基于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力構(gòu)建儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式

趙丹華 江濤 楊劍萍 謝麗君 霍朝暉 曹曼麗 邱燕璇

摘要：以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力為目標(biāo)，以儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)為研究對(duì)象，通過拓展儀器分析實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，實(shí)施學(xué)生大循環(huán)、分小組，教師組團(tuán)隊(duì)、分層次的教學(xué)方法，采用綜合過程性考核體系，構(gòu)建一套新型的儀器分析實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：儀器分析實(shí)驗(yàn)；教學(xué)模式；創(chuàng)新實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）23-0279-02

儀器分析實(shí)驗(yàn)是借助先進(jìn)的儀器設(shè)備對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成、形態(tài)及含量等進(jìn)行分析測(cè)定，在化學(xué)、材料、環(huán)境等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是一門理論與實(shí)際聯(lián)系的非常緊密的課程，對(duì)培養(yǎng)國(guó)家需要的創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才具有重要的作用。然而，目前大多數(shù)高校的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要存在“三多、三少、三不”的突出問題，即班級(jí)實(shí)驗(yàn)次數(shù)多、每組實(shí)驗(yàn)學(xué)生多、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多；配套教學(xué)儀器設(shè)備少、獨(dú)立操作機(jī)會(huì)少、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)少；理論實(shí)驗(yàn)不同步，學(xué)生不重視和測(cè)試樣品不處理。如此以來，學(xué)生儀器分析實(shí)驗(yàn)“走馬觀花”，其實(shí)驗(yàn)技能得不到實(shí)質(zhì)性的提高，創(chuàng)新能力培養(yǎng)更不可能涉及，不利于學(xué)生的發(fā)展。因此，亟須改革現(xiàn)有的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。筆者通過近十余年的儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不斷總結(jié)和積累儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中所出現(xiàn)的問題、教訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)，基于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)，構(gòu)建儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。

一、拓展實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容

課程內(nèi)容是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的核心，因此新課程內(nèi)容不僅要保證學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，加強(qiáng)理論課程和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性，而且要注重“實(shí)際應(yīng)用，立足創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)”，適當(dāng)增加一些與專業(yè)、生活及科研相關(guān)的綜合性、設(shè)計(jì)性和探究性實(shí)驗(yàn)，分層次構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。以我?；瘜W(xué)專業(yè)為例，儀器分析實(shí)驗(yàn)安排32課時(shí)，其實(shí)驗(yàn)大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，這些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)雖然較好地考查了各種儀器分析方法的基礎(chǔ)知識(shí)，鍛煉了學(xué)生的基本操作能力，但是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣不高，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的培養(yǎng)。

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃寣W(xué)生了解不同儀器分析方法之間的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生具備一定的創(chuàng)新實(shí)踐能力。如原子吸收和電化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)，可結(jié)合環(huán)保熱點(diǎn)重金屬污染事件，以校園內(nèi)土壤、校園外天馬河水體及其污泥中重金屬含量分析為內(nèi)容設(shè)計(jì)成綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這類實(shí)驗(yàn)和學(xué)生的生活息息相關(guān)，涉及身體健康和環(huán)境污染問題，學(xué)生對(duì)于此類問題有很大的好奇心和觀察心理。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)自己查閱文獻(xiàn)，積極提出合理的實(shí)驗(yàn)方案，與指導(dǎo)教師討論后進(jìn)行準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，通過自行取樣、處理樣品、選擇方法、檢測(cè)分析、數(shù)據(jù)分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論等實(shí)驗(yàn)過程，系統(tǒng)學(xué)習(xí)了文獻(xiàn)資料的查閱與整理、儀器分析方法的選擇與建立，掌握了不同方法分析實(shí)際樣品的實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)了研究性的思維和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

探究性實(shí)驗(yàn)是將教師科研項(xiàng)目或大創(chuàng)項(xiàng)目的研究部分成果設(shè)計(jì)成不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要有教師引導(dǎo)，學(xué)生組團(tuán)合作完成，這類實(shí)驗(yàn)是通過培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的整體和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，鍛煉學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)復(fù)雜問題的分析和處理能力，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。例如學(xué)生大創(chuàng)項(xiàng)目“CaF2/AR138有機(jī)無機(jī)雜化材料的制備及應(yīng)用”，其中CaF2/AR138雜化材料組分分析和結(jié)構(gòu)表征涉及紅光化學(xué)分析法、電化學(xué)分析法和X射線法等儀器分析測(cè)試手段，可設(shè)計(jì)成探究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。當(dāng)然，此類實(shí)驗(yàn)在4—6個(gè)課時(shí)內(nèi)是不可能完成的，因此可以充分利用開放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生利用足夠的課余時(shí)間自主開展實(shí)驗(yàn)研究，在此期間教師要做到加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行難度調(diào)節(jié)，讓學(xué)生選擇其中的某個(gè)組進(jìn)行分析測(cè)試，通過一定的努力即可完成。

