分析化学实验教学改革及发展趋势

杨先鸣

（滁州学院 化学与生命科学系，安徽 滁州239012）

分析化学实验教学改革及发展趋势

杨先鸣

（滁州学院 化学与生命科学系，安徽 滁州239012）

对近年来我国分析化学实验教学改革进行回顾。从分析化学实验课程内容改革、教学模式改革、有效利用实验室资源建立开放实验系统、实验教学中的环保教育、课程评价改革等几个方面进行了综述，并提出分析化学实验教学改革的趋势。

教学改革；分析化学；实验教学

2010年7月，中共中央、国务院颁布实施的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020年）》指出，“高等教育承担着培养高级专门人才、发展科学技术文化、促进社会主义现代化建设的重大任务。提高质量是高等教育发展的核心任务，是建设高等教育强国的基本要求。”要“支持学生参与科学研究，强化实践教学环节。”分析化学是化学学科的重要分支之一，是化学化工类专业学生的必修基础课。而分析化学学科的特点决定了其实验课程比例占总课时一半以上。实验课的教学对于巩固学生的分析化学基础理论知识，训练学生的基本操作技能，培养严谨的科学态度和良好的实验习惯，提高学生分析问题和解决问题的能力，为学生今后在涉及化学的各学科领域内从事理论研究和实际工作打下基础起着非常重要的作用。因此，探讨分析化学实验教学改革，加强学生能力培养意义重大。故对近年来高校分析化学实验教学改革进行综述，展望分析化学实验教学改革趋势，把握实验教学改革方向，以进一步深化教学改革，提高分析化学实验教学质量。

Kowalski在一篇题为“分析化学作为信息科学”的论文中指出分析化学发展史正经历极为重要的时期［1］。这个时期分析化学学科的重要性，是与现代科学与社会发生的一系列重大变化相关联的。作为高校的化学基础课程的分析化学实验教学应适应历史的发展，体现分析化学学科的基本思想，不断更新教学内容，改革教学方法，以适应时代的发展，实现国家对高校人才的培养目标。多年来，高校分析化学课程的教学工作者，在分析化学实验教学的实践中进行了大量卓有成效的探索［2］。现对分析化学实验课程的教学改革综述如下。

1 课程内容改革

分析化学方法就其原理分类，可分为化学分析和仪器分析两大类。就其分析任务分为定性分析和定量分析，就其教学的作用有验证性实验，设计性实验，综合性实验。因此，要精选实验教学内容，合理安排实验内容，建构有利于学生发展，有利于达到教学目标，培养合格人才的实验内容体系。

1.1 保证基础，强化“量”概念

化学分析是分析化学的基础。随着仪器分析的发展和普及，化学分析和仪器分析构成分析化学的两大支柱。化学分析仍应是分析化学基础课的两大支柱之一［3］。从本学科的系统性、完整性出发，适当考虑化学分析和仪器分析实验的比例，将定量分析和定性相结合，经典分析和现代分析知识融汇贯通，有利于学生获得分析化学全面的知识。经典的化学分析实验是使学生确立严格的“量”的概念，培养认真、细致的工作作风和实事求是的科学态度的一种好形式，在学生科学素质的培养上起着重要的作用。CharlesM等曾发表题为“经典分析的过去、现在和未来”［4－5］，特别强调了经典分析的重要性：一些样品的分析必须用化学分析法来完成，仪器分析方法不可能取而代之；仪器分析及其他领域所用的标样必须用化学分析法来鉴定。因此，将两部分内容互相配合，不仅是学习分析化学的目的，也是进行其他方面科学工作的需要［6］。

在组织实验教学内容时，将定量分析化学实验的基本知识、基本操作和基本实验作为一个很重要基础部分来抓。包括向学生介绍分析化学实验室中实验室用水的规格、制备与检验，玻璃器皿的洗涤，化学试剂的规格，标准溶液及其配制方法，实验室安全知识，实验记录和数据处理；基本操作实验力求训练学生定量化学分析各项基本操作，精心安排的常规定量实验方法；基本实验是在进一步强化基本实验技能训练的同时，通过完成实际样品的分析，加深学生对分析化学基本理论的理解，加强学生对“量”的概念的认识，培养学生实事求是的科学作风、严谨的科学态度与良好的实验习惯。

