分析化學實驗課程設置探索與實踐

武現麗，韓國勝(鄭州大學 化學學院，河南 鄭州 450001)

0 引言

“以學生為本，傳授知識與能力培養相結合，全面提升學生綜合素質”是實驗教學評價體系中提出的重要理念。明確提出以學生為主體，將發揚學生個性和發揮學生潛力放在首位，重在提升學生的綜合素質和創新能力?；A化學實驗融知識、能力和素質教育于一體，是培養學生創新意識和創新能力最有效和最生動的途徑之一[1-3]。分析化學實驗課作為化學學科的重要組成部分，是化學專業、材料專業、環境專業等學生的基礎課程。分析化學注重量的概念，是人們獲得物質化學組成和結構信息的科學，通過實驗課的實驗技能的培訓能夠培養學生的嚴格、認真和實事求是的科學態度。在進行分析化學實驗過程中要求學生認真觀察和分析實驗現象、全面分析實驗結果，是培養學生分析問題、解決問題能力的重要手段。樣品分析的全過程包括試樣的采集與制備、測定前的預處理、分析測定和數據處理及評價并形成報告四個環節。在實際樣品分析時，樣品采集和制備一般不在實驗室中進行，測定前的預處理、分析測定和數據處理及評價并形成報告則需要在實驗中處理完成。樣品測定前預處理和數據評價時間往往占整個實驗室處理過程的80%，說明其重要性和復雜性。此外，分析儀器普及大大縮短了測試過程所需時間，往往只需要幾分鐘甚至幾秒鐘就能完成測試，而樣品預處理要求更高時間更長。但目前一部分高校的分析化學實驗仍將重點放在測定過程上，對于測試前的預處理過程則不涉及或較少涉及[4-5]。

實際樣品分析工作中，結合所學理論知識和樣品的實際狀況選擇合適的前處理和測試方法是進行實驗室測試前必須解決的問題。俞院士在《漫談分析化學教學改革與課程建設》中講“教授分析化學應該很看重培養學生解決問題的能力”[6]。但大多分析化學實驗教學中，都是老師給定了分析方法，或者按照教科書上給定的測試方法進行；而按照實際樣品性質及實驗室具體條件選擇樣品前處理和分析方法的訓練較少涉及。有分析化學相關背景畢業生需求的企業對學生解決實際問題的要求較高，通過在分析實驗中增加測試前樣品預處理和依據樣品組成和性質選擇正確分析方法環節可以提高學生解決實際問題的能力，與行業要求相匹配，提高畢業生為社會服務的能力。

為了適應社會對分析化學人才的需求，我中心通過課程設置改革對分析化學實驗課程進行結構優化，改革后的課程其更貼近實際生產過程，更注重學生綜合素質全面提升和創新能力的培養。在課程設置上強調學生基本操作和基本實驗技能的掌握，同時向實際應用傾斜；增加了實際樣品的測試前處理過程培訓和分析測試方法選擇訓練，通過綜合設計實驗的實施全面提高大學生解決實際問題的能力。在實驗報告撰寫上進行了規范化要求，在實驗考核方面加入了新的考核指標。以期通過這些改革和嘗試全面提升學生在分析化學方面的綜合素質，提升學生就業和科研能力。

1 課程設置思路和目標

本中心分析化學實驗課程設置的思路是重視基礎實驗訓練、強化應用實驗訓練，目標是培養分析化學領域應用型人才和研究型人才。通過課程設置改革，構建重基礎、強應用的創新型分析化學實驗教學體系，全過程提升學生在分析化學領域解決實際問題的能力。綜合實驗素質的提升以扎實的理論基礎和熟練的基本操作技能為前提。在課程設置上，我中心重視基礎實驗訓練，這部分占課程總學時的40%。在掌握基本理論知識和基本操作技能的基礎上，為了適應學生將來就業的需求增強應用實驗訓練是必由之路，因此設置了強化應用實驗，占課程總學時的40%。在課程后期，學生已經掌握了分析實驗的各個環節，我們設置了綜合性設計實驗，占總學時的20%，通過設計實驗全面考察學生解決實際問題的能力和全面提升其創新能力。教學模式為“教師導師，學生主體”。實驗過程中以問題為導向啟發學生，鼓勵學生探索和問題相關的知識，發揮其主觀能動性，提升其學習能力，最終提高學生綜合能力和綜合素質。

2 重視基礎實驗訓練

通過基礎實驗訓練學生掌握基本操作技能，同時加深對分析化學理論的理解，這是培養其解決實際問題能力的基石，因此基礎實驗占總課時的40%?；A實驗的基本內容包括滴定的規范操作、酸堿滴定、配位滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定、重量法和分光光度分析法的典型實驗。在實驗課開始進行的是包括酸堿互滴的基本滴定操作訓練，接下來是酸堿滴定的經典實驗純堿中總堿含量的測定。然后分別是不同酸堿條件下的配位滴定實驗，分別在酸性和堿性條件下測定鋅離子的濃度，以及通過控制溶液不同酸度進行混合金屬離子的連續滴定。通過鐵礦石中總鐵含量的測定體會氧化還原滴定與其他滴定法的區別；沉淀法選的是莫爾法測定氯離子含量。重量法和分光光度法分別為鋇鹽中鋇含量的測定和鐵-鄰二氮菲絡合物組成的測定。

