硅酸鹽工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)分段教學(xué)模式*

王安亭 王璐 徐伏秋

(洛陽理工學(xué)院環(huán)境工程與化學(xué)系 河南洛陽 471023)

硅酸鹽工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)是水泥工程技術(shù)、工業(yè)分析、無機(jī)非金屬材料工程等專業(yè)的一門主干課程，是硅酸鹽工業(yè)分析課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)。本課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的基本技能、專業(yè)技能、工程實(shí)踐能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生具有把握全局、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。為此,我們在本課程教學(xué)中進(jìn)行了大膽嘗試，建立了硅酸鹽工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)分段式教學(xué)模式，對改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新意識起到了積極作用。

1 教學(xué)現(xiàn)狀與工業(yè)生產(chǎn)

根據(jù)洛陽理工學(xué)院提出的“立足中原，面向基層，服務(wù)企業(yè)”的辦學(xué)宗旨，專業(yè)教學(xué)計(jì)劃要“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”，要求課程內(nèi)容博而通，從而強(qiáng)化專業(yè)，以增強(qiáng)學(xué)生適應(yīng)能力。因此，作為專業(yè)主干課程的硅酸鹽工業(yè)分析課也進(jìn)行了一系列改革：如新編寫出版了《硅酸鹽工業(yè)分析》、《硅酸鹽工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)》配套教材；對課程內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，減少了理論課學(xué)時(shí)數(shù)，增加了實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)；改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，把實(shí)驗(yàn)從理論課程中獨(dú)立出來單獨(dú)開設(shè)。但教學(xué)效果還不能令人滿意。從學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習(xí)的座談會上及往屆畢業(yè)生信息跟蹤調(diào)查和用人單位對學(xué)生的反饋信息中，發(fā)現(xiàn)存在如下問題: (1) 有些學(xué)生不能迅速獨(dú)立地承擔(dān)工作；(2) 應(yīng)聘化驗(yàn)室崗位工作時(shí)自信心不足；(3) 不能很好解決工作中出現(xiàn)的問題，缺乏將各種分析方法有機(jī)結(jié)合并加以應(yīng)用的能力；(4) 對硅酸鹽水泥廠沒有整體了解,缺乏創(chuàng)建一個(gè)硅酸鹽工廠化驗(yàn)室的信心和能力。

因此,我們把本課程納入專業(yè)課程體系改革計(jì)劃 ，重點(diǎn)放在實(shí)踐環(huán)節(jié)的改革上。任課教師分組結(jié)伴，利用業(yè)余時(shí)間和學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)間，先后到水泥企業(yè)，深入系統(tǒng)地了解工廠進(jìn)廠原料、產(chǎn)生工藝過程、質(zhì)量控制點(diǎn)、控制項(xiàng)目、控制指標(biāo)、控制方法、出廠產(chǎn)品檢測項(xiàng)目等；了解中心化驗(yàn)室與車間控制室的作用與分工；了解水泥質(zhì)量監(jiān)控的全過程；熟悉工廠對畢業(yè)生的要求等。通過幾年的調(diào)研和分析，理清了教學(xué)思路，明確了課程改革的目標(biāo)和方向。首先，企業(yè)需要的是基礎(chǔ)知識扎實(shí)，專業(yè)技能熟練，思維開闊，有一定綜合分析、解決問題能力的人；其次，在強(qiáng)化基本操作技能的同時(shí)，將工廠實(shí)際分析檢測的項(xiàng)目和方法，作為硅酸鹽工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)課程的基本內(nèi)容，使學(xué)生得到有針對性的訓(xùn)練；再次，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能固守原有的傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容和模式，應(yīng)注重學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，培養(yǎng)學(xué)生綜合解決問題的能力和創(chuàng)新意識；真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識和技能的傳授與能力和素質(zhì)的培養(yǎng)相互促進(jìn)和統(tǒng)一，培養(yǎng)出合乎時(shí)代要求的有較強(qiáng)能力和適應(yīng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的綜合性人才。

2 分段實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

針對工廠需要和教學(xué)中存在的問題，提出了一種新的分段實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即工廠實(shí)地參觀—基礎(chǔ)單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)—開放性選擇實(shí)驗(yàn)—綜合分析實(shí)驗(yàn)—自擬方案實(shí)驗(yàn)—企業(yè)掛職頂崗實(shí)習(xí)。這種模式把課內(nèi)實(shí)驗(yàn)與課外實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，校內(nèi)與校外實(shí)踐相結(jié)合，體現(xiàn)了認(rèn)知過程循序漸進(jìn)的規(guī)律，改變“照方配藥，只信課本，依賴教師”的被動學(xué)習(xí)方式。

