協(xié)作式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在儀器分析實(shí)驗(yàn)中的探索推廣
——以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)為例*

李蓮花 王正平 吳莉

(1蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 甘肅蘭州 730000；2甘肅中醫(yī)學(xué)院 甘肅蘭州 730000)

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的基礎(chǔ)。學(xué)生可以通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)基本功，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，把理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相融合，培養(yǎng)獨(dú)立思考和科研的基本能力，為更進(jìn)一步的提升做準(zhǔn)備。而在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有一定的特殊性；它是其他實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)助手段，通過儀器分析數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)。由于資源限制，大型儀器無法實(shí)現(xiàn)一人一臺(tái)的教學(xué)模式。隨著科技的不斷進(jìn)步，儀器自動(dòng)化程度越來越高，實(shí)驗(yàn)過程中的手動(dòng)操作越來越少，難以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＲ虼?，需要有一種新的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)[1]。

通過學(xué)習(xí)和借鑒其他實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[2]，并結(jié)合教學(xué)實(shí)際，我們提出了協(xié)作式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)此教學(xué)模式對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著比較明顯的促進(jìn)作用。

下面介紹蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)協(xié)作式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行的探索。

1 實(shí)驗(yàn)組人數(shù)

傳統(tǒng)的儀器分析實(shí)驗(yàn)每組都由8～9個(gè)學(xué)生組成，在實(shí)驗(yàn)過程中，教師難以兼顧到每個(gè)學(xué)生，這樣不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，經(jīng)常有學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過程枯燥乏味，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)造性的鍛煉。

協(xié)作式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是在每次實(shí)驗(yàn)中將原來8～9人的大組分成2～3個(gè)小組，每組3～4人。組間要在整個(gè)教學(xué)實(shí)施過程中進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，組內(nèi)分工協(xié)作。在具體的實(shí)施過程中，每組選一名學(xué)生為組長，主要負(fù)責(zé)組員之間的聯(lián)系，安排實(shí)驗(yàn)討論時(shí)間，給組員安排實(shí)驗(yàn)任務(wù)，整理組內(nèi)討論結(jié)果等；其他組員共同參與實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、討論、實(shí)驗(yàn)操作和報(bào)告撰寫等工作。以使學(xué)生能充分參與實(shí)驗(yàn)并在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)揮主觀能動(dòng)性。

2 實(shí)驗(yàn)講授

與其他基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)一樣，儀器分析實(shí)驗(yàn)課程也包括學(xué)生的預(yù)習(xí)階段、教師的授課階段和師生之間的互動(dòng)階段。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)講授因?qū)嶒?yàn)時(shí)間相對(duì)不夠充分，實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容多而且雜等原因，教師往往選擇全盤講授。這樣易導(dǎo)致學(xué)生不認(rèn)真預(yù)習(xí)，對(duì)教師過分依賴，教師和學(xué)生的步調(diào)不一致。

而在協(xié)作式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生與教師之間可以進(jìn)行角色轉(zhuǎn)換。每組學(xué)生課前充分預(yù)習(xí)，各組代表輪流講解實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容，組員可進(jìn)行補(bǔ)充式講解，其他組的組員進(jìn)行提問并討論，整個(gè)過程為交叉進(jìn)行。在此過程中，教師需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行合理引導(dǎo)、協(xié)調(diào)，最后還要點(diǎn)評(píng)并補(bǔ)充總結(jié)，將每組學(xué)生的表現(xiàn)納入實(shí)驗(yàn)成績。此舉措可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。協(xié)作式分組講解和提問對(duì)于學(xué)生的預(yù)習(xí)效果有明顯的促進(jìn)作用，課前的預(yù)習(xí)變成了團(tuán)隊(duì)式學(xué)習(xí)，既激發(fā)了學(xué)生的參與熱情，又提高了相互協(xié)作的能力。每組學(xué)生不僅要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)討論，而且由于組與組之間存在橫向和縱向競(jìng)爭(zhēng)，學(xué)生會(huì)利用預(yù)習(xí)時(shí)間主動(dòng)查閱更多實(shí)驗(yàn)資料準(zhǔn)備回答問題，并補(bǔ)充完善對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。由于相互間的問答環(huán)節(jié)由學(xué)生自己完成，不僅鍛煉了學(xué)生的獨(dú)立思考能力和解決問題能力，還能加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握。

