農(nóng)業(yè)院校儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

趙艷芳 徐魯斌

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院 山東青島 266109)

農(nóng)業(yè)院校儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

趙艷芳 徐魯斌

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院 山東青島 266109)

提出預(yù)測-發(fā)現(xiàn)-解釋實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，用于完善實(shí)驗(yàn)考核方法，在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力上取得了較好的效果。

儀器分析實(shí)驗(yàn) 教學(xué)改革 能力培養(yǎng)

儀器分析是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要分支，是根據(jù)被測組分的某些物理或化學(xué)特性進(jìn)行分析檢測的方法，它已經(jīng)超出了化學(xué)分析的范圍，成為生產(chǎn)和科學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的工具。儀器分析課程是高等院?；瘜W(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)等相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是培養(yǎng)眾多領(lǐng)域復(fù)合型人才的基石;儀器分析實(shí)驗(yàn)是儀器分析課程教學(xué)中的重要組成部分，但在典型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師通常只強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作步驟，很少留出充足的時(shí)間讓學(xué)生獨(dú)立思考，這樣就難以在實(shí)驗(yàn)過程中調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，學(xué)生感受不到動(dòng)手的樂趣，更談不上進(jìn)行素質(zhì)教育了。因此，對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革勢在必行［1-3］。筆者結(jié)合農(nóng)業(yè)院校專業(yè)特點(diǎn)，探討了符合培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)方法和評(píng)價(jià)體系，在培養(yǎng)和提高學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新能力方面有一些體會(huì)，介紹如下:

(1)合理安排學(xué)時(shí)，加大實(shí)驗(yàn)力度。

儀器分析是我校食品學(xué)院食品質(zhì)量與安全及食品營養(yǎng)與檢測專業(yè)的必修課。這兩個(gè)專業(yè)雖是新興專業(yè)，但一直是熱門專業(yè)，就業(yè)方向主要是在企業(yè)、檢驗(yàn)、衛(wèi)生防疫等單位從事食品領(lǐng)域的分析檢測、質(zhì)量控制、生產(chǎn)安全評(píng)價(jià)、科學(xué)研究等工作;要求學(xué)生有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，并掌握食品檢測的原理與技術(shù)。儀器分析屬于專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)生通過對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)可以了解各類儀器分析方法的基本原理、分析過程及應(yīng)用，為今后的工作及更深入的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。我們對(duì)課程安排做了一些改進(jìn):在原來的教學(xué)安排中，儀器分析理論和實(shí)驗(yàn)作為一門課程，理論課為20學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課為16學(xué)時(shí)。我們考慮到儀器分析是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此在教學(xué)改革中，將理論課安排為16學(xué)時(shí)，而實(shí)驗(yàn)課增加為32學(xué)時(shí)，并將實(shí)驗(yàn)作為一門單獨(dú)的課程。同時(shí)，考慮專業(yè)特點(diǎn)和學(xué)生在今后工作中經(jīng)常接觸到的儀器設(shè)備，在理論課上刪去一些章節(jié)，如分子發(fā)光分析、電化學(xué)等，著重講解紫外-可見分光光度法、原子吸收光譜法、紅外光譜法、色譜法。為了使學(xué)生對(duì)所講授的儀器分析方法有直觀的感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)儀器基本原理的理解，分別開展了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)課中，盡量安排與專業(yè)性質(zhì)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如用反相色譜法測定飲料中的咖啡因，火焰原子吸收光譜法測定自來水中的鉛等;在綜合性實(shí)驗(yàn)中還開設(shè)了糧食中除草劑殘留的測定。在測定時(shí)，要求學(xué)生學(xué)會(huì)處理樣品，熟悉儀器操作，并要得到合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)課在理論課結(jié)束后開設(shè)，此時(shí)學(xué)生對(duì)各種儀器分析方法已有初步了解，但僅處于感性階段。如何讓學(xué)生真正了解儀器原理、結(jié)構(gòu)、操作方法等是儀器分析實(shí)驗(yàn)課程所需要解決的問題。

(2)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力。

在典型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要求學(xué)生學(xué)會(huì)正確、安全地使用儀器并嚴(yán)格按程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，然而，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作技能只是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo)而不是主要目標(biāo)。實(shí)際上，大多數(shù)教師在很大程度上依賴教科書和實(shí)驗(yàn)操作手冊進(jìn)行教學(xué)，在教學(xué)過程中沒有讓學(xué)生感受到主動(dòng)參與和動(dòng)手的樂趣，學(xué)生更像是操作工，談不上培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題，分析和解決問題的能力;還有部分學(xué)生覺得做實(shí)驗(yàn)的目的只是為了考試，導(dǎo)致學(xué)生在思想上不重視實(shí)驗(yàn)，不愿動(dòng)手，雖然講起實(shí)驗(yàn)頭頭是道，但一遇到實(shí)際操作就不知所措，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ拖隆?/p>

