分析化學實驗教學模式改革探索*

何英 龔慧芳

(湖南工業大學包裝與材料工程學院化學化工系 湖南株洲412000)

當今社會是一個經濟和科技迅速發展的世界，大學不再只被當作學習的場所，它更是一個具有開放性和多元化的社會團體。為此，我國許多高校在總結以往人才培養實踐經驗的基礎上，圍繞如何為社會培養全面創新性人才這一問題，積極開展教學實踐［1］，努力探索和實踐新的人才培養模式［2］。對于在校的工科學生來說，提高動手能力和創新能力的有效方法是實驗［3］。而分析化學實驗對于中高年級學生尤為重要，在提升學生科學嚴謹的工作態度、縝密而細致的工作作風、詳細而周到的邏輯思維等方面都有不可替代的作用。

1 教學模式優化勢在必行

大學生在中學階段只注重理論知識而忽略實踐能力的培養。到了大學，學生要么學習動力下降，要么還是一味照中學的學習模式重理論輕實踐，導致畢業生雖然了解的知識很多，但動手能力差，缺乏獨立解決問題的能力，缺乏創新精神，因而競爭力弱，難以適應社會。造成這一現象的因素很多，從我國高等教育的現狀看，在推進素質教育、培養高素質人才方面，尚存在一些制約大學生提高自主創新能力的因素。從本科人才培養環節上看，最重要的是缺乏科研訓練，沒有注重對學生科研意識、科研方法、科研技能進行有效的訓練。

創新性人才的培養離不開理論知識的傳授，更離不開嚴格的科研及實踐能力訓練。國外大學非常重視對學生科研能力及創新能力的培養，鼓勵與支持達到一定條件的本科生參與教師的科研項目。國內也有一些成功的例子。如南京農業大學的SRT計劃［4］，在校內實施大學生科研訓練。這些計劃和舉措都要求對現有的教學模式進行改革，以適應更高要求的教育目標。

2 改革實驗教學模式

實驗課程在培養學生能力方面有著舉足輕重的地位。傳統的實驗一般是“照單抓藥”式的［5］，教師事先告知實驗內容，學生按照實驗講義的內容一步步做下去，而沒有多少自己思考的成分。如此下來的結果是:一堂實驗課下來，想動手做的學生照書上的內容做;不想動手的學生當旁觀者看別人做，課后照講義寫一份實驗報告，這樣很難使學生的動手能力得到鍛煉。教師也難以根據實驗報告分出優劣。據此，我們把分析化學實驗課從理論課中分離出來，作為一門獨立的課程，并將定性分析實驗部分置于無機化學及其他化學課中完成，建立了“基礎操作+綜合應用+設計創新”教學模式，在學生實驗中推廣，以提高學生的動手能力和創新意識。

2.1 基礎操作

雖然實驗課從理論課中分離出來，但兩者的結合依然很緊密。先在理論課上強調分析化學中“量”的概念，讓學生有一定的印象，再開設實驗課程。典型的基礎實驗包括基本操作和基本分析方法，旨在規范學生操作技能和培養嚴謹的科學態度，加深對理論知識的理解，為綜合應用和創新打下基礎。這部分內容是基礎，沒有掌握好基礎就談不上創新。

基礎操作模塊是在有了一定的理論基礎之后進行，課時量占實驗總課時的30%左右，一般分4步完成。首先把學生分組，每組不多于15人。第2步是演示，包括觀看錄像和教師示范。指導教師詳細介紹每一步操作，邊示范邊講解，使學生有感性認識，并且產生自己動手的愿望。第3步，學生自己動手操作。分析化學基本操作包括:配制溶液、稀釋、移液、滴定、稱量等，每步要做到什么程度事先要有說明。第4步，在學生實驗時，教師巡回檢查與指導，發現問題及時糾正。

基本操作的每個細節都有可能影響實驗數據的準確度和可靠性，只有多練習多操作，才能熟練掌握。各種操作需要達到的要求是:

(1)洗滌器皿。學生應會清洗所用分析化學器材，尤其是玻璃器皿，以及選用合適的洗滌用品及洗液，達到清洗干凈的要求。

(2)稱量操作。根據稱量精度要求選用合適的稱量工具:分析天平、電子天平、臺秤等。如使用的是機械加碼電光分析天平，稱之前的調零很關鍵，有助于訓練嚴謹的科學態度;通過基本操作的練習要達到快速準確地調零;此外，加減樣品及砝碼順序，以及倒出樣品的熟練程度也是訓練內容之一。而對于電子天平，則要求熟練掌握減量稱量法。實驗結束后的整理工作，包括儀器的復零、清潔，電源的處理等可以培養良好的工作習慣。

