儀器分析基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式探索

唐斯萍，馮泳蘭，劉夢琴，匡云飛，鄧培紅

（衡陽師范學(xué)院 化學(xué)與材料科學(xué)系，湖南 衡陽 421008）

儀器分析實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程［1－2］。科學(xué)地設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，采用合理可操作的教學(xué)模式，通過儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，學(xué)生的儀器操作技能、運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題的能力會很大程度地得到鍛煉和提高。本文就筆者所在學(xué)校儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并提出新的教學(xué)模式——基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合。

1 儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

筆者所在學(xué)校開設(shè)的儀器分析實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容為鄰二氮菲分光光度法測定鐵，氣相色譜法的定性分析和定量分析，紫外分光光度計(jì)測定蘋果醋飲料中VC的含量，循環(huán)伏安法測定亞鐵氰化鉀，電位法測定自來水中氟含量和原子吸收分光光度法測定礦泉水中鈣的含量等。這些內(nèi)容雖然涵蓋了光度分析法、電化學(xué)分析法、色譜分析法。但這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本屬于驗(yàn)證性的，過于簡單；教學(xué)形式，教師從實(shí)驗(yàn)原理到儀器操作細(xì)節(jié)都詳細(xì)地講解，學(xué)生幾乎不需要思考，不需要預(yù)習(xí)，直接按照教師說的照方抓藥。實(shí)驗(yàn)用試劑的預(yù)處理，實(shí)驗(yàn)員老師事先都準(zhǔn)備好，每個學(xué)生輪流機(jī)械地操作一遍，最后交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告給老師。教師然后再根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告評定成績。這樣的教學(xué)方法和模式導(dǎo)致的教學(xué)效果：學(xué)生感覺儀器分析實(shí)驗(yàn)課無需預(yù)習(xí)、無需查資料，上課就是“過眼煙云”，沒有任何課程學(xué)習(xí)壓力；一段時(shí)間后，所學(xué)知識全部“還給”教師。這樣的教學(xué)模式無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，更談不上培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)的能力。因此，筆者針對這種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過于簡單、教學(xué)形式呆板、成績評定手段單一的現(xiàn)狀，為充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，提出基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式。

2 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的教學(xué)模式是遞進(jìn)式教學(xué)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)具有開放性。下面就教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、新模式的教學(xué)方式和實(shí)驗(yàn)成績的評定三方面探討這種模式。

2.1 教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置

對于儀器分析實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容包含色譜分析、光譜分析、電化學(xué)分析和波譜分析等。這類實(shí)驗(yàn)包括物質(zhì)的定性和定量分析。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)置相對簡單，學(xué)生只需重復(fù)教師示范的操作，得出準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)即可。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置旨在訓(xùn)練學(xué)生掌握儀器分析的基本原理和操作技能。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇要與身邊的生活有關(guān)，以激發(fā)學(xué)生的興趣。譬如，鋁合金中鋁元素含量的檢測與分析，工業(yè)廢水中重金屬的檢測與分析，常用食品中某種添加劑的檢測與分析，蔬菜或水果中殘留農(nóng)藥的分析等。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置注重學(xué)生解決實(shí)際問題、創(chuàng)新性學(xué)習(xí)以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)。

2.2 新模式的教學(xué)方式

對于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，主要以教師講解和示范操作為主。譬如，關(guān)于氣相色譜定性定量分析，開設(shè)有機(jī)混合物的氣相色譜分析。此實(shí)驗(yàn)要求教師講述氣相色譜分析的定性分析和定量分析的原理、氣相色譜應(yīng)用領(lǐng)域和范圍以及氣象色譜儀的構(gòu)造和基本操作方法。講授定量分析時(shí)，得重點(diǎn)講述相對校正因子和怎樣得出各物質(zhì)相對校正因子的實(shí)驗(yàn)方法。筆者所在學(xué)校開設(shè)的氣相色譜分析實(shí)驗(yàn)課，因?yàn)檎n時(shí)數(shù)的限制，教師直接給出各物質(zhì)的相對矯正因子，學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，直接將相對校正因子代入公式計(jì)算即可，這樣造成的教學(xué)效果就是學(xué)生下次再遇到運(yùn)用氣相色譜進(jìn)行定性定量分析時(shí)，仍然不知所措，因不知怎樣求出物質(zhì)的相對矯正因子。基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)側(cè)重于對學(xué)生傳授儀器分析的基礎(chǔ)知識、儀器的結(jié)構(gòu)和工作原理、基本操作方法、該儀器分析方法的應(yīng)用領(lǐng)域以及運(yùn)用該儀器分析方法解決實(shí)際問題的思路。初步掌握儀器的操作技能，掌握定性定量分析的基本思路和方法，為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)和實(shí)施奠定基礎(chǔ)［3］。所有基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)藥品試劑的預(yù)處理和實(shí)驗(yàn)最佳條件的摸索要求學(xué)生自己完成。

