化学发光法的基本原理范文1
某些化学反应可产生发光现象，反应所产生的化学能，激发分子或原子，当被激发的分子或原子回到基态时，无法承载之前吸收的化学能，这些化学能便以辐射的形式释放出去，产生发光现象。不同性质、不同量化学成分发生化学反应的能量差异，决定发光广谱大小、范围，通过分析这些差异，可定量测算空气中含有的化学物质成分与量。化学发光分析具有较高的灵敏度，相较于传统的物质质量分析法，化学发光法操作与实现路径简单，光谱分析误差与准确率可基本满足需要。如对硫化物进行火焰化学发光反应，测定精度可达到0.02μgS，以一氧化碳与臭氧进行气相化学发光反应，测定NO精度可达1ppb.以化学发光反应分析物质成分准确度较高，不易受其它因素干扰其主要原因有二：
1）化学发光广谱是由化学反应本身决定的，化学反应决定受到激分子或原子在整个化学反应中的作用，而化学反应可通过控制物质成分实现精准控制；
2）化学发光反应的类型较少：同一种物质与之发生反应可产生发光效果的物质成分种类较少；不同化学反应产生的光谱多不相同。通过对一种光谱进行分析，便可较容易的分析出是哪种物质发生化学反应。目前，我国各大城市常用的动态多功能空气污染监测设备，便可对空气进行实时监测，无需进行分离、沉淀等预处理。化学发光反应符合率、精确度较高，应用于空气污染测定，无需太多复杂的设备，一般只需滤光片与光电倍增管即可。同时因化学反应、设备操作、分析过程较简单，应用化学发光测定空气污染，速度极快，可实现连续、实时测定，有助于获取更多的样本。总而言之，化学发光法是一种理想的空气污染监测技术。
2几种常见空气污染物及其化学发光法测定
2.1一氧化碳测定测定碘的五氧化物与一氧化碳产生化合反应中碘含量的增减是检测一氧化碳含量最精确的化学检测法，但该法仅适用于烟道气与废水中的一氧化碳测定，测定空气中的一氧化碳含量灵敏度较差。利用装有氨磺酰苯酸银的硅橡胶膜渗透装置，滤过一氧化碳，生成淡黄色-褐色胶态银，可测定2~80μ/l范围内的一氧化碳，但该法反应速度较慢，不适合环境空气一氧化碳实时监测。目前综合效益最好的测定法为：通过元素钯与酸性氯化物溶液中的碘酸盐发生还原反应，萃取阴离子，以焦宁G为反离子，在535nm处测定萃取物的吸光度，精度范围达到1μl/L，适用于测定交通环境空气中的一氧化碳。
2.2氮氧化合物测定盐酸萘乙二胺分光光度法是国家环境保护部关于环境空气氮氧化合物检测的推荐方案，其基本原理是：建设一套具有两支吸收瓶的反应设备，第一支吸收瓶中的吸收液吸收空气中的二氧化氮发生化学反应，产生粉红色偶氮染料，滤过的一氧化氮通过氧化管中的酸性高锰酸钾溶液生成二氧化氮，被第二支吸收瓶中的吸收液吸收发生反应。应用分光光度法对产生粉红色偶氮染料过程中的光谱进行测定，其在波长540nm处吸光度与吸收瓶中的二氧化氮含量密切相关，计算两只吸收瓶中的偶氮染料可测定环境空气中一氧化氮、二氧化氮水平。该法适用性良好，准确度高，反应溶液稳定，保存时间长，是一种较为理想的氮氧化合物检测方法。
2.3二氧化硫测定甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法是环境空气质量监测国家标准推荐技术方案，该技术起源于美国，自1982年引入我国，并逐渐得到推广，经过十数年验证改进，其技术路径已基本成熟。该技术主要实现路径与原理如下，通过吸收瓶中盐酸副玫瑰苯胺储备液吸收环境空气中的二氧化硫，对产生的二氧化硫化学反应进行分光光度法检测，计算二氧化硫含量。工作场所检测标准为：标准曲线浓度范围0.60μg/ml～1.60μg/ml，对所生成的化合物在575nm处分光度在20℃±2℃水浴环境下处理15min进行显色对比分析，检出上限为1.6μg/ml，实际标准限为：0.45μg/ml；环境空气监测标准为：标准曲线浓度范围0.050μg/ml～1.000μg/ml，测定波长577nm，20℃显色，时间20min[5]。该法适应性强，在多个省市地区经过实证验证，抗干扰能力极强，试剂无剧毒、廉价易得，吸收效率高，溶液室温下稳定性强易保存，采样最佳吸收范围与光度宽度范围易于控制，技术易于掌握，是一种较理想的环境空气二氧化硫监测方法。
