農業院校儀器分析實驗教學改革探討

趙艷芳 徐魯斌

(青島農業大學化學與藥學院 山東青島 266109)

農業院校儀器分析實驗教學改革探討

趙艷芳 徐魯斌

(青島農業大學化學與藥學院 山東青島 266109)

提出預測-發現-解釋實驗教學模式，用于完善實驗考核方法，在培養學生的動手能力和創新能力上取得了較好的效果。

儀器分析實驗 教學改革 能力培養

儀器分析是化學學科的一個重要分支，是根據被測組分的某些物理或化學特性進行分析檢測的方法，它已經超出了化學分析的范圍，成為生產和科學各個領域的工具。儀器分析課程是高等院校化學、醫學、生物學等相關專業的基礎課程，是培養眾多領域復合型人才的基石;儀器分析實驗是儀器分析課程教學中的重要組成部分，但在典型的實驗教學中，教師通常只強調實驗操作步驟，很少留出充足的時間讓學生獨立思考，這樣就難以在實驗過程中調動學生學習的積極性和主動性，學生感受不到動手的樂趣，更談不上進行素質教育了。因此，對儀器分析實驗教學的改革勢在必行［1-3］。筆者結合農業院校專業特點，探討了符合培養目標的教學方法和評價體系，在培養和提高學生實踐能力及創新能力方面有一些體會，介紹如下:

(1)合理安排學時，加大實驗力度。

儀器分析是我校食品學院食品質量與安全及食品營養與檢測專業的必修課。這兩個專業雖是新興專業，但一直是熱門專業，就業方向主要是在企業、檢驗、衛生防疫等單位從事食品領域的分析檢測、質量控制、生產安全評價、科學研究等工作;要求學生有較強的實驗動手能力，并掌握食品檢測的原理與技術。儀器分析屬于專業基礎課程，學生通過對這門課程的學習可以了解各類儀器分析方法的基本原理、分析過程及應用，為今后的工作及更深入的學習打下基礎。我們對課程安排做了一些改進:在原來的教學安排中，儀器分析理論和實驗作為一門課程，理論課為20學時，實驗課為16學時。我們考慮到儀器分析是一門實踐性很強的課程，因此在教學改革中，將理論課安排為16學時，而實驗課增加為32學時，并將實驗作為一門單獨的課程。同時，考慮專業特點和學生在今后工作中經常接觸到的儀器設備，在理論課上刪去一些章節，如分子發光分析、電化學等，著重講解紫外-可見分光光度法、原子吸收光譜法、紅外光譜法、色譜法。為了使學生對所講授的儀器分析方法有直觀的感性認識，加深對儀器基本原理的理解，分別開展了相關的實驗。在實驗課中，盡量安排與專業性質有關的實驗項目，如用反相色譜法測定飲料中的咖啡因，火焰原子吸收光譜法測定自來水中的鉛等;在綜合性實驗中還開設了糧食中除草劑殘留的測定。在測定時，要求學生學會處理樣品，熟悉儀器操作，并要得到合理的實驗結果。實驗課在理論課結束后開設，此時學生對各種儀器分析方法已有初步了解，但僅處于感性階段。如何讓學生真正了解儀器原理、結構、操作方法等是儀器分析實驗課程所需要解決的問題。

(2)改革實驗教學模式，培養團隊合作能力。

在典型的實驗教學中，要求學生學會正確、安全地使用儀器并嚴格按程序進行實驗操作，然而，培養實驗操作技能只是實驗教學的一個重要目標而不是主要目標。實際上，大多數教師在很大程度上依賴教科書和實驗操作手冊進行教學，在教學過程中沒有讓學生感受到主動參與和動手的樂趣，學生更像是操作工，談不上培養發現問題，分析和解決問題的能力;還有部分學生覺得做實驗的目的只是為了考試，導致學生在思想上不重視實驗，不愿動手，雖然講起實驗頭頭是道，但一遇到實際操作就不知所措，實驗能力低下。

我們認為，實驗教學應按照預測-發現-解釋模式進行，即通過合理預測，發現問題，解釋數據3個環節來進行。在教學實踐中，我們先讓學生預習實驗課本上的內容，教師根據實驗內容提出相應的問題。比如在做反相色譜法測定飲料中的咖啡因實驗時，預先提出幾個問題:能否用離子交換色譜法分析咖啡因?在進行液相色譜分析時流動相為何要進行過濾和脫氣處理?改變流動相中甲醇的比例，咖啡因的保留時間會有什么樣的變化?設置不同的流動相流速，對咖啡因的保留時間和峰面積有什么樣的影響?外標法定量的優缺點是什么?學生根據在理論課中學過的知識，對這些問題做出相應的預測，然后帶著這些問題去做實驗。由于是帶著問題做實驗，所以在實驗過程中能更加主動，在得到與自己的預測相反的結果時，學生往往會發出原來如此的感嘆。此外，個別學生的錯誤見解會激發其他同學對實驗更深入的思考，增加學生對實驗關鍵步驟的理解和重視程度。在實驗過程中，學生可以直接觀察到實驗結果，產生更直觀的印象，比在書本上學到的內容記憶更加深刻。通過這種教學模式，有效地提高了學生參與實驗的興趣，有些學生還能在實驗過程中發現一些新問題，使學習活動由被動的接受轉變為積極主動的探索。

