分析特色應(yīng)用化學(xué)專業(yè)多維實踐教學(xué)體系的構(gòu)建

朱霞萍, 胡曉榮, 孫永華, 周　莉

(成都理工大學(xué) 材料與化學(xué)化工學(xué)院, 四川 成都　610059)

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分析特色應(yīng)用化學(xué)專業(yè)多維實踐教學(xué)體系的構(gòu)建

朱霞萍, 胡曉榮, 孫永華, 周莉

(成都理工大學(xué) 材料與化學(xué)化工學(xué)院, 四川 成都610059)

成都理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)依托學(xué)校地質(zhì)學(xué)科優(yōu)勢和西部礦產(chǎn)資源優(yōu)勢,形成了鮮明的分析特色,特別是針對巖石礦物等無機(jī)復(fù)雜物質(zhì)系統(tǒng)分析的特色,闡述了成都理工大學(xué)分析特色的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)立體多維實踐教學(xué)模式。該模式從實踐內(nèi)容和模式、實踐過程、實踐考核方式多方面進(jìn)行構(gòu)建,是培養(yǎng)學(xué)生具有超強(qiáng)動手能力、創(chuàng)新能力以及解決實際問題能力的保障。

分析特色； 應(yīng)用化學(xué)； 多維化實踐教學(xué)

第13屆全國大學(xué)化學(xué)教學(xué)研討會于2015年10月30日—11月1日在湖北武漢舉行,強(qiáng)調(diào)“以開放思維深化教學(xué)改革,進(jìn)一步提高大學(xué)化學(xué)教學(xué)質(zhì)量,推進(jìn)大學(xué)化學(xué)教育的可持續(xù)發(fā)展”[1]。陜西師范大學(xué)房喻教授認(rèn)為當(dāng)今化學(xué)課程體系存在的重大問題之一,是不同學(xué)校化學(xué)專業(yè)課程結(jié)構(gòu)雷同、內(nèi)容相似,缺乏特色[2]。成都理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)始建于1959年原成都地質(zhì)學(xué)院二系開辦的巖石礦物分析專業(yè)，隨著學(xué)科的發(fā)展和社會的需要相繼更名為工業(yè)分析和現(xiàn)在的“應(yīng)用化學(xué)”。現(xiàn)階段,“應(yīng)用化學(xué)”專業(yè)人才培養(yǎng)核心內(nèi)容和目標(biāo)是以巖石礦物分析為專業(yè)特色,以化學(xué)和化工基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)、巖石礦物分析專業(yè)技能訓(xùn)練及綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心內(nèi)容,為國家地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查和利用、環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)、食品藥品安全監(jiān)督等領(lǐng)域培養(yǎng)具有系統(tǒng)基礎(chǔ)理論知識和實踐能力的應(yīng)用研究型人才[3]。辦學(xué)50多年來,該專業(yè)依托成都理工大學(xué)地質(zhì)學(xué)科優(yōu)勢和西部礦產(chǎn)資源優(yōu)勢,形成了鮮明的分析特色,特別是針對巖石礦物等無機(jī)復(fù)雜物質(zhì)系統(tǒng)分析的特色。該專業(yè)本科畢業(yè)生實際就業(yè)率歷年都在95%以上,從事分析測試工作的學(xué)生比例基本都在80%以上。本專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生遍及全國的地質(zhì)礦產(chǎn)和冶金地質(zhì)部門的中心實驗室、質(zhì)檢部門、食品藥品檢測部門、各種化工企業(yè)及下屬單位,其中一大批畢業(yè)生成長為業(yè)務(wù)領(lǐng)導(dǎo)和分析測試專家或技術(shù)骨干。應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生在分析方面超強(qiáng)的動手能力得益于我校辦學(xué)60年的經(jīng)驗積累。實踐教學(xué)在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中占有重要的地位,是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的重要教學(xué)手段[4-6]。為培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力以及解決實際問題的能力,我們狠抓實踐教學(xué),構(gòu)建了一套立體多維化的實踐教學(xué)體系,主要包括實踐內(nèi)容和模式、實踐過程以及實踐成績考核的多維化。

