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儀器分析實驗教學(xué)模式探討論文
【摘要】文章介紹了儀器分析實驗教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問題，并分析了改革的重要性，圍繞提高教學(xué)質(zhì)量，提出了層次化實驗的教學(xué)體系，討論式互動教學(xué)、學(xué)生代替老師主講等教學(xué)方式。
【關(guān)鍵詞】層次化實驗；互動教學(xué)；人才培養(yǎng)；實驗教學(xué)改革
大學(xué)應(yīng)該成為培養(yǎng)人才的重要基地，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的全面發(fā)展的人才。而在人才培養(yǎng)中，實驗教學(xué)是高等教育的重要組成部分,有它獨(dú)特的功能和作用，是其它教育環(huán)節(jié)無法替代的，它與理論教學(xué)一起構(gòu)成教學(xué)的有機(jī)體，不僅具有向?qū)W生傳授知識、技能訓(xùn)練的功能，而且有開發(fā)學(xué)生智力和探索未知、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新實踐和熱情的功能，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。為適應(yīng)面向21世紀(jì)人才培養(yǎng)的需要，我們的實驗教學(xué)必須主動適應(yīng)時代要求，加速自身的改革和完善，滿足新型專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。加強(qiáng)對專業(yè)人才創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)，是目前我國高等學(xué)校教育教學(xué)的重大課題。
一、儀器分析實驗教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題
儀器分析實驗課是儀器分析課程的一個重要組成部分，是一門實踐性很強(qiáng)的課程。它的任務(wù)是使學(xué)生掌握儀器分析化學(xué)的基本理論、基本實驗操作技能及其在有機(jī)和無機(jī)的監(jiān)測方面的應(yīng)用；學(xué)會應(yīng)用儀器的監(jiān)測分析方法，在實驗教學(xué)中真正實現(xiàn)知識和技能的傳授與能力和素質(zhì)培養(yǎng)的相互促進(jìn)和統(tǒng)一，為將來從事與分析專業(yè)有關(guān)的科學(xué)研究打下堅實的基礎(chǔ)。儀器分析實驗教學(xué)占很大的比重，因此教學(xué)效果的好壞直接影響整個課程的教學(xué)效果。
目前，我系儀器分析實驗中存在的主要問題有如下幾個方面：
1．由于實驗條件有限，每個實驗小組的人數(shù)較多，學(xué)生動手的機(jī)會少,不利于優(yōu)秀學(xué)生的培養(yǎng)。
2．每次實驗后，由于教師批改實驗報告不夠及時、具體，反饋給學(xué)生滯后，導(dǎo)致學(xué)生在下次實驗中犯同樣的錯誤。
3．實驗成績的考核指標(biāo)單一，重共性而忽視了個體之間的差異，過分強(qiáng)調(diào)實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致部分學(xué)生重理論輕實驗，課前不做預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，上實驗課時不認(rèn)真做或只是為了獲得分?jǐn)?shù)而應(yīng)付了事，課后實驗報告抄襲的現(xiàn)象。
4．由于沒有設(shè)置綜合性、設(shè)計性實驗，學(xué)生在做驗證性實驗時，學(xué)生只需按歩操作就行，這樣雖然保證了實驗的成功率，但學(xué)生在實驗過程中基本無需思考，更不需要創(chuàng)造性的探索，而且，大部分學(xué)生只知道這種儀器可以干什么，而不知道幾種儀器聯(lián)合起來還能干什么等等。
5.我系儀器分析實驗內(nèi)容基本上只限于教材上規(guī)定的幾個有限的實驗，驗證性實驗占的比例過大，在所開的七個儀器分析實驗中，驗證性實驗就占了五個，設(shè)計性實驗幾乎沒有，難以把物質(zhì)的特性、結(jié)構(gòu)及檢測有機(jī)地統(tǒng)一起來。
