儀器分析實驗教學現狀與改革路徑

苗守雷　張海秋　王彬

摘 要：文章從儀器分析實驗課教學現狀與存在的問題出發，從“靈活運用不同教學方法與手段、豐富實驗教學內容、優化教學管理、構建多元化考評體系”等方面提出了儀器分析實驗教學改革的路徑。

關鍵詞：儀器分析；實驗教學；高校

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2016）04-0021-02

儀器分析因其簡便、快速、靈敏、準確、易實現自動化等優點，而應用范圍日益廣泛，已成為現代實驗化學的重要支柱[1-2]。儀器分析實驗課是一門與儀器分析理論課相對應并且具有相對獨立性和完整性的課程，重在使學生掌握常用分析儀器的基本原理、基本操作及應用等，掌握儀器分析中處理數據的基本方法，了解儀器分析領域的最新發展動向及其趨勢，鞏固課堂所學理論知識，培養學生發現問題解決問題的能力，為社會輸送復合型人才[3]。

一、儀器分析實驗課教學現狀

大多數的儀器分析實驗課程教學是以班級為單位分成若干小組的循環實驗，因實驗儀器有限，每名教師負責一個實驗項目，共用一臺實驗儀器。由于每臺實驗儀器設備較為昂貴，儀器設備有限，只有少數學生能夠進行操作。實驗教學內容多以驗證實驗為主，缺少設計性和綜合性實驗。學生對實驗儀器的原理和構造認識不深刻，加之實驗預習不充分，以至于在實驗過程中出現問題時無法自行解決，需要實驗教師對實驗準備及測試方法進行詳細的講解 ，這在一定程度上遏制了學生的自主學習能力。學生往往對實驗數據的總結千篇一律，多數沒有對實驗方法進行舉一反三，學生的實驗興趣不高，解決問題的能力較差。在教學管理方面實驗教學大都是在規定的時間和實驗室內進行，教師參與的實驗內容過多，學生很難發揮自己的思維空間和創新能力。理論課與實驗教學不能夠完全融合在一起，很大一部分學生會認為理論課是實驗課的指導課，具有從屬地位，因此多數學生重理論輕實驗。實驗的考核是根據學生出勤，課前預習情況，實驗操作是否規范，數據是否合理，實驗報告是否完整等給出學生的實驗成績。

二、儀器分析實驗教學的改革路徑

在儀器分析實驗的教學過程中，教師以學生為中心，不斷總結并改進，以期有助于學生提高自主學習能力和開拓創新意識，讓學生能夠適應當代社會發展的需要，緊跟時代步伐。

（一）靈活運用不同教學方法與手段

1.運用啟發式教學。學生是實驗課的主體，在實驗教學的過程當中把學生的個人知識、直接經驗和現實世界作為教學的重要資源，改變以傳授知識為主的學科本位思想。利用實驗室現有的條件，在充分預習的情況下，嘗試學生主講，教師引導，其他學生作為補充的互動式教學模式。這樣每名學生都能對實驗原理，實驗方法，操作步驟，應用范圍及注意事項了然于心，在具體實驗操作的過程中能夠得心應手。同時，由于不同學生在講課時的側重點不同，也擴寬了學生的知識面。

2.充分應用多媒體教學與實驗教學相結合的模式。由于學生在實驗過程中不了解實驗室儀器設備的內部結構及各個器件的用途，因此在儀器分析實驗教學過程中引入模擬仿真設備的多媒體教學。一方面通過模擬仿真軟件演示溶液的配比及操作的注意事項，使學生在實驗過程中能夠減少實驗試劑及藥品的浪費，以便節約實驗成本及減少對環境的污染。另一方面擴展儀器分析實驗課的教學內容，仿真軟件可以以聲音、圖像、動畫等豐富的表現力幫助學生進行多感觀的學習[4-5]。

3.儀器分析實驗與其他學科交叉融合。儀器分析是以物質的物理和物理化學性質為基層的分析方法。主要分為光化學分析方法，如光譜法，非光譜法；電化學分析方法，如伏安法，電導分析法；色譜分析方法，如氣相色譜，液相色譜，毛細管電泳。按分析的任務分為：定性分析，定量分析，結構分析。按分析的對象分為：無機分析，有機分析，生物分析等。教師在儀器分析實驗授課的過程中，要注意知識面的擴展，使學生能夠對各學科的知識融會貫通。

