分析化学设计实验教学的实践与探讨

马志刚，李 菲，凌 剑，朱秀芳， 谢琦莹，殷志禹

(云南大学 化学科学与工程学院 化学化工实验教学中心，昆明 650091)

分析化学设计实验教学的实践与探讨

马志刚，李 菲，凌 剑，朱秀芳， 谢琦莹，殷志禹

(云南大学 化学科学与工程学院 化学化工实验教学中心，昆明 650091)

阐述了设计实验在分析化学实验教学中的重要性。结合云南大学开设分析化学设计实验的实践及在设计实验的选题、教学方法、教学组织、成绩评定和教学效果方面的探索，就如何更好地提高学生的创新意识和创新能力进行了探讨。

分析化学；设计实验；实践；探讨

1 设计实验的重要性

分析化学实验是化学、化工、生物、地质、环境科学、土木工程、医学和农学等专业的基础实验课程之一，它与分析化学理论课教学紧密结合，但又是一门独立的课程。学生通过本课程的学习，可以加深对分析化学基础理论的理解，正确和较熟练地掌握分析化学实验基本操作，学习分析化学实验的基本知识，提高观察、分析和解决问题的能力，培养实事求是的科学态度和认真细致的工作作风，为后续课程和将来进一步学习、参加工作打下良好的基础[1]。

设计性实验的开设是当前实验教学改革的重要内容之一，也是切实提高学生创新意识和创新能力的客观要求，也符合国家对创新人才培养的要求。在分析化学实验的教学中，我们既深刻认识到验证性实验对培养学生熟练地掌握基础知识、基本实验技能和加深对基本理论理解的重要性。同时也意识到，在现有的实验教学过程中，对于培养学生独立思考和解决实际问题能力的训练是远远不够的，所以在开设验证性实验的基础上，逐步开设了部分设计性实验。实验的着重点在于调动学生的学习积极性与主动性，培养学生独立思考和独立解决实际问题的能力，引导学生由被动学习向主动学习转变，增强学生的创新能力培养。

本文结合云南大学开设分析化学设计实验的实践，及在设计实验的选题、教学方法、教学组织、成绩评定和教学效果方面的探索，并结合相关高校在此方面的实践[2-8]，就如何更好地完善设计性实验以达到提高实验教学质量进行了探讨。

2 设计实验的选题

设计性实验的选题是完成设计实验的关键，也是让学生能否得到提高锻炼的关键。选题太难，会让学生课外花费大量时间也弄不出个所以然来，无从下手，容易挫败学生的学习积极性，打击他们的热情；选题过于简单，轻轻松松就可完成，失去了挑战性，也就没有了学习兴趣，达不到预期的教学效果。

我们根据实验室条件和学生已掌握的理论知识和基本操作技能，本着不超出学生的基本操作能力和知识水平，又不照搬已做过的实验，选择新颖、实用性的项目，给予学生充分的思考空间。设计实验由学生自由组合成实验小组(一般2～3名一组)，按组抽签选定实验选题后，针对选题，通过课外查询相关书籍、手册、国标和文献资料，自行设计制定实验方案，写出实验原理、所需仪器、试剂量的计算及其配制、实验步骤、计算公式和参考文献，经课堂讨论修正，得到指导教师的批准后，到实验室独立完成实验。

我们先期开设的设计选题分为三大类：

(1)酸碱滴定法，NaOH+Na3PO4、Na3PO4+Na2HPO4、NaH2PO4+H3PO4、硼砂共四个实验。通过此类实验让学生加深对酸、碱概念及性质的了解，对于酸碱滴定用主要指示剂的性质、变色范围、滴定原则有更深的认识和灵活的应用。

(2)络合滴定法，硫酸铝钾、Ca2++EDTA混合液、五水硫酸铜共三个实验，让学生在实验过程中，充分了解各种离子性质(络合)、酸效应曲线的应用以及各种金属离子指示剂的变色、适用酸度范围及其正确应用。

(3)氧化还原滴定法，硫酸铬钾(亚铁盐法)、铬酸钾(碘量法)共两个实验。通过此类实验让学生加深对氧化还原反应及其指示剂特性的了解，加深对氧化还原电位的认识。

学生在做过设计性实验之后，对分析化学实验产生了浓厚的学习兴趣，自行提出一些日常生活中实用性很强的实验课题。例如，果汁中的酸度测定、维生素含片中维生素C的含量测定、酸奶的酸度及钙含量的分析检测、自来水和湖水中钙镁含量的测定等，甚至自带样品要求独立完成测试。这样，不仅丰富了设计性实验的选题，而且针对同一选题提出了更多合理的实验方案，发散思维得到锻炼，同时对于实际样品的前处理方法及测定方法的多样化有了切身的体会和应用。