6. 我系的大型儀器使用效率，除了紅外光譜儀的使用效率較高以外，其他幾臺的都較低，最近兩年來儀器分析實驗室的五臺儀器的使用時間及效率。
當(dāng)今實際分析過程大部分趨向于采用儀器分析手段，如果不通過儀器分析實驗加深對學(xué)生職業(yè)技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，學(xué)生掌握的知識就會落后于社會需要，走上工作崗位后就會缺乏相應(yīng)的適應(yīng)能力和發(fā)展能力。因此，儀器分析實驗應(yīng)當(dāng)引起高度重視。在傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，正如我校校長李培根院士所說，我國學(xué)生存在嚴(yán)重的“被動實踐”問題，他們實踐的對象、方法、程序等關(guān)鍵要素往往都是由老師指定的，類似于“做習(xí)題”，他們很少主動、自由地探索。而現(xiàn)在不管是國內(nèi)還是國外都越來越需要具有創(chuàng)新能力和實踐能力的人才，這就使得實驗教學(xué)的改革和探索勢在必行。
二、儀器分析實驗教學(xué)改革的一點想法
1．為了加強(qiáng)對學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的獨(dú)立科學(xué)研究能力，應(yīng)將驗證型實驗的學(xué)時壓縮，注重增加趣味性、實用性、探索性實驗比重，精心設(shè)計一些反映科學(xué)前沿和最新研究成果的新實驗，鼓勵學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料，自行設(shè)計一些實驗，不要局限于教材上規(guī)定的幾個有限的實驗。
2．實驗室應(yīng)向?qū)W生開放，讓學(xué)生隨時熟悉并接觸各種實驗儀器和設(shè)備，以便選擇適當(dāng)?shù)膬x器和器材進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新。
3．實驗教學(xué)方式應(yīng)擺脫單一的學(xué)生動手做實驗的模式，應(yīng)將演示實驗、微機(jī)多媒體實驗教學(xué)等與傳統(tǒng)的實驗課結(jié)合，使實驗教學(xué)增添趣味性、多樣性。
4．為了培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)工作作風(fēng)，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)學(xué)生實驗前的預(yù)習(xí)及預(yù)習(xí)報告的填寫；實驗報告的批改要及時、具體，最好有評語及簽名；為了科學(xué)評價實驗效果，實驗成績的考核應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)等等。
三、儀器分析實驗教學(xué)改革的措施
1．優(yōu)化實驗教學(xué)體系
針對學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握的情況，可以設(shè)置“驗證性、綜合性、設(shè)計性”的層次化實驗教學(xué)體系，在實驗內(nèi)容上，分為三個層次：驗證實驗、綜合實驗和設(shè)計實驗，在實驗方法上，分為必做實驗、選做實驗和設(shè)計實驗，在驗證實驗中，以必做實驗為主，安排一定數(shù)量的選做和設(shè)計實驗；在綜合實驗中，主要為選做實驗，在設(shè)計實驗中，當(dāng)然主要為設(shè)計實驗。在三個層次實驗中，特別是在綜合實驗和設(shè)計實驗中，應(yīng)考慮與科研的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，特別是創(chuàng)新能力，可將系里有代表性的科研成果列為實驗內(nèi)容。
（1）驗證性實驗。該層次的實驗是讓學(xué)生嘗試和利用實驗手段，對已知的現(xiàn)象和規(guī)律進(jìn)行檢驗的一種實驗方法。其主要目的是對學(xué)生進(jìn)行儀器設(shè)備的識別和操作以及基本測試方法等基本技能的訓(xùn)練，如可將火焰原子吸收光譜法測定鈣，紫外吸收光譜法測定復(fù)方阿司匹林藥物(APC)片劑中乙酰水楊酸的含量等實驗作為驗證性實驗，以演示、操作性為主，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實事求是的優(yōu)良素質(zhì)。
