1 仪器分析课程思政研究现状
仪器分析课程是化学及应用化学专业重要的专业基础课，也是化学工程与工艺、环境工程等专业的专业选修课[1]。在仪器分析课程思政元素挖掘方面，多围绕科学发展史[2-3]、科学家事迹[4-5]、仪器发展前沿及应用案例[4-5]等展开，思政载体相对较为“显性”,思政元素的运用多为“植入”,教学中容易落入“教师讲思政，学生听故事”层面，不能全面系统地反映并体现《高等学校课程思政建设指导纲要》对理工科课程思政的内涵建设要求[6-7]。
结合仪器分析课程自身的特点，以本校应用化学专业仪器分析课程中“原子吸收光谱法”一章为例，深度融合教学内容中蕴含的思维层次的隐性思政元素，通过课内与课外结合的多种教学方式，以隐性教育为主、显性教育配合，同时力求“隐性”思政元素的自然“析出”,寓科学思维方法的训练和科学精神的渗透于知识传授和能力培养之中，培养学生科学、辩证、统一的认识论和方法论。
2 原子吸收光谱法教学设计
原子吸收光谱法是一种重要的光学分析方法，是根据物质的基态原子蒸气对特征辐射的吸收作用来进行定量分析的方法，在金属元素定量分析中得到广泛的应用。围绕原子吸收光谱法教学，以专业知识的讲授为重点，以科学思维的培养为主要思政目标，以马克思主义哲学理念的深化和人文素养作为“点睛之语”,挖掘蕴含于课程本体的审慎思维、创新思维、辩证思维、系统思维以及科技自信等思政元素，结合课前、课中、课后3个环节，通过故事化、讨论式、启发式、案例化和探究式多种方式展开教学，课中教学以隐性思维培养为主，而将相对显性的科学史、应用案例延伸到课外环节，教学设计思路见图1。
2.1 原子吸收现象的发现与审慎思维
原子吸收现象在19世纪初被人们发现，早在1802年，英国化学家沃拉斯顿发现了太阳光谱中的暗线(见图2),但当时这一现象并未引起重视，以为是光谱上多个色域之间的自然区分线，而将其搁置在一边，也因此错过一个重大的发现[8]。1814年，德国物理学家夫琅和费发现，不仅太阳光谱，而且其他光源产生的光谱中也存在暗线，他进行了系统观察和研究，在太阳光谱中共发现了几百条暗线，这些暗线被命名为“夫琅和费线”,后经研究证明这些暗线的存在是由于大气层的某些元素的原子吸收了太阳光中特定波长的光造成的[8-9]。
知识被发现或创造的过程本身就包含了科学研究思维和方法[10]。通过发布课前任务，让学生查阅原子吸收光谱法发展历史，既节约了课堂时间，又引导学生通过自主学习了解科学背景，激发学习兴趣。利用科学故事提醒学生在学习及实验中严谨认真，不能轻视任何一个现象，尤其是异常现象，重大的发现往往就存在于“意外”中，应培养审慎思维，深入思考现象背后的本质，理论和实践相结合，养成探索未知、追求真理的科学精神。如被尊称为“天体分光学创始人”的夫琅和费不仅是一名物理学家，更是一名出色的光学技师，他研制了世界上第一台分光仪，并第一个使用光栅作为折射装置，除了对太阳光谱进行了深入研究，也在其他恒星的光谱中多方求证[8-9]。体现了在寻求科学真理的过程中，“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。
图1 原子吸收光谱法教学设计
Fig.1 Framework diagram of teaching design for atomic absorption spectrometry
图2 太阳光谱中的暗线示意图
Fig.2 Schematic diagram of dark lines in the solar spectrum
2.2 原子吸收光谱法的原理与创新思维
原子吸收光谱现象及其产生的原因虽然已经确认，但其发展成为分析方法的过程却遭遇瓶颈，限制原子吸收光谱应用的障碍即原子吸收光谱的测量，采用连续光源(如太阳光、氘灯、钨灯)作为入射光源时，由于吸收率较小，导致测量灵敏度很低。若测量积分吸收，由于吸收线非常窄，需要分辨率高达50万的单色器，技术不易达到。直到1955年，Walsh发表了著名论文《原子吸收光谱在化学分析中的应用》,提出一个创新思路，才使问题得以解决。
通过课堂头脑风暴引发学生思考，如何实现原子吸收光谱的测量?讨论得出原子吸收光谱法的原理——采用锐线光源测量峰值吸收，所谓锐线光源，是能发射出谱线半宽度很窄的发射线的光源，测量峰值吸收则要求通过原子蒸气的发射线的中心频率与吸收线的中心频率重合，因此必须用与待测元素同种元素制成的锐线光源照射原子蒸气进行原子吸收测定(见图3)。这一创造性思路的提出渗透了发散思维和逆向思维等创新思维方式，有效解决了原子吸收的测量问题，使原子吸收光谱法迅速得以发展并趋于成熟，成为测量微量或痕量元素灵敏而可靠的分析方法。通过原子吸收光谱方法建立的科学发展背景不仅使学生掌握原子吸收光谱法的原理，更使学生意识到创新思维在科学的发展中至关重要的推动作用，在科学难题的解决中“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”。
图3 峰值吸收测量示意图
Fig.3 Schematic diagram of peak absorption measurement
2.3 原子吸收光谱法的背景干扰与辩证思维
原子吸收光谱分析中的背景干扰是由原子化过程中产生的气态分子对光的吸收以及固体微粒对光的散射所引起的干扰效应。背景吸收是一种宽带吸收，使吸光度增大，产生正误差，需要对背景进行校正以消除背景干扰的影响。