3 设计实验的教学方法

传统分析化学实验的教学方法一般是：由学生根据实验教学计划开设的实验项目，对实验教材进行课前预习、实验前教师讲解、实验时规范操作和课后认真写好实验报告几个过程。学生是一种被动学习的过程，按部就班，不明所以，对教材上的取样量是如何计算的也不清楚，实验的教学效果不明显，学生容易遗忘基础的操作技能。而设计实验完全不一样，仅仅给出实验选题、测定要求及必要的提示等内容，要求学生经过充分查阅图书、文献资料后，独立制定实验方案，写出实验原理、所需仪器、试剂量的计算及其配制、实验步骤、计算公式和参考文献等内容，在课堂上学生之间自己进行讲解、讨论，在教师指导下修正完善实验方案，得到指导教师批准后，到实验室进行实验操作，完成实验内容，最后根据实验结果对原设计方案进行评价。在此过程中，学生是主角，教师只起到引导和启发的作用，学生基本上是自主的学习。这样可使学生在实验过程中变被动学习为主动学习，提高实验课的学习兴趣。在查阅文献、设计方案、溶液配制、实验现象观察、分析问题和解决问题的能力诸方面得到全面训练，实验技能得到更大的提高，加强了学生创新能力的培养。

实践证明，分析化学设计实验能够达到一般分析化学实验(包括一般综合性实验)难以达到的教学效果，是培养学生分析化学综合能力的很好的途径。学生普遍反映通过设计实验，极大地培养了他们学习的自主性和积极性，同时也启发了他们去积极思考，寻求解决问题的方法和能力。

4 设计实验的教学组织

设计性实验要求实验课指导教师既要有扎实的理论知识和丰富的实验技能，又需要掌握一定的教学方法和技巧去帮助、引导和启发学生的创新意识。因此，在设计实验的教学组织中，高水平、负责任的教师是设计性实验教学开展的前提。实验课的教学改革不光是实验项目的增减， 深层次的改革还包括实验教学体系的全面变革和提升。设计性实验的开设只有依托于高水平的实验教师队伍，才能够保证对学生知识的认真传授、正确地指导和耐心细致的培养。高水平的教学包括教师的爱岗敬业精神、高度的责任感、严谨的工作态度、持久的创新意识和融会贯通的学科知识等。而大学生思路活跃，没有束缚，时常会提出一些意想不到的思路，这时老师对学生应该做到共同探讨、鼓励创新，真正做到教学相长。

同时，通过设计性实验的开设，可以让年青教师和教学经验丰富、科研能力强的老教师一起经常备课、讨论，引导和帮助青年教师尽快提高教学水平。在这种积极向上的教学氛围中，青年教师时刻感觉到自身知识和教学水平的欠缺而不断学习、不断进步，这种“传、帮、带”的优良作风的形成，可以保证一门实验课长期教学水平的稳定和提升，营造一种团结互助、和谐向上的教学环境。

5 设计实验的成绩评定

化学实验成绩的考核及评定办法是学生实验课成绩的基准，全面、合理、易操作的实验考核方法能够有效引导和激发学生的学习兴趣、养成良好的实验作风和严谨的科学态度。设计性实验的教学目的是为了培养和训练学生灵活运用理论知识和基本操作技术独立解决实际问题的能力。因此，不同于传统的验证性实验，设计性实验的考核应综合方案的设计、课堂讨论、实验操作、分析结果、方案的评价等方面进行，特别对有新意的和创新性的设计方案适当加分，以鼓励学生多开动脑筋、独立思考，大胆创新。

6 设计实验的教学效果

在学生掌握了基本理论和基本操作技能的基础上开设的设计性实验，给予学生各方面的综合锻炼，取得了很好的教学效果。

6.1 学习了图书、手册、标准和文献资料的查阅

设计实验只有选题，其余的信息都需要学生自己去查阅，最终制定出实验的设计方案。在这过程中，学生需要查阅大量的文献资料，掌握丰富的信息，学习各种文献的查阅方法和工具。通过文献的查阅，学生不止对实验有了更深入的了解，也在不知不觉中掌握了很多的知识，更难能可贵的是学生有了自主学习的理念。设计实验中出现的许多问题，需要他们不断地去思考、去解决，一旦问题得到解决，成功的喜悦和成就感又能够激发学生更强的学习兴趣和创新精神。

6.2 锻炼了学生的语言表达能力

设计实验的设计方案需要学生用化学的专业术语有条理的写出来，就需要他们从查阅的大量素材、资料中进行选择、识别，整理成自己的设计方案，设计实验锻炼了学生的语言表达能力。

6.3 有了初步的严谨的科学态度

化学实验需要学生在整个实验过程中认真、细心，并严格遵守操作规范。通过设计实验，让学生知道了严谨的科学态度对于一个实验成功的重要性。

6.4 懂得了团结协作的精神

设计实验一般是以小组的形式来进行，资料的搜集、整理过程并不是一帆风顺的，在此过程中，学生学会了坚持、协作、讨论与分工，深刻体会到一个人的力量是有限的，但团队的协作的力量是巨大的。小组成员一起解决问题，集思广益，收获的远远不止设计实验所带给他们的。

