“三位一體”助力分析化學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)類課程的改革

林天然，侯麗，董家新，葉芳貴，田建裊，張亮亮，趙書林，邱建華，沈星燦

廣西師范大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)校教學(xué)工作的重要組成部分，是深化課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生獲取、掌握知識(shí)的重要途徑[1]。如何深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，構(gòu)建新形勢下創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，是高等教育教學(xué)改革的重要課題，已成為教育工作者關(guān)注的重點(diǎn)。特別是在卓越教師培養(yǎng)計(jì)劃2.0與基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃2.0的號(hào)召下，依據(jù)“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的卓越教師培養(yǎng)目標(biāo)，如何加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc創(chuàng)新能力是實(shí)驗(yàn)類課程迫切需要達(dá)到的目標(biāo)之一[1-5]。

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)與藥物分析實(shí)驗(yàn)是專業(yè)課分析化學(xué)與藥物分析的配套實(shí)驗(yàn)課程。兩門實(shí)驗(yàn)課既有區(qū)別又有聯(lián)系。區(qū)別主要是參與的學(xué)生主體和研究的對(duì)象不同，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)專業(yè)學(xué)生課程，側(cè)重于常用的滴定分析方法應(yīng)用；而藥物分析實(shí)驗(yàn)主要是制藥工程類學(xué)生課程，藥物分析的研究對(duì)象偏向于藥物，側(cè)重于掌握常用的藥物鑒別、檢查和含量測定方法的原理和實(shí)驗(yàn)操作技能。共同點(diǎn)是都需要熟悉常見的分析化學(xué)理論，正確和較熟練地掌握稱量、移液、滴定分析等基本操作技能和基本知識(shí)，提高觀察、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的工作作風(fēng)和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，樹立嚴(yán)格的“量”的概念，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和未來從事科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)主要是培養(yǎng)學(xué)生的高階實(shí)驗(yàn)技能以及發(fā)現(xiàn)問題、綜合分析問題和解決問題的能力。我校獨(dú)秀班率先開設(shè)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，目前正在向其他化學(xué)專業(yè)的學(xué)生普及。這三類實(shí)驗(yàn)課程都與分析化學(xué)相關(guān)，雖然具有各自的課程目標(biāo)以及課程內(nèi)容，但是課程之間是存在關(guān)聯(lián)性、相輔相成的。目前，通過系統(tǒng)地分析這三類課程之間的聯(lián)系、尋找個(gè)性與共性問題進(jìn)行探索與改革以提高卓越人才培養(yǎng)水平的研究，鮮有報(bào)道。

1 分析化學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)類課程存在的教學(xué)問題分析

在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)存在以下問題，主要表現(xiàn)在：(1) 不同專業(yè)的學(xué)生在對(duì)玻璃器皿的操作手法上存在明顯差異，特別是制藥工程類學(xué)生；(2) 操作正確的不同專業(yè)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和處理方式也不一樣，特別是在對(duì)量的概念上存在差異性；(3) 學(xué)生缺少對(duì)常用數(shù)據(jù)處理軟件的使用；(4) 學(xué)生對(duì)大型儀器的使用較為陌生；(5) 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)起到的訓(xùn)練效果有待提高；(6) 學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)成績評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)難以充分考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新能力。

造成上述問題的原因主要有以下幾個(gè)方面：其一，各個(gè)實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)內(nèi)容如分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)和藥物分析實(shí)驗(yàn)交叉內(nèi)容較少，而實(shí)際上這兩門課同屬于分析化學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，之間的聯(lián)系較為廣泛，而藥物分析實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生沒有學(xué)過分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的基本操作練習(xí)，導(dǎo)致藥物分析課程的學(xué)生在分析相關(guān)的一般操作和數(shù)據(jù)處理上存在能力的不足。其二，大型儀器的數(shù)量較少，課時(shí)有限，而且每組學(xué)生較多，難以做到每位學(xué)生都有實(shí)操機(jī)會(huì)。其三，創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和訓(xùn)練效果有待提高，比如有些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)上擁有較多信息資源使得學(xué)生缺少主動(dòng)思考與設(shè)計(jì)。其四，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)上不合理。當(dāng)前對(duì)實(shí)驗(yàn)的考核內(nèi)容主要包括平時(shí)成績與期末筆試考核，而平時(shí)成績主要看實(shí)驗(yàn)報(bào)告，相對(duì)于其他的科學(xué)素養(yǎng)比如創(chuàng)新性能力的評(píng)價(jià)較少。其五，綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是另外兩門實(shí)驗(yàn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)以及科研型實(shí)驗(yàn)的橋梁，但在具體教學(xué)內(nèi)容上如何與畢業(yè)設(shè)計(jì)和科研前沿接軌以及彌補(bǔ)現(xiàn)有分析化學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)存在的不足，是需要思考的重要問題。

