基于工程教育認(rèn)證背景下的分析化學(xué)課程的教學(xué)改革

鄒本雪，劉 波，王 巖，姜宏武，孟 輝

(遼東學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 丹東 118001)

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保障，是實現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)和工程師資格國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。教育部高等教育教學(xué)評估中心發(fā)布《中國工程教育質(zhì)量報告(2013 年度)》，截至 2013 年，本科工科專業(yè)布點數(shù)總規(guī)模位居世界第一。工程教育認(rèn)證在我國工業(yè)化進(jìn)程中，對促進(jìn)形成完整的工業(yè)體系發(fā)揮了重要作用[1-3]。工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心就是要確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到國際認(rèn)可的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評價[4-6]。近年來我國多所高校普遍在教學(xué)改革的探索中注重工程教育專業(yè)認(rèn)證的實踐，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，將人才培養(yǎng)的目標(biāo)定在研究型和技術(shù)型應(yīng)用人才之間，培養(yǎng)出能夠適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的高級技術(shù)應(yīng)用型人才。

化學(xué)工程與工藝專業(yè)作為遼東學(xué)院首批申報工程教育專業(yè)認(rèn)證的專業(yè)，從2017年開始以工程教育認(rèn)證理念為指導(dǎo)，積極貫徹“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”三大理念，根據(jù)工程教育認(rèn)證理念和標(biāo)準(zhǔn)要求，不斷強(qiáng)化教學(xué)質(zhì)量保障體系建設(shè)，深化教學(xué)改革，提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。分析化學(xué)作為化工專業(yè)的基礎(chǔ)課，以工程教育專業(yè)認(rèn)證理念為核心，以提升學(xué)生能力為目標(biāo)，針對傳統(tǒng)分析化學(xué)課程教育觀念相對落后，教學(xué)內(nèi)容、方法比較陳舊，學(xué)生專業(yè)競爭力不強(qiáng)等問題，重新對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，對教學(xué)模式進(jìn)行改革，取得一定的經(jīng)驗。

1 分析化學(xué)課程的目標(biāo)和定位

分析化學(xué)是實踐性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。根據(jù)專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，化工專業(yè)的分析化學(xué)課程目標(biāo)定位于支撐畢業(yè)要求：①掌握化學(xué)及相關(guān)自然科學(xué)知識，能夠利用其對化工過程中的復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析，并在解決化工過程復(fù)雜工程問題中進(jìn)行應(yīng)用；②能利用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理對化工過程復(fù)雜工程問題進(jìn)行提煉、分析和評價，證實解決方案的合理性并獲得有效結(jié)論；③能基于專業(yè)理論，根據(jù)對象特征，選擇研究路線，設(shè)計可行的實驗方案；④能正確采集、整理實驗數(shù)據(jù)，對實驗結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)、分析和解釋，獲得合理有效的結(jié)論。

本課程以測定原理、方法為主線，闡述了化學(xué)分析方法原理和應(yīng)用領(lǐng)域，常用分析儀器的簡單結(jié)構(gòu)和適用范圍，并介紹了分析測試中數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理、分離與富集方法、分析結(jié)果準(zhǔn)確度的保證和評價。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)獲得以下能力：①科學(xué)合理地對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計處理及結(jié)果的判斷，把握準(zhǔn)確的“量”的概念，掌握測量誤差的來源及減免方法；②能對分析化學(xué)中各種分析方法的測定原理、技術(shù)優(yōu)勢和適用范圍有較明確的認(rèn)識，并能運用分析化學(xué)知識，解決相關(guān)領(lǐng)域的定量測試問題，并提供合理的分析方案；③具備分析實驗的基本操作技能，能獨立或共同完成有關(guān)的測試任務(wù)。

2 課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容調(diào)整

以CDIO(代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate))模式為實施思路，基于工程全周期人才培養(yǎng)模式，建立一體化的相互支撐和有機(jī)聯(lián)系的課程體系，讓學(xué)生以主動的方式學(xué)習(xí)和實踐工程。目前我校析化學(xué)課程面臨的問題是，知識覆蓋面廣，內(nèi)容龐雜，理論知識抽象，公式和推導(dǎo)較多，理論與實踐脫節(jié)等，不利于學(xué)生對知識的吸收和應(yīng)用。因此，如何在有限的課時內(nèi)，達(dá)到知識的系統(tǒng)化，完整化，實踐化，是本門課程需要思考和解決的問題。

