基礎(chǔ)分析化學實驗教學改革探索

崔 琳 李琛琛

( 1) 山東師范大學化學化工與材料科學學院，250014，濟南；2) 青島科技大學化學與分子工程學院，266061，山東青島 )

1 引 言

分析化學是利用各種理論、方法、儀器和策略獲取有關(guān)物質(zhì)在相對時空內(nèi)的組成和性質(zhì)信息的一門科學，是高等學?；瘜W、材料科學、生命科學、環(huán)境科學、醫(yī)學藥學和農(nóng)學地質(zhì)學等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課之一.分析化學實驗課程在分析化學教學中占很大比重.學生可以通過分析化學實驗課程的學習掌握分析化學的基本理論、基礎(chǔ)知識和實驗方法，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和踏實細致的作風，掌握科學研究的技能，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力.然而，現(xiàn)階段分析化學實驗課程存在教學內(nèi)容陳舊和教學方法一成不變等問題，已經(jīng)不能適應(yīng)社會對化學人才培養(yǎng)的需求[1,2].特別是2020年新冠疫情對教學造成嚴重影響和沖擊，急需對分析化學實驗內(nèi)容進行更新、對教學手段進行改革，提升授課教學效果，形成更加優(yōu)化的教學體系，以滿足培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維能力的優(yōu)秀人才的需求[3].本文針對當前分析化學實驗課程存在的主要問題，分析了產(chǎn)生問題的根源，提出了具體可行的改革措施，包括結(jié)合多媒體技術(shù)改進傳統(tǒng)教學模式、對實驗項目與內(nèi)容進行優(yōu)化、拓展提升實驗室功能、科學研究與實驗內(nèi)容相互結(jié)合.這些改革措施不僅能有效的提高教學質(zhì)量，而且可以提高學生的發(fā)散思維與創(chuàng)新能力，有利于培養(yǎng)和深化學生家國情懷和社會責任感.

2 存在的主要問題及原因剖析

圍繞如何在分析化學實驗教學中為社會培養(yǎng)創(chuàng)新型人才這一主題已有諸多研究[4-6]，主要通過對學生進行問卷調(diào)查、中青年教師訪談等多種渠道進行調(diào)研[7]，對分析化學實驗教學工作中存在的主要問題及原因進行剖析.

2.1傳統(tǒng)的“注入式”教學模式，忽視學生的主體作用在傳統(tǒng)的分析化學實驗課程中，一般采用“注入式”教學模式，老師在課堂上起主導作用，單方面講授實驗原理、演示儀器使用，學生在教師講解的基礎(chǔ)上進行操作，實驗過程缺少與學生的溝通與互動，忽視了學生的主體作用.學生的注意力大多集中在如何按照老師的詳細指導、機械的地完成實驗和如何得到正確的實驗，一旦實驗過程不順利，學生自己很難分析出失敗的原因，往往直接請教老師，導致實驗效果不佳.這種“注入式”教學重教師的“教”，而忽略了學生的“學”，學生處于被動接受的狀態(tài)，學生的主動性和積極性受到一定限制，不利于學習興趣的激發(fā)和創(chuàng)造能力的培養(yǎng).

2.2實驗課與理論課脫節(jié)理論知識學習是實踐教學的基礎(chǔ)，原則上是先講理論再開設(shè)實驗，但是分析化學實驗一般在理論課開課后2-3周進行，存在實驗與理論講授脫節(jié)的問題.另外，理論課和實驗課教師之間缺乏必要的溝通與課程之間的協(xié)調(diào)，造成理論課與實驗課成了兩個單獨個體，沒有必要的交叉和融會貫通.學生在理論課上所學的知識不能及時運用到實踐中轉(zhuǎn)化為技能，不利于學生鞏固理論課知識和學習實驗課程.學生在理論學習時往往是被動接收抽象的知識，實驗課則要求學生主動探索，學生往往難以及時轉(zhuǎn)化學習思路，導致學習效果不佳.尤其在疫情時期，由于授課時間被壓縮，部分內(nèi)容無法現(xiàn)場演示，只能依靠視頻講授實驗內(nèi)容和開學后補充實驗，影響了授課效果[8].