2 “三位一體”助力分析化學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)類課程的改革

鑒于此，我們從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與內(nèi)容的修訂、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革、實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等方面，進(jìn)行分析化學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與完善。通過分析化學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)類課程的改革，可以優(yōu)化我?；瘜W(xué)類和制藥工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)體系，提高學(xué)生的基本科研素質(zhì)與創(chuàng)新能力，提升我院學(xué)生的綜合培養(yǎng)質(zhì)量，進(jìn)而提高學(xué)生的就業(yè)能力，為廣西醫(yī)藥創(chuàng)新大背景下各類型藥物相關(guān)企業(yè)以及相關(guān)院校輸送優(yōu)秀的工作人員和卓越教師。

2.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與內(nèi)容的修訂

通過對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容進(jìn)行充分調(diào)研和討論的基礎(chǔ)上，對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課中考查目標(biāo)相似的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行精簡，刪除“食用醋總酸度的測定”和“混合液中Bi3+、Fe3+濃度的測定”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。在藥物分析實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容中增加分析化學(xué)相關(guān)的稱量、移液、滴定等基礎(chǔ)操作練習(xí)與有效數(shù)據(jù)處理練習(xí)，同時(shí)加大實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的力度與管理，加強(qiáng)與虛擬仿真教學(xué)的結(jié)合，豐富虛擬仿真平臺(tái)中分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)以及藥物分析實(shí)驗(yàn)用到的大型儀器項(xiàng)目，如高效液相色譜儀、紫外-可見分光光度計(jì)等，使學(xué)生在條件不足的情況下也能對(duì)儀器的操作有更深刻的了解。優(yōu)化綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程，服務(wù)學(xué)院各專業(yè)的本科生，通過與不同專業(yè)教師(有機(jī)、無機(jī)、物化、分析)合作，指導(dǎo)學(xué)生完成一個(gè)從合成、表征、應(yīng)用及分析一體化的實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。在綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程中，改變教學(xué)模式，由教師布置任務(wù)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)框架，學(xué)生查找相關(guān)文獻(xiàn)信息，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，課上再由教師分析實(shí)驗(yàn)方案可行性，做實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)的同時(shí)邊分析、邊學(xué)會(huì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，改變填鴨式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化為實(shí)驗(yàn)背景前言介紹、材料合成及其表征、分析方法的構(gòu)建及其應(yīng)用、大型儀器使用及數(shù)據(jù)分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析和論文格式撰寫輔導(dǎo)。其中，還有包含數(shù)據(jù)處理方法的學(xué)習(xí)、論文格式撰寫輔導(dǎo)、文獻(xiàn)搜索指導(dǎo)和文獻(xiàn)分組競賽搜索。由學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)到的數(shù)據(jù)處理方法，如熒光儀與粉末衍射儀的數(shù)據(jù)輸出、導(dǎo)入Origin作圖軟件、橫縱坐標(biāo)的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的誤差分析等。通過不同學(xué)生將所學(xué)儀器的處理方法進(jìn)行在線共享，提高學(xué)生處理數(shù)據(jù)的能力。文獻(xiàn)搜索指導(dǎo)，重點(diǎn)介紹常用的中文和英文數(shù)據(jù)庫，演示英文文獻(xiàn)的查找過程。文獻(xiàn)分組競賽搜索是由教師提供與所設(shè)計(jì)課題相關(guān)的文獻(xiàn)清單，學(xué)生分組競賽完成相關(guān)文獻(xiàn)的查詢和下載。學(xué)生通過閱讀與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的文獻(xiàn)，對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，撰寫實(shí)驗(yàn)論文。通過對(duì)這三類分析相關(guān)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革，使得這三類實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)目標(biāo)得到了融合貫通。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革

