在分析化学实验改革中培养高师研究性实践型人才探索

甘春芳　盛家荣

[摘 要]分析化学实验改革中培养高师研究性实践型人才，可以从教学内容、教学模式以及实验考核方式等方面探讨分析化学实验的改革。研究型教学模式对学生的培养是多方面的。在实验课堂营造研究气氛，培养学生的创新意识，激发学习的主动性，建立团队意识，培养了学生科研论文写作能力。在化学实验中培养研究性实践型人才的模式值得推广，同时也需要时间、实验室、实验内容等具有开放性，促进相应管理制度的建立，在提高学生素质的同时也让教师得到进一步拓展。

[关键词]分析化学实验 设计性实验 研究性实践型 教学模式

[中图分类号] O65-4；C961 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）05-0111-03

进入飞速发展的二十一世纪，对大学生进行能力培养已成为首要任务。师范院校大学生的实践能力已成为影响就业、适应社会和培养学生创造能力的重要因素。我校化学专业以“厚理论、重实践、辅创新”为总体指导思想，设定人才培养目标为：精英引领，以点带面，全面提升。所谓的精英引领其目标是培养卓越教师；全面提升的目标是培养适应新课程改革的具有较强综合素质的合格教师。因此，在新课改背景下提出研究性实践型人才的培养，对于提高高校化学专业的办学质量和人才培养质量具有重要意义。

“研究性学习”是学生在教师指导下，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习活动。研究性学习作为一种学习方式，强调学生在学习过程中，通过探索实践，增强自己探究问题的能力和创新思维。[1]化学实验研究性学习是一种新型的学习方式，强调从学生自身的兴趣和学习经验出发，在教师的指导下，学生主动学习或模仿科学研究的过程，体验主动获取知识、运用知识、解决问题的学习活动，让学生学会合作与分享，培养学生的科学意识和科学品质以及对社会的责任心和使命感，最终促进学生实践能力和创新能力的发展与提高。

实践能力是相对于认知能力而言的，是运用知识、技能解决实际问题的能力，主体参与式实践活动是实践能力形成的本质。[2]

分析化学是一门实践性很强的学科，分析化学实验单独设课，是高师化学专业重要的基础课，其主要目的是加深对分析化学基本概念和基本理论的理解；正确熟练地掌握化学分析的基本操作，较系统地学习化学分析实验的基本知识，学习并掌握典型的化学分析方法；树立“量”的概念，运用误差理论和分析化学理论知识，找出实验中影响分析结果的关键环节，学会正确合理地选择实验条件和实验仪器，正确处理实验数据，以保证实验结果准确可靠；培养良好的实验习惯和实事求是的科学态度，为将来参加工作打下良好基础。[2]但是，目前实验教学中存在诸多的弊端，如实验内容陈旧、老师教学方法滞后、学生缺乏探究能力、实验评价单一等。下面，从几个方面探讨在分析化学实验中培养研究性实践型人才的思路和做法。

一、改革教学内容

在传统的实验课教学模式中，教师是教学活动的主体，教师教什么，学生就学什么。即“注入式”的教学模式，教师按实验步骤认真地讲解，学生按实验要求完成实验。这样的学习方式不能激发学生实验的积极性和主动性，造成学生学而不思的状态，不利于创新思维的培养。

近年来由于对本科课程设置进行改革，分析化学实验的课时数由原来的108个课时削减为64课时，因此删除了定性分析实验部分，将其放在无机化学实验中进行。分析化学实验要求快、精、准，以往老式的全自动电光天平因磨损、老化被淘汰，引进了电子天平，实验操作简单快速，称量操作得到简化。因此，安排称量操作练习的课时也进行了缩减。在教学中安排的实验内容尽量避免重复，并且根据各个专业的不同在实验内容上进行调整。如我们所用的教材中“NaOH和HCl标准溶液浓度的标定”“铵盐中氮含量的测定（甲醛法）”以及“混合碱的分析（双指示剂法）”三个实验是分开的，学生在标定完HCl后过两周才进行混合碱的分析，HCl放置的时间长，浓度不准确，因此，将这三个实验合并为“NaOH标准溶液浓度的标定与铵盐中氮含量的测定”和“HCl标准溶液浓度的标定与混合碱的分析”两个实验，还可以增加综合性的设计实验。环境专业的分析化学实验的课时数为32个课时，所以我们选择与其专业相关的实验项目，如“水的总硬度的测定”“软锰矿中MnO2含量的测定”等。

二、改进教学模式

基本实验技能是本科分析化学实验教学的重要内容，是从事分析化学实验的基础，在64学时的化学类本科专业分析实验课中，我们安排了12学时用于基本操作技能的训练。经过一系列的基本训练，使学生了解分析实验室常规仪器以及试剂的性能、特点、维护方法及操作技术等基本知识与技术，学生需经考核合格后方可进入下一学习阶段。

