工程認證導向下的分析化學實驗教學改革探索

陳 琳，劉海燕，陳 紅，吳 曉，付曉偉

(營口理工學院 化學與環(huán)境工程學院，遼寧 營口 115014)

分析化學實驗教學是分析化學教學過程中十分重要的環(huán)節(jié)，是分析化學理論課程的實踐課。旨在培養(yǎng)學生正確地掌握化學分析法的基本操作，加深對分析化學基礎理論、基本概念的理解，確立嚴格的“量”的概念，培養(yǎng)觀察、分析和解決問題的能力，從而使學生養(yǎng)成嚴格、認真和實事求是的科學態(tài)度，激發(fā)學習實驗的興趣和探索精神，為后續(xù)專業(yè)課程的學習和從事相關科研工作打下良好的基礎[1]。目前分析化學實驗教學通常是以教師講授為中心，學生按照老師講授的方法步驟按部就班的完成實驗，這個過程中往往忽視了對學生獨立設計和操作能力的培養(yǎng)。為了改善實驗現(xiàn)狀，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，使學生真正適應未來工作崗位需求，我院對分析化學實驗課程進行了改革探索[2]。本課程以工程認證標準為指標，在以學生為中心，以培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求為導向的前提下，通過完善的質(zhì)量控制和改進來進行教學實施，從而保證人才的培養(yǎng)質(zhì)量，滿足相應職業(yè)的崗位需求[3]。

1 依據(jù)工程認證標準修訂教學大綱

傳統(tǒng)教學模式下的分析化學實驗教學大綱所選取的實驗都為驗證性實驗，以化學工程與工藝專業(yè)24學時實驗為例，所涉及的實驗內(nèi)容包括：實驗室安全知識及容量分析器皿的使用和校準、滴定分析法的基本操作練習、NaOH標準溶液的配置與標定和食醋中HAC含量的測定、HCl標準溶液的配制與標定及混合堿樣品各組分含量測定、EDTA標準溶液的標定及水的硬度測定、硫代硫酸鈉標準溶液的配制和標定。以上六個實驗雖然能使同學們通過實驗環(huán)節(jié)對相應的理論知識點進行鞏固和驗證，但學習過程往往都是以老師講解為主，沒有發(fā)揮學生的主導地位，因此學生獨立思考、獨立解決問題的能力沒有得到很好提高。為此我們按照工程認證畢業(yè)標準對原教學大綱進行了修訂，刪減了部分驗證性實驗，增加了水中化學耗氧量(COD)的測定等綜合性實驗及混合酸堿體系試樣分析等設計性實驗，并進一步明確了課程目標。通過課程目標的完善和部分實驗內(nèi)容的修改，確立分析化學實驗課程對畢業(yè)要求的支撐情況[4]。以本校化學工程與工藝專業(yè)為例，其課程教學目標及與畢業(yè)要求對應關系如表1和表2。

表1 課程教學目標

表2 課程教學目標與畢業(yè)要求的對應關系

2 自主設計實驗

傳統(tǒng)分析化學實驗教學內(nèi)容大多圍繞實驗教材開展，學生只需按照教材上實驗步驟操作實驗，對結(jié)果的分析和討論缺少獨立思考，實驗課程與實際應用脫節(jié)，因此在未來工作中，面對需要分析的實驗樣品，學生可能難以獨立找到解決的實驗方案，這種上課方式培養(yǎng)出來的學生很難達到工程認證要求的畢業(yè)標準。因此我院對分析化學實驗課程內(nèi)容進行了調(diào)整，通過自主設計實驗打造互動式的教學課堂。如EDTA標準溶液的標定及水的硬度測定實驗，傳統(tǒng)實驗模式是在學生學會EDTA標定后，對實驗員配置好的水樣進行分析測定，而通常實驗員是按照教材進行鈣、鎂離子配制，但實際生活中的水樣成分復雜，除了鈣離子和鎂離子以外還含有多種干擾成分。因此根據(jù)新的教學大綱，我們將固定水樣進行了調(diào)整，以實際水樣為測試樣品，讓同學們通過自主設計去分析實驗樣品中的成分，從而計算水的硬度。這種方式不但鍛煉同學們的獨立思考及實驗設計能力，也能把配位滴定中掩蔽的方法等知識點從理論教學變?yōu)閷嵺`運用，很好的將理論知識與實踐教學相結(jié)合[5]。