精选和压缩定性分析实验内容，保证学生有更多的时间进行定量实验训练。有人认为定性分析实验选择一至二组阳离子分析即可，而把重点放在未知物分析和混合物分离；也有人提出把定性分析内容压缩成“混合阳离子分析”一个实验；工科类学校则砍掉了定性分析实验；多数师范院校则主张保留定性分析实验以突出师范性，还有人认为采用酸碱系统定性分析法更有利于学生今后从事中学化学教学工作［2］。

1.2 整合实验内容，提高实验教学效率

随着化学学科在现代工农业生产中应用的不断提高，化学各学科间的融合与渗透不断增强。20世纪90年代后期，许多综合性大学将四大基础化学实验课进行了整合，打破了四大化学界限，将实验内容分为基本操作技术训练、基本实验方法、方案设计实验和综合实验四个部分［7］。改变了传统实验内容安排，将基本操作实验部分放在大一第一学期的通识实验中开设。使学生刚进校就接受规范的实验技能训练，重点加强学生定量意识的培养。避免了在开设无机实验后才接触到分析化学实验，往往造成学生先入为主，难以建立 “量”的概念的弊端，为后续学科基础实验的教学打好基础。化学分析的基本实验方法、方案设计实验和综合实验内容放在大二上学期开设。此时可在分析化学理论的指导下学习相关的实验方法。在基本实验方法中适时安排设计性实验。最后，安排综合实验，使学生在掌握常用分析方法的基础上，解决实际问题。引导学生学会查阅文献，培养学生灵活运用知识，独立解决实际问题的能力。也有人［8］将有关的定性分析列入无机化学相应的实验中，这样既避免了实验内容的重复，又加强了元素化合物知识学习的系统性，为分析化学实验的改革提供了课时保证。无机化学实验中的分析天平使用及滴定操作转移至分析化学实验，这样可以避免课程的重复性，激发学生的学习兴趣与主动性。定量分析实验相对增加了课时，使得强化操作技能、加强实验环节、引入仪器分析实验内容等诸项改革成为可能。还有人提出整合分析化学实验和物理化学实验，以提高仪器设备的利用率，促进学科间渗透，培养学生的动手能力［2］。

无机与分析化学实验课程的整合更为多见。分析化学中往往要综合运用无机化学、分析化学等领域的知识。因此，许多学校将无机化学与分析化学理论和实验课程进行整合，单独设无机及分析化学实验课程［9－11］，整合现有无机和分析实验内容，加以归纳总结，形成既有经典验证性无机实验和经典分析实验操作，也有经过优化的综合性实验和设计型实验。在进行必要的无机和分析化学经典实验训练和强化的基础上，减少过多的基本元素的性质验证性实验和滴定实验的基本操作训练。做到无机验证性实验中包含分析化学的基本知识和操作，分析操作型实验中有无机化学的理论和运用。既可以巩固学生的基础知识和强化训练其基本操作，又可以使学生建立知识网络，提高学生参与实验的兴趣，加强其实践能力，开拓其创新性思维。形成无机化合物制备实验、原料组分分析实验、产品质量检验实验等综合型实验。在此基础上，进一步结合地方实际，进行实际样品的采集，定性定量检测，使学生学习综合运用所学知识解决实际问题，不断提高学生的分析问题解决问题的综合能力。分析化学改革教学方法，建立适应学生发展的教学模式。

在重视实验教学内容更新与改变的同时，应重视实验教学法研究。把分析化学方面的教学由数据与信息的获取，上升到注重实际问题的解决这一新高度。在“知识爆炸”的挑战下，处理好“博”与“约”的关系、授之以鱼与授之以渔的关系［12］。

2.1 教学模式改革

许多高校发挥自己的特色，经过多年实践和不断总结经验，努力找到适合本校的实验教学模式和教学方法。

2.1.1 三段实验教学模式

从分析化学教学的实际出发，结合课程自身特点和生源现状，本着创造条件，为学生提供更多的实践机会的思想，，研究与设计了基础训练实验、自主实验、达标实验的三阶段实验教学模式［13］，包括：按教学计划进行的基础训练实验阶段，在开放实验室期间进行的自主实验阶段，实施分析化学实验竞赛的达标实验阶段。三个阶段之间在内容上相辅相成，程度上循序渐进，组成了分析化学实验教学的完整过程。

