學(xué)一改往日對(duì)現(xiàn)有教材和教師的依賴,都忙碌于實(shí)施自擬實(shí)驗(yàn)方案的工作中,教師只需查看他們操作中出現(xiàn)的問(wèn)題,并及時(shí)糾正。
2.2 案例二
開(kāi)設(shè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法實(shí)驗(yàn)一漓江水的高錳酸鹽指數(shù)測(cè)定。
實(shí)驗(yàn)方案嚴(yán)格依照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法,這是一個(gè)更具有實(shí)踐意義的挑戰(zhàn)性任務(wù),要求學(xué)生對(duì)設(shè)點(diǎn)采樣一樣本處理一同室分組測(cè)定一數(shù)據(jù)分析一提交分析報(bào)告這樣一個(gè)完整的分析過(guò)程全體合作完成。
2.3 效果
通過(guò)活動(dòng)學(xué)生們的熱情很高,為確保分析報(bào)告的可靠性,在技術(shù)上更加注重科學(xué)性、準(zhǔn)確性。例如,學(xué)生在采樣時(shí)自行設(shè)計(jì)了水樣采集器,并對(duì)同室測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,繪制出高錳酸鹽指數(shù)同室測(cè)量值頻數(shù)分布直方圖。雖然在測(cè)定結(jié)果上并不令眾多學(xué)生滿意(RSD%=19.85,精密度很差),但可貴的是所有工作都是由學(xué)生自己查閱資料、自行設(shè)計(jì)制作完成。特別是一些在過(guò)去“封閉性”實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)懶散的男生,展現(xiàn)出前所未有的積圾性和創(chuàng)造性。顯然,學(xué)生在開(kāi)放性自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中所體驗(yàn)到的各種“成功”和“失敗”,是他們進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)與探索的動(dòng)力源泉。
挑戰(zhàn)性任務(wù)的開(kāi)放性、自主性,使得學(xué)生的“被動(dòng)”身份(為了應(yīng)付老師而做實(shí)驗(yàn))轉(zhuǎn)化為“主動(dòng)”身份,他們必須像一化學(xué)科學(xué)工作者那樣去解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題.對(duì)自己的研究負(fù)全部責(zé)任,這種責(zé)任感體現(xiàn)為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神和良好的科學(xué)態(tài)度。我們發(fā)現(xiàn):從基本技能訓(xùn)練到開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取越發(fā)精益求精,有效數(shù)字的取舍更為嚴(yán)謹(jǐn)、合理,對(duì)提高自身實(shí)驗(yàn)技能的要求日益強(qiáng)烈,對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改革與創(chuàng)新的意識(shí)逐漸萌發(fā),實(shí)驗(yàn)報(bào)告越來(lái)越趨近于研究論文。這種變化亦體現(xiàn)了多維度學(xué)習(xí)目標(biāo)得以自主建構(gòu)和內(nèi)在生成。同時(shí),多種形式的合作學(xué)習(xí)模式,讓學(xué)生充分體驗(yàn)集體智慧的魅力,培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)精神。
對(duì)此.在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)總結(jié)中,也有充分反映:①在桂林讀書(shū),對(duì)漓江水的最親密接觸竟然與我們所學(xué)的專業(yè)掛鉤,使我感到我們這個(gè)專業(yè)的實(shí)用性真的不小。以前從來(lái)沒(méi)有對(duì)那門實(shí)驗(yàn)課做到如此細(xì)致化、精確化,分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作培養(yǎng)了這種能力。整個(gè)過(guò)程都必須經(jīng)過(guò)慎重考慮;因?yàn)槊孔鲥e(cuò)一步,都會(huì)為實(shí)驗(yàn)誤差打下基礎(chǔ),誤差是可以累積的。②關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的信息五花八門,這讓我不知如何選擇,最后從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā),對(duì)每一步用到的相關(guān)知識(shí)都作了進(jìn)一步了解。③通過(guò)這次課的講解,激烈的討論,表現(xiàn)出同學(xué)們極大的熱情,積極和認(rèn)真的態(tài)度。④這種能動(dòng)手動(dòng)腦的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘嬲憻捨覀兊哪芰?,增加我們的?shí)驗(yàn)興趣和信心。⑤這次實(shí)驗(yàn)使我們受益匪淺,知道我們還缺乏很多的應(yīng)用能力,認(rèn)識(shí)到所學(xué)的東西與現(xiàn)實(shí)間的差距。⑥這個(gè)實(shí)驗(yàn)讓我感受最深的是獨(dú)立思考與獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。⑦通過(guò)這次實(shí)驗(yàn),糾正了以前的一些錯(cuò)誤的操作方法,同時(shí)也學(xué)會(huì)了怎樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中與同學(xué)合作。⑧希望這種實(shí)驗(yàn)方式能夠保存下來(lái)并加以改進(jìn),畢竟自己動(dòng)手動(dòng)腦完成的實(shí)驗(yàn)才有意義。