（2）綜合性實驗。該層次的實驗內(nèi)容較為復(fù)雜，它涉及的知識面廣，不僅要求學(xué)生有扎實的理論基礎(chǔ)，同時還要求有較強(qiáng)的實際動手能力和分析問題、處理問題的綜合能力。它是把知識點緊密相關(guān)的實驗內(nèi)容連貫起來，體現(xiàn)出內(nèi)容的系統(tǒng)性，通過該層次的實驗培養(yǎng)學(xué)生多維的、動態(tài)的、連貫的和有機(jī)組合的系列化操作技能，使學(xué)生綜合地接受知識，提高實際學(xué)做和運(yùn)用的能力。本著加強(qiáng)基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)口徑，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力，提高教學(xué)質(zhì)量為原則，通過提高實驗內(nèi)容起點，適當(dāng)增加一部分前瞻性、應(yīng)用性實驗。如可將阿司匹林藥物(APC)片劑中乙酰水楊酸和水楊酸的含量用紫外分光光度法和熒光光度法分別進(jìn)行測定的實驗；也可將污水中的某些金屬元素如鎂、鉛、鎘等用原子吸收光譜儀和分子熒光光譜儀分別進(jìn)行測定等實驗作為綜合性實驗。使學(xué)生能綜合運(yùn)用所學(xué)知識，解決一些實際問題。一方面培養(yǎng)學(xué)生從事分析實驗的技能、技巧，獨(dú)立思維能力和分析解決問題的能力；另一方面，又可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知欲，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。
（3）設(shè)計性實驗。該層次的實驗是授之以“漁”的實驗教學(xué)新趨勢，與學(xué)生的個性化教育相結(jié)合，發(fā)揮學(xué)生的特長、調(diào)動學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、綜合運(yùn)用知識能力和設(shè)計創(chuàng)新能力。它是根據(jù)實驗教學(xué)所提出的實驗?zāi)康模寣W(xué)生在已掌握基礎(chǔ)知識和實驗技能技巧的基礎(chǔ)上，選擇適當(dāng)?shù)姆桨竵斫鉀Q問題的過程。如可將礦泉水中微量金屬元素的分析，APC片劑中乙酰水楊酸和水楊酸含量的測定等實驗作為設(shè)計性實驗。教師先要把設(shè)計的內(nèi)容布置給學(xué)生，提出若干要參考的數(shù)據(jù)和解決的問題，盡可能多地提供幾種參考文獻(xiàn)和方案讓學(xué)生選擇，或僅給出設(shè)計題目及設(shè)計要求，要求學(xué)生去查閱資料，寫出預(yù)習(xí)報告，并設(shè)計出實驗方案。因為教材中沒有現(xiàn)成的方案可循，學(xué)生就只有自己去搜集資料，開動腦筋，設(shè)計出可行的實驗方案。由于學(xué)生在驗證實驗和綜合實驗過程中已有基本操作和基本技能、技巧的充分訓(xùn)練，分析解決問題能力提高。在設(shè)計實驗中，學(xué)生一方面要依據(jù)題目的要求，自己查閱文獻(xiàn)，自己制定實驗方案，自己做實驗；另一方面，許多設(shè)計性實驗在完成之前，學(xué)生并不知道實驗結(jié)果，因此，需要學(xué)生對自己的實驗成敗做出正確的評估，這對提高學(xué)生的實驗技能和素質(zhì)，培養(yǎng)獨(dú)立的科研探索精神以及分析、解決問題的能力無疑是有益的。
2．改進(jìn)實驗室的管理方法
實驗及實驗室的開放意味著進(jìn)入實驗室的時間完全由學(xué)生自由選擇。為保證實驗的正常開展并獲得良好的教學(xué)效果，在采取預(yù)約實驗時間這一常規(guī)方法的同時，要尊重學(xué)生意見，充分發(fā)揮學(xué)生的能動性、積極性和創(chuàng)造性。允許學(xué)生自由組合形成一個實驗合作群體，學(xué)生可以自主決定實驗內(nèi)容，在教師的指導(dǎo)下選擇實驗內(nèi)容。實驗室要根據(jù)學(xué)生實驗內(nèi)容和時間進(jìn)行合理安排，在每一個具體的實驗過程中沒有結(jié)束時間的規(guī)定，允許失敗后重做，直至成功。開放實驗室和開放實驗，有利于加強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、動手能力以及科學(xué)研究方法的培養(yǎng)和訓(xùn)練，這對提高學(xué)生的技能和素質(zhì)，培養(yǎng)獨(dú)立的科研探索精神以及分析、解決問題的能力是有益的。同時，開放實驗可為優(yōu)秀學(xué)生的脫穎而出創(chuàng)造良好的外部條件。
