分析化学实验教学模式改革探索*

何英 龚慧芳

(湖南工业大学包装与材料工程学院化学化工系 湖南株洲412000)

当今社会是一个经济和科技迅速发展的世界，大学不再只被当作学习的场所，它更是一个具有开放性和多元化的社会团体。为此，我国许多高校在总结以往人才培养实践经验的基础上，围绕如何为社会培养全面创新性人才这一问题，积极开展教学实践［1］，努力探索和实践新的人才培养模式［2］。对于在校的工科学生来说，提高动手能力和创新能力的有效方法是实验［3］。而分析化学实验对于中高年级学生尤为重要，在提升学生科学严谨的工作态度、缜密而细致的工作作风、详细而周到的逻辑思维等方面都有不可替代的作用。

1 教学模式优化势在必行

大学生在中学阶段只注重理论知识而忽略实践能力的培养。到了大学，学生要么学习动力下降，要么还是一味照中学的学习模式重理论轻实践，导致毕业生虽然了解的知识很多，但动手能力差，缺乏独立解决问题的能力，缺乏创新精神，因而竞争力弱，难以适应社会。造成这一现象的因素很多，从我国高等教育的现状看，在推进素质教育、培养高素质人才方面，尚存在一些制约大学生提高自主创新能力的因素。从本科人才培养环节上看，最重要的是缺乏科研训练，没有注重对学生科研意识、科研方法、科研技能进行有效的训练。

创新性人才的培养离不开理论知识的传授，更离不开严格的科研及实践能力训练。国外大学非常重视对学生科研能力及创新能力的培养，鼓励与支持达到一定条件的本科生参与教师的科研项目。国内也有一些成功的例子。如南京农业大学的SRT计划［4］，在校内实施大学生科研训练。这些计划和举措都要求对现有的教学模式进行改革，以适应更高要求的教育目标。

2 改革实验教学模式

实验课程在培养学生能力方面有着举足轻重的地位。传统的实验一般是“照单抓药”式的［5］，教师事先告知实验内容，学生按照实验讲义的内容一步步做下去，而没有多少自己思考的成分。如此下来的结果是:一堂实验课下来，想动手做的学生照书上的内容做;不想动手的学生当旁观者看别人做，课后照讲义写一份实验报告，这样很难使学生的动手能力得到锻炼。教师也难以根据实验报告分出优劣。据此，我们把分析化学实验课从理论课中分离出来，作为一门独立的课程，并将定性分析实验部分置于无机化学及其他化学课中完成，建立了“基础操作+综合应用+设计创新”教学模式，在学生实验中推广，以提高学生的动手能力和创新意识。

2.1 基础操作

虽然实验课从理论课中分离出来，但两者的结合依然很紧密。先在理论课上强调分析化学中“量”的概念，让学生有一定的印象，再开设实验课程。典型的基础实验包括基本操作和基本分析方法，旨在规范学生操作技能和培养严谨的科学态度，加深对理论知识的理解，为综合应用和创新打下基础。这部分内容是基础，没有掌握好基础就谈不上创新。

基础操作模块是在有了一定的理论基础之后进行，课时量占实验总课时的30%左右，一般分4步完成。首先把学生分组，每组不多于15人。第2步是演示，包括观看录像和教师示范。指导教师详细介绍每一步操作，边示范边讲解，使学生有感性认识，并且产生自己动手的愿望。第3步，学生自己动手操作。分析化学基本操作包括:配制溶液、稀释、移液、滴定、称量等，每步要做到什么程度事先要有说明。第4步，在学生实验时，教师巡回检查与指导，发现问题及时纠正。

基本操作的每个细节都有可能影响实验数据的准确度和可靠性，只有多练习多操作，才能熟练掌握。各种操作需要达到的要求是:

(1)洗涤器皿。学生应会清洗所用分析化学器材，尤其是玻璃器皿，以及选用合适的洗涤用品及洗液，达到清洗干净的要求。

(2)称量操作。根据称量精度要求选用合适的称量工具:分析天平、电子天平、台秤等。如使用的是机械加码电光分析天平，称之前的调零很关键，有助于训练严谨的科学态度;通过基本操作的练习要达到快速准确地调零;此外，加减样品及砝码顺序，以及倒出样品的熟练程度也是训练内容之一。而对于电子天平，则要求熟练掌握减量称量法。实验结束后的整理工作，包括仪器的复零、清洁，电源的处理等可以培养良好的工作习惯。

