分析化學開放式實驗的探索與實踐

劉 玲,韋壽蓮,趙建芬,嚴子軍

（肇慶學院 化學化工學院，廣東 肇慶 526061）

0 引言

以實踐性和應用性為主要特征的分析化學學科，其實驗課程是學科教學體系中的構成要件.在新的歷史時期，分析化學課程的教學目標已不再是單純培養(yǎng)分析數(shù)據(jù)的提供者，而是上升到培養(yǎng)解決實際問題的參與者和有關化學信息提供者[1]的新高度.這對于實現(xiàn)應用性、復合型人才的培養(yǎng)目標，具有極其重要的教育價值[2].

為了適應社會經(jīng)濟發(fā)展的需要和素質教育水平的提升，自2008年開始，肇慶學院工科課程的學時數(shù)有所縮減，非師范專業(yè)的分析化學實驗課學時數(shù)縮減了28%.如何充分有效地利用有限的學時實現(xiàn)應用型、復合型人才培養(yǎng)目標，培養(yǎng)學生“提出問題、發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題”的能力，提高學生的實踐應用能力和綜合素質，這是新的教育環(huán)境下需要努力探索和實踐的一個新課題.我們通過精心設計開展了開放式教學，構建了融基礎、提高、應用、創(chuàng)新于一體的實驗教學新模式.通過對模式中各環(huán)節(jié)的具體實施與評價，促使學生減少了單純機械的操練，增加了思維的參與性，從而提升了學生的實踐能力和創(chuàng)新意識，使之感受到分析化學的價值和意義，進而提高了其社會責任感，培養(yǎng)了他們的團隊協(xié)作精神[3].

1 設計思想

傳統(tǒng)的分析化學實驗教學偏重于“菜譜式”的教學方法，注重現(xiàn)成的分析化學實驗內(nèi)容和操作步驟.這種教學非但無法激發(fā)學生的學習興趣，調動學生積極思考和探索的主動性，更無法真正達到教學目的.為了改變這一現(xiàn)狀，分析化學教學團隊開展了一些研究與探索，主要從課程結構優(yōu)化、教學手段、實驗報告、考核考試等方面進行了初步改革，并取得了一定成效，但學生分析和解決實際問題的能力還有所欠缺.隨著高校招生規(guī)模的擴大，學生們的知識水平呈現(xiàn)參差不齊的狀況，加之課程學時數(shù)減少，這些都增加了教學工作的難度.為了更好地培養(yǎng)應用型、復合型人才，使不同知識水平的學生都能學有所成、學以致用，不斷拓寬就業(yè)門路，分析化學實驗教學改革必須朝著開放式教學模式發(fā)展.在此教學模式中，應確立以“教師為主導，學生為主體”的教學理念，采用以問題為導向的教學方法.在實驗過程中，教師主要起引導和指導作用，要充分培養(yǎng)學生獨立完成實驗的能力，要讓學生勤于動手，培養(yǎng)其敏銳的觀察力和細心操作的能力，鼓勵學生開動腦筋并勤于提問，以期逐漸提高其深入分析和鉆研問題的能力.

2 開放式實驗的構建和實施方法

2.1 開放式實驗的設計模式

探索漸進式的開放實驗設計模式，需要根據(jù)不同階段的設計思想采用不同的教學模式，即局部開放和完全開放2種模式，使學生通過“基礎性實驗、提高性實驗及應用、創(chuàng)新性實驗”3個階段，逐漸進入全面發(fā)展的狀態(tài).第1階段的教學目的主要集中于基本技能的培訓和經(jīng)典實驗的演練方面；綜合素質的培養(yǎng)則放在后面2個階段，這2個階段是具備開放特征的提高、應用創(chuàng)新性實驗階段，完成難度依次增加.學生只有具備實驗的基本技能并掌握了學科核心理論，才有可能具有實踐的能力，進而步入應用創(chuàng)新的階段.開放式實驗各個階段均能體現(xiàn)出開放性特征，教師在不同階段只是在開放程度與開放維度上予以調控.