3 討論
[關(guān)鍵詞] 高職院校;基礎(chǔ)課程:分析化學(xué);任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法
[中圖分類號(hào)] R94 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] C [文章編號(hào)] 1673-7210(2013)07(b)-0134-03
近年來(lái),高職院校學(xué)生入學(xué)分?jǐn)?shù)逐年呈下降趨勢(shì),升入高職院校后,學(xué)習(xí)沒(méi)有動(dòng)力,缺乏學(xué)習(xí)興趣,特別是對(duì)入學(xué)后先開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)課程,厭學(xué)現(xiàn)象明顯?;A(chǔ)課程的學(xué)習(xí)情況會(huì)直接影響到專業(yè)課程的學(xué)習(xí),為此,本課題對(duì)藥學(xué)系150名學(xué)生及醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)系100名學(xué)生做了問(wèn)卷較差。調(diào)查結(jié)果顯示:在校生對(duì)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)不感興趣的占85%;實(shí)習(xí)生對(duì)基礎(chǔ)課不感興趣的占89%;畢業(yè)生對(duì)基礎(chǔ)課不感興趣的占88%。為此,基礎(chǔ)課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法給學(xué)生充分的自由,是一種學(xué)生主動(dòng)參與、自主合作、探索創(chuàng)新的教學(xué)方法,有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,維持學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力[1],通過(guò)任務(wù)的完成來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)知識(shí)的構(gòu)建[2]。從2008年開(kāi)始筆者實(shí)施分析化學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué),充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,收到了較好的效果[3]。
1 進(jìn)行廣泛調(diào)研,確定分析化學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容
在高職藥學(xué)專業(yè)分析化學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)改革與實(shí)踐中,筆者首先依據(jù)藥學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)計(jì)劃,在進(jìn)行廣泛調(diào)查的基礎(chǔ)上來(lái)確定分析化學(xué)所需要的知識(shí)內(nèi)容即知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容。
1.1 進(jìn)行專業(yè)課調(diào)研
首先筆者對(duì)藥學(xué)專業(yè)的專業(yè)課進(jìn)行調(diào)研,如:天然藥物、藥物分析化學(xué)、藥物制劑技術(shù)等課程。廣泛聽(tīng)取專業(yè)課教師的意見(jiàn)。按專業(yè)課對(duì)分析化學(xué)知識(shí)的需要,確定分析化學(xué)的知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容。
1.2 進(jìn)行社會(huì)調(diào)研
筆者對(duì)高職學(xué)生畢業(yè)后能就業(yè)的單位進(jìn)行調(diào)研,如:藥檢所、制藥廠、社會(huì)藥房及醫(yī)院藥房等單位。廣泛聽(tīng)取用人單位的意見(jiàn)。按用人單位對(duì)分析化學(xué)知識(shí)的需要,確定分析化學(xué)的知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容。
1.3 進(jìn)行專家咨詢
進(jìn)行專家咨詢,筆者除了與校內(nèi)外專家進(jìn)行的多次研討、反復(fù)論證外,還與省內(nèi)外專家進(jìn)行咨詢,廣泛聽(tīng)取專家意見(jiàn),按專家的意見(jiàn)來(lái)確定分析化學(xué)的知識(shí)內(nèi)容。
在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,綜合、分析、論證,最終確定分析化學(xué)的知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容為三個(gè)模塊,十項(xiàng)知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容。
第一模塊為:分析化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)模塊。包括三項(xiàng)知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容:分析化學(xué)概述、常用的分析化學(xué)儀器、定量分析的誤差及數(shù)據(jù)處理。
