我国的高等教育已步入大众化发展阶段，高素质高科技人才需求猛增^{[1, 2]}。2018年9月10日，习近平总书记在全国教育大会上发表重要讲话，从党和国家事业全局发展的战略高度，深刻分析了教育工作面临的新形势新任务，指出要努力构建德智体美劳全面培养的教育体系，形成更高水平的人才培养体系。因此，把提高教育质量作为教育改革发展的核心任务，推动我国教育总体水平迈入世界中上行列，是关系国家发展的重要举措。中国高等教育应该进入一个新时代，国家的发展归根到底要靠人才，靠教育。

仪器分析法是分析化学学科第二次重大变革过程中发展起来的新分析方法，它结合数学、计算机科学的研究方法，综合了光、声、电、磁、热等先进技术对物质进行理化性质的分析与表征，与传统分析化学相比较，它具有分析速度快、分析能力强、灵敏度高、检测限低等重要特点。仪器分析的理论和实验技术不仅为化学学科提供了发展的根本保障，同时也被日益广泛地应用于化工、材料、生命、医药、食品、环境等领域^[3-6]。仪器分析实验是高等院校化学及相关专业的重要的实验课程，但迄今为止，大部分院校的仪器分析实验课程存在着这样的矛盾：(1)仪器昂贵，件数少，而学生人数多，尽管是分组实验，但每组实验人数远远高于其他实验课程，学生动手机会少；(2)科技发展快，而仪器更新慢，有的学校面临着部分仪器已淘汰，部分仪器测试效果不佳的局面。面对硬件设施老旧少和教育急速发展的矛盾，从教学方法、激发学习积极性、培养创新精神和提高学生分析问题、解决问题的能力的角度进行教学改革的尝试迫在眉睫。

俄国著名教育学家乌申斯基说过：“比较是一切理解和思维的基础，我们正是通过比较来了解世界上的一切。”比较是人们常用的思维方式，是主动思考的过程，是提高分析和综合能力的过程。比较思维能力就是要求把若干同一属性的现象或人物等进行对照，找出它们之间存在的差异及存在差异的原因，并从比较中归纳出具有实质性或有意义的结论^{[7, 8]}。许多高校在不同学科中采用了不同形式的比较教学法，取得了突出的成效^{[9, 10]}。在仪器分析实验教学中，我们也开展了将比较教学法融入课堂的尝试与实践，以此来激发学生的实验兴趣和创新精神，增强学生对各类仪器功能的认识与应用，学生的认知能力在比较过程中不断建构、丰富、提高和发展，取得了较好的效果。

在仪器分析实验教学中，教师可根据不同仪器，同一仪器不同部件，不同仪器类似部件等方面，充分运用比较教学法，将相似的性质进行比较，使原来抽象枯燥的、难以理解的内容变得一目了然、易于掌握、甚至生动有趣，达到既丰富实验教学，又激发学生思维，更提高教学效率和教学效果的目的。具体意义和作用有：