分析化學(xué)是一門測量科學(xué)，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和廣泛性。因此在教學(xué)過程中，①要強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)確“量”的概念，培養(yǎng)學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的記錄和表達(dá)的準(zhǔn)確性。把實驗過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)記錄和處理問題帶到課堂中，讓學(xué)生進(jìn)行討論，加強(qiáng)學(xué)生對準(zhǔn)確的“量”的概念的把握；②加強(qiáng)學(xué)生對分析方法和原理的理解和掌握，各種分析方法的技術(shù)優(yōu)勢及適用范圍。簡化公式推導(dǎo)，根據(jù)實際生產(chǎn)要求，理論聯(lián)系實際。經(jīng)典的化學(xué)分析部分包括誤差和數(shù)據(jù)處理，四大滴定和重量分析，以及樣品采集和樣品處理。其中誤差和數(shù)據(jù)處理部分保留誤差及誤差來源，數(shù)據(jù)處理和有效數(shù)字，減少隨機(jī)誤差分布，誤差傳遞及標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸的推導(dǎo)內(nèi)容。四大滴定中保留酸堿滴定、配位滴定、氧化還原滴定和沉淀滴定的基本內(nèi)容，重點講解酸堿滴定的指示劑的選擇，多元酸堿的滴定，配位滴定中pH條件的控制，典型的氧化還原滴定(重點是高錳酸鉀法、鉻酸鉀法和碘量法)，銀量法及影響沉淀純度的條件。化學(xué)分析方法主要基于定量反應(yīng)，比如檢測硫含量，有多少硫能定量反應(yīng)或定量生成其它物質(zhì)，通過其它物質(zhì)的檢測，達(dá)到對硫含量進(jìn)行定量分析的目的。因此，找到定量關(guān)系，弄清楚分析方法或分析原理是化學(xué)分析的關(guān)鍵。儀器分析部分由于另設(shè)現(xiàn)代儀器分析課程，本門課程只講分光光度法部分，為后續(xù)儀器分析課程做好鋪墊。

教學(xué)內(nèi)容上，以經(jīng)典的化學(xué)分析和儀器分析方法為基礎(chǔ)，來設(shè)計課程內(nèi)容，理論聯(lián)系實際，增加一些在實際生產(chǎn)中應(yīng)用較多的分析檢測方法的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。分析化學(xué)方法包括化學(xué)分析和儀器分析，化學(xué)分析作為分析化學(xué)的基礎(chǔ)，主要用于常量組分分析，由于其分析方法簡便，準(zhǔn)確度比較高，在實際生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛。化學(xué)分析方法(包括重量分析和四大滴定分析)很多是國標(biāo)法或仲裁法，比如化妝品中氮含量檢測(克氏定氮法)，重金屬(主要是鉛砷汞)檢測，硼化工中硼含量測定等，在實際生產(chǎn)中都有重要的應(yīng)用。將企業(yè)的分析手段作為課堂案例教學(xué)內(nèi)容(如酸堿滴定檢測硼含量，國標(biāo)法克氏定氮法測定化妝品或絲綢中蛋白質(zhì)含量，水的硬度測定，莫爾法測Cl-含量，硼化工中硼含量測定等)。從實際樣品的采集、制備、消化、分解等預(yù)處理，到樣品測定、數(shù)據(jù)分析和處理等全過程的分析步驟，突出理論知識與生產(chǎn)實際的結(jié)合，突出學(xué)生工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生能有的放矢，學(xué)以所用。

3 教學(xué)模式的改革

以學(xué)生為中心，所謂的教學(xué)，就是教與學(xué)，教師以學(xué)生為中心，以學(xué)生獲取知識、提升分析問題和解決問題的能力為目的。理論教學(xué)加強(qiáng)課上提問，學(xué)生思考及課上討論等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。課上討論是激發(fā)學(xué)生積極學(xué)習(xí)的有效手段，通過教師提出問題-學(xué)生討論-解決問題的模式，可以促進(jìn)學(xué)生積極思考，并學(xué)會評價自己和他人的見解是否合理，加深學(xué)生對理論知識的理解，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動性，教師可以及時獲得學(xué)生學(xué)習(xí)情況的反饋。建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺體系，提供學(xué)生現(xiàn)代儀器分析教學(xué)課件或微課教學(xué)視頻，以及充足的參考資料，使學(xué)生充分利用課下時間進(jìn)行學(xué)習(xí)和深入思考，讓學(xué)生帶著好奇和疑問走進(jìn)課堂教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)生主動思考能力和習(xí)慣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自學(xué)能力。老師通過網(wǎng)絡(luò)平臺或雨課堂，進(jìn)行課堂提問實時互動，了解學(xué)生的疑問。采用視頻、動畫等多媒體手段，使抽象的概念更具體化、形象化，提升學(xué)生的興趣。開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，老師講解一部分內(nèi)容，讓學(xué)生進(jìn)行課下思考，歸納總結(jié)，舉一反三，引申教學(xué)內(nèi)容，給學(xué)生提供平臺，讓他們自己給同學(xué)講解，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和能動性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)學(xué)生主動思考問題和解決問題，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