2.2 開放式實驗的實施方法

從對學生能力進行系統(tǒng)培育的角度來說，分析化學開放式實驗教學過程應該是漸進而有系統(tǒng)性的，是具有實際意義的分析化學實踐活動.其過程應符合應用型本科院校學生的學習基礎和認知規(guī)律，要遵循從簡單到復雜的認知規(guī)律，由淺入深地提高學生的學習興趣和學習自主性，解決好實驗教學中技能訓練及理論與實際應用相結合的問題，著力培養(yǎng)學生解決實際問題的能力和綜合能力.開放式實驗的具體實施過程如下：

1)基礎性實驗.精選和整合基本技能實驗和驗證性實驗，如對滴定分析基本操作練習（包括酸堿滴定管的使用）、銨鹽中氮含量的測定（甲醛法，包括NaOH標準溶液濃度的標定）、混合堿的分析（包括HCl標準溶液濃度的標定）等實驗進行整合，而以往教材中NaOH與HCl標準溶液濃度的標定是作為單獨實驗來安排的.通過對實驗內(nèi)容進行整合，大大減少了實驗學時數(shù)，使得基礎性實驗更加側重于學生基本技能和基礎理論的掌握.

2)提高性實驗.在基礎性實驗所包含內(nèi)容的基礎上，適當增加一些開放性設計或探究性內(nèi)容，這些實驗可以在學習完一章內(nèi)容之后安排.對于這一類實驗題目及實驗過程中應考慮的問題，可以預先告知學生，讓學生利用已學的理論知識和方法原理，針對特定的所要分析和解決的問題，提前進行實驗方案的初步設計.等到上實驗課時教師可采用以問題為導向的教學方法，與學生共同討論后確立實驗方案，這種模式稱為“局部開放”模式.比如：測定“NH3和NH4Cl混合液中各組分濃度”的實驗，就可以在學完酸堿滴定法之后予以安排.在教師引導下，學生可針對初步設計的方案討論以下問題：a.各組分能否直接準確測定，如何判斷；b.設計方法的原理是什么；c.實驗需要采用何種試劑及儀器，如何配制和標定標準溶液；d.需要選用何種指示劑，變色過程如何；e.各種溶液的取樣量及各組分含量的計算公式等.對于這樣的局部開放性探究，有前面的理論課作鋪墊，學生完全有能力使問題得到解決.探究部分方案的自主設計，是學生在掌握相關的理論知識、方法原理、基本實驗技能基礎上成就的，設計方案可以使學生從單純的鞏固理論知識學習和單元性的基本操作訓練，提高到將理論知識和實驗技能進行有機結合與運用的高度[4].