1　實踐內(nèi)容和模式的多維化

實踐內(nèi)容和模式的設(shè)定首要考慮鞏固理論知識。為了提高學(xué)生的興趣,使實驗內(nèi)容與時俱進(jìn),解決實際問題具有重要的意義[7]。在此基礎(chǔ)上,實踐內(nèi)容呈現(xiàn)從驗證性實驗到綜合性實驗,然后到設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗的維度變化,分析試樣中待測組分的含量從常量到微量,再到痕量的維度變化；實踐模式從基礎(chǔ)課程實驗到專業(yè)課程實驗,再到生產(chǎn)實習(xí),最后是畢業(yè)設(shè)計的維度變化。具體安排見表1。

表1　應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實驗安排情況表(部分)

表1(續(xù))

在基礎(chǔ)課里主要安排一些經(jīng)典的、簡單的、驗證性的實驗,分析試樣大小以常量分析和微量分析為主。基礎(chǔ)課程實驗階段主要任務(wù)是端正學(xué)生的實驗態(tài)度,規(guī)范正確的實驗操作,培養(yǎng)良好的實驗習(xí)慣。

進(jìn)入到專業(yè)課實驗,增加綜合性實驗的比重,增加微量分析和痕量分析實驗的比重。綜合性實驗主要強(qiáng)化學(xué)生綜合實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng),因此對理論知識的要求較基礎(chǔ)性實驗要高。在這個階段,我校最大的特色是針對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的專業(yè)課(巖石礦物分析,環(huán)境分析,有機(jī)分析,食品藥品分析,有機(jī)試劑在分析中的應(yīng)用,產(chǎn)品質(zhì)量檢驗,化學(xué)計量學(xué)),專門設(shè)置了應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實驗課程,一方面避免不同專業(yè)課實驗內(nèi)容的重復(fù),另一方面又根據(jù)專業(yè)課的特點設(shè)定具有一定系統(tǒng)性和綜合性的實驗。例如實驗“聚羧酸減水劑的合成、表征”,第1次實驗安排6學(xué)時進(jìn)行烯丙基聚氧乙烯醚聚羧酸減水劑的合成,第2次實驗安排4學(xué)時進(jìn)行合成產(chǎn)品的分離純化和C、H、N、S元素分析,第3次實驗安排4學(xué)時進(jìn)行合成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析(紅外光譜和質(zhì)譜)。在這14學(xué)時的實驗中,學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)合成及分離純化的玻璃儀器的使用、有機(jī)合成操作以及元素分析儀、紅外光譜儀、氣相色譜-質(zhì)譜儀的工作原理和使用,學(xué)習(xí)有機(jī)化合物的波譜解析,了解一個化學(xué)產(chǎn)品如何從原材料制備到監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量、分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的過程。該實驗涉及到有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)的基礎(chǔ)理論知識,涵蓋了有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、儀器分析、有機(jī)分析、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗等課程的專業(yè)知識。

進(jìn)一步的實踐模式是生產(chǎn)實習(xí),安排的時間是連續(xù)6周,一部分學(xué)生直接進(jìn)入到與我校簽訂產(chǎn)學(xué)研協(xié)議的實際生產(chǎn)單位實習(xí),一部分學(xué)生在校內(nèi)實習(xí)。生產(chǎn)實習(xí)的內(nèi)容更具有綜合性和設(shè)計性，例如“巖石礦物樣品全分析”,分析的內(nèi)容包括K、Na、Ca、Mg、Fe(Ⅱ,Ⅲ)、Al、Ti、Mn、Si、 S、 P、 燒失量等13個項目。該實驗的特色是樣品基體復(fù)雜、實驗項目多、每個實驗項目可供選擇的方法也多。這是個綜合性和設(shè)計性的實驗項目,學(xué)生在設(shè)計實驗方案時,需要綜合各門課程的專業(yè)知識,選擇合適的樣品前處理方式,根據(jù)樣品基體情況、共存組分的干擾情況,確定各個組分的測定方法。在實驗過程中,必須嚴(yán)格遵守各步驟的規(guī)范操作,大膽細(xì)致。在結(jié)果處理階段,要綜合考慮實驗中的誤差及誤差傳遞的問題。生產(chǎn)實習(xí)無疑可以很好地鍛煉和考驗學(xué)生的規(guī)范操作,提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

