高校工科專業(yè)分析化學(xué)教學(xué)改革及實踐研究

關(guān)淑霞，王歡，張志秋，李海燕，張梅

（東北石油大學(xué)，黑龍江大慶 163318）

工科專業(yè)分析化學(xué)包括：生物工程、環(huán)境工程、化學(xué)工程與工藝等公共課，在教學(xué)設(shè)計過程中主要以分析化學(xué)基本理論為基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)過程中的主要工藝，引導(dǎo)學(xué)生深入理解生活與工作過程中常見的化學(xué)分析檢驗方法。傳統(tǒng)的分析化學(xué)課程教學(xué)過于強調(diào)教學(xué)內(nèi)容的主觀記憶，所采用的教學(xué)方法過于陳舊，學(xué)生無法將工科專業(yè)內(nèi)容與理論實際相結(jié)合，因此在教學(xué)設(shè)計階段，需要強化學(xué)生對化學(xué)化工生產(chǎn)的研究與開發(fā)，對實際生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行重新設(shè)計，加強化學(xué)化工生產(chǎn)的運行管理質(zhì)量，提高學(xué)生的專業(yè)能力和科學(xué)素養(yǎng)。

1 高校工科專業(yè)分析化學(xué)課程教學(xué)改革的重要性

1.1 分析化學(xué)課程教學(xué)改革推動工科發(fā)展

化工生物技術(shù)、環(huán)境建設(shè)都是工科專業(yè)的重要組成內(nèi)容，分析化學(xué)的基礎(chǔ)理論以及相關(guān)技術(shù)手段的教學(xué)創(chuàng)新，能夠推動工科專業(yè)內(nèi)容的發(fā)展。傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計方式過于單一，教師只是通過一些文字描述主要內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生自主分析重難點知識。但傳統(tǒng)的分析檢測手段過于陳舊，得到的實驗結(jié)果缺乏精準性，導(dǎo)致人們對工科專業(yè)知識內(nèi)容認識不足，工科專業(yè)的發(fā)展停滯不前。例如：在水質(zhì)科學(xué)教學(xué)工作開展過程中，人們常常通過化學(xué)需氧量、氨氮以及懸浮固體等數(shù)據(jù)的測量，對水體特征進行充分描述，但隨著近年來水污染日益嚴重，在工業(yè)發(fā)展的過程中眾多具有持久性特征的有機污染物進入到人們賴以生存的水源中，傳統(tǒng)的水質(zhì)檢測手段已經(jīng)無法保障水體監(jiān)測結(jié)果的精準性，不利于水環(huán)境保護工作的開展。

教師在教學(xué)設(shè)計階段，需要結(jié)合現(xiàn)在常用的水質(zhì)檢測手段，對教學(xué)流程進行綜合指導(dǎo)。色譜與分光等儀器在水質(zhì)分析過程中的應(yīng)用，取得了良好應(yīng)用成效，目前該理論和技術(shù)得到了迅速發(fā)展，已經(jīng)成為重要的水質(zhì)檢測手段[1,2]。色譜與分光等分離檢測手段能夠在水質(zhì)科學(xué)教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生逐一鑒別和分析水中所含有的有機或無機污染物成分，并根據(jù)最終的分析結(jié)果選擇科學(xué)合理的水處理技術(shù)，分析檢測技術(shù)的進一步發(fā)展，為水質(zhì)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。由此可見，分析化學(xué)課程教學(xué)改革有利于推動工科的發(fā)展，目前生物技術(shù)、PCR技術(shù)等先進分析方式在工科專業(yè)中的有效應(yīng)用，有利于加快環(huán)境建設(shè)，提高化工專業(yè)實踐教學(xué)質(zhì)量。

