分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革探索*

何英 龔慧芳

(湖南工業(yè)大學(xué)包裝與材料工程學(xué)院化學(xué)化工系 湖南株洲412000)

當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)經(jīng)濟(jì)和科技迅速發(fā)展的世界，大學(xué)不再只被當(dāng)作學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，它更是一個(gè)具有開(kāi)放性和多元化的社會(huì)團(tuán)體。為此，我國(guó)許多高校在總結(jié)以往人才培養(yǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，圍繞如何為社會(huì)培養(yǎng)全面創(chuàng)新性人才這一問(wèn)題，積極開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐［1］，努力探索和實(shí)踐新的人才培養(yǎng)模式［2］。對(duì)于在校的工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，提高動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的有效方法是實(shí)驗(yàn)［3］。而分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于中高年級(jí)學(xué)生尤為重要，在提升學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度、縝密而細(xì)致的工作作風(fēng)、詳細(xì)而周到的邏輯思維等方面都有不可替代的作用。

1 教學(xué)模式優(yōu)化勢(shì)在必行

大學(xué)生在中學(xué)階段只注重理論知識(shí)而忽略實(shí)踐能力的培養(yǎng)。到了大學(xué)，學(xué)生要么學(xué)習(xí)動(dòng)力下降，要么還是一味照中學(xué)的學(xué)習(xí)模式重理論輕實(shí)踐，導(dǎo)致畢業(yè)生雖然了解的知識(shí)很多，但動(dòng)手能力差，缺乏獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，缺乏創(chuàng)新精神，因而競(jìng)爭(zhēng)力弱，難以適應(yīng)社會(huì)。造成這一現(xiàn)象的因素很多，從我國(guó)高等教育的現(xiàn)狀看，在推進(jìn)素質(zhì)教育、培養(yǎng)高素質(zhì)人才方面，尚存在一些制約大學(xué)生提高自主創(chuàng)新能力的因素。從本科人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)上看，最重要的是缺乏科研訓(xùn)練，沒(méi)有注重對(duì)學(xué)生科研意識(shí)、科研方法、科研技能進(jìn)行有效的訓(xùn)練。

創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)離不開(kāi)理論知識(shí)的傳授，更離不開(kāi)嚴(yán)格的科研及實(shí)踐能力訓(xùn)練。國(guó)外大學(xué)非常重視對(duì)學(xué)生科研能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)與支持達(dá)到一定條件的本科生參與教師的科研項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)也有一些成功的例子。如南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的SRT計(jì)劃［4］，在校內(nèi)實(shí)施大學(xué)生科研訓(xùn)練。這些計(jì)劃和舉措都要求對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)模式進(jìn)行改革，以適應(yīng)更高要求的教育目標(biāo)。

2 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)課程在培養(yǎng)學(xué)生能力方面有著舉足輕重的地位。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)一般是“照單抓藥”式的［5］，教師事先告知實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)講義的內(nèi)容一步步做下去，而沒(méi)有多少自己思考的成分。如此下來(lái)的結(jié)果是:一堂實(shí)驗(yàn)課下來(lái)，想動(dòng)手做的學(xué)生照書(shū)上的內(nèi)容做;不想動(dòng)手的學(xué)生當(dāng)旁觀者看別人做，課后照講義寫(xiě)一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這樣很難使學(xué)生的動(dòng)手能力得到鍛煉。教師也難以根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告分出優(yōu)劣。據(jù)此，我們把分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課從理論課中分離出來(lái)，作為一門(mén)獨(dú)立的課程，并將定性分析實(shí)驗(yàn)部分置于無(wú)機(jī)化學(xué)及其他化學(xué)課中完成，建立了“基礎(chǔ)操作+綜合應(yīng)用+設(shè)計(jì)創(chuàng)新”教學(xué)模式，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中推廣，以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。

2.1 基礎(chǔ)操作

雖然實(shí)驗(yàn)課從理論課中分離出來(lái)，但兩者的結(jié)合依然很緊密。先在理論課上強(qiáng)調(diào)分析化學(xué)中“量”的概念，讓學(xué)生有一定的印象，再開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課程。典型的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括基本操作和基本分析方法，旨在規(guī)范學(xué)生操作技能和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，為綜合應(yīng)用和創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。這部分內(nèi)容是基礎(chǔ)，沒(méi)有掌握好基礎(chǔ)就談不上創(chuàng)新。