第二模塊為:化學(xué)定量分析模塊。包括五項(xiàng)知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容:酸堿滴定法、沉淀滴定法、配位滴定法、氧化還原滴定法、非水溶液酸堿滴定法。
第三模塊為:儀器分析模塊。包括兩項(xiàng)項(xiàng)知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容:光學(xué)分析及色譜法。
這些知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容能為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供有力的基礎(chǔ)支撐作用。
2 進(jìn)行典型工作任務(wù)提煉,確定典型工作任務(wù)書(shū)
分析化學(xué)本身對(duì)于高職院校層次的學(xué)生,屬于一門操作技術(shù),很適合行動(dòng)導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法。將長(zhǎng)篇大論的理論知識(shí)進(jìn)行提煉,提煉成簡(jiǎn)單的典型工作任務(wù)。在典型工作任務(wù)中涵蓋了應(yīng)掌握所有的知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容,既包含了理論知識(shí)也包含了實(shí)驗(yàn)操作。以典型任務(wù)引領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容,使學(xué)生擺脫枯燥、被動(dòng)接受的學(xué)習(xí)方式,會(huì)大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
筆者根據(jù)分析化學(xué)的知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容,提煉出能涵蓋這些分析化學(xué)知識(shí)內(nèi)容的25個(gè)典型工作任務(wù)。典型工作任務(wù)書(shū)見(jiàn)表1。
3 實(shí)施分析化學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)
任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)旨在為學(xué)生提供體驗(yàn)實(shí)踐的情境和感悟問(wèn)題的情境,圍繞工作任務(wù)展開(kāi)學(xué)習(xí),以工作任務(wù)的完成結(jié)果檢驗(yàn)和總結(jié)學(xué)習(xí)過(guò)程、考量學(xué)習(xí)效果,能改變學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性,提高學(xué)習(xí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)操作能力,提高學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是一種有利于學(xué)生全面發(fā)展的教學(xué)方法[4]。分析化學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)過(guò)程為:先提出工作任務(wù)、組織、編排、序化教學(xué)內(nèi)容、教師與學(xué)生的教與學(xué)過(guò)程、學(xué)生完成工作任務(wù)。
3.1 先提出工作任務(wù)
分析化學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)過(guò)程不是按原來(lái)的順序,先是今天講某章,而是先提出今天的工作任務(wù),要做什么。
以配位滴定法的教學(xué)為例說(shuō)明任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的過(guò)程:
先提出工作任務(wù),今天的任務(wù)是:“進(jìn)行葡萄糖酸鈣中鈣的含量測(cè)定”。
如何完成這個(gè)工作任務(wù)?學(xué)生就會(huì)想:用什么滴定方法?用何種指示劑指示終點(diǎn)? 滴定條件是什么?化學(xué)反應(yīng)及終點(diǎn)前后顏色變化如何?如何進(jìn)行操?用什么等級(jí)的試劑?選用什么儀器?如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及結(jié)果計(jì)算?
工作任務(wù)的提出將學(xué)生自然的帶入了我要學(xué)習(xí)的狀態(tài)。
3.2 組織教學(xué)內(nèi)容
分析化學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)內(nèi)容不是按原來(lái)的教材內(nèi)容進(jìn)行,概念、分類、理論方法、原來(lái)、條件、測(cè)定實(shí)例、實(shí)驗(yàn),而是圍圍繞完成工作任務(wù)的需要,教師重新組織、編排、序化教學(xué)內(nèi)容,同時(shí)刪去與完成工作任務(wù)無(wú)關(guān)的內(nèi)容、增加完成工作任務(wù)所必須的內(nèi)容。
3.3 教師與學(xué)生的教與學(xué)
分析化學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的課堂環(huán)節(jié)是:對(duì)完成工作任務(wù)必須的教學(xué)內(nèi)容,教師與學(xué)生進(jìn)行共同討論,教師重點(diǎn)講解,使學(xué)生掌握完成工作任務(wù)的理論和實(shí)驗(yàn)操作步驟及整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)有的現(xiàn)象,使用的儀器試劑及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng),數(shù)據(jù)的處理、結(jié)果的計(jì)算及合格條件等問(wèn)題。
