仪器分析基础实验与设计性实验相结合的教学模式探索

唐斯萍，冯泳兰，刘梦琴，匡云飞，邓培红

（衡阳师范学院 化学与材料科学系，湖南 衡阳 421008）

仪器分析实验是一门实践性很强的课程［1－2］。科学地设置实验教学内容，采用合理可操作的教学模式，通过仪器分析实验的教学，学生的仪器操作技能、运用理论知识解决实际问题的能力会很大程度地得到锻炼和提高。本文就笔者所在学校仪器分析实验教学的现状进行分析，并提出新的教学模式——基础实验与设计性实验有机结合。

1 仪器分析实验教学现状分析

笔者所在学校开设的仪器分析实验课内容为邻二氮菲分光光度法测定铁，气相色谱法的定性分析和定量分析，紫外分光光度计测定苹果醋饮料中VC的含量，循环伏安法测定亚铁氰化钾，电位法测定自来水中氟含量和原子吸收分光光度法测定矿泉水中钙的含量等。这些内容虽然涵盖了光度分析法、电化学分析法、色谱分析法。但这些实验内容基本属于验证性的，过于简单；教学形式，教师从实验原理到仪器操作细节都详细地讲解，学生几乎不需要思考，不需要预习，直接按照教师说的照方抓药。实验用试剂的预处理，实验员老师事先都准备好，每个学生轮流机械地操作一遍，最后交一份实验报告给老师。教师然后再根据学生的实验报告评定成绩。这样的教学方法和模式导致的教学效果：学生感觉仪器分析实验课无需预习、无需查资料，上课就是“过眼烟云”，没有任何课程学习压力；一段时间后，所学知识全部“还给”教师。这样的教学模式无法激发学生的学习兴趣和积极性，更谈不上培养学生创新学习的能力。因此，笔者针对这种实验内容过于简单、教学形式呆板、成绩评定手段单一的现状，为充分调动学生的学习主动性，提出基础实验与设计性实验教学有机结合的教学模式。

2 基础实验和设计性实验相结合的教学模式

基础实验和设计性实验相结合的教学模式是递进式教学，设计性实验具有开放性。下面就教学内容的设置、新模式的教学方式和实验成绩的评定三方面探讨这种模式。

2.1 教学内容的设置

对于仪器分析实验的基础实验，教学内容包含色谱分析、光谱分析、电化学分析和波谱分析等。这类实验包括物质的定性和定量分析。基础实验的内容设置相对简单，学生只需重复教师示范的操作，得出准确的实验原始数据即可。实验内容的设置旨在训练学生掌握仪器分析的基本原理和操作技能。

设计性实验内容的选择要与身边的生活有关，以激发学生的兴趣。譬如，铝合金中铝元素含量的检测与分析，工业废水中重金属的检测与分析，常用食品中某种添加剂的检测与分析，蔬菜或水果中残留农药的分析等。设计性实验内容的设置注重学生解决实际问题、创新性学习以及团队协作能力的培养。

2.2 新模式的教学方式

对于基础性实验，主要以教师讲解和示范操作为主。譬如，关于气相色谱定性定量分析，开设有机混合物的气相色谱分析。此实验要求教师讲述气相色谱分析的定性分析和定量分析的原理、气相色谱应用领域和范围以及气象色谱仪的构造和基本操作方法。讲授定量分析时，得重点讲述相对校正因子和怎样得出各物质相对校正因子的实验方法。笔者所在学校开设的气相色谱分析实验课，因为课时数的限制，教师直接给出各物质的相对矫正因子，学生进行数据处理时，直接将相对校正因子代入公式计算即可，这样造成的教学效果就是学生下次再遇到运用气相色谱进行定性定量分析时，仍然不知所措，因不知怎样求出物质的相对矫正因子。基础性实验的教学侧重于对学生传授仪器分析的基础知识、仪器的结构和工作原理、基本操作方法、该仪器分析方法的应用领域以及运用该仪器分析方法解决实际问题的思路。初步掌握仪器的操作技能，掌握定性定量分析的基本思路和方法，为设计性实验的开设和实施奠定基础［3］。所有基础性实验的实验药品试剂的预处理和实验最佳条件的摸索要求学生自己完成。