2.3實驗項目和內(nèi)容更新不及時隨著科學技術(shù)的發(fā)展，實驗材料、方法和技術(shù)更新較快，而傳統(tǒng)的分析化學實驗課程驗證性實驗多，設(shè)計性實驗少，內(nèi)容設(shè)置多是對經(jīng)典理論的驗證，內(nèi)容更新滯后，沒有緊跟時代的發(fā)展，導致學生對新知識新技術(shù)了解甚微，如目前學生實驗課還是利用移液管而非移液槍進行溶液的量取.另外，課程設(shè)置與生產(chǎn)實踐相結(jié)合的實驗內(nèi)容過少，導致學生實驗課上所學知識與生產(chǎn)、科研脫節(jié).傳統(tǒng)的實驗課往往實驗結(jié)果已知，探索性不強，導致學生參與實驗的積極性不高，分析問題解決問題的能力得不到鍛煉.

2.4實驗操作不規(guī)范，創(chuàng)新能力弱目前分析化學實驗課程的教學主要依靠教師講授原理和演示規(guī)范操作，而學生機械和盲目應(yīng)付，忽略了實驗操作的規(guī)范性.上課時因?qū)W生人數(shù)較多，部分學生無法看清老師的操作，導致學生基礎(chǔ)操作不規(guī)范，降低了實驗課的教學效果.目前分析化學實驗的考核成績是平時課堂實驗操作表現(xiàn)和實驗報告成績分別各占50%.實驗課老師主要通過實驗報告來評定學生的成績，學生錯誤的實驗操作容易被忽視,甚至出現(xiàn)實驗課已經(jīng)進行了大半，個別學生的基礎(chǔ)操作(如移液管和滴定管操作)還是錯誤的現(xiàn)象，若不對實驗操作進行規(guī)范，有些學生就會帶著錯誤的知識畢業(yè).另外，幾乎沒有學生因為實驗課不及格而補考或者重修，導致部分學生只注重實驗報告的表面文章而忽略實驗教學的深層學習，更談不上提高創(chuàng)新能力，背離了實驗課開設(shè)的目的和初衷.

3 分析化學實驗改革舉措

3.1結(jié)合多媒體技術(shù)改進傳統(tǒng)教學模式，規(guī)范實驗操作分析化學實驗課在大二與分析化學理論課同時開課，當理論課上涉及到相應(yīng)實驗課內(nèi)容時，可以通過舉例子的方式將相應(yīng)實驗課的內(nèi)容在理論課上講授.目前受疫情等客觀因素的影響，需要探索線上教學和傳統(tǒng)教學相結(jié)合、優(yōu)勢互補的混合式教學[9].在“微時代”背景下可將慕課[10]、翻轉(zhuǎn)課堂[11]、微信[12]等信息化教學資源引入分析化學實驗教學過程中，更新教學觀念，拓展教學知識面維度，深化教學內(nèi)容，把教學的重點由只關(guān)注課堂向同步關(guān)注課前、課中和課后轉(zhuǎn)變，夯實知識儲備，增強實驗效果.

課前，教師首先將分析化學實驗的知識背景、應(yīng)用方向、實驗內(nèi)容、理論要點推送給學生，對實驗內(nèi)容，有針對性的設(shè)置問題，要求學生先自學，通過閱讀教材、觀看視頻資料等方式尋找答案，并通過網(wǎng)絡(luò)向?qū)W生推送知識要點和相關(guān)視頻資料，例如分析天平、移液管、容量瓶、滴定管以及科研實驗室常用的移液槍等的使用和校準等，結(jié)合多媒體技術(shù)將儀器操作的方法、重點步驟和注意事項，制作成教學視頻，保留在對學生開放的教學資料庫中.學生可以在課前提前熟悉和了解實驗器材，對操作步驟和操作手法反復觀看學習，避免在實驗過程中由于學生人數(shù)多、空間小和部分學生無法完整的觀摩教師的示范等原因造成的現(xiàn)場教學效果不佳.