3.4 完成工作任務(wù)
學(xué)生掌握完成工作任務(wù)的所有理論和實(shí)驗(yàn)操作步驟等問(wèn)題后,就由學(xué)生來(lái)完成這項(xiàng)工作任務(wù):“進(jìn)行葡萄糖酸鈣中鈣的含量測(cè)定”。教師隨時(shí)指導(dǎo)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤操作、解決學(xué)生提出的問(wèn)題,使之操作正確、規(guī)范,完成葡萄糖酸鈣中鈣的含量測(cè)定。并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理,寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告,Rd不得大于0.2%為合格。操作不規(guī)范、測(cè)定結(jié)果不合格的學(xué)生可利用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間,進(jìn)行重復(fù)練習(xí)直至合格為止。
這種任務(wù)驅(qū)動(dòng),教、學(xué)、做一體的教學(xué)注重了過(guò)程性的考核,加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生多元化綜合能力的評(píng)價(jià)[5-6]。每一個(gè)任務(wù)都完成了,其理論知識(shí)及實(shí)驗(yàn)操作就都達(dá)到了課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。
任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué),使學(xué)生一目了然每次課要學(xué)會(huì)做什么,應(yīng)該學(xué)什么。并且學(xué)為做而用,不認(rèn)真學(xué)就無(wú)法完成本次課的工作任務(wù),就達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn)。這樣有明確的學(xué)習(xí)目的,大大增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力及學(xué)習(xí)興趣[7]。從2008級(jí)開(kāi)始實(shí)施分析化學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué),歷經(jīng)2009、2010、2011級(jí)四屆,每年都進(jìn)行教學(xué)效果的評(píng)價(jià)及課程教學(xué)總結(jié)和改進(jìn),收到了很好的效果。
4 《分析化學(xué)》教材開(kāi)發(fā)
工作過(guò)程系統(tǒng)化已成為目前職業(yè)教育課程改革的主要趨勢(shì)。它的實(shí)質(zhì),在于課程的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)是工作過(guò)程的系統(tǒng)化,而不是學(xué)科的系統(tǒng)化。由于教材是課程物化的載體,傳統(tǒng)的理論性教材或?qū)嶒?yàn)性教材,已經(jīng)不能適應(yīng)工作過(guò)程系統(tǒng)化課程改革的要求,因此,目前職業(yè)教育的教材內(nèi)容與結(jié)構(gòu)正面臨著一場(chǎng)“革命性”甚至是“顛覆性”變化[8]。分析化學(xué)借鑒專業(yè)課程改革的經(jīng)驗(yàn),將陳述性知識(shí)與過(guò)程性知識(shí)整合、理論知識(shí)與實(shí)踐知識(shí)整合,開(kāi)發(fā)出任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的《分析化學(xué)》教材。新版《分析化學(xué)》教材,每章內(nèi)容都是以典型工作任務(wù)開(kāi)始,然后并圍繞工作任務(wù)的需要,組織、編排、序化教學(xué)內(nèi)容[9],以學(xué)生完成工作任務(wù)而結(jié)束。
具體形式為:第一部分:典型工作任務(wù);第二部分:知識(shí)儲(chǔ)備內(nèi)容;第三部分:完成工作任務(wù)實(shí)例;第四部分:學(xué)生完成工作任務(wù)。
這樣的編排意味著適度、夠用的陳述性知識(shí)的總量沒(méi)有變化,而是這類知識(shí)在課程中的排序方式發(fā)生了變化。課程不再是靜態(tài)的學(xué)科體系的顯性理論知識(shí)的復(fù)制與再現(xiàn),而是著眼于動(dòng)態(tài)的行動(dòng)體系的隱性知識(shí)的生成與構(gòu)建[10]。新編《分析化學(xué)》教材充分體現(xiàn)了任務(wù)驅(qū)動(dòng)融“教、學(xué)、做一體化。
從2008年使用新編《分析化學(xué)》教材,四年來(lái),本教材受到了藥學(xué)及醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)技術(shù)專業(yè)師生的好評(píng)。此教材的不足之處是,學(xué)生完成工作任務(wù)時(shí)還需要參考實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材。2012年筆者又進(jìn)行了新一輪的教材修改、完善,并改名為《分析化學(xué)及操作技術(shù)》。新版教材將實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的內(nèi)容有機(jī)的融合在一起,使學(xué)生使用時(shí)更加方便。2013年開(kāi)始使用新版的《分析化學(xué)及操作技術(shù)》教材。
