儀器分析基礎實驗與設計性實驗相結合的教學模式探索

唐斯萍，馮泳蘭，劉夢琴，匡云飛，鄧培紅

（衡陽師范學院 化學與材料科學系，湖南 衡陽 421008）

儀器分析實驗是一門實踐性很強的課程［1－2］。科學地設置實驗教學內容，采用合理可操作的教學模式，通過儀器分析實驗的教學，學生的儀器操作技能、運用理論知識解決實際問題的能力會很大程度地得到鍛煉和提高。本文就筆者所在學校儀器分析實驗教學的現狀進行分析，并提出新的教學模式——基礎實驗與設計性實驗有機結合。

1 儀器分析實驗教學現狀分析

筆者所在學校開設的儀器分析實驗課內容為鄰二氮菲分光光度法測定鐵，氣相色譜法的定性分析和定量分析，紫外分光光度計測定蘋果醋飲料中VC的含量，循環伏安法測定亞鐵氰化鉀，電位法測定自來水中氟含量和原子吸收分光光度法測定礦泉水中鈣的含量等。這些內容雖然涵蓋了光度分析法、電化學分析法、色譜分析法。但這些實驗內容基本屬于驗證性的，過于簡單；教學形式，教師從實驗原理到儀器操作細節都詳細地講解，學生幾乎不需要思考，不需要預習，直接按照教師說的照方抓藥。實驗用試劑的預處理，實驗員老師事先都準備好，每個學生輪流機械地操作一遍，最后交一份實驗報告給老師。教師然后再根據學生的實驗報告評定成績。這樣的教學方法和模式導致的教學效果：學生感覺儀器分析實驗課無需預習、無需查資料，上課就是“過眼煙云”，沒有任何課程學習壓力；一段時間后，所學知識全部“還給”教師。這樣的教學模式無法激發學生的學習興趣和積極性，更談不上培養學生創新學習的能力。因此，筆者針對這種實驗內容過于簡單、教學形式呆板、成績評定手段單一的現狀，為充分調動學生的學習主動性，提出基礎實驗與設計性實驗教學有機結合的教學模式。

2 基礎實驗和設計性實驗相結合的教學模式

基礎實驗和設計性實驗相結合的教學模式是遞進式教學，設計性實驗具有開放性。下面就教學內容的設置、新模式的教學方式和實驗成績的評定三方面探討這種模式。

2.1 教學內容的設置

對于儀器分析實驗的基礎實驗，教學內容包含色譜分析、光譜分析、電化學分析和波譜分析等。這類實驗包括物質的定性和定量分析。基礎實驗的內容設置相對簡單，學生只需重復教師示范的操作，得出準確的實驗原始數據即可。實驗內容的設置旨在訓練學生掌握儀器分析的基本原理和操作技能。

設計性實驗內容的選擇要與身邊的生活有關，以激發學生的興趣。譬如，鋁合金中鋁元素含量的檢測與分析，工業廢水中重金屬的檢測與分析，常用食品中某種添加劑的檢測與分析，蔬菜或水果中殘留農藥的分析等。設計性實驗內容的設置注重學生解決實際問題、創新性學習以及團隊協作能力的培養。

2.2 新模式的教學方式

對于基礎性實驗，主要以教師講解和示范操作為主。譬如，關于氣相色譜定性定量分析，開設有機混合物的氣相色譜分析。此實驗要求教師講述氣相色譜分析的定性分析和定量分析的原理、氣相色譜應用領域和范圍以及氣象色譜儀的構造和基本操作方法。講授定量分析時，得重點講述相對校正因子和怎樣得出各物質相對校正因子的實驗方法。筆者所在學校開設的氣相色譜分析實驗課，因為課時數的限制，教師直接給出各物質的相對矯正因子，學生進行數據處理時，直接將相對校正因子代入公式計算即可，這樣造成的教學效果就是學生下次再遇到運用氣相色譜進行定性定量分析時，仍然不知所措，因不知怎樣求出物質的相對矯正因子。基礎性實驗的教學側重于對學生傳授儀器分析的基礎知識、儀器的結構和工作原理、基本操作方法、該儀器分析方法的應用領域以及運用該儀器分析方法解決實際問題的思路。初步掌握儀器的操作技能，掌握定性定量分析的基本思路和方法，為設計性實驗的開設和實施奠定基礎［3］。所有基礎性實驗的實驗藥品試劑的預處理和實驗最佳條件的摸索要求學生自己完成。