我們認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)按照預(yù)測-發(fā)現(xiàn)-解釋模式進(jìn)行，即通過合理預(yù)測，發(fā)現(xiàn)問題，解釋數(shù)據(jù)3個(gè)環(huán)節(jié)來進(jìn)行。在教學(xué)實(shí)踐中，我們先讓學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)課本上的內(nèi)容，教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提出相應(yīng)的問題。比如在做反相色譜法測定飲料中的咖啡因?qū)嶒?yàn)時(shí)，預(yù)先提出幾個(gè)問題:能否用離子交換色譜法分析咖啡因?在進(jìn)行液相色譜分析時(shí)流動(dòng)相為何要進(jìn)行過濾和脫氣處理?改變流動(dòng)相中甲醇的比例，咖啡因的保留時(shí)間會(huì)有什么樣的變化?設(shè)置不同的流動(dòng)相流速，對(duì)咖啡因的保留時(shí)間和峰面積有什么樣的影響?外標(biāo)法定量的優(yōu)缺點(diǎn)是什么?學(xué)生根據(jù)在理論課中學(xué)過的知識(shí)，對(duì)這些問題做出相應(yīng)的預(yù)測，然后帶著這些問題去做實(shí)驗(yàn)。由于是帶著問題做實(shí)驗(yàn)，所以在實(shí)驗(yàn)過程中能更加主動(dòng)，在得到與自己的預(yù)測相反的結(jié)果時(shí)，學(xué)生往往會(huì)發(fā)出原來如此的感嘆。此外，個(gè)別學(xué)生的錯(cuò)誤見解會(huì)激發(fā)其他同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)更深入的思考，增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟的理解和重視程度。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生可以直接觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，產(chǎn)生更直觀的印象，比在書本上學(xué)到的內(nèi)容記憶更加深刻。通過這種教學(xué)模式，有效地提高了學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣，有些學(xué)生還能在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)一些新問題，使學(xué)習(xí)活動(dòng)由被動(dòng)的接受轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動(dòng)的探索。

由于實(shí)驗(yàn)儀器相對(duì)緊張，因此實(shí)驗(yàn)為分組進(jìn)行，每個(gè)小組3～5人。雖然不是每人使用一臺(tái)儀器，但學(xué)生可以在復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作過程中有效地學(xué)會(huì)與其他同學(xué)的合作?，F(xiàn)在入學(xué)的學(xué)生大都有較強(qiáng)的獨(dú)立意識(shí)，但相對(duì)比較缺乏團(tuán)隊(duì)意識(shí)。團(tuán)隊(duì)意識(shí)是一種主動(dòng)性的意識(shí)，是將自己融入整個(gè)團(tuán)體，想團(tuán)隊(duì)之所需，從而最大程度地發(fā)揮自己的作用。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行小組合作學(xué)習(xí)，使學(xué)生有許多機(jī)會(huì)向同學(xué)表達(dá)觀點(diǎn)、傾聽意見并討論其他人的觀點(diǎn)，將自己所懂的知識(shí)與實(shí)驗(yàn)所得相聯(lián)系。在團(tuán)隊(duì)合作學(xué)習(xí)時(shí)，對(duì)于團(tuán)隊(duì)中某些不贊成所提出問題答案的學(xué)生，應(yīng)鼓勵(lì)他們表達(dá)自己的觀點(diǎn)，這樣在討論過程中可以加深對(duì)知識(shí)的掌握。此外，要鼓勵(lì)師生之間互相交流和學(xué)習(xí)，教師在教學(xué)時(shí)并不直接給出問題的答案，而是引導(dǎo)學(xué)生自己找出答案;教師主要是起“向?qū)А钡淖饔?，引領(lǐng)學(xué)生走向正確的方向。

(3)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室裝備，加大對(duì)多媒體的應(yīng)用。