基礎(chǔ)操作模塊是在有了一定的理論基礎(chǔ)之后進(jìn)行，課時(shí)量占實(shí)驗(yàn)總課時(shí)的30%左右，一般分4步完成。首先把學(xué)生分組，每組不多于15人。第2步是演示，包括觀看錄像和教師示范。指導(dǎo)教師詳細(xì)介紹每一步操作，邊示范邊講解，使學(xué)生有感性認(rèn)識(shí)，并且產(chǎn)生自己動(dòng)手的愿望。第3步，學(xué)生自己動(dòng)手操作。分析化學(xué)基本操作包括:配制溶液、稀釋、移液、滴定、稱量等，每步要做到什么程度事先要有說(shuō)明。第4步，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師巡回檢查與指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)糾正。

基本操作的每個(gè)細(xì)節(jié)都有可能影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和可靠性，只有多練習(xí)多操作，才能熟練掌握。各種操作需要達(dá)到的要求是:

(1)洗滌器皿。學(xué)生應(yīng)會(huì)清洗所用分析化學(xué)器材，尤其是玻璃器皿，以及選用合適的洗滌用品及洗液，達(dá)到清洗干凈的要求。

(2)稱量操作。根據(jù)稱量精度要求選用合適的稱量工具:分析天平、電子天平、臺(tái)秤等。如使用的是機(jī)械加碼電光分析天平，稱之前的調(diào)零很關(guān)鍵，有助于訓(xùn)練嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度;通過(guò)基本操作的練習(xí)要達(dá)到快速準(zhǔn)確地調(diào)零;此外，加減樣品及砝碼順序，以及倒出樣品的熟練程度也是訓(xùn)練內(nèi)容之一。而對(duì)于電子天平，則要求熟練掌握減量稱量法。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的整理工作，包括儀器的復(fù)零、清潔，電源的處理等可以培養(yǎng)良好的工作習(xí)慣。

(3)定容操作。選擇合適的燒杯，加適量的水溶解樣品，根據(jù)所配溶液的體積選擇相應(yīng)大小的容量瓶，轉(zhuǎn)移溶液，沖洗燒杯及玻璃棒，做到不潑濺，最后定容且要反倒搖勻，根據(jù)需要貼標(biāo)簽。

(4)移液操作。移液管的選擇要合理，持握姿勢(shì)要正確。先用自來(lái)水練習(xí)，熟練后再用實(shí)驗(yàn)溶液。在放液時(shí)，傾斜度、接觸點(diǎn)以及放完后用洗瓶吹洗均是考查內(nèi)容。

(5)滴定操作。合理選擇滴定管，清洗干凈，檢查是否漏水。如果漏水，涂抹凡士林。正確裝液后的趕走氣泡這一環(huán)節(jié)常常會(huì)被忽略，教師示范時(shí)要強(qiáng)調(diào)。最后調(diào)整液面在0刻度。

這一模塊最終要達(dá)到:態(tài)度好、操作規(guī)范、姿勢(shì)正確。做到邊滴邊搖，控制滴定速度，終點(diǎn)判斷正確，取下滴定管讀數(shù)準(zhǔn)確，記錄合理無(wú)誤?；静僮靼才旁趯?shí)驗(yàn)項(xiàng)目“分析儀器基本操作練習(xí)”中單獨(dú)練習(xí)，然后選擇幾個(gè)典型的基本分析法將基本操作融入其中，如鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定、EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定、硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定等。

2.2 綜合應(yīng)用

綜合應(yīng)用模塊旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基本知識(shí)分析、解決問(wèn)題的綜合能力。課時(shí)量約占總課時(shí)的40%左右，一般安排在后半學(xué)期進(jìn)行，此時(shí)理論知識(shí)已基本講述清楚，基本操作已經(jīng)比較熟練，分析過(guò)程的一般步驟和流程也已基本掌握，但還需要一些具體的事例把理論與實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。為此，我們先后設(shè)計(jì)了幾個(gè)選題，盡量覆蓋幾種基本分析法。每個(gè)選題，要么有干擾存在需要消除，要么是酸堿度需要調(diào)整控制，或者是多種組分聯(lián)合分析。每個(gè)選題都給學(xué)生留出了自行設(shè)計(jì)思考的空間。如，我們?cè)O(shè)計(jì)了“銅鋅混合溶液中銅鋅含量的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)講義上介紹了分析原理可以是配位滴定或氧化還原-配位滴定法，給學(xué)生思考的問(wèn)題是滴定酸度控制和如何分步滴定。學(xué)生必須利用所學(xué)過(guò)的配位滴定法中“如何提高選擇性”知識(shí)內(nèi)容補(bǔ)充完善分析方案，既要考慮酸度對(duì)選擇性和指示劑的影響，又要考慮如何控制合適的酸度。配位滴定法的理論知識(shí)可在這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中得到充分的應(yīng)用。