3)應用、創(chuàng)新性實驗.針對非師范專業(yè)學生將來從事專業(yè)工作多樣化的需要，我們結合不同專業(yè)的特點，精選了一些與肇慶市工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及相關分析檢測部門緊密結合，能突出地方資源特色且貼近日常生活的小課題作為開放實訓內(nèi)容，課題注重突出應用性和實效性.例如：對于食品科學與工程專業(yè)學生，可選取“陳醋的色素去除及醋中總酸度測定”及“食品(豆類、蔬菜、海產(chǎn)品、菌類等)中鈣、鎂、鐵含量的測定”等實驗；對于環(huán)境工程專業(yè)學生，可選取“含鉻廢水的處理和評價”、“肇慶地區(qū)各種飲用水的硬度和COD的測定”等實驗；對于制藥工程專業(yè)學生，則可選取“解熱鎮(zhèn)痛藥乙酰水楊酸的含量分析”、“鹽酸左氧氟沙星含量的測定”等實驗，充分體現(xiàn)出因材施教的特點.這一階段實驗設定在課程的最后階段，此時理論課即將結束，學生頭腦中已基本形成了分析化學較完整的知識體系，已經(jīng)可以采取全程開放的模式解決實際問題.具體實施方法如下：首先，教師要求學生選擇開放式題目，每5～7人為一組，每組負責1個題目；其后，讓學生通過課外查閱、分析、歸納文獻并進行小組討論自擬實驗方案；最后，將方案交由教師批閱指導，方案通過后學生即可完成實驗.在實驗過程中，每組設置1名組長，協(xié)助教師指導具體實驗，組長由實驗技能規(guī)范、基礎理論扎實、責任心強的學生擔任.實驗所用儀器和藥品需提前列好清單交給實驗管理人員，之后由組長負責領出所需物品，實驗結束后再如數(shù)歸還.為了使學生在實驗設計、實驗準備和自主實驗中擁有更大的自由空間，實驗室全程開放，教師則在開放時間段隨時進行指導.例如：完成“黃豆中鈣、鎂、鐵含量的測定”這一實驗時，學生通過查閱資料，不僅要對實驗方法進行分析論證，同時還要考慮黃豆的分解處理（包括粉碎、烘干、灰化、炭化、灼燒、酸解等)，以形成完整的實驗方案；方案通過后，為了找到最佳實驗條件和黃豆實際用量，學生通常還要進行預實驗，以便為正式實驗打下良好基礎；實驗結束后，學生要在處理數(shù)據(jù)后分析、總結實驗結果，并提出自己的觀點和有待改進的方面；最后，學生要以PPT形式完成和提交實驗報告，還要開展一次開放式實驗報告交流會，每組派1名代表將本組方案的設計思路、實驗原理、步驟、實驗結果與討論及反思、建議等展示給“公眾”.通過相互交流與學習，拓寬了學生的視野，進一步提高和升華了學生的整體綜合能力.在此過程中，一切以學生為主體，教師僅在其中充當嘉賓和專家的角色.

3 實驗課程新模式的實施效果

我們在2010級制藥工程、精細化工、食品科學與工程及環(huán)境工程4個本科專業(yè)實施實驗課程新模式，該模式得到學生的普遍認同，產(chǎn)生的效果良好，具體可歸納為以下幾個方面：

1)學生普遍反映新的實驗模式比原有模式能學到更多知識，從而更有興趣和積極性參與實驗.他們已經(jīng)由過去的“要我做實驗”變?yōu)楝F(xiàn)在的“我要做實驗”，學習的主動性和實踐能力均得到有效提升.

2)在應用、創(chuàng)新性實驗中，由于從研究方案的確定到實驗的具體實施全部由學生自行完成，因而學生在實驗的準備工作中會遇到各種問題，如試劑的配制、儀器的使用、反應條件的選擇、產(chǎn)物的分離和提純等關鍵步驟，都是對學生知識與能力的綜合考查.學生通過自己動手準備實驗，自行找到解決問題的方法，增強了其動手和動腦能力，可以真正做到理論聯(lián)系實際.

3)實驗教學的改革使教師與學生均獲益匪淺：學生在實驗過程中真正學會并掌握了專業(yè)知識和技能，進一步加深了對各門課程之間內(nèi)在聯(lián)系的理解；教師則在指導學生的過程中不斷進行知識的自我更新，促使自身教學與科研水平得到了進一步提高.

4)通過“基礎、提高、應用、創(chuàng)新”實驗體系的訓練，學生在理論與實驗技術綜合應用方面的能力得到有效提升，他們在研究方法、實驗數(shù)據(jù)處理、撰寫論文方面已具備一定能力，其團隊合作精神得到加強，科學思維與創(chuàng)新實踐能力也得到顯著提高.

[1]俞汝勤,梁逸曾.分析化學教學的發(fā)展[J].大學化學,2000,15(1):1-4.

[2]黃都,盧昕,于青.分析化學程序性開放實驗的課程設計與實踐[J].高教論壇,2009(3):30-32.

[3]黃都,盧昕,趙書林,等.程序性開放實驗課程與教學模式[J].大學化學,2011,26(1):11-13.

[4]逢忠孔,孫芬芳.化學實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2002(3):36-37.