課中，利用翻轉(zhuǎn)課堂，將學生人數(shù)進行4-5人一個小組劃分，引導討論，分工合作，規(guī)范實驗操作，將傳統(tǒng)的“教師講解-教師示范-學生聽”教學模式轉(zhuǎn)為“學生課前自主學習-師生課堂深度互動-師生課后互動”的新模式，這種模式可以讓師生之間有更多的時間進行交流，從而提高了學生學習的積極性、主動性，培養(yǎng)團隊意識，增強合作觀念.

課后，利用多媒體技術(shù)、QQ和微信等平臺將分析化學實驗中操作錯誤撰寫公眾號推文，進行實驗反饋，幫助學生形成反思的習慣.教師通過拍照將實驗過程中實驗操作、實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果以照片或視頻形式發(fā)布推文，激發(fā)學生的學習興趣，提升學生的創(chuàng)新能力.

3.2優(yōu)化實驗教學項目和內(nèi)容，培養(yǎng)學生的設(shè)計能力針對實驗項目和內(nèi)容更新不及時的問題，提出以下兩點解決方案：1) 開發(fā)創(chuàng)新性實驗項目.目前分析化學實驗課程內(nèi)容包括1個基本操作實驗、11個滴定定量分析(酸堿滴定、絡(luò)合滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定)、2個重量分析法實驗以及1個綜合實驗.綜合實驗為硫酸四氨合銅(II)的制備及其組成分析，學生通常只是照搬課本操作，對實驗并不會有深刻印象.化學實驗課可以將研究前沿、熱點領(lǐng)域及其應(yīng)用引入到課堂教學中，結(jié)合科研成果及學科發(fā)展動態(tài)開發(fā)探索性實驗(比如納米金或者石墨烯等材料的合成以及應(yīng)用，汗液、尿液中生物標志物的檢測)，讓學生提前查閱，引入教學，探討實驗內(nèi)容.重點加強綜合性實驗教學項目的開發(fā)與利用,引導學生獨立思考、主動探索、解決問題.2) 優(yōu)化教學內(nèi)容.為了使實驗課更加激發(fā)學生的學習興趣，教師可尋找一些貼近實際、趣味性強的案例，把它們創(chuàng)新成教學內(nèi)容，通過案例式教學讓學生主動挖掘分析化學實驗和日常生活之間的關(guān)系，促使學生主動進行創(chuàng)新；為了使實驗課更大程度上切合學生職業(yè)發(fā)展需求，教師可結(jié)合學校辦學或科研特色(如生物標志物檢測、熒光探針成像分析、橡膠檢測等)，強化學生特長的培養(yǎng)，為學生走向職場打下堅實基礎(chǔ).

3.3提高本科實驗室的利用率，共享教學資源雖然分析化學實驗課程的教學時數(shù)為75學時，但是學生一般都是匆忙完成實驗離開實驗室，課外時間以及寒暑假實驗室一般都是關(guān)閉，造成本科實驗室的利用率較低.建議除正常實驗教學時間外，其它正常上班時間可對學生開放實驗室，引導學生參與大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和挑戰(zhàn)杯等科研競賽活動，讓學生增長見識、開拓視野、拓寬思路，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高綜合能力.此外，加強與企業(yè)合作，組建校企合作團隊，形成校企聯(lián)合培養(yǎng)的合作機制，發(fā)揮高校的設(shè)備和技術(shù)優(yōu)勢，組織學生深入企業(yè)一線，開展異地教學，深刻理解產(chǎn)學研一體化的目標要求，了解企業(yè)對產(chǎn)品的需求和對專業(yè)化人才的訴求；同時，把企業(yè)生產(chǎn)流程和科研訴求帶回實驗室，利用地方資源增加特色性實驗，開發(fā)具有地方特色的實驗項目，引導學生有針對性的開展實驗，激勵學生在實驗過程中不斷探索，全面提高學生應(yīng)用型創(chuàng)新能力.