2.4铅元素测定铅是一种有毒重金属，危害极大，近年来，血铅中毒事件频发，已引起人们的广泛关注，城市空气铅含量水平不断上升，严重威胁城市居民生命健康。火焰原子吸收分光光度法是国家环保总局推荐的空气铅含量测定技术方案，通过吸收瓶滤过膜直接采集空气中的铅元素，经消解制备，直接吸入空气，通过乙炔火焰进行原子化，获得283.3nm分光度，一般采用空心阴极灯测定，据吸光度与金属浓度定量分析。石墨炉原子吸收法也是目前应用较广泛的环境空气铅元素测定方法，将富含铅元素的溶液吸入空气，经过石墨管，在高温环境下原子化，发生发光效应，通过铅空心阴极灯发射谱线，测定波长283.3nm，一般来说辐射光特征与其居石墨管的距离有关，两者呈反比，通过测定能量吸收情况，计算铅元素浓度，进行定量分析。两种方法灵敏度、精确度并无优劣之分，均适用于空气中铅元素测定，但从实践操作来看，火焰原子吸收分光光度法操作更简单，影响吸光度因素较少，抗干扰能力更强，回收率更高，适用于日常连续监测。
2.5臭氧监测测定大气中臭氧含量的方法较多，包括碘量法、紫外线分光光度法、气相色谱法、靛蓝二磺酸钠（IDS）分光光度法、化学发光法等，其中IDS是目前我国环保总局推荐方案，具有灵敏度高、重复性好、抗干扰能力强、试剂稳定等优点。IDS溶液吸光度曲线与浓度密切相关，在1610nm处达到最大吸收波长。IDS与臭氧以1∶2摩尔比进行反应，通过计算吸光度，分析溶液浓度改变情况，进而定量测算出臭氧含量。
3小结
化学发光法的基本原理范文2
学生学习任何课程的过程，是一个不断遇到问题、思考问题、解决问题的过程，也是问题意识形成的过程。树立学生的问题意识，就是要让学生不是以被动、消极的态度去面对问题，而是以积极的态度去发现问题、探究问题，找到事物内在的规律性，并提出切实可行的问题解决方法。通过问题意识形成学生自主学习、勇于探索的态度和能力，在这一过程中，老师首先发挥重要的引导作用。
1.1通过概括归纳知识发现问题
知识的概括归纳过程，从哲学上讲，是一个从个别到一般、由个性到共性的过程，在概括归纳过程中，可以找出事物内在的规律性，把复杂的问题简单化，便于把握其本质。仪器分析课程有相当篇幅要学习仪器的构造与工作原理，在现代分析仪器设备中，光谱仪器构造之间具有相似的性质，色谱仪器构造之间也具有相似的性质，把同类型的不同仪器设备归纳起来学习、思考，可以从看似凌乱的分析仪器知识中提炼出共性特点，便于学生构建知识框架，增强知识点之间的联系。如光谱分析法中，紫外可见分光光度计，可见分光光度计，红外光谱仪，原子吸收光谱仪等光谱仪器构造之间，共性。由此可以提出一系列问题:哪些信号可以用于光谱分析仪器的信号发生器产生的信号在经过样品的过程中发生了什么变化?检测器的作用是什么?样品与信号输出之间又是什么关系?等等。在思考和回答这些问题的过程中，加深了学生对光谱分析知识的理解，有助于利用这些知识解决实际的分析检测问题。
1.2通过知识的迁移发现问题
邓小平同志曾经要求我们，研究新情况，解决新问题，当然他是从改革创新的角度讲的。那么在教学与科研中如何做到这一点呢?就是采用现有的知识和思考方法去解决学科中面临的新的问题，这就是知识的迁移。例如，我们在仪器分析教学中总是喜欢以可见分光光度法入手谈问题，因为可见光的分光光度法学生已学过，较为熟悉。那么，与之相比，紫外可见分光光度法解决了什么问题?红外光谱法又解决了什么问题，为什么样品池不一样?基本吸收定律为什么又可以应用于原子吸收光谱?又如，可以引导学生考察原子吸收的标准加入法和电化学中的标准加入法之异同，原子发射的内标法和色谱中的内标法之异同。思考和解决这些问题，有利于学生巩固旧知识掌握新知识，并在它们之间建立稳固的联系。
1.3通过相关研究历史发现问题