畢業(yè)前最后一個階段的實踐是畢業(yè)實習(xí),安排的時間是16周,一般有10%學(xué)生進(jìn)入到自己聯(lián)系的生產(chǎn)單位去學(xué)習(xí),大部分學(xué)生的實習(xí)是在校內(nèi)進(jìn)行。這個階段的實踐內(nèi)容除了具有綜合性、設(shè)計性外,還具有明顯的創(chuàng)新性。創(chuàng)新性實驗既能保證本科生基本技能的培養(yǎng),也能擴(kuò)展到研究層面,進(jìn)行科學(xué)研究的訓(xùn)練和創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)[8]。例如“成都東郊稻田土—水界面上痕量鉛、鉻、鎘的季節(jié)性分布研究”:首先,學(xué)生需要圍繞題目查找資料、了解成都東郊水稻土基本情況、稻田土—水界面基本情況,及鉛、鉻、鎘的測定方法等研究背景,涉及的知識很廣泛,學(xué)生要學(xué)會去偽存真,有選擇地吸收接納；其次,自主設(shè)計實驗方案,在教師指導(dǎo)下,綜合整個本科階段學(xué)習(xí)的知識,提出解決實際問題的方案；最后按照設(shè)計的實驗方案進(jìn)行實驗,在實驗中修正方案,得出最終的結(jié)論。這個過程對學(xué)生來說既是整個大學(xué)階段的一個考核,也是一次全面的能力提升過程,除了前面的實踐提到的鞏固知識、規(guī)范操作、分析問題等外,也進(jìn)行了規(guī)范性科技論文寫作能力的鍛煉。

2　實踐過程的多維化

第一種實踐方式是學(xué)生按照教材要求獨立完成實驗內(nèi)容,基礎(chǔ)課和專業(yè)課實驗基本屬于這個范疇。過程包括學(xué)生實驗前預(yù)習(xí)、課堂演示、學(xué)生獨立完成實驗、實驗結(jié)果討論以及實驗報告的撰寫。很多學(xué)生在思想深處認(rèn)為實驗是理論課的附屬,剛開始抱著應(yīng)付、混學(xué)分的學(xué)習(xí)態(tài)度。要糾正學(xué)生的這種態(tài)度,首先要從預(yù)習(xí)抓起。實驗學(xué)時很有限,為了達(dá)到最佳的實驗效果,實驗課的課前預(yù)習(xí)就不能成一種形式,而是要充分熟悉實驗原理、實驗操作。對于課程實驗,在理論課堂上就布置實驗預(yù)習(xí)內(nèi)容,實驗前檢查預(yù)習(xí)報告。課堂演示是實驗,特別是普通化學(xué)實驗不能缺少的,實驗媒體是任何其他媒體所取代不了的,實驗是最直接、最生動的媒體,化學(xué)教師不能舍本逐末,放棄課堂演示實驗。所以每次實驗前,授課教師必須細(xì)心地演示實驗操作要點,有時候也叫學(xué)生上臺演示,由臺下學(xué)生指出正確與否，如果不正確,錯在哪里，如何糾正。這樣可使學(xué)生在課堂上集中精力。實驗在教師指導(dǎo)下,盡量以獨立操作為主。實驗過程實行研究生輔助指導(dǎo)的方式,使實驗指導(dǎo)師生比大于1∶10,這樣每個學(xué)生的操作都在教師的指導(dǎo)和監(jiān)督之下。實驗完成后要進(jìn)行實驗結(jié)果處理和討論。對于基礎(chǔ)課和專業(yè)課,要求實驗報告撰寫也在課堂中完成,經(jīng)教師批改后該課程才算結(jié)束。這樣操作對教師而言可能要稍微延長一些工作時間,但實際意義卻很大。教師可以當(dāng)面指出學(xué)生實驗中存在的問題,及時指導(dǎo)學(xué)生改正錯誤,同時也促進(jìn)了師生之間的交流互動。