二、革新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，教師應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容層次采取不同的教學(xué)方法。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目重點(diǎn)向?qū)W生講解了儀器的基本原理、基本結(jié)構(gòu)、操作注意事項(xiàng)、定性定量分析方法及其應(yīng)用范圍等。由于精密實(shí)驗(yàn)室一般只有1—2臺(tái)分析儀器，可采用縮小實(shí)驗(yàn)小組人數(shù)，采用大循環(huán)模式的上課模式。例如將約40人的班級(jí)分為A、B兩組，A、B兩組再分別分為5個(gè)小組，其中每個(gè)小組的學(xué)生操作一臺(tái)大型儀器，實(shí)驗(yàn)分為4個(gè)學(xué)時(shí)。教師負(fù)責(zé)將大循環(huán)模式每次同時(shí)開設(shè)多個(gè)基本原理相似的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，每次上課1個(gè)教師對(duì)4個(gè)學(xué)生，各小組學(xué)生分別進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)操作，各個(gè)實(shí)驗(yàn)完成后再輪轉(zhuǎn)，這樣的模式既保證了每個(gè)學(xué)生能夠親自動(dòng)手操作儀器并完成實(shí)驗(yàn)，又保證了教師可以在每次的課堂上對(duì)細(xì)節(jié)操作進(jìn)行指導(dǎo)。結(jié)合本校的實(shí)際情況，儀器分析實(shí)驗(yàn)由4個(gè)教師共同循環(huán)完成。

對(duì)于綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，則6—8人為1組，以小組為單位選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，自學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，查閱文獻(xiàn)資料，分析各種儀器的功能特點(diǎn)及其主要應(yīng)用等，合作開展實(shí)驗(yàn)研究。探究型實(shí)驗(yàn)則以開放實(shí)驗(yàn)的形式為主，小組在充分掌握實(shí)驗(yàn)原理及方法的基礎(chǔ)上，利用課余時(shí)間預(yù)約進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)探究，教師給予必要的儀器操作培訓(xùn)和指導(dǎo)，這樣可以大幅提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和創(chuàng)新實(shí)踐能力。此外，在整個(gè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中教師要注重輔以啟發(fā)式、討論式、互動(dòng)式、案例和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式等多元化相結(jié)合的教學(xué)方法。

三、采用綜合全程性考核體系

新的評(píng)價(jià)考核體系主要考核對(duì)實(shí)際儀器的操作能力和必要的相關(guān)理論知識(shí)以及學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中所展現(xiàn)的綜合知識(shí)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。學(xué)校教研組經(jīng)過反復(fù)討論研究，制定了以考核學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新實(shí)際能力為目標(biāo)的全面的過程性評(píng)價(jià)制度，主要包含五個(gè)方面：其中平均成績(jī)方面占20%，自我評(píng)價(jià)方面占10%，小組互評(píng)方面占20%，教師評(píng)價(jià)方面占20%和實(shí)驗(yàn)報(bào)告方面占30%。學(xué)生的每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目總成績(jī)共由這五個(gè)方面組成，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的平均成績(jī)就是學(xué)生的最后總成績(jī)。平時(shí)的出勤率，預(yù)習(xí)和基本實(shí)驗(yàn)技能決定著學(xué)生平時(shí)成績(jī)的高低。對(duì)自己實(shí)驗(yàn)任務(wù)和團(tuán)隊(duì)任務(wù)完成情況的評(píng)價(jià)即自我評(píng)價(jià)。小組互評(píng)主要是對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、小組內(nèi)表現(xiàn)和分工任務(wù)的完成情況。教師評(píng)價(jià)主要是教師對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范、是否服從任務(wù)分配、是否積極主動(dòng)參與討論、責(zé)任意識(shí)是否強(qiáng)烈、創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)合作能力強(qiáng)弱等方面的評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要包括規(guī)范書寫、原始數(shù)據(jù)記錄、圖譜解析、數(shù)據(jù)處理、問題討論等。

四、結(jié)語

在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革過程中，教師始終堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力為主要目標(biāo)，做到大膽嘗試，銳意創(chuàng)新，教學(xué)科研互動(dòng)，理論實(shí)踐相長(zhǎng)，不斷地總結(jié)和積累教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，使我校儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)形成更加科學(xué)的教學(xué)模式。

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