1.2 分析化學(xué)課程教學(xué)改革提高知識應(yīng)用的熟練度

化學(xué)工科主要通過傳質(zhì)與分離等技術(shù)手段，提高化學(xué)物質(zhì)的制造質(zhì)量，促進化學(xué)工科的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，生物技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展首先需要進行工程手段改良，合理應(yīng)用生物產(chǎn)品[3]。在環(huán)境科學(xué)知識學(xué)習(xí)的過程中，想要通過不同類型的分析技術(shù)手段，結(jié)合當(dāng)前人類生存環(huán)境的整體質(zhì)量，探究改善人類生存環(huán)境的重要途徑，工科專業(yè)結(jié)合不同領(lǐng)域的研究目標(biāo)，通過實踐教學(xué)流程的合理設(shè)置，實現(xiàn)對工科整體知識的充分掌握[4]。教師做好分析化學(xué)知識的綜合指導(dǎo)，全面提高工科專業(yè)學(xué)生分析化學(xué)知識應(yīng)用的熟練度，加強學(xué)生對傳質(zhì)與分離等基礎(chǔ)課程的充分了解，在基本數(shù)據(jù)設(shè)計階段，結(jié)合實際測定流程，探究分析化學(xué)技能的不足之處。一部分工科專業(yè)知識內(nèi)容具有生物與環(huán)境交叉性融合的發(fā)展特點，一些學(xué)生不具備非化學(xué)專業(yè)背景，導(dǎo)致其在分析技術(shù)學(xué)習(xí)的過程中對實驗流程有一定限制。

例如：在氣相色譜、液相色譜等實踐應(yīng)用分析的過程中，對分析化學(xué)知識以及基礎(chǔ)實驗技能的掌握不足，實驗設(shè)計流程有待完善，在教學(xué)實踐工作開展的過程中，注重學(xué)生分析化學(xué)理論與實踐技能的培養(yǎng)，設(shè)立實驗技能培訓(xùn)環(huán)節(jié)，將優(yōu)秀的實驗案例作為輔助教學(xué)工具，加強學(xué)生對分析化學(xué)儀器結(jié)構(gòu)以及基礎(chǔ)原理知識的掌握。大多數(shù)的實驗設(shè)計都需要參照基本原理，實驗項目之間相互獨立，只有加強學(xué)生對分析化學(xué)基礎(chǔ)理論和實驗技術(shù)的掌握，才能夠全面提高個人獨立實驗?zāi)芰?，滿足素質(zhì)教育背景下對專業(yè)技能人才的根本需求。

2 高校工科專業(yè)分析化學(xué)課程實踐教學(xué)改革

2.1 教學(xué)方法改革

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在我國教育教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的多媒體教學(xué)方式，能夠在實踐過程中營造一個良好的分析環(huán)境[5]。通過視頻、動畫的演示方式，在學(xué)生面前直觀地展示重難點教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生主動分析化學(xué)實驗中立體形象的操作過程，以多媒體實驗視頻代替教師的傳統(tǒng)演示，能夠節(jié)約教師的教學(xué)講解時間，解決因?qū)W生人數(shù)多無法清晰觀察實驗流程的問題。將課堂大量時間用來進行學(xué)生自主實驗，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，主動進行分析化學(xué)實驗，在實驗過程中教師起到良好的輔助性作用，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的操作規(guī)范，堅持以學(xué)生為主體，要求學(xué)生能夠精準熟練地掌握實驗藥劑輸入量，制定出合理的溶液配置方案，實現(xiàn)精準取量。將課堂實驗過程中所涉及的多項數(shù)據(jù)參數(shù)完整地記錄下來，為今后的分析化學(xué)實驗探究奠定有力基礎(chǔ)，在分析化學(xué)實驗過程中，鼓勵學(xué)生自主運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)處理龐大的實驗數(shù)據(jù)，取得高精準度、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)處理結(jié)果。全面提高學(xué)生的計算機應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀的科研素養(yǎng)，學(xué)生能夠針對多種類型的實踐內(nèi)容，編寫完整的網(wǎng)絡(luò)計算程序，將得到的實驗數(shù)據(jù)輸入計算機平臺，在短時間內(nèi)計算出誤差較小的實驗結(jié)果，建立動態(tài)化實驗流程，學(xué)生能夠結(jié)合分析化學(xué)的主要內(nèi)容，形成多樣化的實驗探究思路。

例如：在“鄰二氮雜菲分光光度法檢測鐵”的實驗教學(xué)工作開展過程中，需要引導(dǎo)學(xué)生掌握可見分光光度計儀器的使用方法，學(xué)生能夠結(jié)合不同濃度的測量標(biāo)準曲線，列出相關(guān)系數(shù)與濃度的計算方程式。在儀器分析實驗的過程中，要逐步調(diào)整實驗數(shù)據(jù)，增加儀器分析實驗在課堂中的比重，充分發(fā)揮實驗室中大型儀器的演示作用，提高學(xué)生對分析化學(xué)實驗的探究興趣。