2.2.1 加強(qiáng)創(chuàng)新能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)

在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程中，除了講授實(shí)驗(yàn)教材的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容外，在實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)過程中也插入了一些生活中遇到的實(shí)際問題，如漓江水質(zhì)含氧量分析、葡萄酒中抗氧化劑亞硫酸鈉含量的分析等，讓學(xué)生們了解到實(shí)驗(yàn)課所學(xué)到的內(nèi)容不僅可用于單一目標(biāo)物檢測，也可實(shí)現(xiàn)快速、靈敏和準(zhǔn)確檢測生活中的其他常見物質(zhì)，增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)類課程的興趣，拓展實(shí)驗(yàn)課程在實(shí)際生活中的應(yīng)用。此外，在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)結(jié)束后，面向本科生開放科研實(shí)驗(yàn)室，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新樂趣，明確自身的發(fā)展方向，并指導(dǎo)學(xué)生參加“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)科研訓(xùn)練”“全國高等師范院校大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請賽”“挑戰(zhàn)杯大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽”“‘國藥工程-東富龍杯’全國大學(xué)生制藥工程設(shè)計(jì)競賽”“廣西高校大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競賽”等并取得優(yōu)異的成績。2020屆廣西師范大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)學(xué)院畢業(yè)生總數(shù)約250人，在其中31位校級(jí)優(yōu)秀大學(xué)畢業(yè)生中就有14位學(xué)生參加過分析化學(xué)相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)邀請賽以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽。學(xué)生在參加比賽的過程中，創(chuàng)新能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力也得到了培養(yǎng)。以挑戰(zhàn)杯比賽為例，首先給學(xué)生布置一些科研實(shí)驗(yàn)拓展類課題，指導(dǎo)幾位本科生同學(xué)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，利用空余時(shí)間查閱相關(guān)文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)方案、聯(lián)系廠家、購買藥品、分組實(shí)驗(yàn)以及總結(jié)匯報(bào)等，充分調(diào)動(dòng)組內(nèi)同學(xué)的分工協(xié)作關(guān)系，從而增加實(shí)驗(yàn)類課程的趣味性，使學(xué)生學(xué)會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)和獲取知識(shí)，提高他們數(shù)據(jù)收集以及分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力；學(xué)生考查所設(shè)計(jì)的方案在實(shí)際生活中的應(yīng)用，總結(jié)成果，申請了專利和軟件，并參加了廣西的區(qū)級(jí)挑戰(zhàn)杯比賽，獲得了區(qū)級(jí)特等獎(jiǎng)的好成績，實(shí)驗(yàn)成果發(fā)表在國際著名期刊Biosensors and Bioelectronics上，并且學(xué)生還將整個(gè)競賽過程以及心得體會(huì)進(jìn)行總結(jié)并發(fā)表于國內(nèi)著名教學(xué)類期刊《大學(xué)化學(xué)》[6]。學(xué)生反映通過參加這些課外科研訓(xùn)練，不僅提高了科研創(chuàng)新能力，而且也增強(qiáng)了做科研的自信心，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作與多學(xué)科交叉融合能力以及勇于改變現(xiàn)狀、勇于創(chuàng)新、勇于實(shí)踐的寶貴精神[6]。同時(shí)，這些成功的科研競賽項(xiàng)目也具有極大的示范性作用，激勵(lì)了下一屆的學(xué)生積極參加專業(yè)競賽。

2.2.2 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與虛擬仿真教學(xué)以及課外實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的結(jié)合

