儀器分析實驗課程改革探索

谷苗苗，姚開安，周愛東

(1.南京大學金陵學院 化學與生命科學學院，江蘇 南京 210089；2.南京大學 化學化工學院，江蘇 南京 210093)

隨著教學體制和科技體制改革的深入，培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力和實踐動手能力已成為我國高等教育教學改革的重要旋律[1-2]。我院以“產-學-研”結合為主線、能力培養(yǎng)為核心，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高素質應用化學人才。實驗教學是獨立學院應用型人才培養(yǎng)的主要環(huán)節(jié)，“儀器分析實驗”的教學目的是使學生了解和熟悉一些現代化大型儀器的使用，培養(yǎng)學生嚴謹的科學作風和良好的實驗素養(yǎng)，并且通過改革實驗模式進一步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和初步的科學研究能力，為學生后續(xù)專業(yè)課程的學習及今后實踐應用、科學研究打下牢固的理論和實踐基礎。為了適應社會對高素質創(chuàng)新型人才的需求，我們在創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面做了一些有益的嘗試。

1 目前儀器分析實驗教學中存在的問題

1.1 傳統(tǒng)實驗教學是班級授課制，不利于發(fā)揮學生的主觀能動性

傳統(tǒng)實驗教學是以教師、教材為中心的教學。傳統(tǒng)實驗課程嚴格按照教學大綱去安排實驗，教學內容主要是設置演示性、驗證型的實驗，以能讓學生了解儀器基本構造及初步掌握儀器的操作規(guī)程等為主要目標，即以理論講授為主、實驗技能為輔，學生根據實驗講義上給出的具體實驗步驟完成實驗。在整個實驗過程中，學生缺少獨立思考和實施的空間，他們只能依據給出的實驗方案進行實驗，這不利于激發(fā)學生的想象力和創(chuàng)造力，阻礙了學生學習的積極性和主動性。

1.2 單一的實驗考核制度，不利于提高學生綜合素質

儀器分析實驗教學不僅僅是對簡單定理的驗證，而更應啟發(fā)和鼓勵學生自己動手，創(chuàng)設自主操作環(huán)境，從學生實際出發(fā)，充分調動學生學習的積極性、主動性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。傳統(tǒng)的實驗考核方式主要根據實驗報告提供的信息評定成績，學生容易養(yǎng)成學習惰性，只需機械地抄寫實驗預習報告，簡單記錄實驗數據，按公式給出實驗結果。這種單一的實驗考核方式忽略了實驗過程中對學生綜合能力的考查，這種教條的評定制度缺乏全面性和科學性，不利于學生綜合素質的提高。

2 儀器分析實驗教學過程中的改革與探索

2.1 引入開放式實驗教學理念

開放式實驗教學是以學生為主體、教師為主導，通過設定問題情境，由學生自主選擇實驗項目和實驗時間，并自行設計實驗方案，與指導教師討論通過后預約實驗中需要的儀器設備，獨立進行實驗操作，實驗結束對實驗數據進行處理及分析討論[3-4]。

2.1.1 開放設計性實驗的選題

學生在經過基礎實驗的綜合教學后，進入開放設計性實驗的學習階段。教師根據最新科技發(fā)展情況和實驗室現有的儀器擬定實驗題目供學生參考，或學生自帶課題。教師在選題時一般選取貼近生活實際及社會熱點的問題，例如牛奶中三聚氰胺的檢測[5-6]、灰塵中重金屬鉛的檢測[7-8]、可樂中咖啡因含量的測定[9]及飲料中塑化劑的檢測[10]等，這些設計研究型實驗項目一定程度上激發(fā)了學生的求知欲，調動了學生的積極性和探索性。

2.1.2 開放設計實驗的教學方法

在開放設計實驗中，學生根據各自興趣和自身情況，自由組合成實驗小組。首先由各組組員推薦組長提交實驗題目申請，在選定實驗項目后，通過查閱資料設計實驗方案。其次由有豐富教學經驗及科研經驗的指導教師與實驗小組討論，根據實驗室條件最終確定實驗方案。在開放實驗教學的過程中，指導教師穿插與學生討論實驗中出現的問題，引導學生通過現有的資源自行解決問題。例如在“檢測可樂中咖啡因含量”的實驗中，學生使用三氯甲烷對咖啡因萃取之后用紫外分光光度計測定其吸光度時，實驗數據出現異常測定的吸光度，數值溢出檢測范圍，學生討論分析后，發(fā)現萃取后靜止時間對實驗結果有很大影響，通過不斷嘗試最終得出合理的實驗結果。在教師指導下，學生的開放實驗成果——“淺談紫外分光光度法測定可樂中咖啡因含量樣品前處理中離心分離(或靜置)的必要性”擬在核心期刊發(fā)表。開放實驗的實施提高了學生的科技寫作能力、科研能力及創(chuàng)新能力，為進入碩士、博士階段的學習打下良好的基礎。