(3)定容操作。选择合适的烧杯，加适量的水溶解样品，根据所配溶液的体积选择相应大小的容量瓶，转移溶液，冲洗烧杯及玻璃棒，做到不泼溅，最后定容且要反倒摇匀，根据需要贴标签。

(4)移液操作。移液管的选择要合理，持握姿势要正确。先用自来水练习，熟练后再用实验溶液。在放液时，倾斜度、接触点以及放完后用洗瓶吹洗均是考查内容。

(5)滴定操作。合理选择滴定管，清洗干净，检查是否漏水。如果漏水，涂抹凡士林。正确装液后的赶走气泡这一环节常常会被忽略，教师示范时要强调。最后调整液面在0刻度。

这一模块最终要达到:态度好、操作规范、姿势正确。做到边滴边摇，控制滴定速度，终点判断正确，取下滴定管读数准确，记录合理无误。基本操作安排在实验项目“分析仪器基本操作练习”中单独练习，然后选择几个典型的基本分析法将基本操作融入其中，如盐酸标准溶液的配制和标定、EDTA标准溶液的配制和标定、硫代硫酸钠标准溶液的配制和标定等。

2.2 综合应用

综合应用模块旨在培养学生运用基本知识分析、解决问题的综合能力。课时量约占总课时的40%左右，一般安排在后半学期进行，此时理论知识已基本讲述清楚，基本操作已经比较熟练，分析过程的一般步骤和流程也已基本掌握，但还需要一些具体的事例把理论与实践结合起来。为此，我们先后设计了几个选题，尽量覆盖几种基本分析法。每个选题，要么有干扰存在需要消除，要么是酸碱度需要调整控制，或者是多种组分联合分析。每个选题都给学生留出了自行设计思考的空间。如，我们设计了“铜锌混合溶液中铜锌含量的测定”实验。实验讲义上介绍了分析原理可以是配位滴定或氧化还原-配位滴定法，给学生思考的问题是滴定酸度控制和如何分步滴定。学生必须利用所学过的配位滴定法中“如何提高选择性”知识内容补充完善分析方案，既要考虑酸度对选择性和指示剂的影响，又要考虑如何控制合适的酸度。配位滴定法的理论知识可在这一实验项目中得到充分的应用。

通过这一模块的实验，能使学生逐步学会设计分析方案，提高他们用所学理论解决实际问题的能力，并为下一模块设计创新奠定了基础。

2.3 设计创新

学生在掌握了理论知识、基本操作，并进行了部分综合应用训练以后，可以进入第3个模块设计创新。这一模块占总课时的30%左右。学生自行设计分析方案，独立完成分析任务，并对自己感兴趣的方法进行创新。二年级的部分学生已经有能力和兴趣对分析方案进行创新。他们根据自己的家庭背景或日常生活经历提出了一些分析课题，在教师的鼓励和指导下，尝试着自行解决实际问题。他们首先查阅资料，了解目前的分析现状和现行的分析方法，再运用所学的理论知识进行实验。

经过两届学生的试点，现已初步形成课题的来源有4类:

(1)学生根据自身经验提出实验。有些学生家庭环境中有接触到河水污染的情况，想分析所在地河水中酸污染的状况，于是提出了“河水中总酸量的测定”。有的学生所在村子里的村民用的是井水，发现井水烧开后总是有悬浮物和沉淀，而且那一带居民得结石病的人很多，很怀疑井水中钙镁含量超标，于是提出“井水中钙镁含量的测定”课题。虽然实验书中一般都有“自来水中钙镁含量的测定”这一实验项目，但该项目中钙镁含量不是很高，分析方案已经非常具体，用量、浓度也有明确的规定，不一定适用于其他水样。有学生在假期里用书中的方法取样带到学校里来测定，兴趣很大。班上同学受其影响，纷纷寻找身边的分析化学问题，并试着用所学的知识解答，形成了一股“带着分析化学眼睛观察周围的气氛”，极大地提高了学习兴趣。

(2)教师根据以往的课题以及教材和教学大纲，结合学生的学习情况，在大部分化学分析方法已经讲述过的基础上拟定课题。如，学生做过“混合碱的测定”，在介绍完酸碱滴定法后，教师就可以提出“NaH2PO4-Na2HPO4混合物的分析”;介绍完络合滴定法后，教师可以提出“Bi3+-Fe3+混合液中Bi3+和Fe3+含量的测定”。根据理论知识学生应该可以设计出分析方案。这可以进一步巩固所学过的知识，把理论和实践结合起来。