引发学生思考“如何消除背景干扰呢?”结合原子吸收光谱测量的知识点，“连续光源不能用于原子吸收光谱的测量，在原子吸收光谱中还有没有用呢?”提示学生用辩证思维思考问题，引出氘灯背景校正法。氘灯作为连续光源，原子吸收的吸光度可以忽略不计，不能用于原子吸收的测量；因此氘灯照射下产生的吸收仅为背景吸收，因此氘灯背景校正的原理是：使入射光强相等，波长相同的空心阴极灯(锐线光源)和氘灯(连续光源)交替通过原子吸收区，空心阴极灯下得到吸光度A1为原子吸收加背景吸收，氘灯照射得到吸光度A2仅为背景吸收，通过2次测定的吸光度之差，即可得到背景校正后被测定元素的吸光度值(见图4)。氘灯虽然作为连续光源不能直接用于原子吸收的测量，却在背景扣除中发挥了作用，引导学生任何事物都应该辩证认识，正所谓“天生我材必有用，千金散尽还复来”。
图4 氘灯背景校正原理示意图
Fig.4 Schematic diagram of background correction principleby deuterium lamp
2.4 原子吸收光谱的化学干扰与系统思维
化学干扰是原子吸收光谱法中的主要干扰，是由于待测元素与共存组分之间发生了化学反应，生成难挥发或难解离的化合物，使基态原子数目减少而引起的干扰。消除化学干扰的方法包括：提高火焰温度、加入保护剂、加入释放剂。但从知识点的角度比较抽象，不易理解。
将具体案例引入教学，引导学生培养系统思维，即从互动系统下以全局视角从不同角度思考问题。以原子吸收光谱法测定水样中钙元素含量为例，磷酸根的存在会在高温下发生化学反应生成难解离的Ca2P2O7而影响对钙的测定。为了减少此干扰，利用系统思维来思考，可以分别从2个反应物和产物的角度考虑(见图5)。提高火焰温度可以使难解离的化合物(Ca2P2O7)分解，从反应产物的角度消除干扰；加入保护剂(如EDTA)可与被测元素(Ca2+)生成易分解的或更稳定的配合物，防止被测元素与干扰组分生成难解离的化合物；加入释放剂(如LaCl3)是与干扰物质(PO3−4
4
3
-
)能生成比被测元素更稳定的化合物，使被测元素释放出来[11]。这样既通过具体实例把3种消除干扰的方法结合在一起，又培养学生形成系统的思考方式，分析问题、解决问题，并可以迁移到其他问题的处理中去，“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”。
图5 消除测定钙离子化学干扰的系统思维
Fig.5 Systematic thinking on eliminating chemical interferencein the determination of calcium ions
2.5 原子吸收光谱法的应用与科技自信
原子吸收光谱法作为一种金属元素定量分析方法，仪器及方法的精密度和准确度均是重要的评价指标。国内原子吸收光谱仪起步于1965年，经过几十年的发展，从最初的改装国外仪器到自主研发，早已经实现国产化，在土壤检测、环境、食品等领域得到广泛应用。
通过布置课后拓展作业，开展探究式学习，调研原子吸收光谱法实际应用案例，鼓励学生自主探索、动手参与、动脑思考，用专业知识分析解决社会现实问题，提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力。部分学生调研情况见表1,涉及原子吸收光谱法在食品、水质、土壤及化工等多个领域的应用，调研内容包括仪器型号及厂家、不同样品或不同元素测定条件、影响因素、可能存在的干扰及消除方法，以及对方法定量分析精密度和准确度的评价结果，体现了原子吸收光谱法理论知识的综合应用。
通过课后拓展调研不仅巩固了理论知识，使学生认识到理论和实践的结合，培养了精益求精、实事求是的科学精神和职业素养，同时使学生体会到国产原子吸收光谱仪定量分析的优异性能，也是树立科技自信，激发学生的爱国情怀和科技报国精神的良好契机，汇聚“自信人生二百年，会当水击三千里”的奋斗勇气。
表1 原子吸收光谱法应用学生调研概况
Table 1 Overview of students’ research on the application of atomic absorption spectroscopy
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应用领域 |
仪器型号/厂家 |
测定条件 |
影响因素 |
评价指标 |
学生感悟 |
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食品(小麦面粉中微量元素铁、锰、铜)[12] |
WFX-110型石墨炉原子吸收光谱仪(上海精密科学仪器有限公司) |
Fe元素：分析波长248.3 nm, 狭缝宽度0.2 nm, 灯电流8 mA;Mn元素：分析波长279.5 nm, 狭缝宽度0.2 nm, 灯电流5 mA;Cu元素：分析波长324.7.5 nm, 狭缝宽度0.4 nm, 灯电流3 mA |
灰化温度、原子化温度 |
相对标准偏差(RSD):Fe元素：2.4%Mn元素：1.9%Cu元素：2.3% |
1.通过调研文献认识到原子吸收光谱法在实际中的广泛应用2.对分析条件的选择有了直观的认识，深刻理解了各因素对测定结果的影响3.明白了定量分析中应该精益求精，通过对比也发现国产仪器的分析性能很棒 |
发布时间：2025-11-09 
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