对于设计性的实验，教师根据本校已有的实验条件，提前一周给出实验命题范围。学生以组为单位，一般每组5～6个人，各组组内共同讨论后选择实验命题，并确定具体的实验内容。每组负责人组织组内人员的分工安排：从文献的查阅和资料的信息获取和提炼、分析方法的选择、实验方案的设计、实验药品和试剂的准备以及实验的具体实施。做这些工作的过程中，学生组内要集体论证实验方案的可行性。实验方案得到实验老师的肯定后，才可以进行实验。否则要修改实验方案。然后就是实验小论文的撰写以及实验的答辩交流。整个过程学生工作量大，需要团队合作，实验方案设计完毕很多工作需要在课外时间准备。而教师则全程跟踪，必要时给予指导。以确保实验课的圆满进行，才能达到理想的教学效果。

2.3 实验成绩的评定

笔者所在学校仪器分析实验课程成绩的评定方法是教师根据实验报告和上课的出勤率以及平时上课的表现给出成绩。为适应新的教学模式的需要，主要从文献查阅、信息提炼能力、实验方案设计的合理性、创新性和可操作性、基本操作能力、运用理论分析数据的能力、结论是否正确、答辩交流等方面评定实验成绩。成绩的评定分为基础实验和设计性实验两部分，具体标准：基础实验的成绩占30%，设计实验成绩占70%。其中设计实验分为几个部分：文献资料的查阅和综合提炼占10%，实验方案的设计占20%，实验过程占30%，实验报告占25%，实验答辩交流占15%。

3 教学效果

基础性实验是学生学习掌握不同类型的仪器分析实验的基本操作方法和实验开展的基本思路。设计性从实验内容的选择、文献资料的查阅、信息的综合提取、实验方案的设计、实验的具体操作步骤到实验小论文的撰写，能较好的训练学生运用理论知识和仪器分析方法解决问题的能力。实验结束后，学生撰写设计性验报告，此报告以小论文的形式进行撰写，要求不同于基础性实验报告。然后，各大组进行实验答辩交流，各个组派代表进行PPT汇报，汇报环节过后，同学们进行提问交流。整个过程能较好地培养学生整合和提取文献信息的能力；怎样思考问题、怎样寻找解决问题途径的能力；培养学生明白团队协作精神之于问题解决的重要性；培养学生撰写小论文的能力以及学术交流表达能力。在探索性实验教学过程中，培养学生善于发现问题，勇于创新性学习。为其以后的毕业论文和研究生学习奠定良好的基础。教师在此教学过程中教学水平也得到提高，真正达到教学相长的效果。

4 新的教学模式对教师的要求

由于设计性实验属于研究性实验教学，属于开放式教学。在学生自由进行实验选题、实验设计以及具体操作整个过程中，由于实验具体操作细节具有不确定性，学生随时可能会到实验室进行实验前的准备工作，实验教师根据学生设计的需要，需增配一些实验器材。而且整个过程需，实验教师需全程跟踪，必要时给予指导。这就需要实验教师投入更多的时间和精力，以确保设计性实验的顺利进行。设计性实验的教学要求教师的知识面广，科研水平高。善于结合自己的科研课题和方向，进行实验命题，将科研融合到教学中，真正达到科研助于教学，科研提升教学。

5 结 语

基础实验的教学让学生掌握了仪器分析的基本原理和基本操作技能，开放式教学满足了学生探索式的学习需要和渴求。基础实验和开放设计性实验的有机结合，改变学生被动学习的现状，培养学生主动提出问题、分析问题、解决问题以及团队协作的能力，培养学生积极寻找解决问题的途径的惯性思维，锻炼学生创新性学习能力。让学生感觉到课堂所学的理论知识和掌握的实验技能能够解决实际问题，明显感觉自身的专业水平在不断提升。

［1］潘自红，陈丽华，刘巧茹.普通高校仪器分析实验教学改革探索［J］.广东化工，2011，38（1）：199－120.

［2］张静，刘芬芬，龚波林.基于中美两所大学仪器分析实验课程比较的思考［J］.实验技术与管理，2012，29（8）：175－177.

［3］胡万群，张汉昌，邵伟，等.仪器分析开放设计实验的探究［J］.实验室研究与探索，2012，31（7）：317－318.