分析化学开放式实验的探索与实践

刘 玲,韦寿莲,赵建芬,严子军

（肇庆学院 化学化工学院，广东 肇庆 526061）

0 引言

以实践性和应用性为主要特征的分析化学学科，其实验课程是学科教学体系中的构成要件.在新的历史时期，分析化学课程的教学目标已不再是单纯培养分析数据的提供者，而是上升到培养解决实际问题的参与者和有关化学信息提供者[1]的新高度.这对于实现应用性、复合型人才的培养目标，具有极其重要的教育价值[2].

为了适应社会经济发展的需要和素质教育水平的提升，自2008年开始，肇庆学院工科课程的学时数有所缩减，非师范专业的分析化学实验课学时数缩减了28%.如何充分有效地利用有限的学时实现应用型、复合型人才培养目标，培养学生“提出问题、发现问题、研究问题、解决问题”的能力，提高学生的实践应用能力和综合素质，这是新的教育环境下需要努力探索和实践的一个新课题.我们通过精心设计开展了开放式教学，构建了融基础、提高、应用、创新于一体的实验教学新模式.通过对模式中各环节的具体实施与评价，促使学生减少了单纯机械的操练，增加了思维的参与性，从而提升了学生的实践能力和创新意识，使之感受到分析化学的价值和意义，进而提高了其社会责任感，培养了他们的团队协作精神[3].

1 设计思想

传统的分析化学实验教学偏重于“菜谱式”的教学方法，注重现成的分析化学实验内容和操作步骤.这种教学非但无法激发学生的学习兴趣，调动学生积极思考和探索的主动性，更无法真正达到教学目的.为了改变这一现状，分析化学教学团队开展了一些研究与探索，主要从课程结构优化、教学手段、实验报告、考核考试等方面进行了初步改革，并取得了一定成效，但学生分析和解决实际问题的能力还有所欠缺.随着高校招生规模的扩大，学生们的知识水平呈现参差不齐的状况，加之课程学时数减少，这些都增加了教学工作的难度.为了更好地培养应用型、复合型人才，使不同知识水平的学生都能学有所成、学以致用，不断拓宽就业门路，分析化学实验教学改革必须朝着开放式教学模式发展.在此教学模式中，应确立以“教师为主导，学生为主体”的教学理念，采用以问题为导向的教学方法.在实验过程中，教师主要起引导和指导作用，要充分培养学生独立完成实验的能力，要让学生勤于动手，培养其敏锐的观察力和细心操作的能力，鼓励学生开动脑筋并勤于提问，以期逐渐提高其深入分析和钻研问题的能力.

2 开放式实验的构建和实施方法

2.1 开放式实验的设计模式

探索渐进式的开放实验设计模式，需要根据不同阶段的设计思想采用不同的教学模式，即局部开放和完全开放2种模式，使学生通过“基础性实验、提高性实验及应用、创新性实验”3个阶段，逐渐进入全面发展的状态.第1阶段的教学目的主要集中于基本技能的培训和经典实验的演练方面；综合素质的培养则放在后面2个阶段，这2个阶段是具备开放特征的提高、应用创新性实验阶段，完成难度依次增加.学生只有具备实验的基本技能并掌握了学科核心理论，才有可能具有实践的能力，进而步入应用创新的阶段.开放式实验各个阶段均能体现出开放性特征，教师在不同阶段只是在开放程度与开放维度上予以调控.

2.2 开放式实验的实施方法

从对学生能力进行系统培育的角度来说，分析化学开放式实验教学过程应该是渐进而有系统性的，是具有实际意义的分析化学实践活动.其过程应符合应用型本科院校学生的学习基础和认知规律，要遵循从简单到复杂的认知规律，由浅入深地提高学生的学习兴趣和学习自主性，解决好实验教学中技能训练及理论与实际应用相结合的问题，着力培养学生解决实际问题的能力和综合能力.开放式实验的具体实施过程如下：

1)基础性实验.精选和整合基本技能实验和验证性实验，如对滴定分析基本操作练习（包括酸碱滴定管的使用）、铵盐中氮含量的测定（甲醛法，包括NaOH标准溶液浓度的标定）、混合碱的分析（包括HCl标准溶液浓度的标定）等实验进行整合，而以往教材中NaOH与HCl标准溶液浓度的标定是作为单独实验来安排的.通过对实验内容进行整合，大大减少了实验学时数，使得基础性实验更加侧重于学生基本技能和基础理论的掌握.

2)提高性实验.在基础性实验所包含内容的基础上，适当增加一些开放性设计或探究性内容，这些实验可以在学习完一章内容之后安排.对于这一类实验题目及实验过程中应考虑的问题，可以预先告知学生，让学生利用已学的理论知识和方法原理，针对特定的所要分析和解决的问题，提前进行实验方案的初步设计.等到上实验课时教师可采用以问题为导向的教学方法，与学生共同讨论后确立实验方案，这种模式称为“局部开放”模式.比如：测定“NH3和NH4Cl混合液中各组分浓度”的实验，就可以在学完酸碱滴定法之后予以安排.在教师引导下，学生可针对初步设计的方案讨论以下问题：a.各组分能否直接准确测定，如何判断；b.设计方法的原理是什么；c.实验需要采用何种试剂及仪器，如何配制和标定标准溶液；d.需要选用何种指示剂，变色过程如何；e.各种溶液的取样量及各组分含量的计算公式等.对于这样的局部开放性探究，有前面的理论课作铺垫，学生完全有能力使问题得到解决.探究部分方案的自主设计，是学生在掌握相关的理论知识、方法原理、基本实验技能基础上成就的，设计方案可以使学生从单纯的巩固理论知识学习和单元性的基本操作训练，提高到将理论知识和实验技能进行有机结合与运用的高度[4].