以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)為例，每組學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中不僅需要預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，還要回憶查閱相關(guān)氣相色譜知識(shí)點(diǎn)和質(zhì)譜基礎(chǔ)知識(shí)。按照蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的課程安排，這些基礎(chǔ)知識(shí)的講授在大學(xué)二年級(jí)下學(xué)期基本結(jié)束，而儀器分析實(shí)驗(yàn)是在大學(xué)三年級(jí)上學(xué)期開設(shè)。這種課程安排與協(xié)作式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的緊密結(jié)合能加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于已學(xué)習(xí)知識(shí)的理解和回顧。

3 實(shí)驗(yàn)過程

在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)過程中，教師為了避免儀器使用過程中出現(xiàn)意外，會(huì)給出經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)條件，并對(duì)容易產(chǎn)生問題的環(huán)節(jié)和步驟給學(xué)生打“預(yù)防針”。這樣的方式有可能會(huì)抑制學(xué)生的創(chuàng)造性思維，降低學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的好奇和探索欲望。

協(xié)作式教學(xué)的宗旨在于激發(fā)學(xué)生的積極性。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生作為主導(dǎo)參與實(shí)驗(yàn)，教師從旁協(xié)助、引導(dǎo)。對(duì)小錯(cuò)可以暫時(shí)容忍，如對(duì)實(shí)驗(yàn)原理還有一些不明，藥品配置或取樣操作不夠標(biāo)準(zhǔn)等，可在事后讓學(xué)生改正；而對(duì)可能出現(xiàn)的大錯(cuò)則預(yù)防避免，如實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置超出儀器技術(shù)指標(biāo)等。

以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)為例，每組學(xué)生可以先根據(jù)自己的理解給出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)條件，如氣相色譜流動(dòng)相流速、進(jìn)樣口溫度、分流比、色譜柱溫、質(zhì)譜離子源的選擇、電離能的設(shè)定、質(zhì)量分析器掃描范圍的設(shè)置等。對(duì)于每組的設(shè)計(jì)，教師必須過目，以避免發(fā)生因不當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置引起的儀器損壞；而對(duì)一些細(xì)節(jié)處的錯(cuò)誤可以先不指出，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中自己發(fā)現(xiàn)。每組的表現(xiàn)可納入實(shí)驗(yàn)成績。在實(shí)驗(yàn)操作過程中，學(xué)生的操作是否規(guī)范也被納入實(shí)驗(yàn)成績；除非是大錯(cuò)，在整個(gè)過程中教師不會(huì)刻意去提醒學(xué)生的錯(cuò)處，而是在實(shí)驗(yàn)完畢后讓每組學(xué)生進(jìn)行總結(jié)和改正。這種方式可激發(fā)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。為了避免個(gè)人因素導(dǎo)致的不好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每組組員之間會(huì)加強(qiáng)交流與合作，這有助于增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)中的互動(dòng)性。這種學(xué)生主導(dǎo)參與式的實(shí)驗(yàn)方式可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原理與內(nèi)容有更充分的認(rèn)識(shí)與理解，實(shí)驗(yàn)技能也得到很大的提升。此外，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，小組長起重要的作用；他需要領(lǐng)導(dǎo)組員相互協(xié)作，預(yù)期在最短的時(shí)間之內(nèi)得到最好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；組員之間的討論、分工等也都需要組長安排、協(xié)調(diào)，這在無形中給一部分學(xué)生創(chuàng)造了鍛煉的機(jī)會(huì)，為今后步入社會(huì)奠定了一定基礎(chǔ)。

4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相較，協(xié)作式實(shí)驗(yàn)教學(xué)增加了一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論會(huì)。以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)為例，每組學(xué)生在討論會(huì)中把本組使用的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳細(xì)介紹給其他組成員。每組之間可以相互提問、相互比較，分析各組之間的不同點(diǎn)和共同點(diǎn)；對(duì)于異常結(jié)果可以合力找出原因，給予合理的解釋。這種方式不過度依賴實(shí)驗(yàn)報(bào)告，減少了實(shí)驗(yàn)報(bào)告在實(shí)驗(yàn)成績中占有過大比例而引起的不合理后果。