通過(guò)這一模塊的實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生逐步學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)分析方案，提高他們用所學(xué)理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力，并為下一模塊設(shè)計(jì)創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。

2.3 設(shè)計(jì)創(chuàng)新

學(xué)生在掌握了理論知識(shí)、基本操作，并進(jìn)行了部分綜合應(yīng)用訓(xùn)練以后，可以進(jìn)入第3個(gè)模塊設(shè)計(jì)創(chuàng)新。這一模塊占總課時(shí)的30%左右。學(xué)生自行設(shè)計(jì)分析方案，獨(dú)立完成分析任務(wù)，并對(duì)自己感興趣的方法進(jìn)行創(chuàng)新。二年級(jí)的部分學(xué)生已經(jīng)有能力和興趣對(duì)分析方案進(jìn)行創(chuàng)新。他們根據(jù)自己的家庭背景或日常生活經(jīng)歷提出了一些分析課題，在教師的鼓勵(lì)和指導(dǎo)下，嘗試著自行解決實(shí)際問(wèn)題。他們首先查閱資料，了解目前的分析現(xiàn)狀和現(xiàn)行的分析方法，再運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)兩屆學(xué)生的試點(diǎn)，現(xiàn)已初步形成課題的來(lái)源有4類:

(1)學(xué)生根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)提出實(shí)驗(yàn)。有些學(xué)生家庭環(huán)境中有接觸到河水污染的情況，想分析所在地河水中酸污染的狀況，于是提出了“河水中總酸量的測(cè)定”。有的學(xué)生所在村子里的村民用的是井水，發(fā)現(xiàn)井水燒開(kāi)后總是有懸浮物和沉淀，而且那一帶居民得結(jié)石病的人很多，很懷疑井水中鈣鎂含量超標(biāo)，于是提出“井水中鈣鎂含量的測(cè)定”課題。雖然實(shí)驗(yàn)書(shū)中一般都有“自來(lái)水中鈣鎂含量的測(cè)定”這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，但該項(xiàng)目中鈣鎂含量不是很高，分析方案已經(jīng)非常具體，用量、濃度也有明確的規(guī)定，不一定適用于其他水樣。有學(xué)生在假期里用書(shū)中的方法取樣帶到學(xué)校里來(lái)測(cè)定，興趣很大。班上同學(xué)受其影響，紛紛尋找身邊的分析化學(xué)問(wèn)題，并試著用所學(xué)的知識(shí)解答，形成了一股“帶著分析化學(xué)眼睛觀察周?chē)臍夥铡?，極大地提高了學(xué)習(xí)興趣。

(2)教師根據(jù)以往的課題以及教材和教學(xué)大綱，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，在大部分化學(xué)分析方法已經(jīng)講述過(guò)的基礎(chǔ)上擬定課題。如，學(xué)生做過(guò)“混合堿的測(cè)定”，在介紹完酸堿滴定法后，教師就可以提出“NaH2PO4-Na2HPO4混合物的分析”;介紹完絡(luò)合滴定法后，教師可以提出“Bi3+-Fe3+混合液中Bi3+和Fe3+含量的測(cè)定”。根據(jù)理論知識(shí)學(xué)生應(yīng)該可以設(shè)計(jì)出分析方案。這可以進(jìn)一步鞏固所學(xué)過(guò)的知識(shí)，把理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。

(3)根據(jù)教師的科研內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。如2009年有一個(gè)關(guān)于某大型鋁廠改良生產(chǎn)工藝的課題，其中有一些子課題，要分析鋁礦石浸取后溶出液中各成分的含量，以及溶出液精加工后生成的精液中的各成分的含量。這些分析子課題涵蓋了很多化學(xué)分析部分的分析方法以及光度分析法，理論和實(shí)踐結(jié)合很緊密。在教學(xué)過(guò)程中，教師把鋁廠生產(chǎn)的大致過(guò)程制作成ppt，向?qū)W生提出需要解決的課題，發(fā)動(dòng)學(xué)生從中找出自己感興趣并有能力研究的小問(wèn)題。在冶金專業(yè)的學(xué)生中，有些人已經(jīng)接觸過(guò)金屬冶煉的一些專業(yè)知識(shí)，對(duì)此很感興趣。相當(dāng)一部分學(xué)生向教師提出了他們想解決的問(wèn)題，得到教師提示后動(dòng)手查資料設(shè)計(jì)方案。他們提出的問(wèn)題有:①鋁礦石中鋁量測(cè)定時(shí)酸度的控制;②鋁礦石中SiO2含量的測(cè)定方法探索;③鋁礦石溶樣的器皿研究;④鋁酸鈉溶液的酸堿度分析;⑤鋁酸鈉溶液中鋁的存在形式探索;⑥苛性堿測(cè)定中所用指示劑探討。能夠參與教師的科研課題，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是提高自己能力的機(jī)會(huì)。有些學(xué)生在選擇畢業(yè)課題時(shí)，很樂(lè)意選擇化學(xué)分析方面的課題。06級(jí)參加過(guò)教師課題的學(xué)生，大部分都順利找到了分析崗位的工作，而且干得很順利。對(duì)于分析化學(xué)專業(yè)的學(xué)生，這相當(dāng)于崗前培訓(xùn)。

