化工專業基礎化學分析實驗教學的優化與考試改革

蔣德敏，陳書鴻，趙東鋒，黃美英

（重慶三峽學院環境與化學工程學院，重慶萬州404100）

“分析化學實驗”是分析化學課程的重要組成部分[1]，“分析化學”是一門實踐性很強的學科，在企業生產、科學研究、醫療健康等領域中起著重要的作用[2]。因此，“分析化學實驗”是化學、化工、藥學、環境科學、臨床醫學等學科和專業的一門重要的專業基礎課程[3]，同時，很多高校在化工類人才培養方案中，“分析化學實驗”單獨開設課程教學，彰顯“分析化學實驗”在實驗教學中的重要地位。“分析化學”作為培養化工類學生實踐能力、操作技能和科學素養的重要手段，發揮著在其他教學環節與課程無法替代的作用[4]。然而，由于近年來因互聯網游戲和自媒體的快速發展，給各階段學生的學習環境帶來了革命性的變化，導致學生對書本和課堂理論知識的學習積極性降低[5-7]。傳統的實驗教學過程[8]中以教師講為主、學生完成驗證性實驗為輔的教學模式不再適應新形勢下化工類人才培養的要求。近年來，各高校在有關“分析化學實驗”的教育改革作了大量探索[9-11]，涌現出大量新的實驗教學模式，如開放式[12]、翻轉課堂[13]、“課證賽”融合[14]等。開放式教學模式[15]重點培養學生自主動手實踐能力；翻轉課堂[16]讓學生從填鴨式的教學中回歸到以學生為主體、讓學生自主學習、師生交流的教學活動中；“課證賽”融合的教學模式[17]更加重視學生應試技能的培訓。“分析化學實驗”的教學過程中不但需要訓練學生的動手實踐操作技能，還需要培養學生分析工作的嚴謹習慣和態度，所以這些教學模式不適宜在“分析化學實驗”的教學過程中推廣。同時，有關“分析化學實驗”考核與考試的教學改革少見，期末考試仍然采用與理論課類似的筆試作為考核模式[12,18]。在普通本科院校轉型背景下，為滿足我校培養應用技術型化工類專業人才的需要，對我校化工專業的“分析化學實驗”的教學和考試作了探索討論，教學過程中強化了對學生實踐操作技能的訓練，根據技能訓練的規律提出了“四層次”教學模塊，同時將實踐訓練考核與期末考試相結合，能夠有效防止學生平時不學習、期末突擊過關的現象出現。

1 優化教學內容與考核過程

1.1 優化實驗內容

參照武漢大學主編的《分析化學實驗》和四川大學與浙江大學聯合主編的《分析化學實驗》教材，結合我校化工類應用型人才培養方案，對我校化工專業基礎化學“分析化學實驗”的教學內容進行適當的調整與優化。以學生為中心，倡導綠色分析化學實驗的教學理念，將有毒有害、強刺激性等容易使學生產生不愉快心情或者抵觸情緒的內容刪除，增加部分有關生活中的相關產品與物質的分析，教學素材更多來源于生活，教學過程更加貼近生活，使教學過程更具有調動學生參與思考問題的實用性，同時提高學生對我院化工類相關專業的熱愛度。基于這種教學理念，我們建立了“四層次”教學模塊，從難易程度按“知道怎么做-實際會做-能夠熟練變通操作-達到實戰創新”四個層次推進教學內容，布置如圖1 所示。

圖1 實驗教學層次與目標

根據“分析化學實驗”的“四層次”教學模塊的目標，將實驗教學內容作了適當的優化。我校化工類專業開設的“分析化學實驗”教學課時為48 學時，為了使“四層次”在教學過程中能夠有效實施，對實驗教學題目和內容都做了一定的調整。調整后的“分析化學實驗”教學內容遵循從易到難的教學規律，學生掌握一定的基礎知識后進一步提高實驗難度，在知識傳遞、技能訓練與能力培養中起到了較好的銜接作用。優化前的教學內容中有部分實驗具有強刺激性、強揮發性甚至具有致癌性物質，易于使學生產生化學類實驗恐懼心理。例如，鐵礦中全鐵含量的測定實驗教學中由于需要使用濃鹽酸溶解礦石粉，因濃鹽酸揮發性很強，導致實驗教學環境惡化，同時，采用重鉻酸鉀作指示劑易于粘教師和學生的皮膚上從而對師生健康有害。“分析化學實驗”教學內容優化后，將有毒、有害、有揮發性組份的實驗刪除，新增綠色環保教學實驗。其中，基礎性知識教學主要通過講授完成的有“分析化學實驗基本知識”和“實驗操作技能、安全與健康”；對學生嚴謹分析方法與態度訓練的基本操作實驗有“分析天平稱量練習”“滴定練習和容量器皿的校準”“常見溶液的配制”和“常見標準溶液的標定”；培訓學生對基本技能應用的低難度綜合實驗有“自來水中氯含量的測定”“檸檬果維生素含量的分析”和“光度法測定鐵的條件試驗”；綜合能力和創新能力培養的開放性實驗有“不同方法分析自來水中鈣鎂含量”和“電解精鹽水組份分析”。