3．改進(jìn)教學(xué)方法
（1）討論式互動教學(xué)。通過討論式互動方式，學(xué)生分組討論，教師總結(jié)；教師提問，學(xué)生答辯；學(xué)生提問，教師答辯等，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生更好地理解實驗要求、掌握實驗原理。同時，教師對學(xué)生的實驗報告批改要認(rèn)真、仔細(xì)、及時，最好明確指出問題，如數(shù)據(jù)記錄不規(guī)范、有效數(shù)字概念不清、實驗數(shù)據(jù)處理不當(dāng)?shù)鹊龋覒?yīng)有評語和簽名，并及時反饋給學(xué)生，每次在實驗前，教師應(yīng)抽出一點時間把上次在實驗報告中發(fā)現(xiàn)較多的問題提出來，并給予講解，這樣一來，學(xué)生就可以根據(jù)教師的批閱情況及講解，增長不少見識，同時也可避免在下次的實驗中犯同樣的錯誤。
（2）現(xiàn)場演示教學(xué)。利用多媒體仿真技術(shù)，對實驗儀器設(shè)備的操作進(jìn)行演示，多媒體教學(xué)可以增加教學(xué)信息量，解決教學(xué)內(nèi)容增多與學(xué)時減少的矛盾以及保證教學(xué)內(nèi)容與缺乏儀器的矛盾。多媒體色彩逼真的畫面，使學(xué)生能夠從多角度直觀、形象、生動地進(jìn)行實驗觀察，使學(xué)生對儀器分析實驗有初步的感性認(rèn)識，如現(xiàn)代大型分析儀器的結(jié)構(gòu)和基本操作等等。
（3）學(xué)生代替老師主講的教學(xué)。 在實驗教學(xué)中，每次或抽次由學(xué)生自薦或他薦一名學(xué)生來講解，其他學(xué)生和老師一起當(dāng)聽眾，并可適時提問，如果學(xué)生實在講解不了的問題，由老師給予補(bǔ)充講解，這樣一來，學(xué)生在實驗教學(xué)中的被動地位就會被改變，這不僅對鍛煉學(xué)生的主動性和積極性相當(dāng)有好處，而且也能起到教學(xué)相長的作用。
（4）開辟第二課堂，走進(jìn)實際現(xiàn)場的教學(xué)。學(xué)生在學(xué)校的實驗室無論是操作上還是認(rèn)識上都是最理想化的，為了開闊學(xué)生的眼界，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，可以與當(dāng)?shù)氐臋z測部門或科研所合作開辟第二課堂，采取分組形式，參與分析檢測人員對實際樣品的測定工作，以此完成實驗任務(wù)。這樣，學(xué)生不僅可以了解和熟悉實際分析工作，而且可以了解實際工作者做檢測和研究的工作情景，在實踐中體會儀器分析實驗的重要性和要求，同時 也可獲得專業(yè)化職業(yè)技能訓(xùn)練的機(jī)會。
4．改進(jìn)實驗成績的評價方法
檢驗學(xué)生掌握實驗教學(xué)內(nèi)容和實驗技術(shù)技能的程度，科學(xué)評價實驗教學(xué)效果是十分必要的。對于驗證性和綜合性實驗，實驗成績考核可按實驗態(tài)度、實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、實驗報告等內(nèi)容綜合考核；對于設(shè)計性實驗，實驗成績考核可按以下五個部分進(jìn)行：預(yù)習(xí)實驗報告——實驗設(shè)計的合理性，約占15%；實驗過程——各實驗環(huán)節(jié)的實驗操作技能，約占25%；實驗結(jié)果及分析——實際解決問題的能力和對實驗數(shù)據(jù)的判斷、整理、歸納的能力，約占30%；實驗報告和問題分析——重（下轉(zhuǎn)第126頁）（上接第142頁）點細(xì)節(jié)的掌握，約占20%；實驗收尾工作——自我要求評價，約占10%。另外，對在實驗中有創(chuàng)見的學(xué)生，成績從優(yōu)。
四、結(jié)語
我系已在無機(jī)、物化、有機(jī)、分析等實驗室進(jìn)行了多層次實驗和開放性實驗的嘗試 （由于設(shè)計型實驗涉及的內(nèi)容較深較廣，故它不適應(yīng)在低年級中進(jìn)行），效果非常好，學(xué)生們非常踴躍，熱情也非常高。我系申請的《大型儀器開放基金平臺建設(shè)》的項目，也正在建設(shè)中，因此，就我系來說，這種嘗試應(yīng)該在儀器分析實驗中盡快推廣，并使之發(fā)揚(yáng)光大。
【參考文獻(xiàn)】
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