3.4科學研究在實驗教學中滲透分析化學實驗主要內(nèi)容為定量分析實驗，實驗教學中可結(jié)合分析化學科研前沿，增加綜合實驗的數(shù)量，對綜合實驗進行改進，讓學生了解科研前沿，引導學生的職業(yè)規(guī)劃.科研實力較強的教師結(jié)合自己的科研項目自行編寫實驗教材或者結(jié)合全國大學生科技創(chuàng)新競賽項目(比如合成高分子材料、納米材料和小分子熒光探針等)，提高學生解決實際問題的能力，培養(yǎng)學生的工程項目設(shè)計能力和科技創(chuàng)新能力.此外，將科研文獻檢索和科研軟件的使用引入平時的實驗課教學中，比如利用Web of science進行相關(guān)實驗內(nèi)容的檢索以及利用Origin和Chemdraw軟件處理實驗數(shù)據(jù).增加實踐參觀環(huán)節(jié).山東師范大學化學院擁有“分析化學專業(yè)有分子與納米探針教育部重點實驗室”，“山東省高?；瘜W成像功能探針協(xié)同創(chuàng)新中心”和“分子與納米探針中美合作研究中心”；青島科技大學擁有“光電傳感與生命分析教育部重點實驗室”，“橡塑材料與工程省部共建教育部重點實驗室”和“生態(tài)化工國家重點實驗室”，覆蓋了現(xiàn)代分析化學中光分析、電分析和色譜分離分析等各個領(lǐng)域.在課程結(jié)束時，充分發(fā)揮化學院分析化學的學科優(yōu)勢，讓學生參觀分析化學相關(guān)重點實驗室和了解化學院科研平臺的建設(shè)情況，鼓勵學生在本科階段積極參與科學研究.

3.5培養(yǎng)良好的教育理念，提高學生的社會責任感借助分析化學實驗課堂，從思想上培養(yǎng)學生的社會責任感、愛國主義精神與文化自信，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，增強使命擔當.在講授高錳酸鉀法測定化學耗氧量以及重鉻酸鉀法測定礦石中鐵含量時，讓學生了解環(huán)境污染的嚴重性和環(huán)境保護的重要性，倡導學生愛護環(huán)境和保護祖國的綠水青山，同時讓學生認識到分析化學專業(yè)知識可用于環(huán)境監(jiān)測，提升學習的主動性.介紹檢測方法時，讓學生了解我國在儀器上存在的“卡脖子”問題，強調(diào)科研創(chuàng)新的重要性，領(lǐng)悟工匠精神的內(nèi)涵.化學實驗課上給學生們講述一些我國分析化學領(lǐng)域的著名科學家的故事和他們在分析化學領(lǐng)域中的突出貢獻，為學生樹立良好的科學榜樣，培養(yǎng)學生的社會責任感[13,14].結(jié)合2020年新冠病毒疫情，介紹基因測序技術(shù)和熒光定量PCR試劑盒的研發(fā)及檢測原理，加深學生對科學研究的理解，培養(yǎng)學生的家國情懷和使命擔當.

4 結(jié) 語

在新冠疫情常態(tài)化對教學產(chǎn)生持續(xù)影響的形勢下，采取“參與式課堂”教學模式，把夯實學生知識基礎(chǔ)、熟練掌握操作技能和激發(fā)學生的探索精神結(jié)合起來，既充分發(fā)揮教師的引導啟發(fā)和組織監(jiān)控作用，又充分調(diào)動學生參與分析化學實驗的積極性和主動性，充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造力和想象力.同時充分利用科研優(yōu)勢，借鑒優(yōu)秀科研成果，根據(jù)課程知識的關(guān)聯(lián)性以及結(jié)合現(xiàn)代科技的發(fā)展，靈活運用線上線下教學方式，進一步優(yōu)化實驗方案，讓學生深刻理解所學知識、更好融會貫通，培養(yǎng)學生的學習能力和實踐能力.另外，在實驗過程中注重培養(yǎng)學生對分析化學的興趣，在嚴謹細致的操作中，歷練學生的工匠精神；在不斷嘗試和試錯的過程中，磨練學生的耐心和意志；從獲取實驗現(xiàn)象取得實驗成果的喜悅中，激發(fā)學生的成就感和進取心.更重要的是要將立德樹人的思想貫徹到實驗課程的每一個階段，全過程、全方位構(gòu)筑育人大格局.