分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與探索

趙 燕，程苑莉

(四川大學(xué) 化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，成都 610064)

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究與探索

趙 燕，程苑莉

(四川大學(xué) 化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，成都 610064)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的有效載體。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是分析化學(xué)學(xué)科的重要組成部分，對(duì)于學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)技能、培養(yǎng)分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力以及提高創(chuàng)新能力具有舉足輕重的作用。四川大學(xué)為進(jìn)一步深化教學(xué)改革，針對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的教學(xué)內(nèi)容陳舊、部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容污染大、考核方式不合理等問(wèn)題，采取了更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)廢棄物的資源化利用、網(wǎng)絡(luò)和多媒體輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及完善考核方式等一系列的改革和更新，以適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要。

分析化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革；創(chuàng)新實(shí)踐能力

“創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂，是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力”。創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)是高等教育的重要內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)則是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的有效載體。

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是分析化學(xué)學(xué)科的重要組成部分，是一門(mén)理論性強(qiáng)、應(yīng)用性和實(shí)踐性廣的學(xué)科基礎(chǔ)課，它對(duì)于學(xué)生掌握分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能和基本操作、牢固樹(shù)立“量”的概念、培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力以及掌握科學(xué)的思維方法和提高創(chuàng)新能力具有舉足輕重的作用[1]。隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的發(fā)展，分析化學(xué)學(xué)科的內(nèi)容越來(lái)越多，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)，如何充分運(yùn)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，是值得思考和研究的問(wèn)題。

1 存在的問(wèn)題

總結(jié)以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，我們認(rèn)為當(dāng)前分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在以下5個(gè)方面的問(wèn)題：

(1) 由于實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)被不斷壓縮，實(shí)驗(yàn)安排與理論教學(xué)不同步，經(jīng)常出現(xiàn)學(xué)生照本宣科，處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)，無(wú)法達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的根本目的；

(2) 教學(xué)內(nèi)容枯燥、陳舊[2]，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與主動(dòng)性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高其創(chuàng)新能力；

(3) 部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容仍然存在環(huán)境污染大、毒性大、廢棄物處理困難的問(wèn)題，如何實(shí)現(xiàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的綠色環(huán)保仍是教學(xué)實(shí)踐中的一個(gè)重要問(wèn)題；

(4) 實(shí)際樣品分析過(guò)程中，樣品前處理及數(shù)據(jù)分析占重要地位，而這方面內(nèi)容在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中較少涉及，不利于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力[3]；

(5) 實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核方法不夠科學(xué)，不利于全面考察學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。

2 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

四川大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室面向全?；瘜W(xué)、化工、藥學(xué)、輕紡、食品、材料、環(huán)境等專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，教學(xué)面廣、量大。為進(jìn)一步深化本科教學(xué)改革，提升教學(xué)和科研水平，推進(jìn)教育創(chuàng)新，加快創(chuàng)新型人才的培育力度,根據(jù)我校的實(shí)際情況，結(jié)合存在的問(wèn)題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段以及考核方式等方面進(jìn)行改革和更新，以適應(yīng)現(xiàn)代高等教育改革和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要。

2.1 微型與常規(guī)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合[4]

微型分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)因其具有環(huán)境污染小、取樣量少、操作簡(jiǎn)便、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)許多高校中得到推廣；然而，常規(guī)分析儀器仍然在理論教學(xué)中較多涉及，這就造成學(xué)生接收到知識(shí)的不同步。因此，筆者認(rèn)為，有必要在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中將微型與常規(guī)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，二者各取所長(zhǎng)，達(dá)到更好的教學(xué)效果。例如，實(shí)驗(yàn)有機(jī)酸試劑純度的測(cè)定，可以采用微型與常規(guī)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)兩種方法進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)，將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)，比較是否存在顯著性差異。這樣一方面可以使學(xué)生掌握分析實(shí)驗(yàn)的基本操作，熟悉分析結(jié)果處理方法，對(duì)常規(guī)分析儀器有客觀的了解，另一方面可以使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中切身體會(huì)到微型分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，有利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)。