在化学教学中插入一定的化学史教育很重要，虽然1859年基尔霍夫就发现了原子吸收现象，但因为积分测量的难题一直没能解决，使原子吸收现象长期没能用于分析测试中;澳大利亚的瓦尔西利用峰值吸收代替积分吸收解决了这个问题，1955年发表了他的著名论文《原子吸收光谱在化学分析中的应用》奠定了原子吸收光谱法的基础。色谱法创始于20世纪初，1906年俄国植物学家Tsweet将碳酸钙放在竖立的玻璃管中，从顶端倒入植物色素的石油醚浸取液，并用石油醚冲洗，在管的不同部位形成色带，因而命名为色谱。管内填充物称为固定相，冲洗剂称为流动相。随着科学技术不断发展，现代色谱法设备比之先进得多，分离分析的能力更强，不仅用于有色物质的分离，而且大量用于无色物质的分离。通过以上两例可以看出，科学发现之初并没有太多复杂的成分，只不过科学家比常人拥有善于发现和探索钻研的精神，如果科学家的工作是发现问题，那么以他们为基础的方法更新、仪器设备变革就是解决问题，“发现问题比解决问题更重要”，让学生从中学会如何发现问题。
2仪器分析教学中问题意识培养的对策
2.1通过创设问题情境，培养学生问题意识
在学习新知识过程中，许多未知的新理论、知识往往让人费解，此时，如果能以特设问题情境引导学生积极思考，就能调动起他们认知的主观能动性。在仪器分析教学过程中，有意去创设一定的问题情境，力求激发起学生的求知欲和探索意识。如在讲标准加入法时，学生习惯了标准曲线法，往往不能理解标准加入法，我们可以创设如下问题:当样品浓度在线性范围之外并浓度很小，标准曲线法不能准确测量，怎么办?或者样品较复杂，基体干扰严重，标准曲线法也不能准确测量，怎么办?基于以上问题，再谈论标准加入法及其应用效果会更好。
2.2通过现有的试验方法革新，培养学生问题意识
现代科学发展日新月异，发明革新浩如烟海，世界上每天都有新技术新方法报道，单纯的仪器分析试验新方法也是不断涌现。在讲授基本理论知识的同时，适当穿插相关领域新型技术或研究成果，往往可以开拓学生视野，激发学生的求知热情。如教材中讲的原子吸收法其基本原理是用来测定金属离子的，但是，韦璐等用原子吸收法测定了硫酸根，舒永红等用原子吸收法测定了非金属材料中的氯，郎惠云等用原子吸收法测定了生物样品及食品中的还原糖，这是怎么回事?让学生在类似的问题中去探索，去寻找答案，学生为之惊叹:原来也可以这样做，创新如此奇妙。
2.3通过相关实验，培养学生问题意识
马克思曾强调:一步实际运动比一打纲领更重要，化学是以实验为基础的科学，化学实验是化学专业最重要的实践环节，化学实验使化学理论更直观，更能加深学生对专业知识的领会和创新问题意识培养。例如，在讲到内标法时，学生总是云里雾里，我们通过气相色谱法测白酒中的乙醇，选用的就是内标法，同一加内标样品连续测定3～5次乙醇信号怎么总是变化?乙醇信号与内标信号之比为什么又基本稳定了?在回答这些问题以后，学生很容易就领会了内标法的妙处。
3结语
化学发光法的基本原理范文3
[摘要]以学生为主体的角度出发,根据问卷调查结果和多年教学经验提出了基础光学课程改革的几点见解,第一、基础光学教学内容改革的必要性及具体措施,第二、注重教学步骤的完整性,第三、注重教学方法的改革。
引 言
光学是高等院校物理专业必修的一门专业基础课,是物理学中最古老的一门学科之一,同时也是一门年轻的学科,具有强大的生命力和不可估量的发展前途。光学对原子物理学的学习有极其重要的作用,而且光学是近代物理的生长点,量子论、狭义相对论都起源于光学。所以,学好光学无疑对相关课程的学习起着十分积极的作用。近年来有关光学课程的教学改革呼声日益高涨,人们分别从不同的角度对光学的教学改革进行着积极而有益的探索[1-6]。本文借助于罗洋城对北师大和韶关学院学生的问卷调查[6],结合自己多年的教学经验和他人的先进成果,广泛征集学生见解,对光学课程的改革进行积极了的探索,提出了基础光学课程教学改革的几点见解,供大家鉴借和分享。
教学内容的选取
