分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置探索與實(shí)踐

武現(xiàn)麗，韓國(guó)勝(鄭州大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，河南 鄭州 450001)

0 引言

“以學(xué)生為本，傳授知識(shí)與能力培養(yǎng)相結(jié)合，全面提升學(xué)生綜合素質(zhì)”是實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)體系中提出的重要理念。明確提出以學(xué)生為主體，將發(fā)揚(yáng)學(xué)生個(gè)性和發(fā)揮學(xué)生潛力放在首位，重在提升學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力?；A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)融知識(shí)、能力和素質(zhì)教育于一體，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力最有效和最生動(dòng)的途徑之一[1-3]。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課作為化學(xué)學(xué)科的重要組成部分，是化學(xué)專業(yè)、材料專業(yè)、環(huán)境專業(yè)等學(xué)生的基礎(chǔ)課程。分析化學(xué)注重量的概念，是人們獲得物質(zhì)化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)信息的科學(xué)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn)能夠培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)格、認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。在進(jìn)行分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要求學(xué)生認(rèn)真觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、全面分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的重要手段。樣品分析的全過(guò)程包括試樣的采集與制備、測(cè)定前的預(yù)處理、分析測(cè)定和數(shù)據(jù)處理及評(píng)價(jià)并形成報(bào)告四個(gè)環(huán)節(jié)。在實(shí)際樣品分析時(shí)，樣品采集和制備一般不在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，測(cè)定前的預(yù)處理、分析測(cè)定和數(shù)據(jù)處理及評(píng)價(jià)并形成報(bào)告則需要在實(shí)驗(yàn)中處理完成。樣品測(cè)定前預(yù)處理和數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)時(shí)間往往占整個(gè)實(shí)驗(yàn)室處理過(guò)程的80%，說(shuō)明其重要性和復(fù)雜性。此外，分析儀器普及大大縮短了測(cè)試過(guò)程所需時(shí)間，往往只需要幾分鐘甚至幾秒鐘就能完成測(cè)試，而樣品預(yù)處理要求更高時(shí)間更長(zhǎng)。但目前一部分高校的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)仍將重點(diǎn)放在測(cè)定過(guò)程上，對(duì)于測(cè)試前的預(yù)處理過(guò)程則不涉及或較少涉及[4-5]。

實(shí)際樣品分析工作中，結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)和樣品的實(shí)際狀況選擇合適的前處理和測(cè)試方法是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試前必須解決的問(wèn)題。俞院士在《漫談分析化學(xué)教學(xué)改革與課程建設(shè)》中講“教授分析化學(xué)應(yīng)該很看重培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力”[6]。但大多分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，都是老師給定了分析方法，或者按照教科書(shū)上給定的測(cè)試方法進(jìn)行；而按照實(shí)際樣品性質(zhì)及實(shí)驗(yàn)室具體條件選擇樣品前處理和分析方法的訓(xùn)練較少涉及。有分析化學(xué)相關(guān)背景畢業(yè)生需求的企業(yè)對(duì)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的要求較高，通過(guò)在分析實(shí)驗(yàn)中增加測(cè)試前樣品預(yù)處理和依據(jù)樣品組成和性質(zhì)選擇正確分析方法環(huán)節(jié)可以提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，與行業(yè)要求相匹配，提高畢業(yè)生為社會(huì)服務(wù)的能力。

為了適應(yīng)社會(huì)對(duì)分析化學(xué)人才的需求，我中心通過(guò)課程設(shè)置改革對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，改革后的課程其更貼近實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，更注重學(xué)生綜合素質(zhì)全面提升和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在課程設(shè)置上強(qiáng)調(diào)學(xué)生基本操作和基本實(shí)驗(yàn)技能的掌握，同時(shí)向?qū)嶋H應(yīng)用傾斜；增加了實(shí)際樣品的測(cè)試前處理過(guò)程培訓(xùn)和分析測(cè)試方法選擇訓(xùn)練，通過(guò)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施全面提高大學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)上進(jìn)行了規(guī)范化要求，在實(shí)驗(yàn)考核方面加入了新的考核指標(biāo)。以期通過(guò)這些改革和嘗試全面提升學(xué)生在分析化學(xué)方面的綜合素質(zhì)，提升學(xué)生就業(yè)和科研能力。