3)应用、创新性实验.针对非师范专业学生将来从事专业工作多样化的需要，我们结合不同专业的特点，精选了一些与肇庆市工农业生产及相关分析检测部门紧密结合，能突出地方资源特色且贴近日常生活的小课题作为开放实训内容，课题注重突出应用性和实效性.例如：对于食品科学与工程专业学生，可选取“陈醋的色素去除及醋中总酸度测定”及“食品(豆类、蔬菜、海产品、菌类等)中钙、镁、铁含量的测定”等实验；对于环境工程专业学生，可选取“含铬废水的处理和评价”、“肇庆地区各种饮用水的硬度和COD的测定”等实验；对于制药工程专业学生，则可选取“解热镇痛药乙酰水杨酸的含量分析”、“盐酸左氧氟沙星含量的测定”等实验，充分体现出因材施教的特点.这一阶段实验设定在课程的最后阶段，此时理论课即将结束，学生头脑中已基本形成了分析化学较完整的知识体系，已经可以采取全程开放的模式解决实际问题.具体实施方法如下：首先，教师要求学生选择开放式题目，每5～7人为一组，每组负责1个题目；其后，让学生通过课外查阅、分析、归纳文献并进行小组讨论自拟实验方案；最后，将方案交由教师批阅指导，方案通过后学生即可完成实验.在实验过程中，每组设置1名组长，协助教师指导具体实验，组长由实验技能规范、基础理论扎实、责任心强的学生担任.实验所用仪器和药品需提前列好清单交给实验管理人员，之后由组长负责领出所需物品，实验结束后再如数归还.为了使学生在实验设计、实验准备和自主实验中拥有更大的自由空间，实验室全程开放，教师则在开放时间段随时进行指导.例如：完成“黄豆中钙、镁、铁含量的测定”这一实验时，学生通过查阅资料，不仅要对实验方法进行分析论证，同时还要考虑黄豆的分解处理（包括粉碎、烘干、灰化、炭化、灼烧、酸解等)，以形成完整的实验方案；方案通过后，为了找到最佳实验条件和黄豆实际用量，学生通常还要进行预实验，以便为正式实验打下良好基础；实验结束后，学生要在处理数据后分析、总结实验结果，并提出自己的观点和有待改进的方面；最后，学生要以PPT形式完成和提交实验报告，还要开展一次开放式实验报告交流会，每组派1名代表将本组方案的设计思路、实验原理、步骤、实验结果与讨论及反思、建议等展示给“公众”.通过相互交流与学习，拓宽了学生的视野，进一步提高和升华了学生的整体综合能力.在此过程中，一切以学生为主体，教师仅在其中充当嘉宾和专家的角色.

3 实验课程新模式的实施效果

我们在2010级制药工程、精细化工、食品科学与工程及环境工程4个本科专业实施实验课程新模式，该模式得到学生的普遍认同，产生的效果良好，具体可归纳为以下几个方面：

1)学生普遍反映新的实验模式比原有模式能学到更多知识，从而更有兴趣和积极性参与实验.他们已经由过去的“要我做实验”变为现在的“我要做实验”，学习的主动性和实践能力均得到有效提升.

2)在应用、创新性实验中，由于从研究方案的确定到实验的具体实施全部由学生自行完成，因而学生在实验的准备工作中会遇到各种问题，如试剂的配制、仪器的使用、反应条件的选择、产物的分离和提纯等关键步骤，都是对学生知识与能力的综合考查.学生通过自己动手准备实验，自行找到解决问题的方法，增强了其动手和动脑能力，可以真正做到理论联系实际.

3)实验教学的改革使教师与学生均获益匪浅：学生在实验过程中真正学会并掌握了专业知识和技能，进一步加深了对各门课程之间内在联系的理解；教师则在指导学生的过程中不断进行知识的自我更新，促使自身教学与科研水平得到了进一步提高.

4)通过“基础、提高、应用、创新”实验体系的训练，学生在理论与实验技术综合应用方面的能力得到有效提升，他们在研究方法、实验数据处理、撰写论文方面已具备一定能力，其团队合作精神得到加强，科学思维与创新实践能力也得到显著提高.

[1]俞汝勤,梁逸曾.分析化学教学的发展[J].大学化学,2000,15(1):1-4.

[2]黄都,卢昕,于青.分析化学程序性开放实验的课程设计与实践[J].高教论坛,2009(3):30-32.

[3]黄都,卢昕,赵书林,等.程序性开放实验课程与教学模式[J].大学化学,2011,26(1):11-13.

[4]逢忠孔,孙芬芳.化学实验教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索,2002(3):36-37.