對于設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)，教師根據(jù)本校已有的實(shí)驗(yàn)條件，提前一周給出實(shí)驗(yàn)命題范圍。學(xué)生以組為單位，一般每組5～6個人，各組組內(nèi)共同討論后選擇實(shí)驗(yàn)命題，并確定具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。每組負(fù)責(zé)人組織組內(nèi)人員的分工安排：從文獻(xiàn)的查閱和資料的信息獲取和提煉、分析方法的選擇、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)藥品和試劑的準(zhǔn)備以及實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)施。做這些工作的過程中，學(xué)生組內(nèi)要集體論證實(shí)驗(yàn)方案的可行性。實(shí)驗(yàn)方案得到實(shí)驗(yàn)老師的肯定后，才可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。否則要修改實(shí)驗(yàn)方案。然后就是實(shí)驗(yàn)小論文的撰寫以及實(shí)驗(yàn)的答辯交流。整個過程學(xué)生工作量大，需要團(tuán)隊(duì)合作，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)完畢很多工作需要在課外時(shí)間準(zhǔn)備。而教師則全程跟蹤，必要時(shí)給予指導(dǎo)。以確保實(shí)驗(yàn)課的圓滿進(jìn)行，才能達(dá)到理想的教學(xué)效果。

2.3 實(shí)驗(yàn)成績的評定

筆者所在學(xué)校儀器分析實(shí)驗(yàn)課程成績的評定方法是教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和上課的出勤率以及平時(shí)上課的表現(xiàn)給出成績。為適應(yīng)新的教學(xué)模式的需要，主要從文獻(xiàn)查閱、信息提煉能力、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的合理性、創(chuàng)新性和可操作性、基本操作能力、運(yùn)用理論分析數(shù)據(jù)的能力、結(jié)論是否正確、答辯交流等方面評定實(shí)驗(yàn)成績。成績的評定分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)兩部分，具體標(biāo)準(zhǔn)：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的成績占30%，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成績占70%。其中設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分為幾個部分：文獻(xiàn)資料的查閱和綜合提煉占10%，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)占20%，實(shí)驗(yàn)過程占30%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占25%，實(shí)驗(yàn)答辯交流占15%。

3 教學(xué)效果

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)掌握不同類型的儀器分析實(shí)驗(yàn)的基本操作方法和實(shí)驗(yàn)開展的基本思路。設(shè)計(jì)性從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇、文獻(xiàn)資料的查閱、信息的綜合提取、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的具體操作步驟到實(shí)驗(yàn)小論文的撰寫，能較好的訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用理論知識和儀器分析方法解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生撰寫設(shè)計(jì)性驗(yàn)報(bào)告，此報(bào)告以小論文的形式進(jìn)行撰寫，要求不同于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。然后，各大組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)答辯交流，各個組派代表進(jìn)行PPT匯報(bào)，匯報(bào)環(huán)節(jié)過后，同學(xué)們進(jìn)行提問交流。整個過程能較好地培養(yǎng)學(xué)生整合和提取文獻(xiàn)信息的能力；怎樣思考問題、怎樣尋找解決問題途徑的能力；培養(yǎng)學(xué)生明白團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神之于問題解決的重要性；培養(yǎng)學(xué)生撰寫小論文的能力以及學(xué)術(shù)交流表達(dá)能力。在探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題，勇于創(chuàng)新性學(xué)習(xí)。為其以后的畢業(yè)論文和研究生學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。教師在此教學(xué)過程中教學(xué)水平也得到提高，真正達(dá)到教學(xué)相長的效果。

4 新的教學(xué)模式對教師的要求

由于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)屬于研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，屬于開放式教學(xué)。在學(xué)生自由進(jìn)行實(shí)驗(yàn)選題、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及具體操作整個過程中，由于實(shí)驗(yàn)具體操作細(xì)節(jié)具有不確定性，學(xué)生隨時(shí)可能會到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作，實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的需要，需增配一些實(shí)驗(yàn)器材。而且整個過程需，實(shí)驗(yàn)教師需全程跟蹤，必要時(shí)給予指導(dǎo)。這就需要實(shí)驗(yàn)教師投入更多的時(shí)間和精力，以確保設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求教師的知識面廣，科研水平高。善于結(jié)合自己的科研課題和方向，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)命題，將科研融合到教學(xué)中，真正達(dá)到科研助于教學(xué)，科研提升教學(xué)。

5 結(jié) 語

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)讓學(xué)生掌握了儀器分析的基本原理和基本操作技能，開放式教學(xué)滿足了學(xué)生探索式的學(xué)習(xí)需要和渴求。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和開放設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，改變學(xué)生被動學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀，培養(yǎng)學(xué)生主動提出問題、分析問題、解決問題以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，培養(yǎng)學(xué)生積極尋找解決問題的途徑的慣性思維，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新性學(xué)習(xí)能力。讓學(xué)生感覺到課堂所學(xué)的理論知識和掌握的實(shí)驗(yàn)技能能夠解決實(shí)際問題，明顯感覺自身的專業(yè)水平在不斷提升。

［1］潘自紅，陳麗華，劉巧茹.普通高校儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索［J］.廣東化工，2011，38（1）：199－120.

［2］張靜，劉芬芬，龔波林.基于中美兩所大學(xué)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程比較的思考［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29（8）：175－177.

［3］胡萬群，張漢昌，邵偉，等.儀器分析開放設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的探究［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31（7）：317－318.