2.2 教學(xué)內(nèi)容改革

分析化學(xué)課程教學(xué)改革中需要做好教學(xué)內(nèi)容的安排，保證教學(xué)時間的緊湊性，全面提高課堂教學(xué)質(zhì)量，在有限的時間內(nèi)完成實踐教學(xué)內(nèi)容，全面提高教學(xué)效果，分析化學(xué)課程實踐教學(xué)內(nèi)容的跨度較大，與理論課程相比，需要經(jīng)過一個月左右的理論授課，才能夠順利完成實踐分析[6]。當(dāng)學(xué)生進入到全新的思維環(huán)境下，無法保證理論與實踐知識的同步性，逐漸喪失理論的指導(dǎo)作用，學(xué)生在實驗過程中難以發(fā)揮出現(xiàn)有的學(xué)習(xí)水準。分析化學(xué)實驗有著明確的操作規(guī)范，要求分析化學(xué)課程教育工作者得到精準的分析結(jié)果，為后續(xù)工作開展奠定基礎(chǔ)，因此，在教學(xué)內(nèi)容改革階段，需要在多元化實驗活動開展前，引導(dǎo)學(xué)生自主完成基礎(chǔ)理論訓(xùn)練。堅持理論與實踐相結(jié)合的教育原則，學(xué)生能夠熟練地運用分析化學(xué)實驗儀器，明確實驗報告的編輯流程，提取出各單元的實驗教學(xué)內(nèi)容，建立分析化學(xué)課程框架，與工作過程中的各項實際操作案例相結(jié)合。遵循綜合性實驗原理，促進各學(xué)科的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，改善現(xiàn)有的工科院校實驗環(huán)境，采用新型實驗儀器，大力推廣素質(zhì)教育，在完成基礎(chǔ)性實驗的過程中，通過教師的適當(dāng)引導(dǎo)，要求學(xué)生投入到綜合性實驗分析中，將課內(nèi)知識與課外實踐資源相結(jié)合。在單元結(jié)束階段檢驗學(xué)生的實驗操作能力，了解學(xué)生的實踐水平，要求學(xué)生在問題解決與分析的過程中，提高自身的綜合素養(yǎng)。綜合性實驗選擇要貼近學(xué)生的實際生活，例如：“茶葉微量元素鑒定與測量”實驗教學(xué)主題，學(xué)生在實驗過程中所采用的實驗材料價格低廉，不會對整體環(huán)境造成污染，并與實際生活具有密切聯(lián)系，是不可多得的優(yōu)秀實驗素材。

2.3 教學(xué)實踐改革

為了在教學(xué)設(shè)計過程中培養(yǎng)學(xué)生的自主操作能力，需要為學(xué)生打造一個良好的實驗環(huán)境，建設(shè)開放性的實驗室，選擇與學(xué)生實際生活緊密相連的實驗課題，要求學(xué)生充分運用基礎(chǔ)知識理論和操作技能，完成實驗要求，提高學(xué)生的實驗分析能力。開放性實驗過程是分析與檢測的重要環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠從中感受到基礎(chǔ)知識對實踐問題解決的重要性，低年級學(xué)生作為開放性實驗的主要項目對象。通過學(xué)生培養(yǎng)，將一部分表現(xiàn)優(yōu)異學(xué)生作為實驗榜樣，在今后的實驗過程中引導(dǎo)其他學(xué)生掌握正確的實驗思路，減輕教師的教學(xué)負擔(dān)，激發(fā)學(xué)生參與分析化學(xué)實驗的積極性，營造一個開放的實驗氛圍。開放性的實驗內(nèi)容要在整體教學(xué)規(guī)劃之外，實現(xiàn)對教學(xué)內(nèi)容的延伸與提高，保障學(xué)生的主體地位，通過教師的啟發(fā)引導(dǎo)，建立開放性的實驗項目，學(xué)生通過自主操作主動進行實驗課題資料查找，設(shè)計出科學(xué)合理的實驗方案。整個實驗過程中學(xué)生處于主體地位，教師處于教學(xué)引導(dǎo)地位，實驗室是學(xué)生創(chuàng)新能力、自主操作能力培養(yǎng)的主要場所，當(dāng)前所開展的分析化學(xué)實驗內(nèi)容，主要以基礎(chǔ)原理為核心，通過反復(fù)實踐對最終實驗結(jié)果進行驗證。學(xué)生按照教師設(shè)計好的實驗流程完成實驗步驟，缺乏自主思考的空間，因此，需要創(chuàng)新傳統(tǒng)的教學(xué)課題，結(jié)合當(dāng)前的教學(xué)改革趨勢，賦予實驗室更多的教育職能，在開放性實驗中要求學(xué)生做好實驗準備，制定出科學(xué)合理的實驗方案，融入基礎(chǔ)實驗原理，熟練地使用各項實驗儀器完成實驗結(jié)果計算。

