مشاهده آنلاین غرفه بلورآزما نمایشگاه ایران ساخت
ورود به نمایشگاه
logo bloorazma
و آموزش
زمان مطالعه : 9 دقیقه

حوزه آموزش و نقش تکنیک اسپکترومتری

اسپکترومتری در کلاس شما

اسپکترومتری یا اسپکتروسکوپی، یک تکنیک علمی است که در حوزه های بسیاری از جمله در فیزیک، شیمی، نجوم، پزشکی و تقریباً در تمامی صنایع کاربردهای فراوانی دارد.

در حقیقت، اسپکترومتری یک ابزار اکتشافی یا تشخیصی اساسی در رشته فیزیک است که امکان بررسی ترکیبات مختلف شیمیایی، ساختار فیزیکی و ساختار الکترونیکی ماده را در مقیاس اتمی و مولکولی فراهم می‌ کند.

اسپکتروسکوپی شاخه‌ ای از علم است که با برهمکنش دادن نور با مواد، برخی از خصوصیات آنها را به صورت تابعی از طول موج یا فرکانس اندازه‌ گیری می کند.

این تکنیک کاربردی، شامل اندازه گیری شدت تابش الکترومغناطیسی جذب شده، نشری یا پراکنده شده توسط یک ماده است که کاربردهای متعددی در علوم مختلف دارد.

در بخش آموزش، تکنیک های مختلف اسپکترومتری می‌ تواند به عنوان ابزاری برای آموزش اصول طیف‌ سنجی نوری به دانش‌آموزان و دانشجویان استفاده شود.

آموزش اسپکترومتری می‌ تواند به دانش‌ آموزان کمک کند تا انواع برهمکنش های نور و ماده را درک کنند، که یک مفهوم اساسی و زیربنای بسیاری از حوزه‌ های علمی است.

همچنین می توان از آن برای یادگیری ساختار الکترونی اتم ها و مولکول ها، اصول پیوندهای شیمیایی و شناسایی ترکیبات ناشناخته استفاده کرد.

hand on spectroscopy

سیستم اپتیکی در برنامه های آموزشی

از آنجایی که اسپکترومتری یک ابزار مهم و کلیدی برای آنالیز نمونه‌ های واقعی مانند آلاینده‌ های محیطی، افزودنی‌ های غذایی، مواد دارویی و غیره است، دانشجویان می توانند نحوه تجزیه و تحلیل این نمونه ها و تفسیر نتایج را بیاموزند.

به طور کلی، گنجاندن اسپکترومتری در بخش آموزشی می‌ تواند روشی عملی و ملموس برای به کارگیری دانش خود از مفاهیم علمی ارائه دهد که فرد را در تعامل با یک تکنیک تحلیلی ارزشمند قرار می دهد که ممکن است در آینده شغلی خود با آن مواجه شوند.

این مقاله جهت اهمیت پرورش و توسعه درک دانش آموزان از این موضوعات از مفاهیم اولیه تا تفکر سطح بالاتر ارائه شده است.

همچنین هدف آن خاطر نشان کردن این موضوع است که درک اینکه چگونه جنبه های فیزیک و شیمی به یکدیگر پیوند می خورند، درک کامل تری از فرآیندها به عنوان یک کل به دست می دهد.

آموزش از طریق فعالیت های آزمایشگاهی، مهارت های تفکر و تحقیق را توسعه می دهد. برای درک بیشتر اهمیت این موضوع، با ما همراه باشید.

spectroscopy education

ضرورت آموزش آزمایش محور

آموزش و پرورش، از جمله ارکان مهم و حیاتی برای دستیابی به رشد اقتصادی و رقابت اجتماعی است و برای توسعه شخصی و حرفه ای افراد نقش بسیار مهمی دارد.

زیرا به افراد کمک می کند تا دانش و مهارت هایی را کسب کنند که می تواند در زمینه های مختلف زندگی آنها از جمله شغل تأثیر گذار باشد.

امروزه یادگیری، هم به عنوان یک حق اجتماعی و هم به عنوان یک ضرورت اقتصادی شناخته می­ شود و نیازی دائمی به پیشرفت و ارتقاء توانمندی ­ها و به روز رسانی دانش و مهارت وجود دارد.

آموزش متخصصان در رشته ­های علوم و مهندسی، مستلزم توجه ویژه به توانایی دانشجویان در تدوین و مقابله با مسائل پیچیده، چه از لحاظ تئوری و چه از لحاظ عملی است.