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)或是藥物分析實(shí)驗(yàn)都會(huì)用到一些大型儀器，如高效液相色譜儀、紫外-可見分光光度計(jì)等。目前，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在儀器操作和數(shù)據(jù)分析能力脫節(jié)的情況，大部分學(xué)生可能會(huì)操作，但是不會(huì)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，而有些學(xué)生甚至沒能實(shí)際操作大型儀器。因此，為了讓制藥工程專業(yè)的學(xué)生能夠多接觸以后工作后會(huì)經(jīng)常用到的大型儀器，學(xué)院組建了色譜分析實(shí)驗(yàn)室，增加了色譜儀器數(shù)量，使得人均儀器數(shù)目比例由1比20提高到1比4，提高了學(xué)生的色譜儀器操作與數(shù)據(jù)分析能力，提升了學(xué)生的就業(yè)能力。在學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件許可的情況下，也加強(qiáng)了理論教學(xué)與虛擬仿真教學(xué)的結(jié)合，豐富了我院虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室模擬儀器的裝置和檢測過程以及平時(shí)的線上考核，加深學(xué)生的印象和理解。但是，仍然有較多大型儀器存在套數(shù)不足的情況，特別是一些科研類相關(guān)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)的大型儀器，如透射電鏡、掃描電鏡、光電子能譜儀等。因此，在此類情況下，我們通過優(yōu)化綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，鼓勵(lì)多位學(xué)院教師共同參與，提供操作平臺(tái)，擬定與科研相關(guān)的研究類課題，學(xué)生根據(jù)個(gè)人愛好，選擇相應(yīng)的教師和課題并開展進(jìn)一步研究，在研究過程中不但可以接觸這些大型科研儀器，還可以得到科研相關(guān)的數(shù)據(jù)分析處理和論文寫作鍛煉，解決了學(xué)生想學(xué)習(xí)大型儀器但又接觸不到的問題，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和科研工作順利開展架設(shè)了橋梁。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

盡管部分學(xué)生的期末實(shí)驗(yàn)課總成績很高，但是在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)卻并沒有體現(xiàn)出相關(guān)的優(yōu)勢，欠缺發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。因此，對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系進(jìn)行改革，新評(píng)價(jià)體系由7部分組成，優(yōu)化了各部分的考核細(xì)節(jié)，確定了各部分最終占實(shí)驗(yàn)成績的比例：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)(占比10%)，實(shí)驗(yàn)操作(占比30%)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果(占比5%)，實(shí)驗(yàn)安全和衛(wèi)生(占比5%)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告(占比5%)，實(shí)驗(yàn)小結(jié)(占比5%，實(shí)驗(yàn)小結(jié)為每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后學(xué)生就本次實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容展開分析討論總結(jié))、期末考試(占比40%)，各項(xiàng)成績和總成績均以百分制計(jì)算。在這一評(píng)價(jià)體系中，提高了對(duì)創(chuàng)新能力和綜合能力的考查比例，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)小結(jié)評(píng)分，提高了反思能力的權(quán)重，同時(shí)兼顧了其他科學(xué)素養(yǎng)的考評(píng)如實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的思考部分等。此外，鼓勵(lì)學(xué)生參加科研類項(xiàng)目的訓(xùn)練和專業(yè)競賽。學(xué)生通過訓(xùn)練或參賽不僅可以提高創(chuàng)新能力與實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，提高自身的綜合素質(zhì)，同時(shí)，參與競賽的獲獎(jiǎng)等級(jí)和數(shù)目可以作為評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)效果好壞的體現(xiàn)。參加競賽獲得的成績不僅可以依據(jù)學(xué)校制定的學(xué)分轉(zhuǎn)換規(guī)定轉(zhuǎn)換成相應(yīng)學(xué)分，而且也從側(cè)面反映了學(xué)生綜合實(shí)踐能力的提升。因此，多種形式的考查方式有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生的創(chuàng)造性，促進(jìn)培養(yǎng)良好科學(xué)素養(yǎng)的卓越人才。

4 結(jié)語

從卓越人才培養(yǎng)要求出發(fā)，綜合考慮了藥物分析實(shí)驗(yàn)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)和綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、教學(xué)過程以及評(píng)價(jià)體系存在的不足，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容與評(píng)價(jià)體系，使得分析化學(xué)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程融會(huì)貫通，優(yōu)勢互補(bǔ)，使學(xué)生能夠有機(jī)會(huì)使用更多的科研設(shè)備，得到更全面的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力與科學(xué)素養(yǎng)得到全面提高。研究成果不僅可用于化學(xué)和制藥工程專業(yè)本科生的實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)環(huán)節(jié)，也可以推廣到其他實(shí)踐類課程。