分析化學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)改革從2008年至今已完成了前期的學(xué)生調(diào)研、專業(yè)課調(diào)研、國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)課程教學(xué)的調(diào)研;依據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案,完成了《分析化學(xué)》新課程標(biāo)準(zhǔn)的制定;完成了四屆藥學(xué)專業(yè)分析化學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的實(shí)施;完成了任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式融教、學(xué)、做一體的教材的編寫(xiě);完成了分析化學(xué)精品課程的所有網(wǎng)上資源建設(shè)。分析化學(xué)按專業(yè)課程的需要,基本構(gòu)建了“分析化學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式”。改變了學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)課程不感興趣的狀態(tài),真正使學(xué)生變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”,收到了較好的教學(xué)效果,通過(guò)分析化學(xué)的學(xué)習(xí),為專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展中國(guó)
化學(xué)計(jì)量學(xué)(Chemometrics)在我國(guó)發(fā)展已有20多年的歷史,是一門化學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)交叉所產(chǎn)生的新興的化學(xué)學(xué)科分支。它運(yùn)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及其他相關(guān)學(xué)科的理論與方法,優(yōu)化化學(xué)量測(cè)過(guò)程,并從化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)中最大限度地提取有用的化學(xué)信息[1]。它與基于量子化學(xué)的計(jì)算化學(xué)(ComputationalChemistry)的不同之點(diǎn)只在于化學(xué)計(jì)量學(xué)是以化學(xué)量測(cè)量為其基點(diǎn),實(shí)質(zhì)上是化學(xué)量測(cè)的基礎(chǔ)理論與方法學(xué)[2]。
由于“”的影響,使我國(guó)在化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展方面略遲于歐美,但在化學(xué)界前輩的積極倡導(dǎo)和國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持下,80年代以來(lái),我國(guó)的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究得到了飛速發(fā)展,到現(xiàn)在已發(fā)展成為一門在國(guó)際上有一定影響的獨(dú)立的化學(xué)學(xué)科分支,已出版了多本化學(xué)計(jì)量學(xué)方面的專著和相應(yīng)的教材[3],并在中國(guó)科學(xué)院的多個(gè)研究所和國(guó)內(nèi)多個(gè)知名大專院校建立了隊(duì)伍穩(wěn)定的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究小組,取得了一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的成果。8年前,我們?cè)诘诙盟箍暗哪蔷S亞國(guó)際化學(xué)計(jì)量學(xué)大會(huì)上對(duì)我國(guó)的化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展主要成果進(jìn)行過(guò)一次綜論[4],在此,僅就近10年來(lái)化學(xué)計(jì)量學(xué)在我國(guó)的發(fā)展情況作出簡(jiǎn)要介紹。
化學(xué)計(jì)量學(xué)為化學(xué)量測(cè)提供理論和方法,為各類波譜及化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)的解析,為化學(xué)化工過(guò)程的機(jī)理研究和優(yōu)化提供新途徑,它涵蓋了化學(xué)量測(cè)的全過(guò)程,包括采樣理論與方法、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與化學(xué)化工過(guò)程優(yōu)化控制、化學(xué)信號(hào)處理、分析信號(hào)的校正與分辨、化學(xué)模式識(shí)別、化學(xué)過(guò)程和化學(xué)量測(cè)過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬、化學(xué)定量構(gòu)效關(guān)系、化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)、人工智能與化學(xué)專家系統(tǒng)等,是一門內(nèi)涵相當(dāng)豐富的化學(xué)學(xué)科分支?;瘜W(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展為化學(xué)各分支學(xué)科、其別是分析化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、藥物化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、化學(xué)工程等,提供了不少解決問(wèn)題的新思路、新途徑和新方法。