2.1 工廠實(shí)地參觀

工廠實(shí)地參觀是分段實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的第一階段。在本課程實(shí)驗(yàn)開始之前，先由任課教師介紹硅酸鹽工廠的相關(guān)基本知識和基本情況，然后教師利用一天時(shí)間(不納入課內(nèi)學(xué)時(shí))帶領(lǐng)學(xué)生到附近水泥工廠實(shí)地參觀，請技術(shù)人員給學(xué)生做報(bào)告，到車間、化驗(yàn)室、物理室去感受。要求學(xué)生了解硅酸鹽水泥廠的歷史和現(xiàn)狀，工廠的工藝流程和生產(chǎn)狀況，原料的種類及來源地、質(zhì)量狀況；了解生產(chǎn)質(zhì)量控制點(diǎn)的設(shè)置、控制項(xiàng)目、控制方法及控制指標(biāo)，合格率要求，相對的獎罰方法；了解中心化驗(yàn)室和控制室的運(yùn)行模式、作用、分工；了解化驗(yàn)室的質(zhì)量管理、技術(shù)管理模式及安全操作要求等。通過參觀實(shí)習(xí)，幫助學(xué)生樹立理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，使學(xué)生學(xué)有目標(biāo)，干有方向。同時(shí)在實(shí)習(xí)過程中，還要培養(yǎng)學(xué)生不怕困難，勇于實(shí)踐，虛心向工人及工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)的品質(zhì)；培養(yǎng)踏實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，為將來的工作打下良好的基礎(chǔ)。

2.2 基礎(chǔ)單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)階段的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容占總學(xué)時(shí)的70%。教學(xué)目標(biāo)主要是使學(xué)生獲得熟練的基本操作技能和掌握各項(xiàng)目的分析知識。教學(xué)設(shè)計(jì)這種基礎(chǔ)單項(xiàng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)包括酸堿滴定、配位滴定、氧化還原滴定等，主要完成分析天平稱量練習(xí)、移液管與容量瓶的配套使用、滴定操作等基本技能訓(xùn)練，并結(jié)合工廠分析控制項(xiàng)目選擇實(shí)際樣品進(jìn)行單項(xiàng)測定練習(xí)。如可在學(xué)生學(xué)習(xí)完酸、堿標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置與標(biāo)定后，安排“水泥生料中碳酸鈣滴定值的測定”；學(xué)習(xí)完EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置與標(biāo)定后，安排“石灰石中氧化鈣、氧化鎂鈣的測定”或“水泥生料中氧化鈣的快速測定”[1]。該階段的基本教學(xué)要求是讓學(xué)生掌握正確操作并獨(dú)立完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。在此過程中，由學(xué)生自己配制標(biāo)準(zhǔn)溶液并標(biāo)定,然后用標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)溶液測定實(shí)際樣品；教師根據(jù)樣品被測組分的含量判斷學(xué)生對該方法的掌握程度和誤差的大小。如此反復(fù)訓(xùn)練，可使學(xué)生的基本操作技能熟練化、標(biāo)準(zhǔn)化。教師對于實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、操作的正確性、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)紀(jì)律等方面應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)。

2.3 開放性選擇實(shí)驗(yàn)

硅酸鹽分析實(shí)驗(yàn)原理簡單易懂，儀器操作較易掌握。由于課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限，我們將工廠實(shí)際檢測的一些單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)列為開放性選擇實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)自己興趣，利用業(yè)余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室預(yù)約做。要求本學(xué)期內(nèi)每人至少完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)課題，多則不限。實(shí)驗(yàn)室提供樣品、試劑等，學(xué)生則應(yīng)在預(yù)約日期前拿出具體分析測定方案。在開放性選擇實(shí)驗(yàn)的安排上，教師只進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，解惑答疑，放手讓學(xué)生獨(dú)立操作，不重結(jié)果，只重過程。對于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇，可以用不同的方法測定同一樣品相同組分，也可以測定同一組分中的不同樣品。我們還通過開放性選擇實(shí)驗(yàn)，將課內(nèi)與課外實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料，自行選擇實(shí)驗(yàn)方案，在樣品的制備、標(biāo)準(zhǔn)溶液的準(zhǔn)備、干擾組分的掩蔽、待測組分的測定、結(jié)果計(jì)算的整個(gè)過程中，獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)技術(shù)解決實(shí)際問題，從而提高了分析問題和解決問題的能力。表1是一些開放性選擇實(shí)驗(yàn)的例子[2-3]。

表1 開放性選擇實(shí)驗(yàn)

