應(yīng)用型工科院校分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

魏永春 鐘俊文 蔡陽(yáng)倫 李 沖 吳 靈

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院材料與環(huán)境學(xué)院，廣東 珠海 519085

在大學(xué)理工科教育中，大多數(shù)應(yīng)用型工科院校將分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)列為化工、材料、環(huán)境、生物、食品等專業(yè)的主要基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使分析檢測(cè)手段越來(lái)越豐富，而基礎(chǔ)課程授課時(shí)數(shù)的不足、學(xué)生人數(shù)的增加以及實(shí)驗(yàn)室空間的限制，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果，導(dǎo)致學(xué)生在理論知識(shí)運(yùn)用、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ?xùn)練、綜合素質(zhì)培養(yǎng)等方面存在不足。而優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段是很多高校選擇的解決途徑，也取得了良好的教學(xué)效果。我校以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，通過(guò)調(diào)查社會(huì)需求，優(yōu)化教學(xué)體系，并充分利用信息技術(shù)升級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方面做了一些有益的嘗試。

一、開展調(diào)查研究，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容

為了使教學(xué)內(nèi)容能夠聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，我們從實(shí)際應(yīng)用需求入手，分別對(duì)校內(nèi)相關(guān)專業(yè)建設(shè)需要和大灣區(qū)社會(huì)檢測(cè)機(jī)構(gòu)需求兩個(gè)方面進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，并在此基礎(chǔ)上整合教學(xué)內(nèi)容。在這次教學(xué)內(nèi)容調(diào)整中，我們把實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)和理論課學(xué)時(shí)的比例設(shè)置為1∶1，增加實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)，以強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力，落實(shí)學(xué)校應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。調(diào)整后，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇范圍相對(duì)更廣泛了。具體調(diào)整思路如下：一是整合化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)和儀器分析實(shí)驗(yàn)建設(shè)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，使學(xué)生建立起對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)性和完整性的學(xué)科認(rèn)知，避免內(nèi)容重疊和割裂，比如把標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和標(biāo)定與樣品上機(jī)測(cè)定實(shí)驗(yàn)整合為一次實(shí)驗(yàn)來(lái)完成。二是強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)和對(duì)分析測(cè)定步驟的整體把握，尤其是在樣品的前處理以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的預(yù)處理方面，要讓學(xué)生知道該怎么做分析測(cè)定，強(qiáng)化其分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作基本技能。三是選擇與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合緊密、綜合性較強(qiáng)、貼近日常生活的實(shí)驗(yàn)，比如泳池消毒劑硫酸銅的測(cè)定、自來(lái)水總硬度的測(cè)定、感冒藥中對(duì)乙酰氨基酚的測(cè)定、白酒中甲醇含量的測(cè)定等。進(jìn)行這些實(shí)際樣品的測(cè)定，可激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，鞏固學(xué)生所學(xué)知識(shí)和技能。四是分專業(yè)、分層次教學(xué)。不同專業(yè)有不同需求，要突出分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)在不同專業(yè)中的差別應(yīng)用。如各相關(guān)專業(yè)學(xué)生從紫外光譜、紅外光譜，各種類型液相、氣相，原子吸收、原子發(fā)射等項(xiàng)目中，根據(jù)專業(yè)需要選擇四個(gè)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以實(shí)驗(yàn)小組的形式深入學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了專業(yè)需求的差異性。各專業(yè)具體選做的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目見表1。

二、改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)效果

（一）利用實(shí)驗(yàn)微視頻，開展線上線下教學(xué)

互聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)中的應(yīng)用形式多種多樣，但隨著智能手機(jī)的普及，學(xué)生打開電腦的時(shí)間越來(lái)越少，使得最初的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段得不到很好的利用。近年來(lái)基于微視頻的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)效果明顯，究其原因，主要是微視頻相較于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有以下幾個(gè)突出的優(yōu)勢(shì)：一是微視頻篇幅短小。微視頻長(zhǎng)度多控制在學(xué)生注意力集中的時(shí)間范圍內(nèi)，通常只有幾分鐘，最長(zhǎng)不超過(guò)10分鐘，效率更高。二是微視頻內(nèi)容明確。每一個(gè)微視頻集中解決一個(gè)特定問(wèn)題，針對(duì)性強(qiáng)。三是微視頻進(jìn)度可控。學(xué)生可以根據(jù)自己的實(shí)際情況自行控制進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)。四是手機(jī)功能不斷增強(qiáng)，成為保障微視頻教學(xué)的有利工具。