(1)通过比较仪器的相同点，找出仪器原理、结构等共性的方面；

(2)通过比较仪器的不同点，认识不同仪器的功能，测试对象、测试能力和测试范围；

(3)通过比较，从相对独立的介绍各种仪器的教学章节和实验内容中找出规律性的知识，使抽象的问题具体化，复杂的过程简单化；

(4)通过比较，将实验教学中的制样、上样、分析技术等归纳、总结、研究，加深学生对测试要求和测试方法的理解与记忆，使学生在有限的实验教学时间内学到更多的知识；

(5)通过比较，提高学生的观察能力、思维能力；

(6)通过比较，充分调动学生的学习主动性，提高课堂教学效果，并激发学生的创新能力和创新精神。

色谱分析是是20世纪发展起来的一种有效的分析和分离技术，是仪器分析领域中发展迅速，研究和应用十分活跃的领域之一。它是一种按物质在固定相与流动相间分配系数的差别而进行分离、分析的方法，通过分离物质和检测记录物质的色谱图，对谱图的峰高、峰面积等进行定量分析，广泛应用于石油、化工、食品、医药、卫生、冶金、地质、农业、环境保护等各个行业中。利用色谱法，英国生物化学家Martin于1952年创立了以气体为流动相的气相色谱分离技术，20世纪70年代，在气相色谱和经典色谱的基础上，又发展了以液体作为流动相的高效液相色谱法^{[11, 12]}。两种色谱仪工作原理相通，仪器构造相近，应用范围既有特异性，又有一定的交叉，初学者常常容易混淆。在课程安排中，我们将色谱法基本概念、术语、基本理论部分放在了仪器分析理论课上讲解，将气相色谱和液相色谱的重要知识采用理论课与实验课结合施教的方法。实验课程中，站在两台仪器面前，结合仪器输送系统、进样系统、分离系统、检测系统、信号显示系统，从制样、进样到分离、分析，层层剖析，学生更能区分两者的相同与不同之处。

紫外-可见吸收光谱法是基于某些物质分子对紫外和可见光的吸收特性建立起来的分析测试方法，该方法广泛应用于无机化合物和具有生色团的有机物的鉴定和定量分析。紫外-可见吸收分光光度计操作简单，普及性高，根据不同的光路设计，可分为单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计等。不同的设计各有不同的优势，单光束型设计简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光率；双波长型将同一光源发出的光分别经过两个单色器后得到两束强度相同，波长不同的单色光(λ₁、λ₂)，利用切光器，两束光交替照射到吸收池，检测吸光度差值∆A与待测浓度c成正比进行定量分析，没有参比溶液的情况下可消除干扰、降低误差、提高测定准确度；双光束型将单色光变成两束强度相等的光，一束通过参比溶液，另一束通过试样溶液，检测器输出信号取决于两束光的强度比。该方法可以消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，适合于在较宽的光谱区域研究复杂吸收光谱的特性，但仪器复杂，价格较高^[11]。三种类别的紫外光谱仪各有所长，但如果死记硬背，则教学内容略显抽象和枯燥，学生缺乏感性认识，知识点不容易掌握或遗忘率高。在实验中，我们将不同的光路设计画出图表(图1)，差异之处显而易见，再结合实验室现有的美国Varian公司Cary50型分光光度计(双波长型)和美国Perkin Elmer公司LAMBDA650s型分光光度计(双光束型)，给学生做了比较，取得了较好的教学效果。

液相色谱在分离分析有机物方面比气相色谱常常有更大的优势，更能完成难度较大的分离工作^[13]。结构相似的有机物能否有效分离与色谱条件的选择密不可分。实验中，为了分离甲氰菊酯(Fenpropathrin, Fenp)、高效氯氟氰菊酯(Lambda-cyhalothrin, Lam)、S-氰戊菊酯(S-fenvalerate, Sfen)三种菊酯类农药，我们考查了流速(0.8、1.0和1.2 mL∙min⁻¹)、流动相(乙腈和水的体积比分别为80 : 20、75 : 25和70 : 30)和检测波长(280、254、220 nm)等条件对分离效果的影响，学生用画图和列表的方法完成实验报告，比较分离的效果。实验结果表明在1.0 mL∙min⁻¹，乙腈和水的体积比为75 : 25，检测波长为220 nm时，三种菊酯类农药能够在较短时间达到基线分离(分离度R > 1.5) (图2)。结合色谱分离的基本方程(式(a)和(b))可知：流速的改变，优化了柱效n；流动相组成的改变是通过影响容量因子k'和选择性因子α来提高分离度R；检测波长的改变与分离度无关，跟分析物的结构有关，分子中电子能级间的能量差决定了物质的紫外吸收波长。

(a) $R=\frac{\sqrt{n}}{4}\left( \frac{a-1}{a} \right)\left( \frac{{{k}'}}{1+{k}'} \right)$

(b) ${{t}_{R}}=\frac{16{{R}^{2}}H}{{\bar{u}}}{{\left( \frac{a}{a-1} \right)}^{2}}\frac{{{\left( 1+{k}' \right)}^{3}}}{{{{{k}'}}^{2}}}$