表1 實驗教學內容優化前后對照情況

1.2 教學過程考核與考試相結合

目前，有大部分同學對實驗實踐教學過程不感興趣，在平時的教學過程都以完成任務的心態，導致“分析化學實驗”教學效果較差。為了提高學生平時實驗教學內容與操作過程學習的重視程度，將平時教學實驗給予考核分值，并計入期末總的綜合成績中。根據優化后的實驗教學內容的難易程度和實驗過程的任務量給予不同的分值。基礎驗證性實驗是實驗輔導教材的內容，基礎驗證性實驗旨在培養學生的操作動手能力，重過程輕結果，在驗證性教學過程中逐漸培養學生分析問題、研究問題和解決問題的能力。開放性、創新性實驗室以驗證性實驗改進而得到，用新方法解決相同的問題，例如：水硬度的測定，實驗教材大多采用絡合滴定法，在創新實驗教學中，可以采用置換連續滴定法、分光光度法等多種教學方法，同時引導學生查閱國內外研究文獻，讓學生了解當前研究現狀。

為了保證學生實踐操作得到有效的培養鍛煉，基礎化學分析實驗教學過程適宜小組教學，每組學生人數不宜超過15 人，實驗指導教師能夠全方位地監管學生學習和操作情況，并按學生的操作情況給予相應的分值。同時在教學過程中，取消以往寫預習報告這一環節，增加問題問答和方案設計環節，并給予適當的考核分值。實驗結束后，學生按照指導教師的要求撰寫實驗報告，并對實驗數據作出分析，指導老師根據實驗報告的完成情況和實驗結果的準確性打分。單個實驗在評分時按100 分制，單個實驗在總成績分值中按100 分制對應的分值比重計。平時實驗教學分值分配如表2 所示，將每項分值考核根據學生對相關內容的完成情況分成了五個檔次，根據形式不同的完成情況合理考核分值。

表2 實驗分值分配情況（滿分：100 分）

實驗實踐教學和理論課教學有較大差異，實踐課程很難像理論課那樣采用期末試題考試來考查學生對實踐技能的學習掌握情況，實踐課程的考核應當注重考查學生對基本原理、操作技能以及分析問題和解決問題的能力，所以給實驗考試帶來了很大的難度，導致很多老師在教學考試中仍采用筆試或者無考試環節，加之部分教師在平時的教學過程中對學生的監控和考核不嚴，絕大多數學生都是走過場后都能及格。久而久之后實驗實踐教學的教學效果越來越差，同時導致學生在實踐課程中的學習態度和習慣也隨之變差。為了加強“分析化學實驗”實踐課程的考核力度，以實踐操作考試促進教學效果。選擇合適的實驗題目，能夠全面考查學生所學的實驗基本知識和實踐操作技能等，所以“分析化學實驗”考試題目要求具有稱量、溶液的配制、移液管的使用、滴定等常規分析儀器的使用，同時融合當前前沿科學研究，以便學生查閱文獻，綜合考查學生對問題的分析能力、判斷能力和解決能力等。結合考核指標，學生更加了解分析化學在實踐生活中的應用情況。我們設計了一些來自生活題材的考試題目，例如：“泡菜鹽中鈣含量的測定”，給學生的預習任務是：①泡菜鹽中鈣元素可能存在的形式有哪些？如何鑒定？②目前國內外鈣含量的分析檢測方法有哪些？各自的優缺點是什么？③結合你對分析化學理論課和本學期的分析化學實驗課的學習，選擇合適的實驗方法，擬定實驗方案、操作步驟以及需要的儀器設備等，學生在實驗操作考試之前提交實驗方案。以“泡菜鹽中鈣含量的測定”為例，考試實驗的考核指標主要包括實驗方案的設計和實驗操作兩部分。實驗方案的設計主要考查學生對新問題的辨別、分析能力，對文獻的查閱狀況和實驗方案的可行性等；實驗操作過程中考查學生基本操作規范性、準確性等情況。借鑒化學分析檢驗工職業技能鑒定考試的經驗，分析化學實驗的期末考試以實踐操作考試為主，其考核分值如表3 和表4所示，表3 對學生實驗方案的完成情況進行了分類并對其考核分值，同時根據學生在實驗操作中容易出現的一些問題，對實驗操作考試作出了詳細的操作考試考核分值扣分指標（表4）。實驗方案和考試操作的相關考核重在考察學生的操作過程，具有重過程輕結果的考核特點，能夠有效防止以考試論高低的教學過程中的不足之處。

表3 實驗方案的考核分值分配情況

表4 實驗操作考試考核分值

續表4

2 結束語

結合近年來“分析化學實驗”教學過程中出現的一些常見問題，對我校化工專業的“分析化學實驗”教學與考核作了探索討論。以提升學生的實踐技能和綜合能力為出發點，融合綠色化學實驗教學的理念，教學過程中強化對學生實踐操作技能的訓練和分析問題的能力培養，建立了“四層次”教學模塊，教學內容從易到難，按“知道怎么做-實際會做-能夠熟練變通操作-達到實戰創新”的梯度安排教學內容。為了防止學生平時不學習、期末突擊過關的現象出現，在教學過程中將平時教學考核與期末考試相結合，能夠起到提高學生學習的主動性和積極性。經過三年的實踐教學分析，“四層次”教學模塊的教學與考核能明顯提高學生操作實踐能力和學習的積極性。