由于實驗儀器相對緊張，因此實驗為分組進行，每個小組3～5人。雖然不是每人使用一臺儀器，但學生可以在復雜的實驗操作過程中有效地學會與其他同學的合作。現在入學的學生大都有較強的獨立意識，但相對比較缺乏團隊意識。團隊意識是一種主動性的意識，是將自己融入整個團體，想團隊之所需，從而最大程度地發揮自己的作用。在實驗教學中要鼓勵學生進行小組合作學習，使學生有許多機會向同學表達觀點、傾聽意見并討論其他人的觀點，將自己所懂的知識與實驗所得相聯系。在團隊合作學習時，對于團隊中某些不贊成所提出問題答案的學生，應鼓勵他們表達自己的觀點，這樣在討論過程中可以加深對知識的掌握。此外，要鼓勵師生之間互相交流和學習，教師在教學時并不直接給出問題的答案，而是引導學生自己找出答案;教師主要是起“向導”的作用，引領學生走向正確的方向。

(3)改進實驗室裝備，加大對多媒體的應用。

大學實驗室是教師進行科研和學生學習高級科學課程的場所，實驗室環境將影響教師的教和學生的學。改善實驗室環境，為學生創造更好的學習環境，用環境積極地影響學生，有利于激發他們的求知欲。在教學實踐中，我們將儀器置于實驗室四周，配有多臺電腦，學生可以在各自的工作臺上進行實驗操作，并可以集中起來聽教師講解或進行集體討論，在實驗室中將實驗與理論知識的傳授同步進行。在實驗室四周的墻壁上，張貼安全環保要求的警示，并設有優秀學生實驗報告展覽區域和最新科技文獻展示區域，以供學生在實驗之余學習安全知識和了解科技動態，開拓視野。由于儀器分析實驗中所用的儀器基本上是大型精密儀器，儀器內部的工作過程無法直接觀察，針對這一問題，我們利用多媒體技術模擬一些儀器的工作過程，讓學生有直觀的感受;并利用計算機網絡建立虛擬實驗室，通過信息共享、交流、反饋，為師生提供大量的實驗資源。實驗教學中計算機多媒體技術的應用，使許多難以想象的抽象情景成為可能，實驗教學的效果也能不斷提高。我們還讓學生在等待實驗結果的同時，在未連接儀器的電腦上練習實驗條件的設置，熟悉工作站的使用，并討論實驗中所遇到的問題。在實驗結束后，要求學生整理實驗臺，打掃衛生，通過這些活動，讓學生養成認真、整潔的習慣以及與人合作、交流的習慣。教育的一個重要目標是使學生養成良好的習慣，而實驗教學是使學生養成良好習慣的一個重要環節。

(4)完善實驗考核體系，充分發揮學生潛能。

為促進實驗教學的改善和提高，采取有效的評價措施是很有必要的。實驗考核的目的是促進學生在科學素養上獲得發展提高，并具備良好的操作動手能力。合理的考核方法可以讓教師了解學生的學習效果，以便不斷調整教學方法。在考核內容上，應包括對實驗知識、技能的掌握情況，對實驗探究能力以及實驗態度等方面的考核。學生可以通過考核來了解自己的實驗能力和對實驗課程的掌握情況，因此確定考核標準和每個標準所占的比重在考核中顯得很重要。在對學生進行考核時，我們采用筆試占40%，平日成績占60%的方式進行。筆試為統一出題，內容主要包括實驗原理、儀器構成、實驗注意事項等，同時還加上實驗設計的題目。筆試可以考察學生對基本知識的掌握情況，了解學生在學習過程中的誤區、盲區，以便在下一年級的教學過程中教師可以對教學內容進行調整。然而，僅僅通過筆試難以看出學生的科學素養和實際動手能力，因此，我們將學生平時在實驗室中的表現也作為考核的重要部分，否則就有可能出現有的學生平日做實驗時不認真，而在筆試中僅靠突擊學習就可以獲得高分的情況。在平日成績考核中，實驗教師通過學生在實驗過程中的各種表現，給以相應的分數，其中包括學生的實驗操作(10%)、實驗記錄(10%)、實驗結果(20%)、實驗過程中回答問題的情況(10%)和實驗素養(10%)。通過學生在實驗過程中的行為來評價學生的學習情況，可以更真實、全面、公平地反映學生對實驗技能的掌握程度。

總之，經過近年來對儀器分析實驗課程改革的探索，改變了過去主要靠教師“講”實驗，學生“聽”實驗的教學模式，在一定程度上提高了學生學習的主動性，獲得了較好的教學效果。學生普遍反映自己在實驗過程中學會了思考，是真正在“做實驗”。當然，我們進行的儀器分析實驗改革還有很多需要完善和加強的地方，對教材、教學手段和教學方法的研究應與時俱進，不斷更新，以適應學科要求及社會需要。

［1］崔連義.實驗室研究與探索，2011，30(2):189

［2］王宇昕，張永忠，徐雅琴.實驗室技術與管理，2009，26(4):135

［3］鮑長利，賈瓊，陳博，等.實驗室研究與探索，2009，28(10):123