化學(xué)與化工類專業(yè)儀器分析實驗教學(xué)改革的探索

劉麗來+丁慧賢+劉翀+宋微娜+董永利

摘要：現(xiàn)代儀器分析技術(shù)是化學(xué)化工類專業(yè)本科畢業(yè)生必須掌握的基本技能，而儀器分析實驗教學(xué)對學(xué)生專業(yè)技能的提升和工程實踐能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。本文針對化學(xué)化工類專業(yè)特點，總結(jié)了化學(xué)化工類專業(yè)在儀器分析實踐教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問題，在實踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法、教學(xué)手段及考核方式等方面進(jìn)行探索與改革。實踐證明，改革讓學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性有了明顯提高，實踐創(chuàng)新能力明顯增強(qiáng)，實踐教學(xué)效果更為顯著。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代儀器分析；實驗教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）51-0095-02

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代儀器分析技術(shù)已經(jīng)成為化工產(chǎn)品研制和開發(fā)、產(chǎn)品質(zhì)量評價的重要手段，是化學(xué)專業(yè)及化工專業(yè)本科畢業(yè)生必須掌握的基本技能?，F(xiàn)代儀器分析技術(shù)對學(xué)生專業(yè)技能的提升和工程實踐能力的培養(yǎng)至關(guān)重要。儀器分析實驗具有更強(qiáng)的實用性。儀器分析實驗課的開設(shè)，不僅能讓學(xué)生進(jìn)一步了解儀器的基本原理和構(gòu)造，還能夠在有限的學(xué)時里掌握儀器的基本操作及其注意事項。本文針對我?；I(yè)特點，結(jié)合化工專業(yè)在儀器分析實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中存在的一些問題，在實踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法、教學(xué)手段及成績考核等方面進(jìn)行探索與改革，以期達(dá)到更佳的實踐教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，達(dá)到因材施教的目的。

一、儀器分析實驗教學(xué)的特點及存在問題

儀器分析實驗是儀器分析課程的重要組成部分。目前，儀器分析實驗教學(xué)具有以下特點：（1）儀器分析方法的原理比較抽象，涉及化學(xué)、物理學(xué)及電子學(xué)等方面知識，知識點分散，交叉性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)比較枯燥，實驗技術(shù)難于掌握。（2）實驗教學(xué)儀器數(shù)量少，每組學(xué)生人數(shù)多，不能確保學(xué)生都能自己動手實驗，參與度不高。（3）課程內(nèi)容陳舊，實驗教學(xué)內(nèi)容側(cè)重實驗步驟、儀器操作及軟件操作等技能，綜合性實驗設(shè)計和創(chuàng)新性實驗設(shè)計環(huán)節(jié)相對薄弱，學(xué)生分析問題和解決問題的綜合能力有待提高。（4）實驗成績考核方式單一，過于強(qiáng)調(diào)分析測試結(jié)果的準(zhǔn)確性及實驗報告書寫的規(guī)范性，而報告的真實性難于辨別，不能反映學(xué)生的實際動手能力和知識的掌握程度。

二、化學(xué)化工專業(yè)儀器分析實驗教學(xué)的改革措施

1.舉辦大型儀器設(shè)備培訓(xùn)班，實行組長負(fù)責(zé)制，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。由于實驗儀器設(shè)備少，上課學(xué)生人數(shù)較多，不能保證良好的教學(xué)效果，因此在儀器分析實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，我們采取了小組授課方式，4—5名學(xué)生一組，確保每名學(xué)生都能動手實驗，解決實驗教學(xué)儀器數(shù)量少、每組學(xué)生人數(shù)多、學(xué)生實驗參與度不高的問題。同時，為減輕教師重復(fù)授課的教學(xué)負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)學(xué)生融入課堂的積極性，開展組長負(fù)責(zé)制的小組授課模式。定期選擇專業(yè)基礎(chǔ)知識扎實和實驗動手能力強(qiáng)的學(xué)生，參加學(xué)院組織的大型分析儀器設(shè)備技能培訓(xùn)班，對培訓(xùn)班的學(xué)生進(jìn)行儀器設(shè)備原理、操作及應(yīng)用等的系統(tǒng)培訓(xùn)，經(jīng)理論考核及上機(jī)考核合格后頒發(fā)合格證書。獲得培訓(xùn)合格證書的學(xué)生在儀器分析實驗課上可以擔(dān)任小組組長，授課前授課教師進(jìn)一步對所有組長進(jìn)行擬定實驗內(nèi)容的講授和實驗操作培訓(xùn)。