在实际样品的测试中，在等待色谱图的峰起峰落中，在分离度的计算中，学生体验了测试条件的重要性，学习了测试条件与物质结构、分离原理之间的关系，相信这样的体验会在他们的脑海中形成更加深刻的记忆，比“告诉”“告知”的教学方式更能达到预想的教学的效果。

当试样分子受到波长连续变化的红外光谱照射时，与分子固有振动频率相同的特定波长的红外光会被吸收，产生红外光谱。红外光谱法常常用于有机物的定性和定量分析，是鉴定化合物和分子结构的重要手段。“红外吸收光谱的测定及结构分析”是我校仪器分析实验中的重要内容之一^{[14, 15]}。按照实验大纲的要求，带领学生用透射法，进行溴化钾压片测试即可。因我校购买红外光谱仪时，还买了衰减全反射和漫反射附件，为了拓宽学生的知识面，我们也将这些附件应用在本科生实验教学中。比较而言，透射法适用范围广，谱图信号强，但谱峰会受制样好坏的影响，样品研磨不均匀，谱图基线易发生漂移，谱带畸变；衰减全反射技术广泛用于高聚物薄膜、表面涂层、弹性体、纤维等难制样和水溶液中的有机物分析，峰强度不如透射法，但是操作方便，节约时间，便于大量样品的测试；漫反射光是指从光源发出的光进入样品内部，经过多次反射、折射、散射及吸收后返回样品表面的光，信号比透射谱弱，主要用于测量粉末样品和浑浊的液体，特别适用于不可用研磨压片法制样的样品，图3给出了不同制样方法测得的苯甲酸的傅里叶变换红外光谱图。实验中，学生对这些精密仪器表现出强烈的学习兴趣，尽管学生人数远远多于仪器数目，但是大家都能竖着耳朵听讲，垫着脚尖观察，不放过任何动手的机会，这样的学习积极性不仅利于学生对分析仪器的掌握，更体现了他们对分析学科的热爱、热衷与痴迷。

金属元素含量的测试是仪器分析中的一个重要内容，常用的方法有等离子体发射光谱法(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry，ICP-AES)或原子吸收光谱法(Atomic Absorption Spectrometry，AAS)。两种仪器都可以测定常见金属元素含量，那么实践中，该选用哪个仪器呢？虽然都属于原子光谱，但是一个是发射光谱，一个属吸收光谱，仪器的工作原理、组成构造、检出限、优缺点等各不一样。如：ICP-AES分析速度快，标准曲线的线性范围宽，可以同时进行几十个元素的多元素定量测定，选择性好，可测定非金属元素，但是，ICP-AES消耗大量氩气，测试成本高，仪器也比较贵；而用AAS进行元素分析，选择常用的乙炔气为燃气，空气为助燃气的话，可测试的元素范围少一些，每次只能选择一种光源，测一种元素，但是仪器开机简单，测试成本低廉。在测定自来水中钙、镁元素含量时，可用两种仪器分别测试，实验数据及相关参数见表1。有了比较与实践，学生就能够合理地筛选仪器，达到快速、高效分析测试的目的，仪器选用可参考以下一些准则：(1) ICP-AES可以测一些非金属元素，如硫、磷等，AAS不可测非金属元素；(2)当两个仪器都可选时，看分析物的浓度范围，ICP-AES的检测限和相对标准偏差更低；(3)同时进行多元素测定时，ICP-AES是首选，样品用量少，只需要测1、2个元素时，AAS更合适，开机时间短，成本低廉。

在仪器分析教学过程中，我们经常看到学生容易混淆基本概念、基本理论，分不清同类别仪器工作原理，光源、检测器等的差别。通过比较教学法，我们能把教材中的重点、难点和学生学习中存在的疑点结合起来，加深学生的印象，帮助其透过现象，掌握本质，拓宽其知识面。通过比较法的思维训练，学生可以将各个章节的知识点彼此联系、相互辨别，在知识点之间建立横向和纵向比较。该方法还能用于其他理科课程的学习。学会比较，相信一定有事半功倍的效果。