第二種是通過學(xué)校課程網(wǎng)站、電話、郵件、聊天平臺(QQ,微信)進(jìn)行的翻轉(zhuǎn)課堂實踐模式[9-10]。成都理工大學(xué)校園網(wǎng)站上有實踐課程簡介、課程內(nèi)容、實驗操作視頻等,也有部分虛擬實驗,可為學(xué)生動態(tài)演示儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及操作步驟,學(xué)生通過人工交互虛擬操作模擬實驗過程,熟悉正確的操作方法以及注意事項。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到問題,通過上述方式與教師交流。比如,我們現(xiàn)在每上一門課會針對這門課程建立一個QQ群[11-12]。在開始視頻教學(xué)之前,教師將課程視頻、輔導(dǎo)資料和思考題上傳到群共享,學(xué)生根據(jù)個人學(xué)習(xí)進(jìn)程下載合適的資料進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師通過群視頻和群簽到了解學(xué)生是否進(jìn)入了視頻課堂,檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。最重要的是讓學(xué)生主動參與,由學(xué)生帶動課程進(jìn)程。交流模式有教師發(fā)言、學(xué)生自由發(fā)言等。

第三種實踐方式是自主設(shè)計并完成實驗,教師只是“提出問題,布置任務(wù)”。在生產(chǎn)實習(xí)中,針對實驗內(nèi)容,指導(dǎo)教師提供樣品的種類、樣品中的待測物質(zhì)及待測物質(zhì)的大致含量。學(xué)生自主查資料設(shè)計實驗方案,學(xué)校提供方案所需要的藥品,由學(xué)生自主配制所需藥品,按照實驗方案實施并完成實驗。例如“Bi3+和Fe3+混合溶液中各組分的分別測定”,教師給出的信息是測定混合溶液中Bi3+和Fe3+,濃度大致為0.1mol/L,硝酸介質(zhì),介質(zhì)酸度為pH 0.5。學(xué)生選擇的實驗方法有很多種,可以絡(luò)合滴定測定總量,三價鐵還原后測定分量；也可以先測定總量,光度法測定鐵分量。可以選擇直接滴定,也可以返滴定。例如“自然水體水質(zhì)全分析”,教師提供自然水樣,給出測定項目包括色度、濁度、酸堿度、化學(xué)需氧量、油污、Cr、Cd、Pd、Ca、Mg,并給出各項目大致含量范圍。學(xué)生根據(jù)所學(xué)基本知識設(shè)計樣品消解方式,設(shè)計各個項目的測定方法。一般這種綜合性、系統(tǒng)性極強(qiáng)的項目很少能一遍做好,在學(xué)生完成第一遍實驗后,教師小范圍組織學(xué)生討論實驗過程中出現(xiàn)的問題以及實驗結(jié)果的準(zhǔn)確度、精密度,總結(jié)實踐經(jīng)驗,在討論的基礎(chǔ)上進(jìn)行第2遍、第3遍的實驗。在畢業(yè)實習(xí)階段,會開展涉及面更廣、難度更大、獨立性更強(qiáng)、與畢業(yè)后從事化學(xué)工作關(guān)系更加緊密的研究型實驗。研究型實驗注重的是學(xué)生解決方案的能力以及對實驗結(jié)果的整理能力。指導(dǎo)教師以1∶1.2的比例,根據(jù)自己的科研項目和實踐中存在的問題擬定實習(xí)題目。學(xué)生首先根據(jù)自己的興趣自主選題,然后根據(jù)所選研究內(nèi)容查閱文獻(xiàn),了解國內(nèi)外相關(guān)儀器、分析方法及研究內(nèi)容的發(fā)展動態(tài)，在綜合分析后,設(shè)計實驗方案、進(jìn)行開題報告，再根據(jù)確定的實驗方案開展實驗工作、實驗總結(jié)、撰寫畢業(yè)論文,最后進(jìn)行畢業(yè)論文答辯,完成教師交代的任務(wù)。這種“以問題為核心、以任務(wù)為驅(qū)動”的實踐教學(xué)模式能極大地鍛煉學(xué)生獨立思考問題及解決實際問題的能力。

