應(yīng)用型民族院校化學(xué)分析實(shí)驗教學(xué)改革*

張翠忠，連 歡， 楊 薇， 曾振芳，諸葛文鳳，黃 青，張繼艷，蔡錦源

(1 廣西民族師范學(xué)院，廣西 崇左 532200；2 廣西柳州工學(xué)院，廣西 柳州 545005)

化學(xué)是一門理論和實(shí)驗并蒂的綜合性學(xué)科，而實(shí)驗教學(xué)在化學(xué)及相關(guān)學(xué)科的人才培養(yǎng)中具有重要作用[1]。分析化學(xué)實(shí)驗是化學(xué)類專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，儀器分析的作用和地位不斷崛起[2]，分析化學(xué)實(shí)驗也被設(shè)立成兩門獨(dú)立的課程，分別是化學(xué)分析實(shí)驗和儀器分析實(shí)驗。其中，化學(xué)分析實(shí)驗在大一或大二學(xué)年開設(shè)，它的主要任務(wù)是加深學(xué)生對分析化學(xué)理論知識的理解和運(yùn)用，掌握分析實(shí)驗的基本知識和基本操作技能，為大二或大三學(xué)年開設(shè)儀器分析實(shí)驗打下扎實(shí)的定量分析基本功，以保證實(shí)驗結(jié)果的可靠性。

廣西民族師范學(xué)院是崇左地區(qū)唯一一所本科院校，學(xué)校定位為應(yīng)用型民族院校，辦學(xué)初衷是培養(yǎng)具有創(chuàng)新、實(shí)踐等能力的應(yīng)用型技術(shù)人才，為少數(shù)民族區(qū)域和地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供持續(xù)服務(wù)。然而，民族院校由于地方財政匱乏對教育教學(xué)投入少、學(xué)校實(shí)驗設(shè)備相對簡陋、學(xué)校師資力量短缺、學(xué)生生源基礎(chǔ)能力薄弱等原因，限制了教育教學(xué)改革緊跟時代互聯(lián)網(wǎng)的步伐，與發(fā)達(dá)地區(qū)的高校存在一定差距，因此，創(chuàng)新教育教學(xué)改革，尤其對實(shí)驗課程要進(jìn)行思考、設(shè)計和改革，培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新、實(shí)踐等能力的應(yīng)用型技術(shù)人才，才能與應(yīng)用型學(xué)校發(fā)展目標(biāo)相契合。

1 化學(xué)分析實(shí)驗教學(xué)中存在的問題及其原因

1.1 學(xué)生對實(shí)驗課程不夠重視，投入精力不足

我校學(xué)生大多來自廣西本地，民族生源居多，學(xué)生在初中或高中階段參與實(shí)驗練習(xí)的機(jī)會較少，一方面實(shí)驗動手能力不強(qiáng)，另一方面潛意識地賦予實(shí)驗并不重要的錯覺。例如，課前，實(shí)驗課程老師都會布置學(xué)生提前預(yù)習(xí)新內(nèi)容，并寫好預(yù)習(xí)實(shí)驗報告。雖然90%的學(xué)生都會在課前交預(yù)習(xí)實(shí)驗報告，但是幾乎一個版本，機(jī)械式照抄課本，并沒有體現(xiàn)出個性化學(xué)習(xí)特點(diǎn)。課中，學(xué)生按照課本提供的步驟和量逐步進(jìn)行，但是若實(shí)驗現(xiàn)象未出現(xiàn)或?qū)嶒灛F(xiàn)象與課本描述有差別，學(xué)生就束手無策。學(xué)生不會從個人操作的方式或速度等方面找原因，也不會考慮實(shí)驗過程中pH或溫度是否引起色變等差異，更不會思考是否是哪種反應(yīng)物引起了中間產(chǎn)物(絡(luò)合物)的生成導(dǎo)致實(shí)驗現(xiàn)象異常，故缺少分析并解決問題的意識和能力。此外對于平行實(shí)驗，有一小撮學(xué)生易受第一組數(shù)據(jù)和現(xiàn)象干擾，對于第2、3組實(shí)驗容易偷懶，在記錄和判斷過程逃不出思維定式，有時候計算出較好的重現(xiàn)性數(shù)據(jù)，但是準(zhǔn)確度并不高，也耽誤了實(shí)驗操作能力的客觀練習(xí)，故缺少實(shí)驗興趣和耐心。課后，95%學(xué)生能按時提交實(shí)驗報告，但有些實(shí)驗報告一模一樣，存在照抄嫌疑，有些學(xué)生的計算過程、結(jié)果及單位等表達(dá)不規(guī)范，故理論知識薄弱。