现流行的光学教材,对几何光学和波动光学的基本理论的讲解是详细的,完善的,但也存在不少问题,主要表现在:第一,几何光学的内容占的篇幅过大,以华东师大姚启钧编的《光学教程》为例[7],仅几何光学的基本原理这一章,公式大大小小就有45个,有些问题中学已经讲过,没有必要重复讲授。适当精简几何光学内容,使内容在满足系统化、条理化的基础上做出合理的取舍。第二,光的量子性部分的历史,如“紫外灾难”和“两朵乌云”等故事完全可以放到物理学史中去讲授。第三,现代光学部分涉及面较广,学科的内容非常丰富,学科体系十分庞大,而光学课程的学时有限,所以现代光学部分则应该单独罗列出去,建议在大三再开设现代光学基础,满足学生的求知欲和飞速发展的光学科技。基础光学部分在讲授时应该适当融入前沿科技内容,避免单纯概念的枯燥,使教学别具一格,既深化了概念,同时将光学基本原理与其在科技前沿中的应用结合起来,大大深化了基本原理教学,开阔了视野,充分调动了学生的积极性,激发求知欲和探索物理奥妙的精神,同时也增加了课程的魅力。但是,在讲授前沿科技与古老光学原理的结合时一定要注意突出光学基本原理的描述,达到用科技前沿实例讲授并深化课程基本概念和基本原理的教学目的。同时,基础光学部分在讲授时还要注重课程内容的条理化,虽然波动光学和几何光学看似联系不十分紧密,但是至始至终都离不开两个概念就是光程和相位差,所以在整个基础光学部分的教学中要始终贯穿这两个基本概念使教学内容浑然一体。
注重教学步骤的完整性
注重教学步骤的完整性有力的保证了教学质量。课堂教学是学生获得知识的重要途径,由于教学体制特点,很多学生依赖于课堂,所以确保课堂教学效果是教学中的非常重要的一个环节。除了借助于现代化教学手段提高教学效果外,从内容的选取和语言描述上需下足功夫,充分地把教师的个人魅力展现出来,并且把这种魅力融入到教学中,以提高课堂教学效率。作业批改是课堂教学的延伸,它是发现问题,解决问题的重要途径,通过对作业细致批改几乎可以了解每一个学生的学习状况和学习状态。课后答疑是课堂教学的重要辅助形式,也是教学过程中的有机组成部分。此外,光学和其它物理学学科一样是一门以观察和实验为基础的学科,许多物理知识都是通过观察实验,经过认真的思索总结出来的。实验教学不仅仅是学生动手的过程,更是动脑思维的过程。注重实验教学能更好地激发学生的学习兴趣,并且能培养学生严肃、认真、端正的实验态度,获得一些感性认识,经过进一步引导使感性认识上升为理性认识,为光学课程的学习起到积极的作用。值得一提的是验证性实验所占比重过大[8],大学阶段的实验教学应该不只是“验证”,通过增加一些设计性实验以激发学生的创新能力。
注重教学方法的现代化
现代教学技术手段的发展和应用提高了单位学时的信息量,多媒体技术中实例分析和动画演示激发了学生的学习兴趣。然而我们在运用现代技术手段教学过程中,还是遇到了许多新问题,如过多依赖于PPT教学,以至于学生感觉象放电影一样,条理性、逻辑性和系统性体现不到位。所以,我们还要不断探索新的教学方法和技巧,从而使现代化教学内容和教学手段得以更充分地发挥作用。此外,加强与国内兄弟院校的了解和交流,使我们能够开阔眼界,增加知识,有效提高我们的教学质量。最好能够让教师走出去,同时也能把相关教学经验丰富的人事请进来,借鉴和学习兄弟院校光学教学改革和发展的成功经验。总之,在科学技术飞速发展的今天,大学阶段的学习是很多人接受系统学习的最后一站,基础光学课程的学习对今后的学习起着非常重要的作用。所以在教学中要从教学内容、教学步骤、教学方法等方面完善教学过程,强化基础教育,紧跟现代科技发展步伐,积极大胆地尝试现代科技教学手段,探索新的教学方法,使学生的学习由被动转为主动,为今后的学习奠定基础。
参考文献:
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[4]李玉红.“光学”课程教学改革实践与成果[J].高等理科教育,2006,2:97-99.