2.1.2 参与式教学

在分析化学实验教学中，学生是学习的主体。要充分发挥学生学习的积极性，提高学生积极参与的兴趣。有人提出“全程实验”［14］教学模式：即学生自己准备仪器、试剂、试样，自己独立完成分析实验的全过程，使学生真正成为学习的主人。这种方式本身具有一定的探索性，实验中遇到的问题都必须学生自己解决。“全程实验”教学可以检验学生对基础理论知识、基本的化学计算、基本的实验操作技能掌握的程度及灵活运用知识的能力，更有利于学生发现问题，发现并解决在理论学习和一般实验中不容易察觉的问题，提出解决问题的办法，不断积累经验，达到举一反三、触类旁通的效果，起到了培养学生科研能力和创新精神的作用。

以学生为主体，充分发挥学生的主观能动性。要将照方抓药式的被动实验改为主动实验，鼓励学生相互讨论。在实验课程中组织学生对各种实验方法的特点及应用范围进行讨论，可采用学生讨论教师总结，教师提问学生答辩及学生提问教师答辩等多种形式进行实验教学［15］。宋崇富［16］等以“KMnO4法测定水样中化学耗氧量”为例，探索了参与式教学法在分析化学实验的实验准备、实验原理、实验过程、实验结果及讨论中的应用。让学生参与现场采样并讨论有关采样问题、经历实验操作和重点、难点问题，结果讨论等，激发学生的探究与创新的意识，加深学生对该实验的理论知识和实验条件的认识，同时掌握在实际学习中思考问题和解决问题的方法。

2.1.3 运用现代信息技术开展计算机辅助教学

在实验教学中运用现代信息技术开展计算机辅助教学（CAI，ComputerAssistedInstruction）是分析化学实验教学的重大改革。充分利用现代化教学技术，利用幻灯片、VCD、多媒体技术、仿真技术等，积极推进实验教学中CAI课件的应用，让学生得到更多的现代信息。一是通过网上交流可以弥补课时的不足。二是将教学内容通过声音、图像、文本或动画的形式呈现出来，使教学内容更加直观、生动，变抽象为具体，变静态为动态，有助于加深学生对知识点的认识和理解。三是利用计算机创建一个可视化的实验操作环境，通过提供简单通用的交互界面，准确地计算并模拟实际实验状态和仪器操作状态，能正确地分析判断用户的操作流程，具有仿真性、交互性和实效性［17］。

计算机辅助教学还可用于演示一些大型的、贵重的或是实验室暂时无法提供仪器设备的实验，这样可以在一定程度上弥补化学实验教学中因设备不到位所带来的缺憾［17］。

2.2 有效利用实验室资源建立开放实验教学系统

为了解决实验教学中存在的时间、场地、人员等各因素之间的矛盾，充分利用实验室资源，建立分析化学实验教学开放系统是实验教学改革的一大热点。各高校［18－19］根据自身的特点和发展需要，探索了多种适合客观实际的开放实验教学的改革途径。实验室开放主要有从时间上开放，内容上开放，实验类型开放等模式。通过开放实验室促进实验教学，使学生尽快系统地掌握科学的实验方法。让学生自己设计实验方案，准备仪器、药品，并对实验结果进行分析、总结，培养了学生独立思考和创新工作的能力，使学生由被动实验转为主动实验。积极创造条件开放实验室和实验内容，鼓励学生提前进入研究小组进行科研训练，给有兴趣的学生提供必要条件，鼓励学生针对当地生产生活实际问题，设计实验课题进入实验室，为学生创造自主探索的环境。最大限度地利用和挖掘实验室资源条件，提升实验室的教学功能，使实验室真正成为真正成为学生学习、研究、社会实践的重要基地。

2.3 寓环保教育于实验教学中

随着环保意识的日益提高，从源头上减少或消除污染显得越来越重要，在实验教学中提倡绿色化是化学实验课程改革的发展趋势。因此人们在实验教学中开展绿色教育，寓环保教育于实验教学中进行了多方面的改革。

