仪器分析实验课程改革探索

2014-04-10谷苗苗姚开安周爱东

实验技术与管理 2014年3期

谷苗苗，姚开安，周爱东

(1.南京大学金陵学院化学与生命科学学院，江苏南京 210089；2.南京大学化学化工学院，江苏南京 210093)

随着教学体制和科技体制改革的深入，培养大学生创新能力和实践动手能力已成为我国高等教育教学改革的重要旋律[1-2]。我院以“产-学-研”结合为主线、能力培养为核心，培养具有创新精神的高素质应用化学人才。实验教学是独立学院应用型人才培养的主要环节，“仪器分析实验”的教学目的是使学生了解和熟悉一些现代化大型仪器的使用，培养学生严谨的科学作风和良好的实验素养，并且通过改革实验模式进一步培养学生的创新意识和初步的科学研究能力，为学生后续专业课程的学习及今后实践应用、科学研究打下牢固的理论和实践基础。为了适应社会对高素质创新型人才的需求，我们在创新能力培养方面做了一些有益的尝试。

1 目前仪器分析实验教学中存在的问题

1.1 传统实验教学是班级授课制，不利于发挥学生的主观能动性

传统实验教学是以教师、教材为中心的教学。传统实验课程严格按照教学大纲去安排实验，教学内容主要是设置演示性、验证型的实验，以能让学生了解仪器基本构造及初步掌握仪器的操作规程等为主要目标，即以理论讲授为主、实验技能为辅，学生根据实验讲义上给出的具体实验步骤完成实验。在整个实验过程中，学生缺少独立思考和实施的空间，他们只能依据给出的实验方案进行实验，这不利于激发学生的想象力和创造力，阻碍了学生学习的积极性和主动性。

1.2 单一的实验考核制度，不利于提高学生综合素质

仪器分析实验教学不仅仅是对简单定理的验证，而更应启发和鼓励学生自己动手，创设自主操作环境，从学生实际出发，充分调动学生学习的积极性、主动性和创造性，培养学生分析问题和解决问题的能力。传统的实验考核方式主要根据实验报告提供的信息评定成绩，学生容易养成学习惰性，只需机械地抄写实验预习报告，简单记录实验数据，按公式给出实验结果。这种单一的实验考核方式忽略了实验过程中对学生综合能力的考查，这种教条的评定制度缺乏全面性和科学性，不利于学生综合素质的提高。

2 仪器分析实验教学过程中的改革与探索

2.1 引入开放式实验教学理念

开放式实验教学是以学生为主体、教师为主导，通过设定问题情境，由学生自主选择实验项目和实验时间，并自行设计实验方案，与指导教师讨论通过后预约实验中需要的仪器设备，独立进行实验操作，实验结束对实验数据进行处理及分析讨论[3-4]。

2.1.1 开放设计性实验的选题

学生在经过基础实验的综合教学后，进入开放设计性实验的学习阶段。教师根据最新科技发展情况和实验室现有的仪器拟定实验题目供学生参考，或学生自带课题。教师在选题时一般选取贴近生活实际及社会热点的问题，例如牛奶中三聚氰胺的检测[5-6]、灰尘中重金属铅的检测[7-8]、可乐中咖啡因含量的测定[9]及饮料中塑化剂的检测[10]等，这些设计研究型实验项目一定程度上激发了学生的求知欲，调动了学生的积极性和探索性。

2.1.2 开放设计实验的教学方法

在开放设计实验中，学生根据各自兴趣和自身情况，自由组合成实验小组。首先由各组组员推荐组长提交实验题目申请，在选定实验项目后，通过查阅资料设计实验方案。其次由有丰富教学经验及科研经验的指导教师与实验小组讨论，根据实验室条件最终确定实验方案。在开放实验教学的过程中，指导教师穿插与学生讨论实验中出现的问题，引导学生通过现有的资源自行解决问题。例如在“检测可乐中咖啡因含量”的实验中，学生使用三氯甲烷对咖啡因萃取之后用紫外分光光度计测定其吸光度时，实验数据出现异常测定的吸光度，数值溢出检测范围，学生讨论分析后，发现萃取后静止时间对实验结果有很大影响，通过不断尝试最终得出合理的实验结果。在教师指导下，学生的开放实验成果——“浅谈紫外分光光度法测定可乐中咖啡因含量样品前处理中离心分离(或静置)的必要性”拟在核心期刊发表。开放实验的实施提高了学生的科技写作能力、科研能力及创新能力，为进入硕士、博士阶段的学习打下良好的基础。

2.1.3 开放设计实验的目标及实现程度

以学生为主体的探究式实验教学方法，激发了学生的求知欲，由被动地接受实验转变为主动地完成实验，在实验中发现问题、分析问题、解决问题。因实验选题与日常生活息息相关，学生更加重视实验结果的可靠性和真实性，培养了学生严谨的科学态度，为毕业论文的顺利实施提前做好铺垫，同时提高了学生的社会责任感。