[5]于国萍,游璞.改革光学教材适应社会需要[J].光电子技术与信息,2005,18(2):101-102.
[6]罗洋城.光学学习困难的调查与分析[J].韶关学院学报(自然科学版),2002,23(6):30-36.
化学发光法的基本原理范文4
Advanced Silicon Materials
for Photovoltaic Applications
2012，422p
Hardcover
ISBN9780470661116
Sergio Pizzini著
近几年，在太阳能光伏产业高速发展的带动下，硅材料在光伏发电领域应用越来越广泛，整个产业也得到了很大发展。目前，硅材料及其产品已经成为光伏产业的重要基础原材料，是光伏产业发展的“基石”。通过化学转化手段大规模、低成本利用硅资源发展光伏发电及光伏储能产业，对减缓和避免化石原料日益紧张的威胁、减少碳排放及温室效应，都能起到积极的作用，因此日益受到各国的普遍关注。现在制约光伏发电产业发展的仍是硅材料的技术、成本等问题。这其中，硅材料在太阳能光伏发电中的应用研究至关重要。本书描述了硅作为多用途材料在光伏应用中的潜力，讨论了光伏应用中如何获得低成本的硅原料等关键问题，涵盖硅材料在光伏应用中的主要问题，如薄膜硅的制造工艺、低成本原料的质量问题，研究了硅的化学性能、结构性能和电学特性技术并用计算机进行模拟的方法。
本书主要内容分为10章：1.当前和未来的社会科技发展中硅科学与技术，讨论了硅的物理、化学和结构特性，介绍了在各种环境下，硅的性能和各种结构形式，及作为光子器件、辐射探测器和纳米器件基板的应用。硅在光伏应用中要解决的关键问题之一仍然是其生产成本和硅的杂质浓度，其杂质将显著影响光电转换效率；2.硅的处理过程，讨论分析了几个不同的硅处理过程的方法并比较了优缺点；3.太阳能电池中硅的杂质影响；4.制作工艺和缺陷的影响 ，这两章介绍了杂质和缺陷对硅中电子行为的影响，以及如何最小化其对光伏设备的有害影响；5.表征技术，介绍了硅的缺陷的电子理论知识，以及运用现代实验方法检测缺陷和测量方法；6.太阳能电池原料的分析技术，讨论并分析了硅中的金属和非金属杂质；7.薄膜沉积过程；8.薄膜沉积过程的建模；9.薄膜硅太阳能电池，这3章致力于介绍薄膜硅和薄膜太阳能电池，并对不同的薄膜沉积过程中存在的问题进行讨论，深入理解发生在宏观和微观尺度上的沉积过程的动力学；10.光伏应用中的硅量子效应， 广泛讨论了物理和技术方面纳米硅薄膜的量子效应，展望了未来将迅速发展的基于纳米晶硅衬底的下一代太阳能电池，分析了将遇到的挑战并提出可能的解决方案。
本书作者Sergio Pizzini为米兰比可卡大学的物理化学教授，拥有化学和电化学博士学位，他的研究领域广泛，从固态电化学到半导体中的物理缺陷，致力于解决在光伏应用中生产和提炼硅的先进工艺。
本书适用于在该领域的博士研究生、研究人员和工程师阅读。
杨盈莹，助理研究员
（中国科学院半导体研究所）
化学发光法的基本原理范文5
关键词：物理教学物理学史作用
1物理学史教育可以激发学生学习物理学的兴趣
许多学生反映物理难学，难就难在物理基本概念、基本规律太抽象、太深奥，物理知识点之间横向、纵向联系十分紧密。要解决“物理难学”这一课题，有效提高同学们物理学的学习效果，首要的问题必须想办法提高同学们物理学的学习兴趣，激发同学们物理学的学习动力。在物理教学过程中，通过给同学们讲授物理学发展历程，给他们讲述著名物理学家的物理研究历史故事，历史上人们是如何研究生活中的物理问题，使学生感觉到学习物理其实是学习生活中一项其乐无穷的工作，这样是有利于激发学生物理的学习兴趣。比如，讲授“维持物体运动是否需要力”的教学过程中，亚里士多德的观点是“维持物体运动需要力”，并且这种观点在历史上一直统治人类思想有一千多年，这种观点是否正确，意大利著名实验物理学家伽利略敢于大胆质疑，假设了理想斜面实验，提出用理想化方法可以推断：运动物体在没有摩擦的光滑的水平面上，就会以不变的速度一直运动下去，可以推论“维持物体运动不需要力”，后来由此他又提出了惯性原理。上课时物理教师既传授物理知识，又有意识地穿插真实的生活化的物理历史故事，可以让学生在听课的过程中对生活化的物理学发展史感兴趣，听课的注意力也会高度集中，这样学生既十分轻松自然就理解了“维持物体运动不需要力”这一命题，又学会了一种物理研究问题的方法———理想化方法。