2.1.3 開放設計實驗的目標及實現程度

以學生為主體的探究式實驗教學方法，激發(fā)了學生的求知欲，由被動地接受實驗轉變?yōu)橹鲃拥赝瓿蓪嶒?，在實驗中發(fā)現問題、分析問題、解決問題。因實驗選題與日常生活息息相關，學生更加重視實驗結果的可靠性和真實性，培養(yǎng)了學生嚴謹的科學態(tài)度，為畢業(yè)論文的順利實施提前做好鋪墊，同時提高了學生的社會責任感。

2.2 實驗考核制度

實驗成績考核注重實驗方案的設計能力、實驗過程的操作能力。成績評定中，基礎實驗占40%，設計實驗占60%(具體評分標準為：實驗方案設計及實驗過程占70%，實驗論文占30%)?；A實驗中，學生不拘泥于只簡單完成實驗報告，教師引導學生認真地完成實驗的每一步，同時根據學生的反饋繼續(xù)改進實驗內容和上課方式，達到了“教學相長”的效果。在設計實驗中要求學生按科研小論文的形式提交實驗報告。實驗報告從格式、內容、實驗結果、歸納分析等方面去審核，要求真實反映實驗結果。如果實驗中發(fā)現實驗數據異?？梢灾匦逻M行實驗，對于多次異常的實驗數據，可在教師幫助下分析實驗失敗的原因而不是隨意更改實驗數據。這樣學生不僅能掌握論文書寫格式，而且能切身體會到科學研究必須以科學實驗為依據，要有嚴謹、求實的態(tài)度。

2.3 引入實驗獎勵機制

2.3.1 開展實驗競賽

學科競賽不僅可以激發(fā)了學生的創(chuàng)新意識，而且還有利于提高學生的團隊協(xié)作精神。

我院在學生中開展了圖譜解析競賽，將60名學生分6組，每小組選2名學生作為參賽選手，內容為通過四譜聯用解析某化合物結構。競賽前準備好樣品，將其化學式及物理性質告知選手，并且提供其質譜圖和核磁共振圖譜。競賽主要包括實驗操作和圖譜解析2個部分，總分100分，實驗操作占30分，圖譜解析占70分。選手在實驗操作部分中要提供該化合物準確的紫外和紅外圖譜，各占15分。對于圖譜解析部分要求四譜同時使用，相互印證，在規(guī)定的時間內進行分析，各小組同時進行。競賽時間結束要求每組學生用PPT的方式來講述圖譜解析過程。為了保證比賽公正性，由4位教師進行流水式評判。通過比賽，學生動手能力提高的同時分析問題的能力也得到提升，為培養(yǎng)學生實驗創(chuàng)新能力奠定了基礎。

我院組織應用化學專業(yè)學生參加每2年舉辦一次的江蘇省大學生化學化工實驗競賽，與南京大學、東南大學等國內知名高校的學生同臺競技，我院參賽者獲得優(yōu)異成績，每次競賽中都有學生榮獲一等獎。

通過參加學科競賽有利于激發(fā)學生學習興趣，提高學生實驗操作技能和綜合應用能力，培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，同時推動教學改革與創(chuàng)新。

2.3.2 學院設立“實驗獎學金”

要求學生在實驗過程中對實驗現象進行深入、細致的分析并撰寫文章，對平時實驗中善于發(fā)現問題、思考問題的學生給予獎勵；獎勵優(yōu)秀的開放設計實驗團隊，從實驗方案設計、實驗過程的實施、實驗論文及方案答辯4個方面綜合打分評定優(yōu)秀團隊。