對于設計性的實驗，教師根據本校已有的實驗條件，提前一周給出實驗命題范圍。學生以組為單位，一般每組5～6個人，各組組內共同討論后選擇實驗命題，并確定具體的實驗內容。每組負責人組織組內人員的分工安排：從文獻的查閱和資料的信息獲取和提煉、分析方法的選擇、實驗方案的設計、實驗藥品和試劑的準備以及實驗的具體實施。做這些工作的過程中，學生組內要集體論證實驗方案的可行性。實驗方案得到實驗老師的肯定后，才可以進行實驗。否則要修改實驗方案。然后就是實驗小論文的撰寫以及實驗的答辯交流。整個過程學生工作量大，需要團隊合作，實驗方案設計完畢很多工作需要在課外時間準備。而教師則全程跟蹤，必要時給予指導。以確保實驗課的圓滿進行，才能達到理想的教學效果。

2.3 實驗成績的評定

筆者所在學校儀器分析實驗課程成績的評定方法是教師根據實驗報告和上課的出勤率以及平時上課的表現給出成績。為適應新的教學模式的需要，主要從文獻查閱、信息提煉能力、實驗方案設計的合理性、創新性和可操作性、基本操作能力、運用理論分析數據的能力、結論是否正確、答辯交流等方面評定實驗成績。成績的評定分為基礎實驗和設計性實驗兩部分，具體標準：基礎實驗的成績占30%，設計實驗成績占70%。其中設計實驗分為幾個部分：文獻資料的查閱和綜合提煉占10%，實驗方案的設計占20%，實驗過程占30%，實驗報告占25%，實驗答辯交流占15%。

3 教學效果

基礎性實驗是學生學習掌握不同類型的儀器分析實驗的基本操作方法和實驗開展的基本思路。設計性從實驗內容的選擇、文獻資料的查閱、信息的綜合提取、實驗方案的設計、實驗的具體操作步驟到實驗小論文的撰寫，能較好的訓練學生運用理論知識和儀器分析方法解決問題的能力。實驗結束后，學生撰寫設計性驗報告，此報告以小論文的形式進行撰寫，要求不同于基礎性實驗報告。然后，各大組進行實驗答辯交流，各個組派代表進行PPT匯報，匯報環節過后，同學們進行提問交流。整個過程能較好地培養學生整合和提取文獻信息的能力；怎樣思考問題、怎樣尋找解決問題途徑的能力；培養學生明白團隊協作精神之于問題解決的重要性；培養學生撰寫小論文的能力以及學術交流表達能力。在探索性實驗教學過程中，培養學生善于發現問題，勇于創新性學習。為其以后的畢業論文和研究生學習奠定良好的基礎。教師在此教學過程中教學水平也得到提高，真正達到教學相長的效果。

4 新的教學模式對教師的要求

由于設計性實驗屬于研究性實驗教學，屬于開放式教學。在學生自由進行實驗選題、實驗設計以及具體操作整個過程中，由于實驗具體操作細節具有不確定性，學生隨時可能會到實驗室進行實驗前的準備工作，實驗教師根據學生設計的需要，需增配一些實驗器材。而且整個過程需，實驗教師需全程跟蹤，必要時給予指導。這就需要實驗教師投入更多的時間和精力，以確保設計性實驗的順利進行。設計性實驗的教學要求教師的知識面廣，科研水平高。善于結合自己的科研課題和方向，進行實驗命題，將科研融合到教學中，真正達到科研助于教學，科研提升教學。

5 結 語

基礎實驗的教學讓學生掌握了儀器分析的基本原理和基本操作技能，開放式教學滿足了學生探索式的學習需要和渴求。基礎實驗和開放設計性實驗的有機結合，改變學生被動學習的現狀，培養學生主動提出問題、分析問題、解決問題以及團隊協作的能力，培養學生積極尋找解決問題的途徑的慣性思維，鍛煉學生創新性學習能力。讓學生感覺到課堂所學的理論知識和掌握的實驗技能能夠解決實際問題，明顯感覺自身的專業水平在不斷提升。

［1］潘自紅，陳麗華，劉巧茹.普通高校儀器分析實驗教學改革探索［J］.廣東化工，2011，38（1）：199－120.

［2］張靜，劉芬芬，龔波林.基于中美兩所大學儀器分析實驗課程比較的思考［J］.實驗技術與管理，2012，29（8）：175－177.

［3］胡萬群，張漢昌，邵偉，等.儀器分析開放設計實驗的探究［J］.實驗室研究與探索，2012，31（7）：317－318.