(3)根据教师的科研内容设计实验。如2009年有一个关于某大型铝厂改良生产工艺的课题，其中有一些子课题，要分析铝矿石浸取后溶出液中各成分的含量，以及溶出液精加工后生成的精液中的各成分的含量。这些分析子课题涵盖了很多化学分析部分的分析方法以及光度分析法，理论和实践结合很紧密。在教学过程中，教师把铝厂生产的大致过程制作成ppt，向学生提出需要解决的课题，发动学生从中找出自己感兴趣并有能力研究的小问题。在冶金专业的学生中，有些人已经接触过金属冶炼的一些专业知识，对此很感兴趣。相当一部分学生向教师提出了他们想解决的问题，得到教师提示后动手查资料设计方案。他们提出的问题有:①铝矿石中铝量测定时酸度的控制;②铝矿石中SiO2含量的测定方法探索;③铝矿石溶样的器皿研究;④铝酸钠溶液的酸碱度分析;⑤铝酸钠溶液中铝的存在形式探索;⑥苛性碱测定中所用指示剂探讨。能够参与教师的科研课题，对于学生来说是提高自己能力的机会。有些学生在选择毕业课题时，很乐意选择化学分析方面的课题。06级参加过教师课题的学生，大部分都顺利找到了分析岗位的工作，而且干得很顺利。对于分析化学专业的学生，这相当于岗前培训。

(4)对原有实验项目或课题的创新。对于第一、第二模块中的化学实验项目，如果有创新的想法，可以提出。如实验教材中有一实验项目“比色法测定水果或蔬菜中维生素的含量”，此项目中维生素含量低，可以用比色法测定。在学习了氧化还原滴定法中的碘量法后，有学生提出可用碘量法直接测定。首先通过理论上论证方法是可行的，并设计方案，利用实验室现有的条件做出了大致结果，并把分析方法推广，不仅可以测果蔬中的Vc含量，还可以测药品药剂中Vc的含量。虽然药剂中Vc含量的测定用直接碘量法方法成熟，但对于学生来说，能够自己动脑思考，举一反三，归纳演绎，就值得鼓励。

3 改革考评方法

新的教学模式是以提高学生解决实际问题的能力为目标的。如果还沿袭以往“重理论轻实践，重笔试轻操作”的考评方式，势必会打击学生自主探索的积极性。为此，我们也改革了考评方法，增加了“设计创新”模块的成绩。凡是参与了这一模块教学的学生，均有一定比例的平时加分。在此基础上，根据创新的行为大小和创新点程度在总分上加创新分，分值上不封顶，最终的总评不超过100分。考评加分只是手段，主要是利用这种激励机制，鼓励学生把理论知识运用到实践中去，勤于思考、勇于创新。对那些科研活动做得好的学生，教师引导他们撰写科研小论文，或者是和教师一起发表论文，这样他们又学习了论文的撰写。

4 结语

通过改革化学实验课的教学模式，在实验教学中“注重基础、加强综合、旨在创新”，以学生为主体，注重对学生综合能力及创新能力的培养，取得了初步成效。从06级和07级参与了化学创新模块教学的学生来看，他们的思维能力、动手能力、创新能力以及科研素养均较没有参与的往届学生要强，进入社会后适应工作环境的能力也要强。06级冶金专业的毕业生有多人在企业的科研项目中担当重要角色，07级学生有多人在校时就是教师科研项目中的直接参与者，他们的综合素质为就业创造了条件，一次就业率达到了90%以上。我们认为，化学实验应成为全面实施素质教育的有效工具。同时，对于实验室的管理效能也提出了更高的要求。通过试点，建立了一种教师引导下的学生自主创新的科研与教学互动的高效能教学模式，激发了学生的学习兴趣，提高了学生创新能力，也促进了教师科研课题的发展，形成了科研与教学相互促进与发展的良性循环。

［1］王艳，李学军.沈阳师范大学学报(自然科学版)，2010(01):126

［2］陈怀侠，蔡火操，黄建林，等.实验室研究与探索，2007，26(8):91

［3］江文辉，罗一鸣，周瑞仁，等.实验室研究与探索，2009，28(12):115

［4］李林，陆灵云，沈明霞，等.实验室研究与探索，2009，28(2):8

［5］刘宝生，黄军左，付文.中国电力教育，2011(10):127