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)突出對(duì)學(xué)生儀器操作技能的培養(yǎng)，對(duì)學(xué)生的基本操作有較高的要求。如滴定分析法中測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度要達(dá)到99%以上，這就要求學(xué)生要把操作誤差盡可能地降到最低。測(cè)定過(guò)程中對(duì)定量分析儀器，如分析天平、滴定管、移液管、吸量管、容量瓶等的使用，以及對(duì)儀器的檢漏、洗滌、裝液、滴定、讀數(shù)、半滴滴定等操作都有嚴(yán)格的要求。在課堂上，教師需要反復(fù)演示和指導(dǎo)糾錯(cuò)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力卻效果不佳。學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)時(shí)，仍舊錯(cuò)漏百出，甚至有的學(xué)生把四類滴定實(shí)驗(yàn)做完后，還是沒能掌握移液管、容量瓶等儀器的規(guī)范操作。

針對(duì)這些情況，我們把每一個(gè)滴定分析儀器的操作要點(diǎn)獨(dú)立制作成一個(gè)微視頻，時(shí)長(zhǎng)控制在5 分鐘以內(nèi)，由此構(gòu)建了一套短小精干、目標(biāo)明確的微視頻。學(xué)生課前可以先觀看微視頻，這樣到了課堂上學(xué)生的積極性與操作的規(guī)范性就會(huì)有所提高，進(jìn)而提高教學(xué)效果。

為了保證學(xué)生有良好的學(xué)習(xí)效果，要對(duì)其視頻學(xué)習(xí)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括觀看時(shí)長(zhǎng)、觀看結(jié)果、做題情況等。對(duì)于沒有達(dá)到要求的學(xué)生，教師應(yīng)及時(shí)通過(guò)QQ 等通信工具，提醒他們跟上進(jìn)度，否則不允許進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，以使線上和線下教學(xué)緊密結(jié)合。

（二）建設(shè)現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)指導(dǎo)

隨著數(shù)字化校園建設(shè)的逐步深化，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了校園的全覆蓋，智能手機(jī)也在師生中廣泛普及。智能手機(jī)不但可以播放常規(guī)的PPT、Word 和PDF 文件，還能夠輕便地完成多種電腦上的復(fù)雜操作，而且可以現(xiàn)場(chǎng)直播。無(wú)線投屏裝置的開發(fā)應(yīng)用，為突破實(shí)驗(yàn)室空間指導(dǎo)教學(xué)提供了可能。手機(jī)連接無(wú)線投屏器后，手機(jī)的屏幕就可以顯示在投影儀的屏幕上，電視機(jī)、投影儀基本都具備這樣的WiFi無(wú)線連接功能。

本校的實(shí)驗(yàn)室配置了無(wú)線投屏裝置，可利用校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，把教師的手機(jī)屏幕直接投影到大屏幕上，這樣教師在實(shí)驗(yàn)室任何角落都能夠?qū)崿F(xiàn)在線實(shí)時(shí)指導(dǎo)和示教。尤其是在大型儀器的操作演示中，教師的操作示范可以隨時(shí)投影到大屏幕上，讓離儀器較遠(yuǎn)的學(xué)生也能身臨其境。同時(shí)，手機(jī)投屏還可以隨時(shí)直播學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤，在教師的針對(duì)性指導(dǎo)下，讓犯有類似錯(cuò)誤的學(xué)生也能得到及時(shí)糾正。這樣在不耽誤實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的情況下，學(xué)生通過(guò)觀看大屏幕就可以解決問(wèn)題。另外，也可以對(duì)操作規(guī)范的學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)直播，讓其他學(xué)生進(jìn)行觀摩；還可以現(xiàn)場(chǎng)錄像制成慕課的課件，為以后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供良好的視頻素材。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的現(xiàn)代化建設(shè)，可以體現(xiàn)一個(gè)學(xué)校的現(xiàn)代化和教學(xué)思路的與時(shí)俱進(jìn)，這不但有助于學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)會(huì)選擇和使用先進(jìn)的儀器設(shè)備，還可以大大降低教師的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)效率。