大學(xué)實(shí)驗(yàn)室是教師進(jìn)行科研和學(xué)生學(xué)習(xí)高級(jí)科學(xué)課程的場所，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境將影響教師的教和學(xué)生的學(xué)。改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，為學(xué)生創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，用環(huán)境積極地影響學(xué)生，有利于激發(fā)他們的求知欲。在教學(xué)實(shí)踐中，我們將儀器置于實(shí)驗(yàn)室四周，配有多臺(tái)電腦，學(xué)生可以在各自的工作臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并可以集中起來聽教師講解或進(jìn)行集體討論，在實(shí)驗(yàn)室中將實(shí)驗(yàn)與理論知識(shí)的傳授同步進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)室四周的墻壁上，張貼安全環(huán)保要求的警示，并設(shè)有優(yōu)秀學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告展覽區(qū)域和最新科技文獻(xiàn)展示區(qū)域，以供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之余學(xué)習(xí)安全知識(shí)和了解科技動(dòng)態(tài)，開拓視野。由于儀器分析實(shí)驗(yàn)中所用的儀器基本上是大型精密儀器，儀器內(nèi)部的工作過程無法直接觀察，針對(duì)這一問題，我們利用多媒體技術(shù)模擬一些儀器的工作過程，讓學(xué)生有直觀的感受;并利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)建立虛擬實(shí)驗(yàn)室，通過信息共享、交流、反饋，為師生提供大量的實(shí)驗(yàn)資源。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的應(yīng)用，使許多難以想象的抽象情景成為可能，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果也能不斷提高。我們還讓學(xué)生在等待實(shí)驗(yàn)結(jié)果的同時(shí)，在未連接儀器的電腦上練習(xí)實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)置，熟悉工作站的使用，并討論實(shí)驗(yàn)中所遇到的問題。在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要求學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)，打掃衛(wèi)生，通過這些活動(dòng)，讓學(xué)生養(yǎng)成認(rèn)真、整潔的習(xí)慣以及與人合作、交流的習(xí)慣。教育的一個(gè)重要目標(biāo)是使學(xué)生養(yǎng)成良好的習(xí)慣，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是使學(xué)生養(yǎng)成良好習(xí)慣的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

(4)完善實(shí)驗(yàn)考核體系，充分發(fā)揮學(xué)生潛能。

為促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改善和提高，采取有效的評(píng)價(jià)措施是很有必要的。實(shí)驗(yàn)考核的目的是促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)素養(yǎng)上獲得發(fā)展提高，并具備良好的操作動(dòng)手能力。合理的考核方法可以讓教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，以便不斷調(diào)整教學(xué)方法。在考核內(nèi)容上，應(yīng)包括對(duì)實(shí)驗(yàn)知識(shí)、技能的掌握情況，對(duì)實(shí)驗(yàn)探究能力以及實(shí)驗(yàn)態(tài)度等方面的考核。學(xué)生可以通過考核來了解自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛯?duì)實(shí)驗(yàn)課程的掌握情況，因此確定考核標(biāo)準(zhǔn)和每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所占的比重在考核中顯得很重要。在對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核時(shí)，我們采用筆試占40%，平日成績占60%的方式進(jìn)行。筆試為統(tǒng)一出題，內(nèi)容主要包括實(shí)驗(yàn)原理、儀器構(gòu)成、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等，同時(shí)還加上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的題目。筆試可以考察學(xué)生對(duì)基本知識(shí)的掌握情況，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的誤區(qū)、盲區(qū)，以便在下一年級(jí)的教學(xué)過程中教師可以對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整。然而，僅僅通過筆試難以看出學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)際動(dòng)手能力，因此，我們將學(xué)生平時(shí)在實(shí)驗(yàn)室中的表現(xiàn)也作為考核的重要部分，否則就有可能出現(xiàn)有的學(xué)生平日做實(shí)驗(yàn)時(shí)不認(rèn)真，而在筆試中僅靠突擊學(xué)習(xí)就可以獲得高分的情況。在平日成績考核中，實(shí)驗(yàn)教師通過學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的各種表現(xiàn)，給以相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，其中包括學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作(10%)、實(shí)驗(yàn)記錄(10%)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果(20%)、實(shí)驗(yàn)過程中回答問題的情況(10%)和實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)(10%)。通過學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的行為來評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，可以更真實(shí)、全面、公平地反映學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的掌握程度。

總之，經(jīng)過近年來對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程改革的探索，改變了過去主要靠教師“講”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生“聽”實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，在一定程度上提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，獲得了較好的教學(xué)效果。學(xué)生普遍反映自己在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)會(huì)了思考，是真正在“做實(shí)驗(yàn)”。當(dāng)然，我們進(jìn)行的儀器分析實(shí)驗(yàn)改革還有很多需要完善和加強(qiáng)的地方，對(duì)教材、教學(xué)手段和教學(xué)方法的研究應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，不斷更新，以適應(yīng)學(xué)科要求及社會(huì)需要。

［1］崔連義.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30(2):189

［2］王宇昕，張永忠，徐雅琴.實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與管理，2009，26(4):135

［3］鮑長利，賈瓊，陳博，等.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28(10):123