به طور کلی، ارائه­ برنامه‌ های تمرینی و عملی در حوزه­ های مختلف یک برنامه درسی (به ویژه در رشته­ های فنی) اهمیت بسیار بالایی دارد.

spec edu

اگرچه دامنه­ آنها معمولاً با توجه به محتوا محدود می‌ شود و یا به دلایل محدودیت‌ های زمانی، منابع آموزشی محدود و یا عدم هم‌ افزایی بین موضوعات مختلف، کمتر به این مقوله توجه شده است.

با این حال، در صورت آموزش نادرست، دانش‌ آموزان یا دانشجویان پس از اتمام دوره­ تحصیل، در آینده شغلی خود با مشکلات متعددی مواجه می شوند.

آنان باید پس از اتمام تحصیل، تمامی  شایستگی‌ ها و مهارت‌ های به‌ دست‌ آمده در طول دوره آموزشی خود و همچنین تجربه قبلی خود در زمینه­ های تحقیق، توسعه یا مدیریت را به طور عملی به کار ببرند.

تکنیک های نوین آموزشی

با هدف ارائه­ آموزش جامع به دانش آموزان و دانشجویان که آنها را قادر می ­سازد از ابتدای شروع حرفه­ ای خود به این نوع مشکلات نزدیک شوند، تکنیک ­های آموزشی جدیدی مبتنی بر یادگیری از طریق حل مشکلات پیچیده (به صورت عملی) ایجاد شده است.

در این روش جدید، دانشجویان یا کارآموزان باید به دنبال راه‌ حل عملی و فنی مسئله­ خاص باشند، که برای این منظور، علاوه بر اینکه باید از دانش نظری خود در مورد پدیده‌ زیربنایی مشکل استفاده کنند، باید برای کاربرد خاصی که با آن روبرو هستند نیز راه‌ حل‌ های فناورانه بیابند.

ایده اساسی این است که دانشجو یا دانش آموز بتواند به یک استقلال فکری و تمرکز بر حل مسئله برسد و توانایی فنی یا ایده­ های فناورانه و تفکر انتقادی او در تفسیر نتایج به دست آمده، تقویت شود.

در هنگام طرح یک مسئله­ عملی، باید نکات مختلفی را در نظر گرفت که عمدتاً در زمینه­ مسئله­ مورد بررسی و همچنین محدودیت ­های عملی در مقاطع آموزشی بالاتر رخ می ­دهد.

در موارد خاص در رشته های فوتونیک، فیزیک و شیمی، معمولاً محدودیت ­هایی در  تأمین هزینه بالای تجهیزات و در دسترس بودن آن­ها، حتی برای تعداد کمی از دانشجویان همراه هستیم.

spectrometric educational kits

نمونه ای از کیت های آموزشی طیف سنجی

یکی دیگر از محدودیت­ ها در این حوزه ها، محدود بودن ماهیت دستگاه­ های ابزار دقیق است که تعداد آزمایش‌ هایی را که می‌ توان انجام داد را کاهش می‌ دهند و در نهایت، باعث ارتقای مهارتی کمتر دانشجویان نیز می­ گردد.

ضرورت اسپکترومتری در بخش آموزش

یکی از ابزارهای مهم و کاربردی در بخش آموزشی هر مرکز علمی، به ویژه در رشته های فوتونیک، فیزیک و شیمی، دستگاه های اسپکتروسکوپی است.

برای مثال، دستگاه اسپکتروفوتومتر جذبی، ابزاری است که مقدار فوتون (شدت نور) جذب شده را پس از عبور از محلول نمونه اندازه ­گیری می­ کند.

در نتیجه، براین اساس می­ توان مقدار یا غظت یک ماده شیمیایی ناشناخته شده را تعیین کرد و بر اساس نتایج حاصل، ماده مجهول را شناسایی کرد.

در مطالعات علمی و آنالیزهای صنایع،معمولاً برای تجزیه و تحلیل مواد خام و محصولات نهایی از دستگاه های اسپکتروفتومتر استفاده می ­شود.

این دستگاه ها، به طور گسترده در حوزه آب و فاضلاب، بیوشیمی و زیست‌ شناسی مولکولی نیز مورد استفاده قرار می‌ گیرند. آنالیز طیفی برای تعیین غلظت بیومولکول های موجود در یک محلول امری ضروری است.

اسپکترومتری عملکردی مادون قرمز نزدیک (fNIRS) نیز نوعی طیف‌ سنجی است که در تحقیقات مشترک برای درک مکانیزم‌ های عصبی و مطالعه پارامترهای فیزیولوژیکی استفاده می شود.

fNIRS for Edu Image

تکنیک fNIRS

بنابراین فناوری­ های طیف سنجی هم در داخل و هم در خارج از آزمایشگاه، با کاربردهای متعدد در زمینه­ های ذکر شده مورد استفاده قرار می­ گیرند و مطمئناً می­ توانند به شناسایی و آنالیز دقیق ­تر مواد در سیستم های فنی و تحلیلی کمک کنند.