2物理学史教育有助于学生加深对物理基本概念和基本规律的理解
物理教学过程中讲清楚物理概念和规律的产生、形成与发展历史过程，有利于同学们了解和掌握物理理论知识的历史渊源，有利于提高同学们开展物理科学创造和发展物理科学的信心，也有利于学生加深对物理概念和规律的理解与掌握。比如学习光的本性问题，通过串讲十七世纪人们对这一问题认识的两种观点：以牛顿为代表的一些物理学家，从“光的直线传播”这一基本事实，认为光是一种“实体’,主张光的微粒说；而以惠更斯为代表的另一批物理学家则从“光束在传播过程中互相交叉时并不彼此妨碍”这一基本事实，认为光是一种“作用”，主张光的波动说。两种观点一提出就会给学生产生一个悬念：光的本性究竟是什么？学生的注意力马上就会落到“光的本性”问题上。然后通过引导学生学习光具有干涉现象和衍射现象，得出光是一种波；又通过麦克斯韦提出的“电磁波在真空中的传播速度跟光速相同”这一事实，学生就能自觉理解“光是一种电磁波”。接着组织学生学习爱因斯坦用光子说准确解释了光电效应现象，说明“光是一种光子”。这样学生认识到光既具有波动性（它是电磁波），又具有粒子性（它是光子），即光具有波粒二象性，较好地帮助学生理解“光的本性是什么”的问题。
3物理学史教育有利于学生学会物理学研究方法
物理科学方法教育是物理教学的重要内容之一。在物理教学过程中，既要让学生在教师引导下能动地认识物理现象的本质和规律，又要使学生自觉地接受物理科学方法教育，学习知识可以提高理论认识水平，学习方法才能提高学生实际应用能力。因此，学生更重要的是学会学习方法和研究问题的方法，只有达到这个目标学生才真正受益终身。在物理教学过程中，穿插讲解历史上人们是如何研究物理问题，采用什么方法解决物理问题，这样既有利于学生学会物理科学研究方法，又有助于学生理解和掌握好相关物理基本概念、基本规律和基本原理，有效提高学生的学习能力和研究能力。比如，学习“天体是怎样运动的”这一问题，波兰天文学家哥白尼根据前人资料和自己多年的天文观测及潜心研究，吸收地球运动思想，敢于怀疑“地心说”的正确性，提出了符合科学的“日心说”，直接挑战神学；意大利科学家布鲁诺还因为主张和宣传“日心说”而遭受基督教教会的残酷迫害；著名的实验物理学家伽利略也因为宣传“日心说”受到教会的审讯和囚禁。通过这一段关于行星运动观察研究的历史发展过程中的一些基本物理学史学习，使学生在物理学习过程中感受到科学家始终坚持科学真理的科学态度，始终坚持和捍卫科学真理的科学精神，始终坚持科学真理来源于实践的的科学研究方法。
化学发光法的基本原理范文6
【关键词】教学改革；立体化；知识系统；仪器分析
0 前言
在当前“大众创业、万众创新”的时代背景下，立足基础，着眼未来，培养具有扎实知识基础和优秀科学素养的创新型人才是高等教育的核心任务。高等学校面向“厚基础、宽口径、重能力、求创新”的培养目标，通过专业课程的教学，着力培养适应时代要求的现代化人才。仪器分析在人类的生活生产活动中占有重要的地位，人类社会面临的“五大危机”即资源、能源、人口、粮食以及环境问题的解决，都与仪器分析密切相关。仪器分析课程是材料和化学相关专业本科课程体系中的重要部分，是学生必须掌握的现代分析技术。以下结合本人在材料相关专业仪器分析课程的实际教学经验，谈一谈学生立体知识体系构建的一些做法。
1 教学现状