2.依托科研課題和專業(yè)特色，擴(kuò)展實驗內(nèi)容，增強(qiáng)實驗內(nèi)容的綜合性。傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容往往以驗證性實驗為主，不利于發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性、自主學(xué)習(xí)的積極性及學(xué)生的創(chuàng)造性，因此我院以現(xiàn)有儀器設(shè)備為基礎(chǔ)，結(jié)合應(yīng)用化學(xué)和化學(xué)工程的專業(yè)特點，依托負(fù)責(zé)儀器及實驗講授專職任課教師的科研項目，對實驗內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和補充。教師在選擇實驗內(nèi)容時，一方面從化學(xué)化工領(lǐng)域的實際檢測需求出發(fā)，另一方面從服務(wù)科研項目的新技術(shù)出發(fā)，注重儀器的實際應(yīng)用和學(xué)生綜合能力素質(zhì)的培養(yǎng)。依托科研課題及專業(yè)現(xiàn)場實際需要，開設(shè)氣相色譜內(nèi)標(biāo)法分析樣品中苯酚含量的實驗、紫外-可見光譜法測定廢水中羅丹明B含量的實驗、石墨烯及其復(fù)合物的紅外光譜檢測及譜圖解析實驗、油頁巖樣品的高效液相色譜分析、原子吸收光譜法測定煤泥水中重金屬含量等實驗項目。實驗過程設(shè)計不僅包含具體的實驗儀器操作，也包括樣品的前處理和最終的數(shù)據(jù)處理和解析。實驗內(nèi)容的擴(kuò)展和修訂，大大增強(qiáng)了實驗內(nèi)容的綜合性，進(jìn)而提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

3.建立仿真教學(xué)基地，開展模擬仿真實驗教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的扎實性。由于儀器分析方法原理比較抽象，涉及化學(xué)、物理學(xué)及電子學(xué)等方面的知識，知識點分散，交叉性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)比較枯燥，實驗技術(shù)難于掌握，因此學(xué)院建立了大型分析儀器設(shè)備仿真教學(xué)基地，由專職教師進(jìn)行管理和指導(dǎo)教學(xué)。學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下，通過模擬仿真實驗加深對儀器設(shè)備檢測原理、分析方法、操作手冊、檢測范圍、應(yīng)用領(lǐng)域、實驗設(shè)計等知識的學(xué)習(xí)和理解。學(xué)生按照實驗教材進(jìn)行預(yù)習(xí)，能夠比較容易地理解實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗試劑等?nèi)容，但是學(xué)生對儀器結(jié)構(gòu)構(gòu)造及其操作方法的學(xué)習(xí)深度不夠，對儀器分析技術(shù)及其應(yīng)用的學(xué)習(xí)不夠全面，而且學(xué)生預(yù)習(xí)的方式方法枯燥，也會影響學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。教師借助模擬仿真實驗教學(xué)平臺，將實驗講義、儀器設(shè)備操作規(guī)程、儀器操作視頻、實驗演示視頻及相關(guān)多媒體課件等上傳到模擬仿真機(jī)房的系統(tǒng)中，通過這些內(nèi)容的自主學(xué)習(xí)和模擬仿真實驗的操作，系統(tǒng)自動對學(xué)生的預(yù)習(xí)效果進(jìn)行評價?，F(xiàn)代儀器分析實驗課程中的部分儀器屬于大型精密儀器，價格昂貴，日常維護(hù)維修麻煩，在實驗過程中容易出現(xiàn)由于學(xué)生操作不當(dāng)而導(dǎo)致的儀器設(shè)備損壞等問題。通過多媒體技術(shù)進(jìn)行模擬仿真實驗教學(xué)的預(yù)習(xí)，學(xué)生能夠通過圖片、視頻等方式提前了解儀器的內(nèi)部構(gòu)造，通過模擬實驗內(nèi)容學(xué)習(xí)，能夠有效減少實驗課堂上由于實驗步驟及儀器的錯誤操作導(dǎo)致的實驗失敗，避免儀器設(shè)備損壞現(xiàn)象的發(fā)生。實踐證明，模擬仿真實驗教學(xué)的開展，使學(xué)生的預(yù)習(xí)效果更好，對知識的掌握更加扎實，減少現(xiàn)場實驗過程中出現(xiàn)的各種問題。

