“一流本科教育”建設背景下《分析化學實驗》課程改革探索

譚冬芹 于 穎 郭明星 李彥瑩

大連海事大學環境科學與工程學院，遼寧 大連 116026

建設一流本科教育、培養一流人才是高校“雙一流”建設的重要基礎。近年來，大連海事大學牢牢把握“一流本科課程建設”抓手，打造海事特色品牌“金課”，大力推動“互聯網+教育”的深度融合，不斷擴大本科教育教學改革成效，提高課程建設水平和課堂教學質量，為建設世界一流海事大學奠定堅實基礎。在此背景下，環境科學與工程學院結合學校發展特色，以海洋和交通環境監測與檢測、海洋和交通運輸污染治理為主要研究領域，具有鮮明的海洋和航運特色。在海上溢油污染應急監測與預警評價、船舶污染控制技術等研究領域總體達到國際先進、國內領先水平。大連海事大學環境科學與工程學院環境工程、海洋科學與海洋資源與環境專業的培養目標總體為要培養在環境工程、海洋科學及海洋監測與評價領域的高級技術人才。

實驗教學是眾多高校教學活動中的重要組成部分，在培養學生的實踐能力及嚴謹的科學態度方面具有其他環節無法替代的作用［1-3］。大連海事大學環境科學與工程學院開設的《分析化學實驗》是一門獨立的實驗課程，與分析化學理論課程緊密結合、相輔相成。分析化學實驗教學的目的是使學生掌握定量分析的基本理論、分析方法和規范化的基本操作，提高學生善于發現、分析和解決問題的能力，培養其嚴謹細致的工作作風和實事求是的科學素養，為后續課程的學習和未來從事相關科學研究工作奠定基礎。

一、目前分析化學實驗教學存在的不足

目前，在分析化學實驗的教學過程中存在著一些問題，急需對分析化學實驗教學進行改革，以提高教學與學習效果，更好地為學校和社會培養創新型人才。需要完善之處主要體現在以下幾個方面：

（一）教學方法和內容需要豐富。在實驗教學中，教師講課時間通常較短。通常會以板書或PPT的形式向學生簡要講解實驗內容，并重點演示一些操作規范，然后由學生獨立開展實驗。如果學生課前對教材預習不充分，則很難在短短的兩節課中充分掌握實驗要點和操作規范。

（二）課程內容需要進一步結合海事院校特色。根據往年分析化學實驗教學經歷，發現部分學生在實驗中輕視操作細節、過度關注實驗結果，對基礎分析化學實驗內容缺乏興趣和自主學習動力。因此，在實驗內容設計或綜合實驗設計等環節，應充分結合海事類專業特色，提升學生的學習積極性和創造性。

（三）教學中需進一步推進課程思政建設。在課程中需要進一步推進“三全育人”的先進教育理念和實踐模式，可以深挖每個實驗項目中的科學素養、安全理念和綠色化學等方面的思政元素，進一步培養學生的嚴謹求實的科學作風、扎實的安全和責任意識、環保意識和思辨能力。

（四）課程考核機制需要進一步完善。宜采用多元評價方式，從學生實驗操作、實驗報告、團隊協作、綜合性實驗設計、交流互動等多個方面對課程學習效果進行評價，尊重并重視學生的個性發展。

基于此，本文結合以往教學中存在的問題，以大連海事大學環境科學與工程學院《分析化學實驗》課程教學為例，從豐富教學方法、優化教學內容、推進課程思政教育及優化課程考核機制等方面探索教學改革思路，逐步提高學生的積極性、創造力，激發學生的創新熱情，增強學生的實驗操作技能。

二、“一流本科教育”建設背景下《分析化學實驗》課程改革探索

（一）構建線上線下教學模式，豐富教學和學習方式

在實驗課前，實驗教師充分了解和查閱實驗內容，將網絡教學平臺上的相關課程資源（如中國大學MOOC、超星爾雅學習通或智慧樹等）或關鍵步驟的實驗操作視頻引入到課程中。通過網絡交流平臺（如微信群、公眾號等）提供給學生，使學生充分預習實驗，了解關鍵的實驗步驟，并思考實驗步驟設計的科學性。實驗課開始后，實驗教師進行深入講解以及答疑，并以問答加分的方式鼓勵學生思考并積極回答問題。實驗課中，教師及時記錄學生表現，提醒學生注重操作過程，鼓勵學生主動發現問題及解決問題。實驗課后，學生對本實驗進行相應的總結與思考，可以在已建立的網絡交流平臺上與老師和同學進行深入交流、探索，在討論中提升創新思維。