在這一階段，老師會反復強調實驗規范操作的重要性，不斷示范正確的操作流程和規范的動作。在實驗前要求學生進行預習，對實驗有個初步了解，并找出過程中可能的難點在課前進行一個簡短的討論。在實驗進行過程中也會反復播放規范操作的視頻，以確保學生掌握規范的操作。實驗采取單個實驗單人完成的方式，實驗過程中教師以問題為導向充分調動學生的積極性，培養學生興趣和獨立操作能力。嚴格要求學生將原始數據記在實驗報告冊上，不允許記在手機上或其他紙片上；數據處理和分析要求給出計算公式和基本原理；實驗報告撰寫要求規范化，建立明確的考核標準。通過這些基礎實驗的訓練，學生掌握規范操作，深化了對理論知識的理解，為解決實際能力培養打下基礎。

3 強化應用實驗訓練

同學們通過基礎實驗訓練掌握了分析測試的基本操作。在此基礎上，為了滿足企業和科研對解決實際問題能力的要求，需要向實際樣品處理全過程靠近。為達到強化應用目的，實驗內容設計顯得十分重要。為此，我中心在實驗設置上引入了藥品、食品等與生活密切相關的樣品為對象，這部分實驗與基礎實驗同等重要，所占學時數與基礎實驗相同。如藥品維C片中維C含量的測定、白酒中主要酯類含量的測定、茶葉中微量元素的測定等。在實際樣品測試中，涉及測試前的預處理過程，實驗前需要同學們根據樣品的性質和組成查閱文獻獲得合適樣品預處理方法，實驗過程中要求同學們相互交流，最終按照提前擬定的預處理方法進行預處理。為了選擇合適的測定方法學生需要對共存組分種類、含量和是否產生干擾進行預估，同時需要預估被測組分的含量和存在狀態，這就需要學生先查閱大量相關資料，掌握相關內容，最終確定合適的測試方法；如在茶葉中微量元素的測定中，學生拿到茶葉后需要將茶葉沿成碎末，稱取準確質量，加熱使其完全灰化，然后酸溶后進行含量測定。測定方法采用配位滴定和分光光度法相結合，這里面需要大家使用掩蔽解蔽基本原理。這對學生是一個系統的培訓，需要其具備扎實的理論基礎。

為了深化學生對不同分析方法的認識，我們對同一樣品采取不同的方法進行測定。分析方法包括化學分析法和儀器分析法，化學分析法和儀器分析法又分別包含多種方法，因此同一組份可以采取不同的分析方法進行測試。例如鈣離子含量的測定可以用直接配位滴定法也可以使用間接法高錳酸鉀氧化還原滴定法，兩種方法原理不同測試過程涉及的步驟不同，影響其測定準確度的因素也不相同。通過同一樣品不同方法的測定訓練可以培養學生在面對實際問題時的靈活性，掌握根據實驗室實際條件選擇合適的測試方法，提高其解決實際問題的能力。

4 設計實驗訓練

上面兩種實驗無論是基礎實驗還是應用性實驗最終都是給定的實驗方案，學生按照既定方案和準備好的試劑進行實驗即可。為了進一步提高同學們解決實際問題的綜合能力，我中心在實驗課程的最后設置了設計型綜合實驗。設計型綜合實驗只給了樣品來源和測試對象，要求學生通過查閱相關文獻自行設計出實驗方案，包括測試的基本原理、所需試劑、實驗步驟、實驗數據的評價方法。通過綜合設計實驗訓練，彌補傳統實驗的一些不足，對全面提升學生綜合科研素質相當重要[7]。我中心開設了四選一的設計實驗，兩人一組；學生們通過查閱文獻和交流設計出合適的實驗方案，課上通過實驗對所選方法進行驗證。不同學生選擇不同的題目設計出不盡相同的實驗方案。通過各種方法的比較，最后形成實驗小論文交流心得體會。通過幾年來的實踐證明，綜合性設計實驗即開放性實驗的開設對學生實驗能力的培養是全方位的，是培養其解決實際問題能力必不可少的環節。

5 結語

文章通過實驗內容設置和教學方式的調整和改革，從基礎到應用，由簡單到復雜，循序漸進培養學生解決問題的能力。以問題為導向，學生為主體激發學生的學習興趣。最后通過綜合性設計實驗全面檢驗學生對測試前樣品預處理、實驗方法選擇、實驗方法實施、數據處理與評價，提高其解決實際問題的能力，為學生將來的工作奠定基礎。