4.完善考核制度體系，對學(xué)生進(jìn)行全面考評，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。改革后的實驗成績包括模擬仿真實驗預(yù)習(xí)成績、創(chuàng)新實驗設(shè)計成績、出勤及課堂表現(xiàn)的實驗過程成績、實驗報告及課程總結(jié)等部分。其中，模擬仿真實驗預(yù)習(xí)成績主要考核學(xué)生在模擬仿真實驗平臺上查閱資料、自學(xué)內(nèi)容及上機(jī)模擬仿真實驗的情況，占總成績的10%；創(chuàng)新實驗設(shè)計成績重點考核學(xué)生對實驗原理、分析方法的理解及應(yīng)用情況的了解，考核小組在擬定實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新實驗設(shè)計的能力，實驗方案的科學(xué)性、可行性及運用實驗原理和分析方法的能力，占總成績的20%；出勤及課堂表現(xiàn)主要考核學(xué)生在實驗過程中的基本操作能力、解決實際問題的能力，占總成績的20%；實驗報告成績主要考核實驗原始數(shù)據(jù)的記錄、實驗數(shù)據(jù)處理及分析、書寫的規(guī)范性及思考題的討論，占總成績的40%；實驗課程總結(jié)主要以小論文的形式體現(xiàn)，重點考查學(xué)生學(xué)習(xí)的收獲和心得體會，以及學(xué)生對現(xiàn)代儀器分析技術(shù)在化學(xué)及化工專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的認(rèn)知程度，占總成績的10%?？傊ㄟ^成績考核方式的改革，能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行全面的考評，激勵他們認(rèn)真對待學(xué)習(xí)的每一個環(huán)節(jié)，徹底解決實驗成績考核方式單一、學(xué)生報告真實性難于辨別、不能真實反映學(xué)生實際動手能力和知識掌握程度的問題。

隨著儀器設(shè)備的日新月異和檢測技術(shù)、檢測方法的不斷進(jìn)步，儀器分析實驗教學(xué)改革對化學(xué)及化工類專業(yè)學(xué)生能力素質(zhì)的培養(yǎng)至關(guān)重要。實踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法、教學(xué)手段及考核方式等的改革，能夠促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性和創(chuàng)造性。只有在教學(xué)實踐中不斷創(chuàng)新和改革，才能夯實學(xué)生的理論基礎(chǔ)，提升專業(yè)技能，激發(fā)創(chuàng)新思維，培養(yǎng)出專業(yè)特色突出的創(chuàng)新型高素質(zhì)人才。只有靈活運用現(xiàn)有的教育教學(xué)資源，根據(jù)學(xué)生專業(yè)合理安排實驗教學(xué)內(nèi)容，不斷完善實驗教學(xué)方式方法，才能更好地培養(yǎng)實踐能力強(qiáng)的綜合性人才。

參考文獻(xiàn)：

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Exploration of Reform for Instrumental Analysis Experiment Teaching of Chemistry and Chemical Engineering Specialty

LIU Li-lai，DING Hui-xian，LIU Chong，SONG Wei-na，DONG Yong-li

（College of Environmental and Chemical Engineering，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin，Heilongjiang 150022，China）

Abstract：The modern instrumental analysis technology is a basic skill for the chemistry and chemical engineering specialty students. And the instrumental analysis experiment teaching is very important for the professional skills upgrading and cultivation of engineering practice ability of students. In this paper，some problems of instrumental analysis practice teaching are summarized according to the characteristics of chemistry and chemical engineering specialty. Some explorations and reforms have been carried out in the practice teaching content，teaching methods，teaching means and examination methods. The results show that learning enthusiasm，initiative，practice innovation ability of students are obviously improved. The effect of practice teaching is strengthened，and the goal of the students according to their aptitudes is achieved.

Key words：modern instrumental analysis；experimental teaching；teaching reform