1.2 實(shí)驗教學(xué)和理論教學(xué)進(jìn)度不統(tǒng)一，學(xué)習(xí)熱情受到打擊

近幾年，我校人才培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱沿用以前的修訂版本，受知識模塊和實(shí)踐學(xué)時的限制，化學(xué)分析實(shí)驗32學(xué)時，而每個實(shí)驗項目占3學(xué)時，如果按照正常排課時間上課，前半學(xué)期就可以結(jié)課，而理論課共48學(xué)時，每周開展一次，一直到期末才可以結(jié)課。當(dāng)實(shí)驗老師和理論老師非同一人時，授課進(jìn)度和授課任務(wù)就很難協(xié)調(diào)，很多時候?qū)嶒炦M(jìn)度超出理論進(jìn)度。實(shí)驗老師如果花大量時間講實(shí)驗的相關(guān)理論，導(dǎo)致實(shí)驗不能在3學(xué)時內(nèi)完成，實(shí)驗老師只能化繁為簡地講相關(guān)知識點(diǎn)，但基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生對實(shí)驗原理和理論不知所云，在課后做計算處理環(huán)節(jié)無從下手，學(xué)生很難保持學(xué)習(xí)熱情，這也可能是造成部分實(shí)驗報告高度相似的原因。

1.3 評價考核體系不科學(xué)，造成學(xué)生重成績輕平時練習(xí)

我院基礎(chǔ)實(shí)驗課考核采用平時成績(30%)和期末實(shí)踐操作成績(70%)的結(jié)構(gòu)比例打分。從分值比例上體現(xiàn)出期末考試是關(guān)鍵，成績分值占比誤導(dǎo)學(xué)生在平時實(shí)驗中漫不經(jīng)心，不能嚴(yán)以律己；此外，期末考試內(nèi)容僅考操作能力，題型簡單、內(nèi)容單一、操作時限較短，這種考核體系不客觀，無法體現(xiàn)出學(xué)生對化學(xué)分析專業(yè)知識、實(shí)驗內(nèi)容、原理以及數(shù)據(jù)處理的全面性。

上述各種現(xiàn)象直接影響著教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)人才的合格情況，是我們亟待解決的問題。

2 化學(xué)分析實(shí)驗教學(xué)效果提升的改進(jìn)措施

2.1 修訂培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱，明確課程目標(biāo)要求和畢業(yè)素養(yǎng)要求

培養(yǎng)方案要立足學(xué)校的定位，行業(yè)和社會的需求，通過調(diào)研和回訪，修訂培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)大綱，使課程培養(yǎng)目標(biāo)與學(xué)生畢業(yè)所具備的能力明確化。針對我院化學(xué)分析實(shí)驗每個項目 3學(xué)時，擬調(diào)整4學(xué)時。實(shí)際教育教學(xué)中，不管授課方式是翻轉(zhuǎn)課堂還是傳統(tǒng)教師講授為主，對于理論或基礎(chǔ)知識的講解約1學(xué)時，而正式實(shí)驗得2～3學(xué)時，實(shí)驗結(jié)束，為了避免某些學(xué)生過渡依賴他人成果，要求當(dāng)堂計算實(shí)驗結(jié)果，并將計算過程寫在預(yù)習(xí)報告冊，老師檢查后方可離開實(shí)驗室。針對我院化學(xué)分析實(shí)驗項目偏驗證性實(shí)驗較多的情況，將天平的稱量、滴定的操作練習(xí)，標(biāo)液的配制這些基礎(chǔ)知識和基本功不單獨(dú)設(shè)立為實(shí)驗項目，使其穿插在其他實(shí)驗項目中，由此空出的課時可以安排少量的國標(biāo)檢測實(shí)驗，加強(qiáng)職業(yè)實(shí)踐應(yīng)用能力，力求畢業(yè)即可勝任檢測方面的工作。如pH標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液的配制(GB國家標(biāo)準(zhǔn))，EDTA滴定法測定鈷的含量(GB國家標(biāo)準(zhǔn))，乙酰丙酮分光光度法測定工業(yè)廢水中的甲醛含量(GB國家標(biāo)準(zhǔn))等。表1為修訂后的課程目標(biāo)要求和畢業(yè)素養(yǎng)要求。