通過獎勵機制更好地調動學生的積極性和創(chuàng)造性，有助于達到預期的實驗目的。

2.4 實驗指導教師隊伍的建設

實驗教學隊伍建設是搞好實驗教學、提高實驗教學質量的關鍵[11-12]。第一，采取“走出去”的方式，不斷豐富教師的實踐經驗，鼓勵教師去企業(yè)參觀學習、與企業(yè)進行項目合作，例如去相應的檢測機構學習實際樣品的處理檢測過程及目前檢測方法的新進展；第二，“科研促進教學”，逐步將教師的科研課題及成果轉化成實驗項目，例如設計實驗中引入教師科研項目“牛奶中抗生素的可視化檢測”，引導學生進行創(chuàng)新訓練，對學生進行創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，科研與實驗教學相輔相成順應了實驗內容現代化的需要，也符合培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的要求[13]；第三，建立激勵機制，學院對于公開發(fā)表學術論文的教師，根據發(fā)表文章檔次給予獎金獎勵。

為培養(yǎng)出具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的學生，我們應不斷加強實驗技術隊伍建設，保證實驗室開放穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。

3 改革措施取得的成效

針對獨立院校“儀器分析實驗”教學中實驗內容、教學方法、評價手段、加強教師隊伍建設等方面采取行之有效的改革措施，改傳統(tǒng)被動的、封閉的、受約束的實驗教學為主動的、開放的、創(chuàng)造性的實驗教學，有力地推進了我校實驗室在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力方面的進程。參與實驗的學生有了切身體會，他們認為：開放實驗增添了實驗的樂趣，了解到學習方式的多樣性；在查閱資料時不但可以擴大知識面，而且可以提高歸納總結文獻的水平；計算機應用能力有所提高，除了常規(guī)的文字處理，學習了化學軟件，使課程論文更符合專業(yè)規(guī)范；將書本理論知識與實際聯系起來提高了分析問題、解決問題的能力；通過小組合作，培養(yǎng)了團隊協(xié)作精神等。

通過實驗方式改革，有利于產-學-研平臺的發(fā)展，將理論學習和實踐活動較好地統(tǒng)一起來。用人單位更多地看重畢業(yè)生對新知識的學習掌握能力，我們給學生創(chuàng)造了開放設計實驗的環(huán)節(jié)，讓學生在參與探索的過程中, 學習創(chuàng)新的能力得到了提高，因此我院畢業(yè)生得到了用人企業(yè)和科研單位的一致好評。

4 結束語

適應建設創(chuàng)新型國家的需要，“儀器分析實驗”課程建設需要與時俱進，不斷地提高教學質量，全面提高學生的綜合素質，為建設創(chuàng)新型國家培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才。

[1] 李濱，王芳，宋瑛琳，等.大學生實驗創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新途徑[J].實驗技術與管理，2010，27(10)：194-195.

[2] 高云鵬，滕召勝，黎福海，等.開放實驗室與學科競賽平臺相結合的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式[J].實驗技術與管理，2012，29(4)：360-362.

[3] 劉琴.開放式實驗教學研究現狀及展望[J].實驗科學與技術，2010，8(4)：81-82.

[4] 繆謙.試析高校開放式化學實驗教學的問題與對策[J].中國現代教育裝備，2009(4): 156-157.

[5] GB/T22388-2008.原料乳與乳制品中三聚氰胺檢測方法[S].中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2008.

[6] 丁濤，徐錦忠，李健忠，等.高效液相色譜-二極管陣列檢測法及高效液相色譜-電噴霧串聯質譜法測定植物源性蛋白中殘留的三聚氰胺[J].色譜，2008，26(1)：6-9.

[7] 李建平，彭圖治，張雪君.鉍膜電極電位溶出法測定痕量鉛、鎘、鋅[J].分析化學，2002，30(9)：1092-1094.

[8] 高云濤，胥義能.鉍膜電極微分電位溶出法測定生物材料中痕量鉛[J].分析科學學報，2006，22(3)：342-344.

[9] GB/T5009.139-2003.飲料中咖啡因的測定[S].中國國家標準化管理委員會，2003.

[10] 吳惠勤，朱志鑫.不同類別食品中21種鄰苯二甲酸酯的氣相色譜：質譜測定及其分布情況研究[J].分析測試學報，2011，30(10)：1079-1087.

[11] 潘蕾.實驗教學示范中心建設的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2005，24(2)：89-91.

[12] 蔣志堅，王佳，何偉良.實驗教學隊伍建設的若干問題與對策[J].實驗技術與管理，2010，27(3)：110-112.

[13] 孫爾康，邱金恒，張劍榮，等.科學研究提升實驗教學水平，實驗教學支持科學研究發(fā)展[J].實驗技術與管理，2008，25(8)：22-24.