به علاوه، دستگاه های اسپکتروسکوپی انواع گوناگونی دارند که هرکدام از یک تکنیک ویژه اپتیکی استفاده می کنند و دانستن عملکرد آنها ضروری است.

بسیاری از دانشجویان، به دلایل متعددی که در بالا نیز به برخی از این موارد اشاره شد، نمی‌ توانند با دستگاه ­های اسپکتروسکوپی کار کنند.

این موضوع باعث می­ شود که در درک اجزای سازنده دستگاه های طیف سنجی مختلف، مبانی نظری مورد استفاده، پیکربندی های نوعی و نحوه­ کار با دستگاه و نمونه گیری ضعف داشته باشند.

بنابراین، رویکردی مورد نیاز است که بتواند بر مشکلات پیش روی دانشجویان، در تمرین و یادگیری ابزار دقیق و استفاده از دستگاه های طیف سنجی غلبه کند.

در صورت فراهم بودن این دستگاه در حوزه­ های آموزشی، دانشجویان می‌توانند با ارزیابی قطعات، نحوه کارکرد آنها و عملکرد ابزار از طریق یک پروژه خاص، به ­صورت عملی تجربه  طراحی یا به کارگیری یک ابزار ساده اسپکتروفوتومتری را کسب نمایند.

انجمن The Royal Society of Chemistry طیفی از منابع آموزشی تحلیلی در حوزه اسپکترومتری را ارائه می دهد که اصول و عملکرد طیف سنجی و سایر روش های تحلیلی را پوشش می دهد.

این منابع شامل آزمایش‌ های صفحه نمایش، شبیه‌ سازی PhET، و مقدمه‌ هایی است که یک آغازگر را برای دانش‌ آموزان ارائه می‌ کند و تمام تئوری‌ های اولیه مورد نیاز آنها را پوشش می‌ دهد.

اسپکترومتری

آموزش عملی

به علاوه، دستگاه های طیف سنجی (به عنوان عناصر ضروری در هر آزمایشگاه تحلیلی) عموماً با قیمت­ هایی از 3000 تا بیش از 20000 دلار به فروش می­ رسند.

قیمت نسبتاً بالا برای این ابزارها، باعث می ­شود که به ندرت برای اهداف آموزشی و یادگیری در مدارس و دانشگاه­ های کشورهای در حال توسعه استفاده شوند.

گاهی حتی با وجود داشتن دستگاه، برخی از دانشجویان معمولاً فقط نمایش‌ های نهایی را می‌ بینند یا به دلیل تعداد محدود آن، فقط نمونه‌ هایی را برای آنالیز به مربی خود می‌ فرستند.

این یادگیری سنتی، علاوه بر اینکه دانشجویان را به اطلاعات ارائه شده توسط معلم یا مربی وابسته می­ کند، باعث عدم درک و تسلط بر تحلیل فنی با استفاده از دستگاه می ­شود و در آینده آنها را با مشکلات و چالش هایی روبرو خواهد کرد.

این مشکل توجه پژوهشگران حوزه آموزش را به خود جلب کرده است. برخی از راه حل های ارائه شده توسط محققان ننشان می دهند که ارائه دروس تحلیلی به ویژه موضوعات مرتبط با کار با دستگاه­ های اسپکترومتری، می­ تواند دانشجویان را به تفکر بالاتر، یادگیری مستقل و ایجاد تجربیات متفاوت و معنادار وادار کند.

علاوه بر این، با ارائه­ پروژه­ های مبتنی بر اسپکترومتری، آنها می ­توانند بنیادی ­تر و تحلیل­ گرایانه ­تر بیندیشند و به این درک خواهند رسید که چگونه یک دستگاه اسپکتروفوتومتر، در تولید و ارزیابی داده ­ها عمل می­ کند.

ضرورت دوره های آموزشی مرتبط با طیف سنجی

دوره های آموزشی مرتبط با دستگاه های طیف سنجی به دلایل متعددی بسیار مهم و کلیدی هستند:

  1. اولاً، اسپکترومتری یک تکنیک تحلیلی پیچیده است که برای عملکرد و تفسیر دقیق نتایج به دانش و تخصص ویژه ای نیاز دارد. بدون آموزش مناسب، درک اصول طیف سنجی، عملکرد ابزار، آنالیز داده ها و عیب یابی می تواند چالش برانگیز باشد.
  2. ثانیاً، انواع مختلف دستگاه های طیف سنجی به سطوح مختلفی از آموزش نیاز دارند، زیرا هر کدام ویژگی‌ ها و کاربردهای منحصر به فرد خود را دارند.
  3. ثالثاً، آموزش صحیح در کار با تکنیک های طیف سنجی تضمین می کند که متخصصان می توانند به طور موثر برای کاربردهای خاص خود از این دستگاه ها استفاده کنند، نتایج دقیقی را تولید کرده و مشکلات ممکن را عیب یابی کنند.