化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展成為化學(xué)與分析化學(xué)學(xué)科的一個(gè)獨(dú)特分支。兩個(gè)重要的條件與因素推動(dòng)了這方面的發(fā)展。首先,化學(xué)與分析化學(xué)中大量涌現(xiàn)的現(xiàn)代化學(xué)量測(cè)儀器,使化學(xué)與分析化學(xué)家比以往任何時(shí)侯都更容易獲得大量化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)。這種情況,在過(guò)去是難以想象的。到20世紀(jì)80年代,在分析測(cè)試或化學(xué)量測(cè)中,人們第一次發(fā)現(xiàn),取得數(shù)據(jù)甚至大量數(shù)據(jù)已不是最困難的一步。最難解決的瓶頸問(wèn)題是這些數(shù)據(jù)的解析及如何從中提取所需的有用化學(xué)信息?;瘜W(xué)家與分析化學(xué)家首次遇到類似行為科學(xué)家或經(jīng)濟(jì)學(xué)家所遇到的大量數(shù)據(jù)如何處理的問(wèn)題。化學(xué)家與分析化學(xué)家比較幸運(yùn)。因?yàn)榇罅楷F(xiàn)代分析測(cè)試儀器出現(xiàn)帶來(lái)“數(shù)據(jù)爆炸時(shí)代”,也正是計(jì)算機(jī)普及的時(shí)代。這就構(gòu)成了化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展的第二個(gè)條件。為了對(duì)極為復(fù)雜的化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)(其中負(fù)載著在分子水平上表征物質(zhì)世界的信息)進(jìn)行解析,化學(xué)家、分析化學(xué)家利用可在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的許多強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)方法,包括一些相關(guān)學(xué)科發(fā)展的數(shù)據(jù)與信號(hào)處理新方法,從多維化學(xué)量測(cè)數(shù)據(jù)中提取有用的相關(guān)化學(xué)信息。如果說(shuō)經(jīng)典分析化學(xué)是得首先依賴費(fèi)時(shí)而麻煩的化學(xué)或物理的方法來(lái)對(duì)很多復(fù)雜化學(xué)體系進(jìn)行純組分分離,即采用單變量校正方法進(jìn)行定性定量分析的話,那么,現(xiàn)代分析化學(xué)家面對(duì)的則是各種將分析分離技術(shù)集于一體的高維儀器所產(chǎn)生的巨量分析信號(hào),藉化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展的新型分析信號(hào)的多元校正與分辨方法[5]來(lái)進(jìn)行復(fù)雜多組分體系的定性定量解析,高維數(shù)據(jù)解析的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法現(xiàn)已進(jìn)入可用來(lái)解決分析化學(xué)中實(shí)際難題的程度,將這些方法用于復(fù)雜環(huán)境樣本、中草藥中單位藥及復(fù)方分析等[6],取得了很多令人振奮的結(jié)果。繼續(xù)進(jìn)行高維數(shù)據(jù)、特別是針對(duì)可產(chǎn)生三維數(shù)據(jù)的新型儀器的化學(xué)計(jì)量學(xué)算法的研究現(xiàn)仍是一個(gè)研究的熱點(diǎn),我國(guó)的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究在此方面取得了居于國(guó)際先進(jìn)水平的成果[7]。多元校正與分辨一直就是分析化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的主要內(nèi)容,在此方面,中國(guó)科技大學(xué)、清華大學(xué)、石油化工科學(xué)研究院、沈陽(yáng)藥科大學(xué)、中國(guó)藥科大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、天津大學(xué)、廈門大學(xué)、蘭州大學(xué)、江西大學(xué)、西北大學(xué)、華中理工大學(xué)、湖南大學(xué)等單位做了大量的研究工作[8]。將化學(xué)計(jì)量學(xué)方法固化于新設(shè)計(jì)的分析儀器之中,以構(gòu)建新型智能分析儀器,是一個(gè)值得繼續(xù)研究的方向。另一方面,由于近年來(lái)計(jì)算機(jī)科學(xué)及信息科學(xué)的長(zhǎng)足發(fā)展,它們的發(fā)展也為化學(xué)計(jì)量學(xué)注入了新鮮血液,我國(guó)在分析信號(hào)處理新方法,其別是小波分析(waveletanalysis)的引入,為分析信號(hào)的壓縮、去噪、分辨及背景消除等帶來(lái)新思路和新方法,從對(duì)近年來(lái)在此方面的綜述來(lái)看,可以說(shuō),我國(guó)在小波分析用于分析信號(hào)處理研究的方面是處于國(guó)際先進(jìn)水平的,中國(guó)科技大學(xué)、中山大學(xué)、香港理工大學(xué)等單位的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究小組在此方面作出了大量有水平的研究[9]。另外,有關(guān)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificialneuralnetworks,ANN)[10]新技術(shù)、基于自然計(jì)算的全局最優(yōu)算法如模擬退火(simulatedannealing,SA)和遺傳算法(geneticalgorithm,GA)[11],信息科學(xué)中的圖象分析(imageanalysis,IA)方法,統(tǒng)計(jì)學(xué)中研究熱烈的穩(wěn)健方法(robustmethods,RM)[12]等新型化學(xué)計(jì)量學(xué)方法的引入也取得很多可喜的成果。采樣理論這一重要的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究分支,過(guò)去未引起必要的重視,近期有關(guān)研究小組如南開(kāi)大學(xué)等單位倡導(dǎo)開(kāi)展了這方面研究[13]。