仪器分析通过使用现代的分析仪器来获知物质的化学组成、含量和结构的信息，主要内容包括光谱分析、电化学分析和色谱分析三大部分，其中包含十几种常用的分析测试方法。每类方法主要知识结构包括分析方法的原理，仪器的结构以及分析应用部分，是一门多学科交叉的课程。有些方法其原理部分涉及量子化学和结构化学，而且每种方法分析应用部分又有非常强的实践性，需要辅以一定的实践训练，这对教师授课时对知识面及其深度和难度的把握提出了比较高的要求。由于课程的高度学科交叉性、内容的广泛性和抽象性，这就要求学生要有比较扎实的先修课程基础，以及较好的联想和归纳学习能力，学生学起来也有一定难度。有的学生对先修课程，比如大学化学、结构化学等，基础不扎实，严重影响对课堂知识的理解、建构和运用。我们学校这门课程的学时是32学时，学时短，任务重。针对当前教学的一系列问题，需要充分利用课下课上资源，在教学内容、教学手段和教学方法上下功夫，激发学生学习的积极性和主动性，培养学生学习新知识和巩固旧知识的能力，帮助学生加深理解、融会贯通、掌握常用的仪器分析方法。
2 透过现象看本质
突出知识脉络，构建三维知识框架，建设适合材料、化学或相关专业的仪器分析课程知识体系。
2.1 理清知识纵横主干，编织知识体系的二维结构
因为仪器分析中的内容比较繁杂，不可能对每种方法的所有部分都详细讲解，因此授课时透过现象看本质，看到不同方法之间的联系，找到知识的主线。比如，绪论中提到，所有的仪器都包括信号发生器、信号检测器和信号处理器，所以，所有的分析方法都是利用不同的信号来实现对物质的组成、含量或结构的分析，即定性和定量的分析。电化学分析中，根据电信号的位置和大小进行物质的定性和定量的分析；光学分析中，分别根据光谱的峰位和强度鉴定物质的结构和浓度；色谱分析中，分别根据色谱峰保留时间和峰高鉴定物质的性质和含量。以信号决定于物质性质与浓度这一基本规律作为构建知识系统“长”的维度。基于此，进一步对每一部分的各种方法进行比较。
在讲授分析方法的原理部分及仪器结构部分时，尤其要注意比较其中所涵盖的方法的区别和联系。比如，在进行光学分析教学时：在紫外可见吸收光谱仪、红外吸收光谱仪、核磁共振波谱仪中，涉及的电磁辐射的波长范围分别是多少，分子或原子核受激激发的原理，各自反映的分子结构方面的什么信息和仪器的结构特点等。通过对类似可比的内容进行比较分析讲述，从而将同一大类中的不同方法有机联系起来，构建起知识体系“宽”的维度。这样帮助学生理清知识脉络，并从中学会接受新知识和巩有知识的学习方法。
2.2 充分利用网络资源，增加拓展内容，提升课程“高”度，形成三维立体知识体系
知识和技术更新换代的周期在不断缩短，信息化和网络化时代给高校带来了挑战和机遇。教师可利用网络资源为学生提供有关仪器分析方法和操作技术的网络链接和数据库资源，丰富教学素材。另一方面，学生通过书本知识只能了解仪器分析的基本原理，并不知道其在社会生活和科学研究中的具体应用，更不知道当前形势下分析仪器及分析方法发展的新动向，极大地限制了学生的研究和创新能力的培养。在课堂中为学生讲授如何将经典的仪器分析原理应用于实际问题，拓展他们的视野，提高其灵活运用所学知识的能力，提升课堂的“高”度。例如，在讲解紫外C可见分光光度法时，可以结合不同的有机纳米颗粒的紫外C可见吸收光谱的特征进行讲解，如根据吸收峰的位置可以区分不同大小和形状的有机纳米颗粒①；在课程每个章节的开始，可借分析方法在电子器件、能源、环境、食品与药品安全等领域的应用或一些热点问题，如饮用水中重金属离子的检测、环境中硝基爆炸物的检测、饮料中抗氧化剂的分析、蛋奶制品中三聚氰胺的检测等引出原子发射光谱、分子荧光光谱、红外光谱分析、高效液相色谱等分析技术，再来讲授其原理，赋予枯燥的内容以营养和水分，可引起学生浓厚的学习兴趣。