表1 修訂后的課程目標(biāo)要求和畢業(yè)素養(yǎng)要求Table 1 Revised training objectives and graduation ability requirements

2.2 加強(qiáng)在線教學(xué)資源建設(shè)，設(shè)置課前準(zhǔn)備和課后提高環(huán)節(jié)，改革課中教學(xué)模式

目前市面上發(fā)展有多款智慧教學(xué)平臺，每個平臺擁有大量的優(yōu)質(zhì)在線資源，如“學(xué)堂在線+雨課堂”和“超星+學(xué)習(xí)通”等，這種平臺相互彌補(bǔ)，能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享化、校內(nèi)課堂電子化、教學(xué)活動云端化、教學(xué)過程數(shù)據(jù)化等功能[3-4]。2020年春季學(xué)期，我校將這種智能化平臺引入教學(xué)中，其中有少數(shù)教師應(yīng)用于實(shí)驗教學(xué)，不過當(dāng)時受疫情影響，只能采用完全在線教學(xué)方式授課，畢竟實(shí)驗教學(xué)貴在實(shí)踐，僅靠虛擬實(shí)驗和PPT課件等講解，并不能鍛煉學(xué)生的動手能力，教學(xué)效果沒有完全體現(xiàn)出來。結(jié)合民族院校的本土情況，對于實(shí)驗課，如化學(xué)分析實(shí)驗，可能采用線下授課為主體，線上教學(xué)為補(bǔ)充或輔助手段比較適合。因此，加強(qiáng)在線實(shí)驗教學(xué)資源建設(shè)，通過推送事先建好的實(shí)驗課程，按實(shí)驗項目推送相關(guān)資料和下放任務(wù)點(diǎn)，提倡課前任務(wù)式預(yù)習(xí)和課后實(shí)驗報告的原創(chuàng)性；課中以翻轉(zhuǎn)課堂為教學(xué)方法進(jìn)行授課[5]，以老師為授課中心的模式逐漸過渡到以學(xué)生為主導(dǎo)，給予每個學(xué)生一定的學(xué)習(xí)壓力，促進(jìn)生生互動、鍛煉語言表達(dá)能力，刺激學(xué)生有目的、有質(zhì)量地完成任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。如圖1所示，為教學(xué)活動實(shí)施環(huán)節(jié)，根據(jù)實(shí)際情況，可以參考和靈活調(diào)整。

圖1 教學(xué)活動實(shí)施環(huán)節(jié)Fig.1 Implementation link of teaching activities

2.3 增加設(shè)計性實(shí)驗，選修綜合性實(shí)驗，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和對學(xué)科交叉性知識的應(yīng)用能力

完善教學(xué)大綱，增加設(shè)計性實(shí)驗，如葡萄糖酸鈣口服液含量的測定，學(xué)生掌握基本理論和方法后，可以靈活選擇氧化還原滴定和絡(luò)合滴定法，設(shè)計檢測方案測定鈣含量。此外，鐵礦石中全鐵含量的測定，維生素C制劑及果蔬中抗壞血酸含量的測定，植物或肥料中鉀含量的測定，使用不同的實(shí)驗原理和實(shí)驗方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。設(shè)置綜合性實(shí)驗，供部分有興趣的學(xué)生做探究性研究，不是必要的任務(wù)項目，通過無機(jī)、有機(jī)的前制備/前處理過程與后續(xù)分析任務(wù)銜接，主要鍛煉學(xué)生的學(xué)科交叉理解能力和應(yīng)用能力。如室內(nèi)空氣中甲醛含量的測定，蔬菜中天然色素的提取和薄層色譜分離，微波輔助萃取-分光光度法測定銀杏葉中總黃酮等。