3　實踐成績評定的多維化

對于實驗課程,教師要有一套公平、合理、公開透明的評價體系,量化考核,使學(xué)生對自己或他人的實驗成績的高低有清晰的了解,促使學(xué)生重視實驗課,認(rèn)真地做好每一次實驗。

實驗考核的項目有預(yù)習(xí)報告、實驗操作、實驗原始記錄、實驗結(jié)果、實驗討論、實驗報告。每次實驗前教師和助課研究生要檢查預(yù)習(xí)情況；實驗中要在實驗室巡視檢查實驗操作情況,及時糾正不正確的操作方式；實驗結(jié)束后考核實驗結(jié)果的準(zhǔn)確度、精密度,檢查針對實驗過程和結(jié)果的討論及實驗報告。特別要強(qiáng)調(diào)兩個方面的工作:一是原始實驗數(shù)據(jù)的記錄,實驗數(shù)據(jù)必須真實、記錄及修改要規(guī)范。對于任何一門課程實驗,原始記錄必須裝訂成冊,在課程結(jié)束的最后一次實驗要檢查每一次實驗的原始記錄是否完整。二是實驗報告必須以生產(chǎn)單位的檢驗報告為標(biāo)準(zhǔn),為彰顯實驗數(shù)據(jù)的權(quán)威性,實驗報告不能涂改。學(xué)生有完整的實驗記錄本,可以在實驗記錄本上完成實驗數(shù)據(jù)的整理,實驗報告只是把數(shù)據(jù)添上,出錯的概率可以降到最小。對原始記錄和實驗報告的要求有利于培養(yǎng)學(xué)生誠實的科學(xué)態(tài)度、良好的實驗習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。

4　結(jié)語

對于化學(xué)類學(xué)生,實踐對于培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)意識、動手能力,培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、觀察問題、思考問題、解決問題的能力具有重要的意義。實踐必須親力親為,沒有任何其他學(xué)習(xí)方式可以取代。我校針對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)建立的立體多維化的實踐模式,從實踐內(nèi)容和模式、實踐過程以及實踐考核方式多方面進(jìn)行構(gòu)建,多年來嚴(yán)格遵照模式中各項規(guī)定要求任課教師和學(xué)生。該模式是我校成功培養(yǎng)分析能力超強(qiáng)的應(yīng)用化學(xué)學(xué)生的最大保障。

References)

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Construction of multi-dimensional practical teaching system with characteristics of analysis for Applied Chemistry specialty

Zhu Xiaping, Hu Xiaorong, Sun Yonghua, Zhou Li

(College of Materials and Chemistry & Chemical Engineering ,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059, China)

The Applied Chemistry specialty of Chengdu University of Technology relies on the advantages of geological disciplinary in our university and mineral resources in western China,and has formed the distinctive analytical charateristics, especially analysis for rocks and minerals with complex matrix. The stereoscopic and multi-dimensional practical teaching system of applied chemistry with characteristics of analysis has been described. The system includes practical content and mode,the practical process,and the practical assessment. It can cultivate the ability of practical manipulative ability,innovative ability and the ability of solving realistic problems of students.

characteristic of analysis; applied chemistry; multi-dimensional practical teaching

10.16791/j.cnki.sjg.2016.09.039

2016-03-17修改日期：2016-05-04

四川省高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)改革重點項目(13JGZ13)

朱霞萍(1968—),女,江西萍鄉(xiāng),博士,教授,主要從事分析化學(xué)教學(xué)和科研工作.

E-mail：zhuxiaping@cdut.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2016)9-0151-04