雖然根據(jù)新教學大綱要求，對部分驗證性實驗進行了刪減，但由于學生水平的參差不齊，設計性實驗應在驗證性實驗的基礎上進行添加，在保證學生基礎實驗熟練的前提下，合理安排設計性實驗的比例，通過課堂討論和互動，使學生真正成為學習的主導者，這樣不僅增加了課堂上老師與學生之間的互動，也增加了學生與學生之間的互動聯(lián)系，實現(xiàn)了生生互動和師生互動的教學模式。以HCl標準溶液的配制與標定及混合酸堿體系試樣分析實驗為例，同學們通過驗證性實驗熟練掌握HCl標準溶液的配置后，安排了與之相匹配的設計性實驗——混合酸堿體系試樣分析。通過對混合酸堿樣品的試劑分析，培養(yǎng)學生查閱相關分析化學書刊和文獻資料的能力，以及綜合運動所學知識分析、解決問題的能力。本實驗首先為學生提供4種不同的混合酸堿體系試樣，分別為NaOH-Na2CO3體系、NaHCO3-NaCO3體系、NH3-NH4Cl體系和HCl-NH4Cl體系，每位學生可以選擇其中一種，通過理論課程所學的知識以及相關文獻資料查詢，設計混合酸堿體系組成含量的分析方法，設計出包括實驗原理(包括準確分步滴定的判別；滴定劑的選擇、計量點pH計算；指示劑的選擇及分析結(jié)果的計算公式)、儀器、試劑(所需試劑用量、濃度、配置方法)、實驗步驟(包括標定和測定)、注意事項、結(jié)果處理等內(nèi)容完整的實驗方案。學生設計的實驗方案交教師審閱后，將進行分組討論。討論過程中可以小組之間互相借鑒，也可以尋求老師的指導幫助。方案確定后，經(jīng)老師審核通過開始進行實驗實施，整個實驗過程重在設計和交流，而并非依靠單一的實驗結(jié)果進行評判。通過這種獨立思考、自主設計及互動交流模式，使學生由原來的被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，改善了學生理論學習動力不足，實驗操作能力差的狀態(tài)[6]。

3 多元化考核方式評價

合理的考核機制不僅可以提高學生學習的積極性，還能檢查和監(jiān)督學生的學習效果，從而提高教學質(zhì)量。通常分析化學實驗課考核分為考勤、預習報告、實驗操作、實驗報告幾部分。重點考核主要在實驗報告的準確度上，對學生的獨立思考、實驗操作和解決問題的能力等方面考核往往重視不夠。因此，我們通過建立多元化的考核評價方式以提高教學質(zhì)量，使學生積極主動的參與到課堂教學中。多元化考核方式在原有實驗考核的基礎上增加了文獻資料收集、實驗方案設計、小組討論、方案優(yōu)化、效果總結(jié)等多個考評環(huán)節(jié)。使學生充分利用課堂時間以達到設定目標，這種考評方式不僅增加了學習的互動性，也增強了理論聯(lián)系實際的能力。

總之，以工程認證為導向進行的分析化學實驗教學改革，使老師從知識的灌輸者變成了引導者和督促者，這種改革后的教學模式充分激發(fā)了學生的潛能。學生通過文獻資料查閱、實驗設計、合作討論以及與老師的互動交流等環(huán)節(jié)，發(fā)揮了學習的主動性和創(chuàng)新性。通過一系列的動手、動腦操作，也激發(fā)了學生對實驗課的學習興趣，提高了自主探索及溝通交流的能力[7]。為學生畢業(yè)后走向工作崗位及從事科研工作打下扎實的基礎。