化學(xué)模式識(shí)別的研究提供的是對(duì)決策和過(guò)程優(yōu)化很有實(shí)用價(jià)值的信息,為我國(guó)石油化工、材料化學(xué)等帶來(lái)了解決研究難題的新思路,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新方法,為化學(xué)模式識(shí)別提供了研究的新機(jī)遇。無(wú)論在化學(xué)模式識(shí)別的方法和應(yīng)用方面,我國(guó)都取得了不少優(yōu)秀成果,中國(guó)科學(xué)院上海冶金研究所的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究小組先后用化學(xué)模式識(shí)別的方法成功地解決了50多個(gè)石油化工過(guò)程優(yōu)化、材料設(shè)計(jì)等方面中的實(shí)際難題?;瘜W(xué)模式識(shí)別方法用于分析化學(xué)、物理化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、藥物化學(xué)、食品化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、醫(yī)藥化學(xué)和環(huán)境化學(xué)等學(xué)科的研究在我國(guó)也取得了不少成果,浙江大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)、沈陽(yáng)藥科大學(xué)、中國(guó)藥科大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所、湖南大學(xué)等單位在此方面做了大量工作[14]。
化學(xué)定量構(gòu)效關(guān)系(QSAR)的研究,是一個(gè)涉及到化學(xué)學(xué)科的一個(gè)帶根本性的問(wèn)題,即如何從物質(zhì)的化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)來(lái)定量預(yù)測(cè)其化學(xué)特性,也可以說(shuō)是理論化學(xué)研究中的一個(gè)最重要目標(biāo)。目前,由于藥學(xué)發(fā)展的需要,將基于量子化學(xué)計(jì)算的分子模擬與QSAR研究結(jié)合起來(lái),為尋求有生物和藥理活性的先導(dǎo)化合物提供了一個(gè)新途徑,我國(guó)在這方面也已取得引人注目的成就[15]。將全局最優(yōu)算法如模擬退火和遺傳算法的引入分子力學(xué)的尋優(yōu),以指導(dǎo)最佳先導(dǎo)化合物的尋找,是化學(xué)計(jì)量學(xué)家的貢獻(xiàn),現(xiàn)已在QSAR的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。QSAR通過(guò)直接研究可量測(cè)化學(xué)量及某些量化參數(shù)與化合物的某些已知化學(xué)特性之間的已知數(shù)據(jù),采用統(tǒng)計(jì)回歸(多元校正)和模式識(shí)別的方法來(lái)建立一種模式,從而達(dá)到預(yù)測(cè)化合物特性的目的,建立起某些化學(xué)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系來(lái)指導(dǎo)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。目前,用ANN來(lái)進(jìn)行QSAR研究頗引人注目,在模式分類與定量構(gòu)效關(guān)系研究中展現(xiàn)了很好的應(yīng)用前景。在QSAR的研究中,南開(kāi)大學(xué)、北京大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所、中國(guó)科學(xué)院化工冶金研究所、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究小組將分子模擬與QSAR研究相結(jié)合,并直接用于指導(dǎo)實(shí)際的藥物合成,取得了很好的研究成果[16]。在QSAR研究中,化合物結(jié)構(gòu)的拓樸表征是另一個(gè)重要的課題,如何采用圖論和數(shù)值方法來(lái)表征各種化合物分子,并將所得數(shù)值結(jié)果與實(shí)際量測(cè)的化合物的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性連接起來(lái),也是目前化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的一個(gè)重要問(wèn)題。我國(guó)的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究工作者在此方面也做了不少有意義的工作[17]。