4 實踐教學(xué)

工程教育認(rèn)證特別強(qiáng)調(diào)對學(xué)生能力進(jìn)行評價，而實踐環(huán)節(jié)對于培養(yǎng)學(xué)生分析解決實際問題的能力是必不可少的。分析化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在化學(xué)人才培養(yǎng)中，實驗課與理論課具有同等重要的地位. 實驗課對培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際，啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維，提高學(xué)生動手能力、觀察能力、分析問題和解決問題能力都起著十分重要的作用。實驗學(xué)時不足是目前教學(xué)工作中常見的問題，我們所面對的就是如何能在有限的教學(xué)時間內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容。因此，精選分析化學(xué)實驗內(nèi)容就顯得很重要。驗證性實驗是分析化學(xué)實驗課的重點部分，宜將其比例保持在三分之二左右，綜合性設(shè)計性實驗比例在三分之一左右。綜合性設(shè)計性實驗是對學(xué)生基本技能訓(xùn)練的全面考核，也是對學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是消化提升所學(xué)知識的重要環(huán)節(jié)。 在綜合性設(shè)計性實驗教學(xué)中教師只提出實驗?zāi)康暮鸵螅ㄟ^學(xué)生查閱資料讓學(xué)生綜合運用所學(xué)的知識，自行設(shè)計實驗方案，選擇最簡單、最實用、最可靠的分析方法進(jìn)行實驗,全面培養(yǎng)他們的實驗技能和創(chuàng)新能力，如工業(yè)廢水中COD含量的測定等，盡可能增加與生產(chǎn)、生活實際應(yīng)用相關(guān)的實驗題目。企業(yè)希望高校培養(yǎng)的學(xué)生既要有扎實的基本功和一定的理論基礎(chǔ)，更要有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

5 評估改進(jìn)

根據(jù)分析化學(xué)課程的性質(zhì)和內(nèi)容特點，建立以能力評價為核心的考試模式，形成全過程綜合性評價模式和科學(xué)的課程考核體系。課程考核以“學(xué)生主動學(xué)習(xí)評價+終結(jié)性考核”的形式進(jìn)行，其中學(xué)生主動學(xué)習(xí)評價以課程過程性考核的形式進(jìn)行，由平時成績和能力評價組成；終結(jié)性考核以期末考試的形式進(jìn)行。理論部分考核方式為閉卷考試，試卷中知識記憶與復(fù)寫試題比例不高于40%，余下試題應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)對知識的全面理解與靈活運用，主要考核利用分析化學(xué)的原理與方法，完成定量任務(wù)。實踐發(fā)現(xiàn)，將以往的一次性期末考試改成平時階段考試(能力評價考核)+期末考試的形式，可以防止學(xué)生考前突擊的行為，使學(xué)生能及時對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行復(fù)習(xí)和總結(jié)，加深對知識的掌握，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力，并且為后續(xù)的理論學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。課程考核結(jié)束后，教師對整個考核過程進(jìn)行畢業(yè)要求達(dá)成度評價分析，及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)、反饋信息，調(diào)整教學(xué)。

分析化學(xué)實驗實踐教學(xué)中，能力評價包括平時的實驗報告成績和期末考試兩部分。期末考核在實驗室完成，按實驗室容量和教師數(shù)量，安排學(xué)生進(jìn)行分組考試，以抽簽形式進(jìn)行，每個學(xué)生抽取一個實驗題目，從實驗的每個環(huán)節(jié)對學(xué)生進(jìn)行考核，包括實驗數(shù)據(jù)的記錄，規(guī)范操作及數(shù)據(jù)處理等。新的評價體系基于考核學(xué)生對知識和技能的把握、理解和運用情況，并及時反饋結(jié)果，便于教師分析教學(xué)中存在的新問題，調(diào)整、改進(jìn)教學(xué)方式，更好地指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，從而達(dá)到 “學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的目的。

6 結(jié) 論

工程教育專業(yè)認(rèn)證是對未來從業(yè)者所受專業(yè)教育的規(guī)范性和有效性的綜合評價，是對從業(yè)者學(xué)習(xí)的課程進(jìn)行規(guī)范和有效評價。遼東學(xué)院化工系分析化學(xué)課程組以學(xué)生為中心，以提升學(xué)生能力為目標(biāo)，改變陳舊呆板的教學(xué)內(nèi)容和考核方式，理論聯(lián)系實際，實踐指導(dǎo)理論學(xué)習(xí)，采用課中互動，問題討論，翻轉(zhuǎn)課堂，網(wǎng)絡(luò)平臺討論等靈活的教學(xué)模式，對于提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力、創(chuàng)新意識和專業(yè)競爭力具有指導(dǎo)意義。