(4)對(duì)原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或課題的創(chuàng)新。對(duì)于第一、第二模塊中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如果有創(chuàng)新的想法，可以提出。如實(shí)驗(yàn)教材中有一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“比色法測(cè)定水果或蔬菜中維生素的含量”，此項(xiàng)目中維生素含量低，可以用比色法測(cè)定。在學(xué)習(xí)了氧化還原滴定法中的碘量法后，有學(xué)生提出可用碘量法直接測(cè)定。首先通過(guò)理論上論證方法是可行的，并設(shè)計(jì)方案，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件做出了大致結(jié)果，并把分析方法推廣，不僅可以測(cè)果蔬中的Vc含量，還可以測(cè)藥品藥劑中Vc的含量。雖然藥劑中Vc含量的測(cè)定用直接碘量法方法成熟，但對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，能夠自己動(dòng)腦思考，舉一反三，歸納演繹，就值得鼓勵(lì)。

3 改革考評(píng)方法

新的教學(xué)模式是以提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力為目標(biāo)的。如果還沿襲以往“重理論輕實(shí)踐，重筆試輕操作”的考評(píng)方式，勢(shì)必會(huì)打擊學(xué)生自主探索的積極性。為此，我們也改革了考評(píng)方法，增加了“設(shè)計(jì)創(chuàng)新”模塊的成績(jī)。凡是參與了這一模塊教學(xué)的學(xué)生，均有一定比例的平時(shí)加分。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)創(chuàng)新的行為大小和創(chuàng)新點(diǎn)程度在總分上加創(chuàng)新分，分值上不封頂，最終的總評(píng)不超過(guò)100分?？荚u(píng)加分只是手段，主要是利用這種激勵(lì)機(jī)制，鼓勵(lì)學(xué)生把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去，勤于思考、勇于創(chuàng)新。對(duì)那些科研活動(dòng)做得好的學(xué)生，教師引導(dǎo)他們撰寫(xiě)科研小論文，或者是和教師一起發(fā)表論文，這樣他們又學(xué)習(xí)了論文的撰寫(xiě)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)改革化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“注重基礎(chǔ)、加強(qiáng)綜合、旨在創(chuàng)新”，以學(xué)生為主體，注重對(duì)學(xué)生綜合能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，取得了初步成效。從06級(jí)和07級(jí)參與了化學(xué)創(chuàng)新模塊教學(xué)的學(xué)生來(lái)看，他們的思維能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力以及科研素養(yǎng)均較沒(méi)有參與的往屆學(xué)生要強(qiáng)，進(jìn)入社會(huì)后適應(yīng)工作環(huán)境的能力也要強(qiáng)。06級(jí)冶金專業(yè)的畢業(yè)生有多人在企業(yè)的科研項(xiàng)目中擔(dān)當(dāng)重要角色，07級(jí)學(xué)生有多人在校時(shí)就是教師科研項(xiàng)目中的直接參與者，他們的綜合素質(zhì)為就業(yè)創(chuàng)造了條件，一次就業(yè)率達(dá)到了90%以上。我們認(rèn)為，化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)成為全面實(shí)施素質(zhì)教育的有效工具。同時(shí)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室的管理效能也提出了更高的要求。通過(guò)試點(diǎn)，建立了一種教師引導(dǎo)下的學(xué)生自主創(chuàng)新的科研與教學(xué)互動(dòng)的高效能教學(xué)模式，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生創(chuàng)新能力，也促進(jìn)了教師科研課題的發(fā)展，形成了科研與教學(xué)相互促進(jìn)與發(fā)展的良性循環(huán)。

［1］王艷，李學(xué)軍.沈陽(yáng)師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010(01):126

［2］陳懷俠，蔡火操，黃建林，等.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007，26(8):91

［3］江文輝，羅一鳴，周瑞仁，等.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28(12):115

［4］李林，陸靈云，沈明霞，等.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28(2):8

［5］劉寶生，黃軍左，付文.中國(guó)電力教育，2011(10):127