波譜化學(xué)是分析化學(xué)與有機(jī)化學(xué)家都十分關(guān)注的一個(gè)領(lǐng)域,怎樣利用現(xiàn)存波譜數(shù)據(jù)庫(kù),如質(zhì)譜、紅外光譜、核磁共振譜、色譜的保留時(shí)間庫(kù)以及吸收與發(fā)射光譜等為復(fù)雜分析體系進(jìn)行快速定性定量分析,一直是分析化學(xué)家們努力的目標(biāo);而如何利用上述各種波譜為新合成的有機(jī)化合物定結(jié)構(gòu),則是有機(jī)化學(xué)家們手中必不可少的解析手段。計(jì)算機(jī)技術(shù),其別是智能數(shù)據(jù)庫(kù)與化學(xué)專家系統(tǒng)技術(shù)為此提供了進(jìn)行上述解析的新途徑。我國(guó)的化學(xué)計(jì)量學(xué)工作者在此方面也做了大量富有成果的工作。中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院化工冶金研究所,南開(kāi)大學(xué)、南京大學(xué)、東北師范大學(xué)、廈門大學(xué)、湖南大學(xué)等單位都先后建立了多種波譜的數(shù)據(jù)庫(kù)和專家系統(tǒng)[18],如13CNMR譜圖數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)構(gòu)解析專家系統(tǒng)(ESESOC)、高效液相色譜專家系統(tǒng)、紅外、質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)與專家系統(tǒng)、ICP發(fā)射光譜專家系統(tǒng)等,他們用計(jì)算機(jī)進(jìn)行各類波譜(包括核磁共振譜、質(zhì)譜、紅外光譜等)模擬,并用聯(lián)合波譜庫(kù)和專家系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)自動(dòng)解析與推導(dǎo),選擇各類儀器(色譜與光譜)的最佳量測(cè)和分離條件、進(jìn)行各類波譜數(shù)據(jù)庫(kù)的知識(shí)開(kāi)發(fā),并在各類數(shù)據(jù)庫(kù)的網(wǎng)絡(luò)化上也做了大量工作[19]。
1997年,在國(guó)家自然科學(xué)基金委的全力支持下,由湖南大學(xué)與挪威Bergen大學(xué)合作,在張家界舉行了我國(guó)的第一次國(guó)際化學(xué)計(jì)量學(xué)會(huì)議,與會(huì)代表120多人,其中來(lái)自歐美及亞洲各地14個(gè)國(guó)家的境外代表60多人,會(huì)議的議題幾乎覆蓋了前述化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域,還特別為化學(xué)計(jì)量學(xué)在工業(yè)中的應(yīng)用開(kāi)辟了一個(gè)專門議題。該會(huì)議已在國(guó)際化學(xué)計(jì)量學(xué)刊物“ChemometricsandIntelligentLaboratorySystems”出版了會(huì)議論文專輯[20],收集了44篇會(huì)議,其中我國(guó)作者占了28篇,第一次較系統(tǒng)地向國(guó)際化學(xué)計(jì)量學(xué)界展示了我國(guó)的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究的實(shí)力,說(shuō)明我國(guó)的化學(xué)計(jì)量學(xué)研究已與國(guó)際接軌。
化學(xué)計(jì)量學(xué)誕生至今,已有近30年歷史,其發(fā)展前景亦是一個(gè)令人關(guān)注的問(wèn)題。從分析化學(xué)與化學(xué)計(jì)量學(xué)的關(guān)系可以看出,化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展將對(duì)分析化學(xué)產(chǎn)生深刻影響,已構(gòu)成分析化學(xué)第二層次基礎(chǔ)理論和方法學(xué)的重要組成部分,特別值得提出的是,化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展還將為分析儀器的智能化提供新理論和新方法,為新型高維聯(lián)用儀器的構(gòu)建提供新思路和新方法,是21世紀(jì)分析儀器軟件主體化發(fā)展的新突破口。此外,隨著微型計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,對(duì)于化學(xué)波譜庫(kù)的建立與檢索方法以及化學(xué)人工智能和專家系統(tǒng)的研究也將取得長(zhǎng)足進(jìn)步。在采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將多種波譜儀器連接的基礎(chǔ)上,將數(shù)值化計(jì)算技術(shù)(近年來(lái)化學(xué)計(jì)量學(xué)方法學(xué)發(fā)展的主體)與傳統(tǒng)的基于經(jīng)驗(yàn)的邏輯推理方法的有機(jī)結(jié)合,可望解決化合物結(jié)構(gòu)自動(dòng)解析的難題,并使得長(zhǎng)期困擾分析化學(xué)家的混合物波譜同時(shí)定性定量解析成為可能。在分析化學(xué)領(lǐng)域中,化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展前景十分誘人。另外,化學(xué)計(jì)量學(xué)與其他化學(xué)學(xué)科分支,如環(huán)境化學(xué)、食品化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)、醫(yī)藥化學(xué)、化學(xué)工程等學(xué)科,將產(chǎn)生更密切的聯(lián)系,得到更廣泛的應(yīng)用。隨著各化學(xué)分支學(xué)科的發(fā)展,可以預(yù)期,化學(xué)計(jì)量學(xué)也將繼續(xù)得到更蓬勃的發(fā)展。
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級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
級(jí)別:北大期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:省級(jí)期刊
榮譽(yù):中國(guó)優(yōu)秀期刊遴選數(shù)據(jù)庫(kù)
級(jí)別:北大期刊
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