1 課程設(shè)置思路和目標(biāo)

本中心分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的思路是重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練、強(qiáng)化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，目標(biāo)是培養(yǎng)分析化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用型人才和研究型人才。通過(guò)課程設(shè)置改革，構(gòu)建重基礎(chǔ)、強(qiáng)應(yīng)用的創(chuàng)新型分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，全過(guò)程提升學(xué)生在分析化學(xué)領(lǐng)域解決實(shí)際問(wèn)題的能力。綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的提升以扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和熟練的基本操作技能為前提。在課程設(shè)置上，我中心重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，這部分占課程總學(xué)時(shí)的40%。在掌握基本理論知識(shí)和基本操作技能的基礎(chǔ)上，為了適應(yīng)學(xué)生將來(lái)就業(yè)的需求增強(qiáng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練是必由之路，因此設(shè)置了強(qiáng)化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，占課程總學(xué)時(shí)的40%。在課程后期，學(xué)生已經(jīng)掌握了分析實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，我們?cè)O(shè)置了綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，占總學(xué)時(shí)的20%，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)全面考察學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和全面提升其創(chuàng)新能力。教學(xué)模式為“教師導(dǎo)師，學(xué)生主體”。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中以問(wèn)題為導(dǎo)向啟發(fā)學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生探索和問(wèn)題相關(guān)的知識(shí)，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性，提升其學(xué)習(xí)能力，最終提高學(xué)生綜合能力和綜合素質(zhì)。

2 重視基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練

通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練學(xué)生掌握基本操作技能，同時(shí)加深對(duì)分析化學(xué)理論的理解，這是培養(yǎng)其解決實(shí)際問(wèn)題能力的基石，因此基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)占總課時(shí)的40%?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容包括滴定的規(guī)范操作、酸堿滴定、配位滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定、重量法和分光光度分析法的典型實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始進(jìn)行的是包括酸堿互滴的基本滴定操作訓(xùn)練，接下來(lái)是酸堿滴定的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)純堿中總堿含量的測(cè)定。然后分別是不同酸堿條件下的配位滴定實(shí)驗(yàn)，分別在酸性和堿性條件下測(cè)定鋅離子的濃度，以及通過(guò)控制溶液不同酸度進(jìn)行混合金屬離子的連續(xù)滴定。通過(guò)鐵礦石中總鐵含量的測(cè)定體會(huì)氧化還原滴定與其他滴定法的區(qū)別；沉淀法選的是莫爾法測(cè)定氯離子含量。重量法和分光光度法分別為鋇鹽中鋇含量的測(cè)定和鐵-鄰二氮菲絡(luò)合物組成的測(cè)定。

在這一階段，老師會(huì)反復(fù)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)規(guī)范操作的重要性，不斷示范正確的操作流程和規(guī)范的動(dòng)作。在實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)有個(gè)初步了解，并找出過(guò)程中可能的難點(diǎn)在課前進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)短的討論。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中也會(huì)反復(fù)播放規(guī)范操作的視頻，以確保學(xué)生掌握規(guī)范的操作。實(shí)驗(yàn)采取單個(gè)實(shí)驗(yàn)單人完成的方式，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師以問(wèn)題為導(dǎo)向充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生興趣和獨(dú)立操作能力。嚴(yán)格要求學(xué)生將原始數(shù)據(jù)記在實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)上，不允許記在手機(jī)上或其他紙片上；數(shù)據(jù)處理和分析要求給出計(jì)算公式和基本原理；實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)要求規(guī)范化，建立明確的考核標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，學(xué)生掌握規(guī)范操作，深化了對(duì)理論知識(shí)的理解，為解決實(shí)際能力培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。