2.4 綜合分析實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際工作中，學(xué)科的相互交叉和滲透給分析化學(xué)提出了越來越多、越來越復(fù)雜的新課題，單一的分析方法已遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際要求，必須將多種分析方法相結(jié)合進(jìn)行綜合分析。如水泥生料綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生將所學(xué)知識組合運(yùn)用，完成硅酸鹽樣品的全分析，以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、比較、綜合、創(chuàng)造的能力。使學(xué)生意識到自己能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際條件調(diào)整和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，可以獨(dú)立設(shè)計(jì)有創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)方法，綜合實(shí)驗(yàn)約占總學(xué)時(shí)的20%，水泥專業(yè)學(xué)生選做的是水泥熟料、生料等系統(tǒng)的分析；玻璃陶瓷專業(yè)學(xué)生選做的是鐵礦石、礦渣、黏土、石灰石、螢石、石膏、長石、滑石等系統(tǒng)的分析；無機(jī)非金屬材料專業(yè)學(xué)生選做的是硅質(zhì)耐火材料、高鋁耐火材料等系統(tǒng)的分析。主要測定項(xiàng)目為Na2O、K2O、SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、TiO2、MnO。因?yàn)槭蔷C合分析，學(xué)生需要全面考慮，如先做什么后做什么，各組分之間是否存在測定干擾，怎樣有效地去除干擾。這些對學(xué)生把握全局、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力是很好的鍛煉。學(xué)生可以通過對一種常見硅酸鹽樣品的全分析，感受到獨(dú)立解決實(shí)際問題的喜悅；同時(shí)也能促使他們主動發(fā)掘更多的樣品來驗(yàn)證自己的能力，滿足求知中的好勝心。

2.5 自擬方案實(shí)驗(yàn)

在綜合分析實(shí)驗(yàn)之后安排了自擬方案實(shí)驗(yàn)，占總學(xué)時(shí)的 10%。課內(nèi)安排4學(xué)時(shí)，由學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論及實(shí)踐知識，自己選定一個(gè)分析對象，既可以選教材提供的題目，也可以選自己感興趣的樣品，利用業(yè)余時(shí)間查閱資料，與同學(xué)、教師討論，選擇方法，寫出實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)教師審查后(方案提前兩周交教師審查)，自己配制所需試劑或標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液(在此期間實(shí)驗(yàn)室業(yè)余時(shí)間對學(xué)生開放)。而后在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。對于分析方案設(shè)計(jì)考慮不周、做不出結(jié)果來的學(xué)生，應(yīng)讓他們分析問題，找出原因，寫出總結(jié)報(bào)告。整個(gè)過程由學(xué)生獨(dú)立完成，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性;在實(shí)驗(yàn)過程中，提倡對不同實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行對比，以便確定最佳實(shí)驗(yàn)方案(在一定的準(zhǔn)確度要求的前提下，以簡便、安全、經(jīng)濟(jì)為最佳方案)。表2是一些自擬實(shí)驗(yàn)的例子。

表2 一些自擬實(shí)驗(yàn)

2.6 企業(yè)掛職頂崗實(shí)習(xí)

為使學(xué)生真正能夠掌握原理方法，并運(yùn)用自如，必須將本課程與生產(chǎn)實(shí)習(xí)緊密結(jié)合起來。在生產(chǎn)實(shí)習(xí)過程中，可以給學(xué)生專門安排化驗(yàn)室的內(nèi)容，讓學(xué)生到化驗(yàn)室頂崗實(shí)習(xí)一段時(shí)間，真正了解硅酸鹽工業(yè)分析在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用。通過頂崗實(shí)習(xí)訓(xùn)練，學(xué)生能夠了解實(shí)驗(yàn)室的綜合管理，并結(jié)合自己所學(xué)的知識為企業(yè)解決實(shí)際問題(如提出一些建設(shè)性意見，進(jìn)行一些分析方法的改進(jìn)，或有新難題發(fā)現(xiàn)待以后繼續(xù)研究)。

3 結(jié)論

2006～2012年，學(xué)院設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)跟蹤問卷調(diào)查表明，實(shí)施分段實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式后的教學(xué)效果如下：(1) 提高了學(xué)生的基本操作技能。操作的正確性會影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，而操作的熟練與否又會影響實(shí)驗(yàn)速度，這些因素能使學(xué)生從主觀上要求自己熟練掌握基本操作技能，所以效果明顯，全部學(xué)生基本操作技術(shù)達(dá)標(biāo)，優(yōu)良率達(dá) 80%以上。(2) 端正了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。這種方法使學(xué)生感到自己是在完成一項(xiàng)工作,編造數(shù)據(jù)、抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告等不良現(xiàn)象日趨減少。(3) 培養(yǎng)了學(xué)生綜合能力。這種教學(xué)過程，鍛煉了學(xué)生查閱資料的能力、根據(jù)樣品制訂實(shí)驗(yàn)方案的能力、解決實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)問題的能力、綜合思考的能力以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并對結(jié)果可靠程度進(jìn)行判斷的能力。更為重要的是教風(fēng)、學(xué)風(fēng)相互促進(jìn)，學(xué)生整體素質(zhì)與綜合能力均有所提高。(4) 增加了畢業(yè)生的就業(yè)競爭能力。總之，分段式的教學(xué)模式對訓(xùn)練學(xué)生的動手操作能力、綜合運(yùn)用知識能力、創(chuàng)新能力、就業(yè)競爭力起到了很好作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 徐伏秋，張秋芬.硅酸鹽工業(yè)分析實(shí)驗(yàn).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009

[2] 李明豫，丁衛(wèi)東.水泥企業(yè)化驗(yàn)室工作手冊.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2002

[3] 建筑材料科學(xué)研究院.玻璃陶瓷化學(xué)成分分析.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1985