以實驗“碘量法測定葡萄糖含量”為例，即，使用間接碘量法測定未知試樣中的葡萄糖含量。在實驗開始前，教師將碘量法的有關資料，如碘的性質、碘量法的分類、淀粉指示劑變色視頻、返滴定法操作等資料通過微信群、學校blackboard系統或公眾號推送給學生，使學生對碘量法有初步了解。實驗課開始，教師向學生簡要介紹間接碘量法的原理以及測定葡萄糖含量的現實意義。學生按照教材中設定的實驗方案開展實驗，進一步熟悉分析天平和酸式滴定管的操作，掌握返滴定法操作技能。實驗結束，學生記錄并分析實驗數據。最后，布置實驗思考題，設置發散性題目，如：“請同學們查閱資料，說明目前測定葡萄糖含量的方法有哪些？這些方法各有什么特點？”

以實驗“水的硬度測定”為例。在上一個課堂實驗“EDTA標準溶液的配制與標定”的基礎上，本次實驗使用EDTA法測定水中鈣、鎂含量。在原有實驗方案的基礎上，本次實驗增加采樣環節，增加學生的實驗參與感，提高學生的成就感。實驗課前，教師將水的硬度相關資料發布給學生，使學生對水的硬度有初步認識，然后，通過微信群、騰訊會議等線上途徑，結合文獻資料，和同學們充分討論后，制定不同水樣（海水、湖水、自來水及飲用礦泉水）的采樣方案和樣品前處理方案。利用課余時間，教師帶領學生采集學校附近安全區域的海水、校園湖水、實驗室自來水等水樣。水樣采集后標注樣品名稱、采集時間和地點等信息。實驗課開始，學生自由分組，完成不同水樣（海水、湖水、自來水及飲用礦泉水）中鈣、鎂含量的測定，按照事先設計好的表格記錄數據，并計算總硬度、鈣硬度、鎂硬度。實驗結束，學生將實驗數據記錄于表格中，計算三組測定值的平均值、相對偏差和平均相對偏差。教師認真批改，鼓勵學生尋找實驗數據誤差的來源，認真反思其實驗操作中存在的不足。教師布置思考題，“使用EDTA法測定不同水樣的硬度時，分別存在哪些干擾？應如何有效去除？”以此加深和鞏固學生所學知識，有利于培養學生的學習興趣和創新思維。

（二）優化實驗教學內容，增設開放性或綜合性設計實驗

目前，大連海事大學環境科學與工程學院環境科學與工程專業分析化學實驗中，基礎性實驗占主體。該類實驗主要涉及實驗原理解析、實驗操作及實驗儀器使用，旨在鍛煉學生實驗操作的規范性和準確性。實驗內容相對簡單，學生容易缺乏學習的自主性，并產生懈怠心理。因此，在基礎性實驗的基礎上，可以結合學校或學院特色，增設具有綜合性、實用性和設計性的開放性實驗。教師可以提前發布備選題目，學生5～6人自由組隊，通過團隊協作自主完成資料查閱、實驗方案設計、獨立操作及實驗報告撰寫等工作。同時，實驗課教師鼓勵學生參加學院或學校組織的化學實驗競賽、大學生創新創業競賽項目以及學院教師的科研項目，激發學生進取心，培養競爭意識和團隊協作精神。

例如，根據“實驗七 氯化物中氯含量的測定”，可以增設“海水中氯化物氯含量的測定”“海產品中氯含量測定”“城市污水中氯化物含量測定”“工業循環水中氯化物的測定”等開放性實驗。根據“實驗九 碘量法測定葡萄糖含量”可以延伸出“果蔬中維生素C含量的測定”“碘量法測定海水中的溶解氧含量”等課題。再如，根據“實驗十程序升溫氣相色譜法”，可以增設“船舶尾氣中揮發性有機物的測定”“船舶洗艙水中芳烴化合物的測定”“船舶壓載水中消毒副產物的分析及形成機制探究”“氣相色譜/質譜法在船舶溢油源鑒定中的應用”和“飲用水和地表水中揮發性消毒副產物的檢測”等綜合性實驗。綜合性實驗以學生為主、教師指導為輔，充分發揮學生的主觀能動性，可以有效激發學生的個性化潛能。在實驗設計階段，教師對學生進行及時指導，引導學生進行團隊協作、開展討論確定并優化實驗方案，教師進一步對實驗方案的可行性進行評估。在實驗開展和實驗數據分析階段，教師引導學生運用已學專業知識開展數據處理和分析，完成實驗總結并撰寫總結報告。在整個過程中，學生具有很高的參與度，這將提高學生的成就感。同時，開放性實驗有助于培養學生在文獻調研、歸納分析、實驗設計、方案評價等方面的能力，進而提高其分析問題和解決問題的能力。