2.3.1 微型实验

微型化学实验是由美国的Mayo博士及其同事自1982年开始研究试用的一种新型实验方法，它符合绿色化学原则。微型化学实验是以微小量的试剂，在微量化的仪器装置中进行实验，其试剂用量是常规实验的1%～10%。分析化学微型实验主要用于常量分析方法的滴定分析法的微型化。通过设计微型滴定装置并符合下列条件①不改变实验方法，保持原来的实验仪器，对实验仪器进行微型化改装；②对试剂用量进行探索，力求在符合常量分析滴定的准确度和精密度的前提下，减少试剂用量，降低废液排放［20］。研究表明［21－24］，一般微型滴定所使用的试剂的用量是常规法的1／4－1／10，用较少的时间，较少的试剂可以达到在定量化学分析实验教学的目的。既有利于学生的操作技能的训练又培养了学生严谨细致的实验习惯，既节约了教学资源又减少了废液排放，大大降低了环境污染。

2.3.2 改进实验方法，科学处理实验废液

在实验教学中，大量学生实验会产生许多的废液，其中有很多是有毒有害的物质，应回收并合理处置。一是收集再使用，如个人试剂瓶中的酸碱标准溶液可集中后重新经标定后使用；二根据废液性质采用相应的方法处理［25］。三是改进实验方法，避免使用有害物质。寓绿色化学教育于实验教学中。

3 重视课程评价改革，促进学生发展

考试是检验教学效果的重要手段，科学的考核方法不仅能检验学生对知识的掌握程度和实际操作能力，更是促进学生认真做好实验、提高分析和解决问题的能力、培养创新能力的有效手段。

注重学生在学习过程中的表现，关注学生的进步和发展是实验教学评价改革的方向。评价项目包括每个实验的预习报告、实验准备工作、仪器操作、实验设计方案、交流讨论、实验结果和实验报告等多个方面。强调质性评价方法的运用，在制定评价指标体系时提倡考核、评价学生参与整个教学活动的积极性和主动性、参与程度的强弱和学生的实践能力、创新意识、创新精神、创新能力高低的现实表现，特别关注学生在原有基础上的进步程度。既考核学生掌握知识、技能的程度又评价学生的探究能力和实践能力。根据实验课程课程特点，扩展了评价的发展功能。把评价看作课程教学的一个有机构成环节，使评价成为促进学生学习、促进学生发展的有效措施［26］。

4 分析化学实验教学改革发展趋势

现代分析化学已经突破了纯化学领域，它将化学与数学、物理学、计算机学及生物学紧密地结合起来，发展成为一门多学科性的综合科学。正如著名分析化学家Kowalski［1］所言：“分析化学已由单纯提供数据，上升到从分析数据中获取有用的信息和知识，成为生产和科研中实际问题的解决者”。

由于生产和现代科学技术的发展，对分析化学的要求不再限于一般的“有什么”（定性分析）和“有多少”（定量分析）的范围，而是要求能提供物质更多的、更全面的信息：从常量到微量及微粒分析；从组成到形态分析；从总体到微区分析；从宏观组分到微观结构分析；从整体到表面及逐层分析；从静态到快速反应追踪分析；从破坏试样到无损分析；从离线到在线分析等等.总之，分析化学吸收了当代科学技术的最新成就，利用物质一切可以利用的性质，建立分析化学的新方法与新技术［27－28］。

分析化学发展极为迅速，分析化学实验教学的重要性更是不言而喻。面对21世纪教育教学改革的总体要求，分析化学实验课程教学应将学生从过去单纯的专业知识学习和简单技能训练的培养模式转向理论与实际的结合；从单纯的知识传授转向能力培养，特别是创新能力的培养。教学的主要目的仍是激发学生的学习热情和兴趣，调动学生学习的积极性，从而提高学生在实验中的主动性，培养有科学思维方法和创新能力的人才。因此，分析化学实验教学的改革是一项长期的任务，需要我们从事分析化学教学的工作者努力探索、不断实践，才能推进分析化学实验教学改革走向深入。

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G642

：A

：1673－1794（2010）05－0122－04

杨先鸣（1957－），男，实验师，研究兴趣：分析化学实验教学和实验室管理。

安徽省应用化学省级重点学科建设项目（200802187C）

2010－07－11