2.4 培養(yǎng)良好的實(shí)驗室工作習(xí)慣和科學(xué)態(tài)度，加強(qiáng)學(xué)生的安全意識、環(huán)保意識和科學(xué)意識

分析測試要求工作人員具備扎實(shí)的分析化學(xué)實(shí)驗基本知識與技能，如常用試劑的規(guī)格及試劑的使用和保存、分析天平及其稱量方法、滴定管及其滴定分析基本操作、移液管/吸量管的正確使用、重量分析基本操作以及量具的校正等，樹立正確的科學(xué)態(tài)度，提高嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)意識。此外，專項學(xué)習(xí)和測試實(shí)驗室安全知識，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識；本著節(jié)能減排、厲行節(jié)約的原則，合理使用實(shí)驗蒸餾水/自來水、藥品/試劑用量，實(shí)驗結(jié)束后回收未被污染的試劑，正確處理實(shí)驗垃圾、固廢-液廢的排放，培養(yǎng)良好的環(huán)保意識。

2.5 優(yōu)化評價體系，科學(xué)性打分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力

鑒于當(dāng)前的考核方式和考核體系得出成績的不客觀和不全面現(xiàn)象，故建立全過程、多層次考核評價體系，注重學(xué)習(xí)過程的考核并加大平時學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)的分值比(60%)，降低期末總成績分值比(40%)。平時成績包括視頻觀看(5%)、小結(jié)測試題(5%)、預(yù)習(xí)實(shí)驗報告成績(10%)、正式實(shí)驗報告成績(10%)、課堂表現(xiàn)+學(xué)生授課+成果展示+學(xué)生互動/互評(20%)、資料查閱(5%)、考勤(5%)。平時成績通多分層次/多環(huán)節(jié)約束，使學(xué)生逐漸明白“冰凍三尺非一日之寒”的思政理念，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。期末總成績分值比(40%)包括理論試卷分值比(15%)和實(shí)踐考試分值比(25%)，其中理論采用定時在線考核提交，實(shí)踐設(shè)置考場，學(xué)生從3個備選實(shí)驗試題中抽題，老師隨機(jī)叫號進(jìn)入對應(yīng)的考場，考試結(jié)束現(xiàn)場計算實(shí)驗結(jié)果并提交紙質(zhì)版試卷，老師現(xiàn)場打分。期末考試增加基礎(chǔ)知識考試，加強(qiáng)學(xué)生對基礎(chǔ)知識、安全知識、環(huán)保知識、理論知識等方面的復(fù)習(xí)和鞏固，實(shí)踐考試考核了學(xué)生通過一學(xué)期的練習(xí)，是否掌握了相關(guān)儀器的操作要領(lǐng)、實(shí)驗原理、實(shí)驗現(xiàn)象、實(shí)驗結(jié)果的計算等化學(xué)分析方面的能力。使得學(xué)習(xí)成績的組成更全面，科學(xué)地考察學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3 結(jié) 語

化學(xué)分析實(shí)驗是一門重要的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)踐課程，目的是傳授化學(xué)知識和基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗操作技能，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗作風(fēng)、科學(xué)觀念和數(shù)據(jù)處理能力，鍛煉滿足業(yè)務(wù)需要的文字表達(dá)能力和語言表達(dá)能力，樹立珍愛生命和財產(chǎn)的安全意識，節(jié)能減排的環(huán)保意識，實(shí)驗試劑的節(jié)約使用意識。教學(xué)通過線上教學(xué)資源加強(qiáng)有效預(yù)習(xí)，通過課后提高環(huán)節(jié)拓展個性化能力，通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法改革傳統(tǒng)授課模式，加強(qiáng)學(xué)生主導(dǎo)的上課方式，以全過程、多層次培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提升學(xué)生動手和動腦能力。