(3)定容操作。選擇合適的燒杯，加適量的水溶解樣品，根據所配溶液的體積選擇相應大小的容量瓶，轉移溶液，沖洗燒杯及玻璃棒，做到不潑濺，最后定容且要反倒搖勻，根據需要貼標簽。

(4)移液操作。移液管的選擇要合理，持握姿勢要正確。先用自來水練習，熟練后再用實驗溶液。在放液時，傾斜度、接觸點以及放完后用洗瓶吹洗均是考查內容。

(5)滴定操作。合理選擇滴定管，清洗干凈，檢查是否漏水。如果漏水，涂抹凡士林。正確裝液后的趕走氣泡這一環節常常會被忽略，教師示范時要強調。最后調整液面在0刻度。

這一模塊最終要達到:態度好、操作規范、姿勢正確。做到邊滴邊搖，控制滴定速度，終點判斷正確，取下滴定管讀數準確，記錄合理無誤?；静僮靼才旁趯嶒烅椖俊胺治鰞x器基本操作練習”中單獨練習，然后選擇幾個典型的基本分析法將基本操作融入其中，如鹽酸標準溶液的配制和標定、EDTA標準溶液的配制和標定、硫代硫酸鈉標準溶液的配制和標定等。

2.2 綜合應用

綜合應用模塊旨在培養學生運用基本知識分析、解決問題的綜合能力。課時量約占總課時的40%左右，一般安排在后半學期進行，此時理論知識已基本講述清楚，基本操作已經比較熟練，分析過程的一般步驟和流程也已基本掌握，但還需要一些具體的事例把理論與實踐結合起來。為此，我們先后設計了幾個選題，盡量覆蓋幾種基本分析法。每個選題，要么有干擾存在需要消除，要么是酸堿度需要調整控制，或者是多種組分聯合分析。每個選題都給學生留出了自行設計思考的空間。如，我們設計了“銅鋅混合溶液中銅鋅含量的測定”實驗。實驗講義上介紹了分析原理可以是配位滴定或氧化還原-配位滴定法，給學生思考的問題是滴定酸度控制和如何分步滴定。學生必須利用所學過的配位滴定法中“如何提高選擇性”知識內容補充完善分析方案，既要考慮酸度對選擇性和指示劑的影響，又要考慮如何控制合適的酸度。配位滴定法的理論知識可在這一實驗項目中得到充分的應用。

通過這一模塊的實驗，能使學生逐步學會設計分析方案，提高他們用所學理論解決實際問題的能力，并為下一模塊設計創新奠定了基礎。

2.3 設計創新

學生在掌握了理論知識、基本操作，并進行了部分綜合應用訓練以后，可以進入第3個模塊設計創新。這一模塊占總課時的30%左右。學生自行設計分析方案，獨立完成分析任務，并對自己感興趣的方法進行創新。二年級的部分學生已經有能力和興趣對分析方案進行創新。他們根據自己的家庭背景或日常生活經歷提出了一些分析課題，在教師的鼓勵和指導下，嘗試著自行解決實際問題。他們首先查閱資料，了解目前的分析現狀和現行的分析方法，再運用所學的理論知識進行實驗。

經過兩屆學生的試點，現已初步形成課題的來源有4類:

(1)學生根據自身經驗提出實驗。有些學生家庭環境中有接觸到河水污染的情況，想分析所在地河水中酸污染的狀況，于是提出了“河水中總酸量的測定”。有的學生所在村子里的村民用的是井水，發現井水燒開后總是有懸浮物和沉淀，而且那一帶居民得結石病的人很多，很懷疑井水中鈣鎂含量超標，于是提出“井水中鈣鎂含量的測定”課題。雖然實驗書中一般都有“自來水中鈣鎂含量的測定”這一實驗項目，但該項目中鈣鎂含量不是很高，分析方案已經非常具體，用量、濃度也有明確的規定，不一定適用于其他水樣。有學生在假期里用書中的方法取樣帶到學校里來測定，興趣很大。班上同學受其影響，紛紛尋找身邊的分析化學問題，并試著用所學的知識解答，形成了一股“帶著分析化學眼睛觀察周圍的氣氛”，極大地提高了學習興趣。

(2)教師根據以往的課題以及教材和教學大綱，結合學生的學習情況，在大部分化學分析方法已經講述過的基礎上擬定課題。如，學生做過“混合堿的測定”，在介紹完酸堿滴定法后，教師就可以提出“NaH2PO4-Na2HPO4混合物的分析”;介紹完絡合滴定法后，教師可以提出“Bi3+-Fe3+混合液中Bi3+和Fe3+含量的測定”。根據理論知識學生應該可以設計出分析方案。這可以進一步鞏固所學過的知識，把理論和實踐結合起來。