（三）優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，引入朋輩學(xué)術(shù)帶頭人

教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)教學(xué)相長(zhǎng)，是教與學(xué)交往互動(dòng)，師生雙方相互交流、相互溝通、相互啟發(fā)、相互補(bǔ)充的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，教師與學(xué)生彼此間進(jìn)行情感交流，從而達(dá)成共識(shí)、共享、共進(jìn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)與共同發(fā)展。但是由于教師長(zhǎng)時(shí)間講授同一門課，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和方法已經(jīng)非常熟悉，在教學(xué)過(guò)程中很容易產(chǎn)生熟悉性忽視（指當(dāng)人們對(duì)一個(gè)事物太過(guò)于熟悉，就會(huì)大大降低對(duì)該事物的關(guān)注度，甚至忽視它的存在），這樣的教學(xué)不但無(wú)法實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)，甚至?xí)霈F(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的遺漏。

“朋輩學(xué)術(shù)帶頭人”（Peer Academic Leaders，以下簡(jiǎn)稱PAL）是指高年級(jí)的優(yōu)秀大學(xué)生，由于他們有著和新生相同的生活學(xué)習(xí)經(jīng)歷和體驗(yàn)，所以由他們來(lái)指導(dǎo)自己的學(xué)弟學(xué)妹會(huì)更加具有針對(duì)性。對(duì)于新生來(lái)說(shuō)，高年級(jí)的學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐有別于老師、專家，是和他們有著相似校園經(jīng)歷的同齡人，是可以傾訴的朋輩對(duì)象，雙方的交流方式會(huì)更加生動(dòng)、無(wú)拘無(wú)束，可讓新生在輕松的氛圍中達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

在我校教學(xué)實(shí)踐中，選拔了一些具有良好的學(xué)業(yè)成績(jī)和行為表現(xiàn)的高年級(jí)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，他們不但指導(dǎo)學(xué)生操作，糾正學(xué)生錯(cuò)誤，解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，還批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告并做出總結(jié)。教學(xué)效果表明，PAL 工作細(xì)致認(rèn)真，由于他們的加入，使得實(shí)驗(yàn)課堂氣氛活躍而有序，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情和學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能都得到了很大的提高。

（四）加強(qiáng)校企合作，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)延伸到實(shí)際工作中

從目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容來(lái)看，主要偏重于理論驗(yàn)證和規(guī)范化操作訓(xùn)練。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，嚴(yán)格按照定量要求和規(guī)定的操作步驟進(jìn)行，以達(dá)到一定的精密度和準(zhǔn)確度，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生一絲不茍的學(xué)習(xí)作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度起到了很好效果。但是在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于受課堂時(shí)間的限制，部分實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)由教師提前做好準(zhǔn)備，使得學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ貌坏匠浞值挠?xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生到了工作崗位后，遇到實(shí)際問(wèn)題時(shí)不知從何下手。例如，樣品的制備環(huán)節(jié)對(duì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性起著關(guān)鍵的作用，但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中樣品的制備常常被忽略，這樣不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ腻憻捄吞岣摺Ａ硗?，多?shù)實(shí)驗(yàn)是已知實(shí)驗(yàn)方案的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生缺乏科學(xué)的思維訓(xùn)練和創(chuàng)造性的引導(dǎo)，缺少在失敗中學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，這使得學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力得不到應(yīng)有的提高。

近年來(lái)，我校與多個(gè)企業(yè)共同組建實(shí)習(xí)實(shí)踐教學(xué)基地，這些企業(yè)中既有專門從事分析檢測(cè)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，也有研發(fā)實(shí)力雄厚的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，它們均建立了專門的分析檢測(cè)中心。其中，珠海京工檢測(cè)技術(shù)有限公司是一家專業(yè)從事環(huán)境監(jiān)測(cè)的第三方權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)，也是以我校資源為主體建立的檢測(cè)中心。經(jīng)過(guò)5 年的發(fā)展，該中心擁有高效液相色譜儀、氣相色譜儀、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、原子吸收分光光度計(jì)、原子熒光光度計(jì)、氨基酸分析儀、全自動(dòng)定氮儀等大型精密儀器，通過(guò)認(rèn)證、認(rèn)定和考核合格的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有300 多項(xiàng)，這些為我校學(xué)生的工作實(shí)習(xí)提供了很好的條件。依照本校對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)劃，學(xué)生可以進(jìn)入珠海京工檢測(cè)技術(shù)有限公司進(jìn)行專業(yè)和全真企業(yè)崗位實(shí)習(xí)，時(shí)間定在期末，歷時(shí)四周。實(shí)習(xí)期間，要求學(xué)生至少參與一個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目的全程分析，包括從采樣到檢測(cè)、記錄，再到出具報(bào)告，最后由帶教老師給出鑒定意見并納入學(xué)生這門課程的總成績(jī)。通過(guò)校企合作，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)際工作相結(jié)合，可以使學(xué)生初步掌握綜合分析實(shí)驗(yàn)的要領(lǐng)和技術(shù)，同時(shí)豐富知識(shí)，開闊視野，增強(qiáng)邏輯思維能力、解決實(shí)際問(wèn)題能力和動(dòng)手能力。同時(shí)，企業(yè)的需求反過(guò)來(lái)又能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)他們科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)作風(fēng)。