در دوره ­های کار با دستگاه های طیف سنجی، باید توسعه مهارت­ های مرتبط با دستگاه برای کاربران افزایش یابد. معمولاً اهداف کلیدی متعددی که در این دوره ها دنبال می شوند، موارد زیر هستند:

  • کاربردهای امواج الکترومغناطیسی و آنالیز آن
  • آشنایی با زبان و ابزار تحقیق تجربی
  • توسعه مهارت‌ های فردی و گروهی
  • تمرین تکنیک‌ های جدید و به روز برای آنالیز مواد
  • توسعه مهارت‌ ها در مشاهده و آنالیز داده‌ های گزارش‌
  • نحوه استفاده از دستگاه های طیف سنجی
  • نحوه عملکرد قطعات اپتیکی
  • نحوه­ بهینه ­سازی منابع نوری و آشکارسازهای مربوطه (تحلیل سیستم)
  • استفاده از ابزارهای نرم افزاری برای کنترل ابزار و داده ­ها
  • کاربردهای طیف سنجی

یک برنامه آموزشی با کیفیت، باید بتواند تمامی جنبه های لازم را در نظر بگیرد و شامل موارد زیر باشد:

  • یک برنامه درسی کل­ نگر و جامع
  • دیدگاه دانشجو به عنوان یک یادگیرنده­ خود راهبر و خود انگیخته
  • یک مدل مشارکتی
  • یک هدف درسی محکم
  • نتایج یادگیری با استاندارد بالا

با توجه به استراتژی­ های یادگیری و بررسی آزمایشات طیف سنجی، معمولاً محتوای دوره ها به صورت زیر تعریف می ­شود:

  • طیف سنجی چیست؟
  • انواع تکنیک های طیف سنجی و نمونه های قابل آنالیز
  • انواع دستگاه ­های طیف سنجی و اجزای آن
  • نرم افزارهای خاص هر تکنیک طیف سنجی
  • آماده­ سازی نمونه ها در هر تکنیک
  • آزمایش عملی، آنالیز داده و ارائه گزارش
اسپکتروفتومتر

نمونه­ ای از بررسی اجزای داخلی اسپکتروفوتومتر در آزمایشگاه آموزشی

سخن پایانی

هزینه های بالای ابزار دقیق به این معنی است که اکثر مدارس و کالج ها به تجهیزات مناسب برای یادگیری عملی موثر دسترسی ندارند. دستگاه‌ های مقرون‌ به‌ صرفه­­ اسپکتروفوتومتر ایرانی مختص آموزش، این خلأ بزرگ آموزشی را پر می ­نمایند.

به علاوه، یادگیری تجربی، از طریق تجربه مستقیم، مانند شرکت در دوره ها، کارگاه ها و یا دیگر فرصت های یادگیری عملی است و مهارت‌ ها و دانش‌ هایی را در اختیار افراد قرار می‌ دهد که می‌ توانند در موقعیت‌ های دنیای واقعی به کار گرفته شوند.

از این رو، کارگاه‌ ها و دوره های طیف‌ سنجی بخش عملی حوزه های علمی و برخی از کاربردهای واقعی در صنعت را نشان می‌ دهند و برای افرادی که علاقه مند به کار یا استفاده از تکنیک های طیف سنجی در تحقیقات یا صنعت خود هستند، آموزش امری ضروری است.

پیشنهاد می کنیم از محصولات اسپکترومتری شرکت بلورآزما دیدن کنید. در صورت نیاز می توانید کاتالوگ هر محصول را نیز دانلود نمایی.

منابع و مراجع

Review of Student-Built Spectroscopy Instrumentation Projects
Wikipedia
امتیاز شما به مقاله:

5 / 5. تعداد رای: 4

اشتراک گذاری مقاله:

2 دیدگاه و پرسش

  1. عرفان محمد پور گفت:

    اگر فایل pdf مقالاتتون هم توی سایت قرار بدین خیلی عالی میشه.

    1. khosravi گفت:

      بله حتما

افزودن دیدگاه و پرسش جدید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

5 مقاله اخیر

مقالات منتشر شده در ساعاتی قبل

زمان مطالعه : 20 دقیقه
زمان مطالعه : 19 دقیقه
زمان مطالعه : 20 دقیقه
زمان مطالعه : 20 دقیقه
زمان مطالعه : 19 دقیقه