2.2 注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新

21世紀(jì)高等教育的主要目的是培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。教育必須以人為本，即以學(xué)生為根本，這就要求我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)安排上，注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新。減少重復(fù)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加與專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和日常生活聯(lián)系密切的課題，提高分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的趣味性和實(shí)際應(yīng)用性，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，學(xué)生在新穎和好奇的心理驅(qū)動(dòng)下，既端正了學(xué)習(xí)態(tài)度，掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，又可以用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)其分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；將化學(xué)前沿研究結(jié)果分階段、分層次地引入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，使學(xué)生在較為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作中接觸和親身體驗(yàn)前沿的科學(xué)研究?jī)?nèi)容，通過(guò)此類(lèi)前沿實(shí)驗(yàn)，可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)科學(xué)前沿的興趣和敏感性，引導(dǎo)他們投身科研。

經(jīng)典的分析實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，雖然比重不斷下降，但這些分析方法是分析化學(xué)的基礎(chǔ)，不能輕視，可在內(nèi)容上進(jìn)行更新[5]，增加趣味性，培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能。例如，實(shí)驗(yàn)水總硬度的測(cè)定，可以選擇自來(lái)水，也可以選擇井水、江安河的河水、市售礦泉水等進(jìn)行測(cè)定，貼近學(xué)生的日常生活，提高實(shí)驗(yàn)興趣。根據(jù)專(zhuān)業(yè)需求的不同，也可以將教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，有不同的側(cè)重。例如，同樣是酸堿滴定，對(duì)于化工和食品專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，可以安排食醋總酸度的測(cè)定，餅干中碳酸鈉和碳酸氫鈉含量的測(cè)定，藥學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生則可以安排藥物安乃近含量的測(cè)定，這樣既具有實(shí)際應(yīng)用性，又與專(zhuān)業(yè)相關(guān)。

隨著分析技術(shù)的發(fā)展，儀器分析已經(jīng)成為現(xiàn)代分析化學(xué)的重要支柱，新的儀器分析方法不斷出現(xiàn)，有必要將新的方法和技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。對(duì)于紫外-可見(jiàn)、原子發(fā)射和原子吸收、熒光分光光度計(jì)、紅外光譜儀、氣相及高效液相色譜等儀器分析實(shí)驗(yàn)，可在原基礎(chǔ)上更新分析對(duì)象，將科技前沿與科研成果及時(shí)提煉轉(zhuǎn)化成教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，體驗(yàn)科研過(guò)程，拓寬知識(shí)面，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，反哺理論學(xué)習(xí)的動(dòng)力；對(duì)于核磁、質(zhì)譜等大型精密分析儀器，可以充分利用我中心儀器中心的優(yōu)勢(shì)，采取現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)，觀察儀器內(nèi)部構(gòu)造原理，在熟悉操作步驟的前提下可以動(dòng)手操作，了解這些先進(jìn)儀器的原理和分析方法，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，提高創(chuàng)新意識(shí)。

2.3 實(shí)驗(yàn)廢棄物的資源化利用

隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，一些高污染、毒性大、危險(xiǎn)性大的實(shí)驗(yàn)已從教學(xué)內(nèi)容中刪除，然而出于保證教學(xué)效果角度考慮，部分實(shí)驗(yàn)仍然存在；雖然采用微型分析實(shí)驗(yàn)可減少溶液的消耗量，然而廢液及固體廢棄物仍不可避免地存在，如何實(shí)現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)過(guò)程的綠色環(huán)保仍是教學(xué)實(shí)踐中的一個(gè)重要問(wèn)題。我們?cè)谧⒅乩碚摻虒W(xué)的同時(shí)，融入綠色化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的理念，把原子經(jīng)濟(jì)、清潔化技術(shù)等思想引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)人文關(guān)懷、環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源等綜合素質(zhì)。例如，實(shí)驗(yàn)?zāi)獱柗y(cè)定食鹽中的氯含量，銀是貴金屬，如不進(jìn)行回收，既污染環(huán)境又浪費(fèi)資源。向沉淀中加入過(guò)量氯化鈉，使鉻酸銀完全轉(zhuǎn)化為氯化銀，離心分離，濾液中加入還原性物質(zhì)如亞硫酸鈉或硫酸亞鐵使鉻酸根轉(zhuǎn)化為鉻離子，減少對(duì)環(huán)境的污染，將氯化銀沉淀進(jìn)行高溫煅燒，用濃硝酸在微波反應(yīng)器中進(jìn)行高溫消解，調(diào)整至實(shí)驗(yàn)所需濃度即可實(shí)現(xiàn)硝酸銀的循環(huán)使用；過(guò)氧化氫含量的測(cè)定中，將試劑瓶及滴定管中剩余的高錳酸鉀溶液統(tǒng)一回收，標(biāo)定其濃度，即可進(jìn)行再利用；鉛、鉍混合液中鉛和鉍的連續(xù)滴定，將滴定后的廢液集中起來(lái)用硫化鈉處理，使其轉(zhuǎn)化成硫化物沉淀，用稀硝酸溶解并調(diào)節(jié)其pH值即可實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用[6]。廢棄物的資源化利用，即減輕了對(duì)環(huán)境的污染，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)開(kāi)支，又加強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，拓展了創(chuàng)新思維，一舉多得，何樂(lè)不為。