（三）推進課程思政教育，在分析化學實驗教學中堅持“三全育人”理念

在分析化學實驗教學過程中，深挖每個實驗項目中的安全風險、綠色化學、環境保護等思政元素。例如，在大連海事大學環境科學與工程學院《實驗室安全管理制度》的基礎上，教師廣泛學習其他實驗安全相關資料，并將其融入安全教育內容。通過典型實驗室安全事故案例分析，向學生傳播安全生產理念；在定量分析實驗中，特別強調“量”的概念，鼓勵并要求學生要學會科學地處理實驗數據并能夠判斷分析方法的合理性；通過綜合性實驗，使學生培養知識遷移和實際應用能力，有助于提高學生的綜合素質，樹立遠大的職業理想。

以“高錳酸鉀法測定污染水樣中的化學需氧量”為例，通過向學生列舉海洋、淡水等水體的污染現狀及危害，向學生滲透綠色可持續的發展理念；作為環境科學與工程方向的學生，未來很有可能從事環境監測與環境治理等方面的工作。因此，在此實驗中可以開展職業理想教育，向學生介紹開展環境監測與污染治理工作的重要性與必要性，進而提高學生的專業認同感和自豪感。另外，水體污染不僅加劇了我國水資源的緊缺，更是影響到飲水安全和食品安全。因而，可以從食品安全的角度倡導學生要學以致用，運用自身專業知識和技能為社會貢獻一份力量。

（四）優化考核評價方式

“一流本科教育”注重學生的綜合素質、創新能力和個性化培養。在分析化學實驗教學中應充分發揮學校的辦學優勢和特色，培養具有海事和海洋知識背景的、獨具競爭優勢和特色的環境科學與工程專業本科人才。教學實踐證明，在《分析化學實驗》課程中構建“以學生為中心”的教育教學理念，有助于建立師生學習共同體，提高學生的課程學習效果。

因此，在課程中應充分考慮學生的個性發展，采用多元化課程評價體系。課程成績評定標準包括三個方面，即1.基礎實驗部分；2.開放綜合性實驗部分；3.互動交流積極性。基礎實驗部分包含實驗操作的規范性、實驗完成度、結果準確性及實驗報告，該部分內容反映學生對課程內容的掌握程度，是評價學生學習效果的主體部分。開放性實驗部分包含文獻檢索與調研、實驗方案制定與可行性分析、實驗進展及總結報告的撰寫等內容。該部分主要考查學生獨立思考和創新能力，考查學生分析和解決問題的能力、語言表達能力及團隊合作能力等。互動交流是進行團隊協作的基礎，是啟發學生潛能的重要途徑。因此，在實驗課教學中，教師有必要做好互動交流考核，充分以學生為主體，大力調動學生的積極性，并將學生在課程中的互動交流表現計入學生的平時成績。

在實驗教學中，“線上+線下”混合式教學模式體現出了獨特的優勢。學生通過網絡平臺提前接收與實驗相關的學習內容、操作視頻等資料，有效提高了學生的學習興趣。線下課堂實驗仍是實驗教學的主體部分。學生通過實驗操作，掌握分析化學基本理論、基本方法及實驗操作技能。在實驗預習、實驗操作、數據記錄及數據處理等環節，有助于培養其實事求是的科學態度、嚴謹求實的工作作風及團隊協作能力。在開放性或綜合性設計實驗中，學生充分參與到文獻查閱、整理、分析等環節，利用學院實驗室資源自主設計實驗方案并實施。在實驗過程中學生更好地了解到課題背景、研究意義等，有效提高了其專業學習興趣，激發其更高的求知欲和創造力。實驗教學肩負著育人的責任，課程中挖掘出安全生產與環保意識、科學態度、辯證唯物主義等思政元素，有助于學生科學精神和良好品德的培養。此外，在課程中積極推進多元化課程評價體系，有利于調動學生的積極性，提高學生的綜合素質。

三、結語

總之，在“一流本科教育”建設背景下，《分析化學實驗》課程改革已取得初步進展，然而仍有所不足。未來將繼續在實踐中不斷完善，探索出適用于海事類院校環境科學與工程方向基礎實驗的教學模式，為培養創新型人才而努力。