3 強(qiáng)化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練

同學(xué)們通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練掌握了分析測(cè)試的基本操作。在此基礎(chǔ)上，為了滿足企業(yè)和科研對(duì)解決實(shí)際問(wèn)題能力的要求，需要向?qū)嶋H樣品處理全過(guò)程靠近。為達(dá)到強(qiáng)化應(yīng)用目的，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)顯得十分重要。為此，我中心在實(shí)驗(yàn)設(shè)置上引入了藥品、食品等與生活密切相關(guān)的樣品為對(duì)象，這部分實(shí)驗(yàn)與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)同等重要，所占學(xué)時(shí)數(shù)與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相同。如藥品維C片中維C含量的測(cè)定、白酒中主要酯類(lèi)含量的測(cè)定、茶葉中微量元素的測(cè)定等。在實(shí)際樣品測(cè)試中，涉及測(cè)試前的預(yù)處理過(guò)程，實(shí)驗(yàn)前需要同學(xué)們根據(jù)樣品的性質(zhì)和組成查閱文獻(xiàn)獲得合適樣品預(yù)處理方法，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要求同學(xué)們相互交流，最終按照提前擬定的預(yù)處理方法進(jìn)行預(yù)處理。為了選擇合適的測(cè)定方法學(xué)生需要對(duì)共存組分種類(lèi)、含量和是否產(chǎn)生干擾進(jìn)行預(yù)估，同時(shí)需要預(yù)估被測(cè)組分的含量和存在狀態(tài)，這就需要學(xué)生先查閱大量相關(guān)資料，掌握相關(guān)內(nèi)容，最終確定合適的測(cè)試方法；如在茶葉中微量元素的測(cè)定中，學(xué)生拿到茶葉后需要將茶葉沿成碎末，稱取準(zhǔn)確質(zhì)量，加熱使其完全灰化，然后酸溶后進(jìn)行含量測(cè)定。測(cè)定方法采用配位滴定和分光光度法相結(jié)合，這里面需要大家使用掩蔽解蔽基本原理。這對(duì)學(xué)生是一個(gè)系統(tǒng)的培訓(xùn)，需要其具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

為了深化學(xué)生對(duì)不同分析方法的認(rèn)識(shí)，我們對(duì)同一樣品采取不同的方法進(jìn)行測(cè)定。分析方法包括化學(xué)分析法和儀器分析法，化學(xué)分析法和儀器分析法又分別包含多種方法，因此同一組份可以采取不同的分析方法進(jìn)行測(cè)試。例如鈣離子含量的測(cè)定可以用直接配位滴定法也可以使用間接法高錳酸鉀氧化還原滴定法，兩種方法原理不同測(cè)試過(guò)程涉及的步驟不同，影響其測(cè)定準(zhǔn)確度的因素也不相同。通過(guò)同一樣品不同方法的測(cè)定訓(xùn)練可以培養(yǎng)學(xué)生在面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)的靈活性，掌握根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際條件選擇合適的測(cè)試方法，提高其解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

4 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練

上面兩種實(shí)驗(yàn)無(wú)論是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)還是應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)最終都是給定的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生按照既定方案和準(zhǔn)備好的試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)即可。為了進(jìn)一步提高同學(xué)們解決實(shí)際問(wèn)題的綜合能力，我中心在實(shí)驗(yàn)課程的最后設(shè)置了設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)只給了樣品來(lái)源和測(cè)試對(duì)象，要求學(xué)生通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)自行設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，包括測(cè)試的基本原理、所需試劑、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)方法。通過(guò)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的一些不足，對(duì)全面提升學(xué)生綜合科研素質(zhì)相當(dāng)重要[7]。我中心開(kāi)設(shè)了四選一的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，兩人一組；學(xué)生們通過(guò)查閱文獻(xiàn)和交流設(shè)計(jì)出合適的實(shí)驗(yàn)方案，課上通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)所選方法進(jìn)行驗(yàn)證。不同學(xué)生選擇不同的題目設(shè)計(jì)出不盡相同的實(shí)驗(yàn)方案。通過(guò)各種方法的比較，最后形成實(shí)驗(yàn)小論文交流心得體會(huì)。通過(guò)幾年來(lái)的實(shí)踐證明，綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)即開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)是全方位的，是培養(yǎng)其解決實(shí)際問(wèn)題能力必不可少的環(huán)節(jié)。

5 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)方式的調(diào)整和改革，從基礎(chǔ)到應(yīng)用，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，循序漸進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。以問(wèn)題為導(dǎo)向，學(xué)生為主體激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。最后通過(guò)綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)全面檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)測(cè)試前樣品預(yù)處理、實(shí)驗(yàn)方法選擇、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)施、數(shù)據(jù)處理與評(píng)價(jià)，提高其解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為學(xué)生將來(lái)的工作奠定基礎(chǔ)。