協(xié)作式實(shí)驗(yàn)教學(xué)并不要求每一個(gè)學(xué)生都獨(dú)立寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，它更注重的是團(tuán)隊(duì)的合作以及團(tuán)隊(duì)之間的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。因此，每一組即使只有一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告也是允許的，但該實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須是每個(gè)組員參與并總結(jié)了每個(gè)組員的體會(huì)和建議之后的結(jié)果。如果有個(gè)別組員希望根據(jù)自己的個(gè)人見解獨(dú)立完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，該行為會(huì)得到鼓勵(lì)。以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)為例，團(tuán)隊(duì)協(xié)作式實(shí)驗(yàn)報(bào)告明顯比傳統(tǒng)的獨(dú)立報(bào)告增加了更多的實(shí)驗(yàn)討論內(nèi)容，有時(shí)多達(dá)十幾條。除了討論聯(lián)用儀器之外，學(xué)生也會(huì)試圖討論一些更為有效的實(shí)驗(yàn)方法，甚至有的組會(huì)提出一些聯(lián)用儀器可以應(yīng)用到的新領(lǐng)域(如現(xiàn)今非常受到人們關(guān)注的藥品有效性的測(cè)試等)。雖然學(xué)生可能會(huì)因?yàn)槠浔旧碓谠擃I(lǐng)域的認(rèn)識(shí)不夠全面而有部分想法不正確和不可實(shí)施，但這種討論確實(shí)有助于提高學(xué)生的發(fā)散性思維能力。表1是實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫中傳統(tǒng)教學(xué)模式和協(xié)作式教學(xué)模式的一些比較。

表1 儀器分析實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)模式和協(xié)作式教學(xué)模式實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)比*

*實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)比結(jié)果來源于蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院2010級(jí)學(xué)生；**觀察了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)24份(傳統(tǒng)式3組，一組8人)實(shí)驗(yàn)報(bào)告;***觀察了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)8份(協(xié)作式8小組，一小組3人)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

表2給出了以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)為例的兩種教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排。由表2可以看出，協(xié)作式教學(xué)比傳統(tǒng)教學(xué)在時(shí)間安排上更為緊湊，學(xué)生的參與度更高。

表2 傳統(tǒng)教學(xué)模式和協(xié)作式教學(xué)模式實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排*

*以氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)為例，列出一組傳統(tǒng)8人組實(shí)驗(yàn)時(shí)間或3小組協(xié)作式3人組實(shí)驗(yàn)時(shí)間；**直接采用經(jīng)典實(shí)驗(yàn)條件；***根據(jù)課時(shí)給學(xué)生留出充分的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，學(xué)生自行安排整個(gè)過程并得到數(shù)據(jù)。

表3列出了兩種教學(xué)模式的實(shí)驗(yàn)考核標(biāo)準(zhǔn)細(xì)則。依協(xié)作式教學(xué)模式的特點(diǎn)，其考核標(biāo)準(zhǔn)顯得細(xì)節(jié)化、人性化并注重學(xué)生的自主能力。

表3 實(shí)驗(yàn)考核標(biāo)準(zhǔn)細(xì)則

*目前儀器分析實(shí)驗(yàn)考核的傳統(tǒng)細(xì)則；**將來可推廣到所有儀器分析實(shí)驗(yàn)考核中的新細(xì)則。

5 體會(huì)與思考

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)有其存在的必然性，但是隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)和設(shè)備的不斷更新，在很多方面已體現(xiàn)出諸多不足之處。協(xié)作式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式雖然也有不完善之處，但它來源于傳統(tǒng)教學(xué)模式，是傳統(tǒng)教學(xué)模式的更新和發(fā)展，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，還可以激發(fā)學(xué)生之間的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師來講，為了可以最大程度幫助學(xué)生交叉應(yīng)用各類基礎(chǔ)知識(shí)于實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行最前沿的實(shí)驗(yàn)討論，不僅要對(duì)所帶實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域有較深的造詣，還應(yīng)對(duì)其他化學(xué)課程領(lǐng)域有一定的了解，這對(duì)于教師也是一種挑戰(zhàn)[3]。總之，協(xié)作式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式值得進(jìn)一步完善和推廣。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 胡萬群,張漢昌.大學(xué)化學(xué),2011,26(5):30

[2] 胡彭,涂海洋,楊光富.大學(xué)化學(xué),2012,27(1):13

[3] 雷杰,高翔,馬林,等.大學(xué)化學(xué),2012,27(1):16