（二）豐富實驗教學內容

儀器分析實驗分驗證性、設計性和綜合性3種類型[6-7]。在以往的實驗教學過程中驗證性試驗的內容所占的比重較大。學生往往按照實驗課本的操作步驟按部就班地進行實驗，在實驗過程中分析問題，解決問題的能力相對較差，從而導致學生缺少創造性能力。為此在具體實驗過程中，積極引導學生動腦，對同一個實驗要有舉一反三、靈活運用。比如在紫外—可見吸收光譜儀直接測定水中酚的實驗過程中，有的學生做出來的標準曲線偏差較大。小組成員分析其原因可能是在配備標準溶液的過程中，苯酚沒有完全溶解就拿來測試，導致吸光度較小，隨著測試的進行，苯酚逐漸溶解，所以工作曲線偏差較大。教師在與學生的討論中進行引導，既然苯酚在水中的溶解性差且有毒，那么我們能否把它轉變為另一種溶解性好而且又對環境污染小的物質，我們試著測一下這種物質的紫外—可見吸收光譜。小組成員想到了苯酚具有酸性與堿反應變成苯酚鈉，于是我們按照與苯酚一樣的操作步驟來測試苯酚鈉的光譜曲線和工作曲線，結果同樣濃度的苯酚鈉的檢出限較高而且工作曲線R2=0.9999。在整個實驗的過程中，學生實驗操作細致規范，抱著很大的熱情來做自己設計的實驗。當實驗結果達到預期效果時，成就感油然而生。

針對以往驗證實驗的教學比例較大，近年黑龍江大學化工與材料學院組織學生開展設計性和綜合性實驗。由于學生在大三年級開展學年論文，接著到大四要做畢業論文，這些同學的設計性和綜合性實驗主要表現在以下兩個方面。一是以某種儀器分析實驗作為論文題目，自行設計實驗內容，導師重點依據實驗方案的創新性，應用的廣泛性，實驗分析的準確性等指標給出學年論文或畢業論文成績。二是大三、大四學生根據各自導師的實驗課題的內容來實驗室進行多種儀器分析的表征。另外，學院具有環評和環境監測資質，在監測的項目中有許多涉及用儀器分析的方法來測試，比如水中的鋁、鎘、鐵、鉛、總鉻、六價鉻的測試分析使用原子吸收和分光光度計方法；空氣中的非甲烷總烴、苯、苯乙烯、丙烯腈等采用氣相色譜法分析；還有二氧化硫、氮氧化物采用定電位電解法分析等等。學院正在嘗試有精力和能力的學生參與到環境監測的測試任務中來。

通過設計性實驗和綜合性實驗的開展，在一定程度上提高了學生的創造性思維，為其就業提供了一項重要技能。開展綜合性實驗，使學生在具有一定理論知識和實驗技能的基礎上擴展了儀器分析實驗的內容，把相互交叉的多學科內容融合在一起并獨立地分析、理解和運用，這在很大程度上提高了本科生的科研能力[8-9]。

（三）優化教學管理

有差異的學習目標和不完全統一的學習內容決定了學生在學習的過程中不可能采用相同的教學管理模式，自主學習的學習形式和方法具有多樣性和靈活性。既可采取自主接受、自主探索的模式，也可以采取互相合作的學習形式[10]。開展開放性實驗可根據自己的學習目標和學習內容做實驗，把開放性實驗室與學生的自主學習有機結合起來，一方面可以有效利用實驗室的資源，另一方面有利于提高學生的自主學習能力和團隊合作精神，這有利于設計性和創新性實驗的開展。

（四）構建多元化考評體系

多元化的評價體系分為以下幾個層面。（1）目標評

價，主要是指在本門課程教學的過程中對學生學習的評價。培養德智體美全面發展的復合型人才不僅僅要看學習成績，更要關注學生的情感和心理健康。（2）主體評價。我們儀器分析實驗課改革的目標是把學生小組的評價與對小組中每個學生的評價結合起來，評價活動的重點環節是學生自評。在儀器分析實驗課中，教師講授環節完畢之后，小組成員在具體實驗操作過程中，往往課前預習充分和學習積極性高的成員付出的比重大，而有些成員游手好閑，無所事事。（3）方法評價。以往的實驗課成績主要體現在學生的實驗操作步驟，實驗報告預習內容，實驗數據等幾方面，而學習態度、自主學習能力的比重較小。

三、結語

如何上好儀器分析實驗課，其科學合理的教學方法和手段是前提，實驗教學內容的安排和設計是關鍵，完善教學管理和多元化的教學體系是有力保障。在實驗課的教學過程中，應以學生為本，積極引導，通過優化教學內容擴展學生的知識面，以實驗室為依托開展自主能力的學習活動，通過開放性和綜合性實驗課提高學生的科研創新能力，通過定量和定性相結合的考評體系提高學生的興趣。各項改革措施在具體實施的過程中受現有條件的限制，實驗教學活動還有待于完善，相信通過各方努力一定能夠達到預期效果。

參考文獻：

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[10]蘇安良.實驗室開放有助于學生自主學習[J].新課程

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