2.4 網(wǎng)絡(luò)和多媒體輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)

科技的飛速發(fā)展促使現(xiàn)代分析儀器愈來(lái)愈趨向于智能化、集成化，這樣也造成學(xué)生對(duì)儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)知困難。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，適當(dāng)?shù)睦镁W(wǎng)絡(luò)和多媒體輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)可解決這一不足之處[7-8]。虛擬實(shí)驗(yàn)可為學(xué)生動(dòng)態(tài)演示儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及操作步驟，學(xué)生通過(guò)人工交互虛擬操作模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程，熟悉正確的操作方法以及注意事項(xiàng)，解決因害怕誤操作損壞儀器而不敢大膽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題，激發(fā)動(dòng)手操作的興趣，提高動(dòng)手動(dòng)腦能力，教學(xué)效果也遠(yuǎn)勝于靜態(tài)的結(jié)構(gòu)和原理示意圖。

樣品前處理在實(shí)際樣品分析中占重要地位，然而卻是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)，我們認(rèn)為可以充分利用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)來(lái)彌補(bǔ)。例如，實(shí)驗(yàn)蛋殼中鈣鎂離子含量的測(cè)定，蛋殼的前處理包括去除蛋殼膜、清洗、烘干、研磨、過(guò)篩、溶解等步驟，由于學(xué)時(shí)所限，這些過(guò)程不可能交由學(xué)生一一進(jìn)行操作。教師在做準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的時(shí)候可以采用錄像的形式將每一操作步驟、樣品處理前后的形態(tài)記錄下來(lái)，授課時(shí)邊演示邊講解，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的重難點(diǎn)，這樣學(xué)生對(duì)于樣品分析有了更加直觀生動(dòng)和全面的了解，有助于提高其應(yīng)對(duì)實(shí)際問(wèn)題的能力。

2.5 完善實(shí)驗(yàn)考核方式[9-10]

3 結(jié)束語(yǔ)

本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，大大激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性和主動(dòng)性，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài)度得到端正，基本操作技能和實(shí)驗(yàn)參與度增強(qiáng)，培養(yǎng)了分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的綜合能力，提高了自主創(chuàng)新能力和環(huán)保意識(shí)。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革任重道遠(yuǎn)，這對(duì)我們教師提出了更高的要求，促使我們?cè)诮窈蟮慕虒W(xué)實(shí)踐中不斷努力探索，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和積極性，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，為進(jìn)一步深化教學(xué)改革貢獻(xiàn)自己的綿薄之力。

[1]趙春玲, 阮喜榮, 萬(wàn)端極, 等. 對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作技能的探討[J].大學(xué)化學(xué), 2009, 24(5):27 - 29.

[2] 徐瑞云, 蔡蕍, 葉偉林, 等. 地方院校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2010, 29(11):316 - 318.

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Research and Exploration on Education Reform of Analytical Chemistry Experiment

ZHAO Yan, CHENG Yuanli

(Experiment Teaching Center of Basic Chemistry, Sichuan University, Chengdu 610064, China)

Experiment teaching is the effective carrier for cultivation of innovative talents. As the important component of analytical chemistry, analytical chemistry experiment holds the balance of power in mastering basic experiment skills, training competence in analyzing and solving problems and improving innovation ability for students. To further deepen education reform, aiming at the open problems in analytical chemistry experiment teaching, such as obsolete teaching content, heavy pollution existing in some experiments, unreasonable evaluation mode and so on, a series of reforms and update including experiment contents renovation, resource utilization of experiment waste, network and multimedia aided experiment teaching, evaluation mode improvement, etc. were carried on to meet the need of innovative talents education.

analytical chemistry; experiment teaching; reform;innovative practice abiity

2014-04-18；修改日期: 2014-05-17

趙 燕(1983-)，女，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)與生物傳感器及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

G642.423;O652.1

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.02.035