(3)根據教師的科研內容設計實驗。如2009年有一個關于某大型鋁廠改良生產工藝的課題，其中有一些子課題，要分析鋁礦石浸取后溶出液中各成分的含量，以及溶出液精加工后生成的精液中的各成分的含量。這些分析子課題涵蓋了很多化學分析部分的分析方法以及光度分析法，理論和實踐結合很緊密。在教學過程中，教師把鋁廠生產的大致過程制作成ppt，向學生提出需要解決的課題，發動學生從中找出自己感興趣并有能力研究的小問題。在冶金專業的學生中，有些人已經接觸過金屬冶煉的一些專業知識，對此很感興趣。相當一部分學生向教師提出了他們想解決的問題，得到教師提示后動手查資料設計方案。他們提出的問題有:①鋁礦石中鋁量測定時酸度的控制;②鋁礦石中SiO2含量的測定方法探索;③鋁礦石溶樣的器皿研究;④鋁酸鈉溶液的酸堿度分析;⑤鋁酸鈉溶液中鋁的存在形式探索;⑥苛性堿測定中所用指示劑探討。能夠參與教師的科研課題，對于學生來說是提高自己能力的機會。有些學生在選擇畢業課題時，很樂意選擇化學分析方面的課題。06級參加過教師課題的學生，大部分都順利找到了分析崗位的工作，而且干得很順利。對于分析化學專業的學生，這相當于崗前培訓。

(4)對原有實驗項目或課題的創新。對于第一、第二模塊中的化學實驗項目，如果有創新的想法，可以提出。如實驗教材中有一實驗項目“比色法測定水果或蔬菜中維生素的含量”，此項目中維生素含量低，可以用比色法測定。在學習了氧化還原滴定法中的碘量法后，有學生提出可用碘量法直接測定。首先通過理論上論證方法是可行的，并設計方案，利用實驗室現有的條件做出了大致結果，并把分析方法推廣，不僅可以測果蔬中的Vc含量，還可以測藥品藥劑中Vc的含量。雖然藥劑中Vc含量的測定用直接碘量法方法成熟，但對于學生來說，能夠自己動腦思考，舉一反三，歸納演繹，就值得鼓勵。

3 改革考評方法

新的教學模式是以提高學生解決實際問題的能力為目標的。如果還沿襲以往“重理論輕實踐，重筆試輕操作”的考評方式，勢必會打擊學生自主探索的積極性。為此，我們也改革了考評方法，增加了“設計創新”模塊的成績。凡是參與了這一模塊教學的學生，均有一定比例的平時加分。在此基礎上，根據創新的行為大小和創新點程度在總分上加創新分，分值上不封頂，最終的總評不超過100分?？荚u加分只是手段，主要是利用這種激勵機制，鼓勵學生把理論知識運用到實踐中去，勤于思考、勇于創新。對那些科研活動做得好的學生，教師引導他們撰寫科研小論文，或者是和教師一起發表論文，這樣他們又學習了論文的撰寫。

4 結語

通過改革化學實驗課的教學模式，在實驗教學中“注重基礎、加強綜合、旨在創新”，以學生為主體，注重對學生綜合能力及創新能力的培養，取得了初步成效。從06級和07級參與了化學創新模塊教學的學生來看，他們的思維能力、動手能力、創新能力以及科研素養均較沒有參與的往屆學生要強，進入社會后適應工作環境的能力也要強。06級冶金專業的畢業生有多人在企業的科研項目中擔當重要角色，07級學生有多人在校時就是教師科研項目中的直接參與者，他們的綜合素質為就業創造了條件，一次就業率達到了90%以上。我們認為，化學實驗應成為全面實施素質教育的有效工具。同時，對于實驗室的管理效能也提出了更高的要求。通過試點，建立了一種教師引導下的學生自主創新的科研與教學互動的高效能教學模式，激發了學生的學習興趣，提高了學生創新能力，也促進了教師科研課題的發展，形成了科研與教學相互促進與發展的良性循環。

［1］王艷，李學軍.沈陽師范大學學報(自然科學版)，2010(01):126

［2］陳懷俠，蔡火操，黃建林，等.實驗室研究與探索，2007，26(8):91

［3］江文輝，羅一鳴，周瑞仁，等.實驗室研究與探索，2009，28(12):115

［4］李林，陸靈云，沈明霞，等.實驗室研究與探索，2009，28(2):8

［5］劉寶生，黃軍左，付文.中國電力教育，2011(10):127