构建和丰富“活学活用”这一“高”的维度，形成三维立体知识系统，不仅打下扎实的理论知识基础，并且开拓学生的思维，提升他们的创新实践能力，激发其学习的兴趣。综上，把基本理论知识立体化：以课程三大部分的纵向联系为长，每一部分各分析方法的横向联系为宽，灵活运用为高，从长、宽、高三维度进行归纳和拓展，构建有机联系的完整的知识体系，进而理解理论知识的内涵，激发学生的学习兴趣。
3 攻破教学难点
如前所述，该课程有些方法其原理部分较为抽象，而且每种方法分析应用部分又有非常强的实践性，需要辅以一定的实践训练，这对教师授课时对知识面及其深度和难度的把握提出了比较高的要求。教师对内容根据理解难度以及教学要求分别进行划分，指导学生做好课前预习，对于大纲要求了解的并且相对易懂的叙述性文字内容，以学生自学为主，课堂内的主要精力放到需要掌握并且不易理解的难点和重点上，确保学生能够学好，进一步辅以课下读书报告、实验课、大学生创新项目、与硕士生及博士生互动等以结合感官认识加强对抽象内容的理解，并提高灵活运用的能力。针对当前大学生自主选课、知识背景有差异，以及不同基础的学生对先修课程的掌握程度也有较大差异的情况，加强预习资料的布置，其中包括发放一些先修课程中涉及课堂内容的复习性资料，以备学生择需而用。学生通过预习和相关的复习，并进一步明确重点和难点，从而可以有计划的利用课堂，对比较熟悉的重点内容进一步复习和巩固，对难点内容及时解决，从而有效提高课堂效率。课前准备考核题目以检验预习和复习效果，课上予以抽查和讨论。这不仅可以提高课堂效率，而且能够培养学生自学能力，为当前以及未来信息时代的现代化创新型人才打好自学能力的基础。
通过以上过程，教师可以合理规划课堂时间，把大部分的精力放到课堂的重点和难点内容，并补充拓展内容，增加课堂趣味。比如在分子荧光光谱教学中，学生提前做好关于分子轨道理论和分子电子能级的复习，并结合前一章紫外-可见吸收光谱中有机化合物的电子跃迁和吸收带等内容，做好分子荧光光谱分析的预习。在课堂上讲解能级图及荧光去激发的途径时，学生不会突然面对众多陌生的名词感到困惑；在此基础上讲授荧光光谱的特征这一重点内容时会更游刃有余，如果进一步对能级图进行逐步分解，采用动画进行辅助讲解，从而可使得学生对这部分难点内容有清楚的认识。此外，进一步增加课程内容的发展史，从而使学生更加清楚个人所修专业的学科发展脉络，并在专业领域理解人类文明的进步，激发学生的思考。1575年西班牙植物学家Monardes发现Lignum Nephriticum木头切片的水溶液在阳光的照射下显示出天蓝色的荧光；1852年斯托克斯发现荧光发射波长比激发波长要长；1867年出现了里程碑式的首次关于荧光分析的工作，这是由Goppelsroder应用铝―桑色素配合物的荧光进行铝含量的测定②③。在此基础上，进一步介绍现代荧光光谱在科学研究的前沿发展和各行各业的广泛应用。这不仅拓展了学生的视野，更进一步激发了学生的思考与兴趣。
4 结语
综上所述，面向基本理论知识扎实的创新型人才这一培养目标，针对短学时课堂，一方面透过现象看本质，构建立体化的课程知识系统，以纵向联系为长，横向联系为宽，灵活运用为高，从长、宽、高三维度进行归纳和拓展，另一方面，充分利用课下资源和时间，进一步提高课堂效率，攻破教学难点，增加课堂趣味，密切联系实际，为国家培养爱学习、乐创造的适应未来需求的人才。
【参考文献】
[1]甄淑君.仪器分析课程教学改革思考[J].西南师范大学学报（自然科学版）， 2013，38：168.
[2]赵芸辉.教学设计课程的立体化教学资源设计研究[D].江西师范大学，2008.
[3]任玉兰，邵艳秋，罗玉杰.讨论式教学法在仪器分析教学中的应用[J].教育与职业，2014，21：151.
注释：
①Fu， H. B.； Yao， J. N. Journal of American Chemical Society [J]. 2001（123）： 1434.