2.4 考核制度改革

課堂教學(xué)考核制度的改革與創(chuàng)新，主要目的是充分了解當(dāng)前學(xué)生的知識接受情況以及整體文化素養(yǎng)，其中實踐課程的設(shè)計是分析化學(xué)實驗教學(xué)的重點環(huán)節(jié)。能夠明確當(dāng)前的教學(xué)成果，優(yōu)化實驗教學(xué)流程。傳統(tǒng)的實驗評分標(biāo)準是分析學(xué)生提交的實驗報告內(nèi)容，通過實驗數(shù)據(jù)精準性測量，給予學(xué)生正面評價。傳統(tǒng)的評分標(biāo)準過于片面，數(shù)據(jù)內(nèi)容具有一定的相似性，為了保證最終實驗成果的公平、公正，需要采用平時成績、隨機實驗成績、綜合設(shè)計成績?nèi)N評價方式相結(jié)合的方法，構(gòu)建課程考核機制。按照一定比例進行實驗成績評分，平時成績主要包括在實驗過程中的具體表現(xiàn)以及整體態(tài)度，在實驗過程中全身心的投入，才能夠獲得優(yōu)異成績，觀察學(xué)生在儀器使用過程中使用動作的規(guī)范性，檢測學(xué)生提交的實驗報告操作步驟以及最終得到的實驗數(shù)據(jù)的準確性，平時成績主要根據(jù)教師的主觀判斷給出不同學(xué)分。隨機實驗成績則是教師在實驗過程中，從眾多實驗項目中隨機選取一項實驗內(nèi)容，并將其作為學(xué)生綜合成績考量的重點內(nèi)容，同時，要另外選擇一項實驗內(nèi)容作為其他小組成員的考試內(nèi)容，考核流程主要包括實驗的基本原理、實驗分析條件、實驗室的基本常識、實驗分析方案的設(shè)計以及學(xué)生的基本操作等。按照從易到難的順序，分別將任務(wù)派送到不同實驗小組，結(jié)合小組成員的實驗完成情況給予適當(dāng)評價，整個流程中教師不再參與實驗，只有在學(xué)生提出問題時才會進行實驗引導(dǎo)。實驗方案的制定、實驗流程的實施、實驗報告的書寫都需要學(xué)生獨立進行，根據(jù)最終實驗?zāi)康?，確定實驗方案的合理性，同時對實驗結(jié)果進行充分證明。

3 結(jié)語

近年來，分析化學(xué)技術(shù)在我國各領(lǐng)域得到迅猛發(fā)展，分析化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容變得越來越復(fù)雜，新的分析檢驗方式為教學(xué)任務(wù)的開展奠定基礎(chǔ)。本文主要結(jié)合高校工科專業(yè)課程培養(yǎng)的基本要求，提取分析化學(xué)重點教學(xué)內(nèi)容，豐富傳統(tǒng)的教學(xué)手段，聯(lián)系化學(xué)化工生產(chǎn)實際，優(yōu)化傳統(tǒng)的教學(xué)考核形式，制定科學(xué)合理的分析化學(xué)課程教學(xué)改革方案。想要在有限的教學(xué)時間內(nèi)全面提高分析化學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，就需要引導(dǎo)學(xué)生在掌握專業(yè)技能的同時，分析課堂教學(xué)存在的主要問題，培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)興趣，全面提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。