2.2 实验考核制度

实验成绩考核注重实验方案的设计能力、实验过程的操作能力。成绩评定中，基础实验占40%，设计实验占60%(具体评分标准为：实验方案设计及实验过程占70%，实验论文占30%)。基础实验中，学生不拘泥于只简单完成实验报告，教师引导学生认真地完成实验的每一步，同时根据学生的反馈继续改进实验内容和上课方式，达到了“教学相长”的效果。在设计实验中要求学生按科研小论文的形式提交实验报告。实验报告从格式、内容、实验结果、归纳分析等方面去审核，要求真实反映实验结果。如果实验中发现实验数据异常可以重新进行实验，对于多次异常的实验数据，可在教师帮助下分析实验失败的原因而不是随意更改实验数据。这样学生不仅能掌握论文书写格式，而且能切身体会到科学研究必须以科学实验为依据，要有严谨、求实的态度。

2.3 引入实验奖励机制

2.3.1 开展实验竞赛

学科竞赛不仅可以激发了学生的创新意识，而且还有利于提高学生的团队协作精神。

我院在学生中开展了图谱解析竞赛，将60名学生分6组，每小组选2名学生作为参赛选手，内容为通过四谱联用解析某化合物结构。竞赛前准备好样品，将其化学式及物理性质告知选手，并且提供其质谱图和核磁共振图谱。竞赛主要包括实验操作和图谱解析2个部分，总分100分，实验操作占30分，图谱解析占70分。选手在实验操作部分中要提供该化合物准确的紫外和红外图谱，各占15分。对于图谱解析部分要求四谱同时使用，相互印证，在规定的时间内进行分析，各小组同时进行。竞赛时间结束要求每组学生用PPT的方式来讲述图谱解析过程。为了保证比赛公正性，由4位教师进行流水式评判。通过比赛，学生动手能力提高的同时分析问题的能力也得到提升，为培养学生实验创新能力奠定了基础。

我院组织应用化学专业学生参加每2年举办一次的江苏省大学生化学化工实验竞赛，与南京大学、东南大学等国内知名高校的学生同台竞技，我院参赛者获得优异成绩，每次竞赛中都有学生荣获一等奖。

通过参加学科竞赛有利于激发学生学习兴趣，提高学生实验操作技能和综合应用能力，培养大学生的创新精神和实践能力，同时推动教学改革与创新。

2.3.2 学院设立“实验奖学金”

要求学生在实验过程中对实验现象进行深入、细致的分析并撰写文章，对平时实验中善于发现问题、思考问题的学生给予奖励；奖励优秀的开放设计实验团队，从实验方案设计、实验过程的实施、实验论文及方案答辩4个方面综合打分评定优秀团队。

通过奖励机制更好地调动学生的积极性和创造性，有助于达到预期的实验目的。

2.4 实验指导教师队伍的建设

实验教学队伍建设是搞好实验教学、提高实验教学质量的关键[11-12]。第一，采取“走出去”的方式，不断丰富教师的实践经验，鼓励教师去企业参观学习、与企业进行项目合作，例如去相应的检测机构学习实际样品的处理检测过程及目前检测方法的新进展；第二，“科研促进教学”，逐步将教师的科研课题及成果转化成实验项目，例如设计实验中引入教师科研项目“牛奶中抗生素的可视化检测”，引导学生进行创新训练，对学生进行创新意识的培养，科研与实验教学相辅相成顺应了实验内容现代化的需要，也符合培养创新型人才的要求[13]；第三，建立激励机制，学院对于公开发表学术论文的教师，根据发表文章档次给予奖金奖励。

为培养出具有创新意识、创新能力的学生，我们应不断加强实验技术队伍建设，保证实验室开放稳定、可持续发展。

3 改革措施取得的成效

针对独立院校“仪器分析实验”教学中实验内容、教学方法、评价手段、加强教师队伍建设等方面采取行之有效的改革措施，改传统被动的、封闭的、受约束的实验教学为主动的、开放的、创造性的实验教学，有力地推进了我校实验室在培养学生的创新意识及创新能力方面的进程。参与实验的学生有了切身体会，他们认为：开放实验增添了实验的乐趣，了解到学习方式的多样性；在查阅资料时不但可以扩大知识面，而且可以提高归纳总结文献的水平；计算机应用能力有所提高，除了常规的文字处理，学习了化学软件，使课程论文更符合专业规范；将书本理论知识与实际联系起来提高了分析问题、解决问题的能力；通过小组合作，培养了团队协作精神等。

通过实验方式改革，有利于产-学-研平台的发展，将理论学习和实践活动较好地统一起来。用人单位更多地看重毕业生对新知识的学习掌握能力，我们给学生创造了开放设计实验的环节，让学生在参与探索的过程中, 学习创新的能力得到了提高，因此我院毕业生得到了用人企业和科研单位的一致好评。