6.5 进一步加深对于专业的兴趣和热爱

设计实验的开设，把学生平时学习的零星、散碎的知识点连成线，基本的操作技能融会贯通，在实验技能方面有了很大的促进和提高。同时，自行设计、自己亲自动手操作测定得出结果，让学生对实验的兴趣大增，对专业的热爱加深。这些，恰恰是以前的验证性实验所不能达到的教学效果。

7 设计实验进一步改革的思路

设计实验教学改革是一项长期的系统工程，需要在实验选题、教学方法、实验室及仪器管理、学生成绩的考核评定等诸多方面进行不断地探索和总结，逐步形成一种科学、合理、有效的实验教学新模式，以促进我国高等学校实验教学水平的提高，适应时代的要求。根据设计实验开设的实践及效果，今后在以下几个方面还可进行进一步的探索和总结。

7.1 适当增加设计实验的比例

设计实验很受学生的欢迎，都有要求增加设计实验的愿望。但开设设计实验，需要的仪器设备、药品试剂多且量大，且实验时间一般较长，与现有的实验室管理模式有不协调的地方。今后可按实验教学体系的基础、专业、综合设计实验三个层次逐渐加大设计性实验在整个实验课中的比例，满足学生迫切的学习愿望，切实提高实验课的教学水平和质量。

7.2 设计实验选题的多样化

现有的设计实验一般是教师命题，学生选题的方式，实验项目的专业性强，实用性和新颖性不足。在今后的选题方面，可以保留一部分专业性强的项目，其余的应逐步增加实用性、现实性的项目，甚至鼓励学生自主提出实验课题的方式。这样能使学生的学习兴趣更加浓厚， 主动性更强，教学效果更明显。

7.3 教学方法多样化的探索

在现有的教学方法基础上，在设备及条件允许的情况下，设计实验教学的过程中要放手让学生大胆设计、细心实验，就同一个选题设计不同的设计方案，比较其优缺点，并通过实验检验和确证。这样，一方面可以切实加强对学生创新意识与创新能力的培养与提高；另一方面可以充分调动学生的学习兴趣和学习主动性，活跃思维，发展智能，加强理论与实际的联系，达到举一反三的目的，使分析化学实验教学提高到一个新的高度和水平。

8 结束语

学生通过设计性实验进行文献查阅，应用所学知识解决实验问题，得到了各方面的综合训练，能切实有效地提高学生的综合实验能力。实践证明，只要我们不断探索与总结，切实抓好设计性实验的各个环节，就能使学生在复习巩固已掌握的分析化学实验知识的基础上，在创新意识和创新能力的培养上取得更大的成绩。

[1]王义遒.当前实验教学改革的几个问题[J].实验技术与管理，2000，17(4):1-5.

[2]陈怀侠，蔡火操，黄建林，等.研究型设计性分析化学实验改革与探索[J].实验室研究与探索，2007，26(8):91-94.

[3]吕海涛，曲宝涵.普通高等院校分析化学实验教学的探讨[J].化工高等教育，2009(3):45-48.

[4]张爱华，杨宝华，王蓓，等.分析化学实验课教学改革初探[J].西北医学教育，2010，18(2):340-341.

[5]曹颖，宋丽丽，边育红，等.从PBL 教学方法浅谈分析化学实验教学改革[J]. 高校实验室工作研究，2011(3):48-49.

[6]李松栋，周激，吴跃焕，等.分析化学实验教学改革与探索[J].实验科学与技术，2012，10(3):90-92.

[7]郑兴荣，崔鑫.分析化学实验教学改革初探[J].化工时刊，2012，26(12):51-52.

[8]赵桦萍，赵立杰，李莉，等.无机及分析化学实验教学改革的探索与实践[J].化工时刊，2013，27(3):51-52.

Practice and Discussion of Analytical Chemistry Design Experiment Teaching

MA Zhigang, LI Fei, LIN Jian, ZHU Xiufang, XIE Qiying, YIN Zhiyu

(School of Chemical Science and Technology, Experiment Centre of Chemistry and Chemical Engineering, Yunnan University, Kunming 650091, China)

We explain the importance of design experiments in analytical chemistry experiment teaching. Combined with the creation of analytical chemistry design experiment in the topics, teaching methods, teaching organization, performance assessment and teaching effectiveness, we discuss how to better improve student’s innovation sense and innovation capacity.

analytical chemistry; design experiment; practice; discussion

2014-05-14

云南省质量工程教改基金资助项目(2013年)。

马志刚(1978-)，男，硕士，实验师。主要从事基础化学实验和仪器分析实验的教学，工作。

G642.423；O6-33

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.026