基于培養學生創新實踐能力構建儀器分析實驗教學新模式

趙丹華 江濤 楊劍萍 謝麗君 霍朝暉 曹曼麗 邱燕璇

摘要：以培養學生創新實踐能力為目標，以儀器分析實驗教學為研究對象，通過拓展儀器分析實驗課程內容，實施學生大循環、分小組，教師組團隊、分層次的教學方法，采用綜合過程性考核體系，構建一套新型的儀器分析實驗課程教學模式。

關鍵詞：儀器分析實驗；教學模式；創新實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）23-0279-02

儀器分析實驗是借助先進的儀器設備對物質的結構、組成、形態及含量等進行分析測定，在化學、材料、環境等領域有著廣泛的應用，是一門理論與實際聯系的非常緊密的課程，對培養國家需要的創新型和應用型人才具有重要的作用。然而，目前大多數高校的儀器分析實驗教學主要存在“三多、三少、三不”的突出問題，即班級實驗次數多、每組實驗學生多、驗證性實驗多；配套教學儀器設備少、獨立操作機會少、設計性和創新性實驗少；理論實驗不同步，學生不重視和測試樣品不處理。如此以來，學生儀器分析實驗“走馬觀花”，其實驗技能得不到實質性的提高，創新能力培養更不可能涉及，不利于學生的發展。因此，亟須改革現有的儀器分析實驗教學模式。筆者通過近十余年的儀器分析實驗教學，不斷總結和積累儀器分析實驗教學過程中所出現的問題、教訓和經驗，基于培養學生創新實踐能力培養為目標，構建儀器分析實驗教學新模式。

一、拓展實驗課程內容

課程內容是實驗教學的基礎，是實驗教學改革的核心，因此新課程內容不僅要保證學生基本實驗技能訓練，加強理論課程和實驗內容之間的關聯性，而且要注重“實際應用，立足創新實踐能力培養”，適當增加一些與專業、生活及科研相關的綜合性、設計性和探究性實驗，分層次構建實驗教學內容，激發學生的學習興趣和創新意識，提高學生的創新實踐能力。以我校化學專業為例，儀器分析實驗安排32課時，其實驗大多是驗證性實驗，這些驗證性實驗雖然較好地考查了各種儀器分析方法的基礎知識，鍛煉了學生的基本操作能力，但是學生實驗的興趣不高，缺乏對學生創新實踐能力的培養。

綜合設計性實驗能夠讓學生了解不同儀器分析方法之間的聯系，培養學生實驗技能和綜合運用所學知識分析和解決問題的能力，培養學生具備一定的創新實踐能力。如原子吸收和電化學分析實驗，可結合環保熱點重金屬污染事件，以校園內土壤、校園外天馬河水體及其污泥中重金屬含量分析為內容設計成綜合實驗項目。這類實驗和學生的生活息息相關，涉及身體健康和環境污染問題，學生對于此類問題有很大的好奇心和觀察心理。學生在實驗過程中會自己查閱文獻，積極提出合理的實驗方案，與指導教師討論后進行準備實驗，通過自行取樣、處理樣品、選擇方法、檢測分析、數據分析及實驗結果討論等實驗過程，系統學習了文獻資料的查閱與整理、儀器分析方法的選擇與建立，掌握了不同方法分析實際樣品的實驗技能，培養了研究性的思維和創新實踐能力。

探究性實驗是將教師科研項目或大創項目的研究部分成果設計成不同的實驗項目，主要有教師引導，學生組團合作完成，這類實驗是通過培養學生實驗的整體和團隊意識，鍛煉學生在實驗過程中對復雜問題的分析和處理能力，從而提高學生的創新實踐能力。例如學生大創項目“CaF2/AR138有機無機雜化材料的制備及應用”，其中CaF2/AR138雜化材料組分分析和結構表征涉及紅光化學分析法、電化學分析法和X射線法等儀器分析測試手段，可設計成探究性實驗項目。當然，此類實驗在4—6個課時內是不可能完成的，因此可以充分利用開放實驗室，讓學生利用足夠的課余時間自主開展實驗研究，在此期間教師要做到加強實驗指導，適當地進行難度調節，讓學生選擇其中的某個組進行分析測試，通過一定的努力即可完成。

二、革新實驗教學方法

為了培養學生的創新實踐能力，教師應根據實驗內容層次采取不同的教學方法。驗證型實驗項目重點向學生講解了儀器的基本原理、基本結構、操作注意事項、定性定量分析方法及其應用范圍等。由于精密實驗室一般只有1—2臺分析儀器，可采用縮小實驗小組人數，采用大循環模式的上課模式。例如將約40人的班級分為A、B兩組，A、B兩組再分別分為5個小組，其中每個小組的學生操作一臺大型儀器，實驗分為4個學時。教師負責將大循環模式每次同時開設多個基本原理相似的實驗教學，每次上課1個教師對4個學生，各小組學生分別進行不同的實驗操作，各個實驗完成后再輪轉，這樣的模式既保證了每個學生能夠親自動手操作儀器并完成實驗，又保證了教師可以在每次的課堂上對細節操作進行指導。結合本校的實際情況，儀器分析實驗由4個教師共同循環完成。

對于綜合設計型實驗，則6—8人為1組，以小組為單位選擇實驗項目，自學實驗內容，查閱文獻資料，分析各種儀器的功能特點及其主要應用等，合作開展實驗研究。探究型實驗則以開放實驗的形式為主，小組在充分掌握實驗原理及方法的基礎上，利用課余時間預約進入實驗室開展實驗探究，教師給予必要的儀器操作培訓和指導，這樣可以大幅提高學生的實驗操作技能和創新實踐能力。此外，在整個課程實驗教學過程中教師要注重輔以啟發式、討論式、互動式、案例和項目驅動式等多元化相結合的教學方法。

三、采用綜合全程性考核體系

新的評價考核體系主要考核對實際儀器的操作能力和必要的相關理論知識以及學生在實驗過程中所展現的綜合知識應用能力和創新能力。學校教研組經過反復討論研究，制定了以考核學生綜合素質和創新實際能力為目標的全面的過程性評價制度，主要包含五個方面：其中平均成績方面占20%，自我評價方面占10%，小組互評方面占20%，教師評價方面占20%和實驗報告方面占30%。學生的每個實驗項目總成績共由這五個方面組成，每個實驗項目的平均成績就是學生的最后總成績。平時的出勤率，預習和基本實驗技能決定著學生平時成績的高低。對自己實驗任務和團隊任務完成情況的評價即自我評價。小組互評主要是對學生團隊協作能力、小組內表現和分工任務的完成情況。教師評價主要是教師對學生在實驗過程中實驗操作是否規范、是否服從任務分配、是否積極主動參與討論、責任意識是否強烈、創新和團隊合作能力強弱等方面的評價。實驗報告主要包括規范書寫、原始數據記錄、圖譜解析、數據處理、問題討論等。

四、結語

在儀器分析實驗教學改革過程中，教師始終堅持以培養學生綜合應用能力和創新實踐能力為主要目標，做到大膽嘗試，銳意創新，教學科研互動，理論實踐相長，不斷地總結和積累教學經驗，使我校儀器分析實驗教學形成更加科學的教學模式。

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