（五）開展學(xué)科競(jìng)賽，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

學(xué)科競(jìng)賽是在緊密結(jié)合課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，以競(jìng)賽的方式，通過(guò)讓學(xué)生自主選題、親自動(dòng)手和獨(dú)立研究，激發(fā)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和獨(dú)立工作的能力，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)、綜合分析能力、實(shí)際操作能力、競(jìng)爭(zhēng)與溝通能力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)和工作自信心的系列化活動(dòng)。目前我校學(xué)生可以參加的與化學(xué)相關(guān)的學(xué)科競(jìng)賽主要有這樣幾類：一是廣東省教育廳主辦的廣東省大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽；二是廣東省化學(xué)化工協(xié)會(huì)主辦的廣東省高校基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能大賽；三是我校校內(nèi)舉辦的化學(xué)實(shí)驗(yàn)大賽。

學(xué)科競(jìng)賽包括理論和實(shí)操兩個(gè)部分。理論部分涉及誤差理論、數(shù)據(jù)處理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)、電和氣的使用、重要常規(guī)化學(xué)品的安全使用、常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的使用、基本實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)等。我校組織的校內(nèi)實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)比賽，一改以往一張?jiān)嚲頉Q勝負(fù)的方式，采用了更為靈活的比賽形式，即抽簽分組比賽，設(shè)必答、搶答、實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作等環(huán)節(jié)。實(shí)操部分要求完成給定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，全面考查學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)化學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)知識(shí)解決化學(xué)實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作的規(guī)范與熟練程度，以及運(yùn)用實(shí)驗(yàn)技能和相關(guān)化學(xué)知識(shí)完成綜合實(shí)驗(yàn)的能力、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與報(bào)告撰寫能力等。比如第一屆廣東省大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽內(nèi)容之一“人造金剛石酸洗觸媒廢液回收”，要求選手從50.0 mL 人造金剛石酸洗觸媒廢液（含有Ni、Mn、Co、Fe、Cu、SO等）中提取錳與鎳，制備二氧化錳和硫酸鎳，并對(duì)這兩種產(chǎn)品進(jìn)行定性和定量分析。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容既涵蓋無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的制備操作，又包含分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的定量分析。從歷屆競(jìng)賽內(nèi)容來(lái)看，不管是考查無(wú)機(jī)化合物還是有機(jī)化合物的相關(guān)內(nèi)容，都要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制，采取化學(xué)分析和儀器分析方法進(jìn)行檢驗(yàn)。同時(shí)還注重不同課程之間的綜合交叉，既考查產(chǎn)品制備操作的連續(xù)性，又考核質(zhì)量的控制。我校學(xué)生參加了兩屆廣東省大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，一屆廣東省高?；A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能大賽，均取得了較好成績(jī)。學(xué)生參與競(jìng)賽的積極性比較高，這些為我校開展以學(xué)科競(jìng)賽為基礎(chǔ)的教學(xué)改革奠定了良好的基礎(chǔ)，搭建了檢驗(yàn)教學(xué)效果的平臺(tái)。

三、結(jié)語(yǔ)

本校以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，通過(guò)調(diào)查社會(huì)需求，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段；利用信息技術(shù)，升級(jí)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)條件；走出實(shí)驗(yàn)室，理論聯(lián)系實(shí)際；利用學(xué)科競(jìng)賽，檢驗(yàn)教學(xué)成果，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方面做了一些有益的嘗試，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，取得了較好的教學(xué)效果?！敖虒W(xué)有法，但無(wú)定法”，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革內(nèi)容豐富，需要與時(shí)俱進(jìn)，在此總結(jié)交流，以期為提高分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提供參考。