验证性实验是以经典实验为学习内容，安排的实验课时大概为32课时，这一阶段是分析化学实验基本操作部分。如“铵盐中氮含量的测定”“铅、铋混合液中铅、铋含量的连续测定”“间接碘量法测定铜盐中的铜”以及“钡盐中钡含量的测定”等，这些验证性实验主要培养学生基本操作技能和基本分析方法，进一步加深学生对理论知识的理解，掌握基本分析方法，熟练使用各种玻璃仪器和滴定操作，养成良好的实验习惯以及学会数据处理的方法，为以后的实验打下坚实的基础。

通过基本操作训练以及验证性实验，学生基本掌握了分析化学实验的操作方法，接下来就是安排一些设计性实验，由学生自主完成。实验内容一般有：（1）HCl+HAc；（2）NH3-NH4Cl；（3）HCl-NH4Cl；（4）Na2HPO4-NaH2PO4；（5）H2C2O4+H3PO4；（6）BaCl2+NaCl；（7）CaCl2+NaCl；（8）MgCl2+NaCl；（9）FeCl3+NaCl；（10）FeCl3+CaCl2以及一些单组份测定的实验题目，如“维生素C药片中抗坏血酸含量的测定”“双飞粉中CaO的测定”“NaCl中微量铁含量的测定”等等，这些题目涵盖了分析化学基础实验的全部内容，要求学生具备一定的综合设计能力。[3]

这一阶段是学生运用分析化学的基本知识，了解实验设计思想，形成创造性思维，将被动学习转变为主动学习的关键时期。首先，我们选择一些内容让学生进行实验设计，以“HCl-NH4Cl混合液中各组分浓度测定”为例，首先要求学生进行初步的资料查询、查阅文献、阅读教材及其他书籍，设计出实验方案。从学生通过查阅和设计的实验方案来看，大概有3种。第一种方法是以甲基橙为指示剂，用NaOH标准溶液滴定HCl，然后加入适量甲醛，并以酚酞作指示剂滴定至溶液变色为终点，根据两次消耗NaOH标准溶液的体积可求出HCl与NH4Cl混合溶液中各组分含量。第二种方案是先取一份溶液用NaOH标准溶液直接滴定，并以酚酞为指示剂，根据反应过程中消耗的NaOH溶液的体积即可求出HCl的量；另取一份溶液用沉淀滴定法并以K2CrO4为指示剂，在中性或弱碱性溶液中，由于AgCl溶解度小于Ag2C2O4溶解度，因而AgCl沉淀完全后，过量的AgNO3溶液与C2O42-作用生成砖红色沉淀，到达稳定。根据Cl-的含量求出总量后，与前一份进行比较，得到HCl与NH4Cl的总量。第三种方案是蒸汽法，即取一份混合溶液往其中加适量的NaOH溶液并加热使NH4+全部转化为NH3，再用过量的HCl吸收NH3，最后用NaOH标准溶液反滴定剩余的HCl。根据反应过程中消耗的HCl和NaOH标准溶液即可求出NH4+的量；另取一份溶液用NaOH标准溶液滴定并以酚酞为指示剂，根据反应过程中消耗的NaOH溶液体积即可求出HCl的量。

这些方案设计出来后，我们设置一些问题让学生进行思考与讨论，如：这三种方案中各采用了哪些原理？哪种方法的误差较小？操作难易程度如何？通过对这些问题的讨论，让学生了解各种方法的优劣，比如，第一种方案就是采取实验中常用的酸碱滴定法，HCl是强酸，首先用NaOH进行滴定，以酚酞为指示剂指示终点，此时由于NH4Cl为弱酸并不参加反应；然后加入甲醛强化质子，继续用NaOH进行滴定直到终点，根据NaOH标准溶液的体积可求出各组分含量。在这种方案里，只需标定NaOH标准溶液的浓度，方法简单易行。在第二种方案中采用的是酸碱滴定法与沉淀滴定法相结合，同样先把HCl的含量求出后，再用沉淀滴定法测定Cl-含量，在沉淀滴定法测Cl-含量时需要用到AgNO3，其价格昂贵，并且沉淀不完全，会使测定结果产生误差。第三种方法是采用蒸汽法使NH4+全部转化为NH3，然后用NaOH标准溶液反滴定剩余的HCl，HCl的测定方法同第一种方案。在这个方法里，采用气化法使NH4+全部转化为NH3，转化不完全和吸收不完全都会产生较大误差，并且该法步骤繁琐。根据对三种方案的分析，决定采用第一种方案进行实验。

当课堂讨论结束后，教师引导学生设计出实验路线，由学生根据自己对实验内容的理解写出具体实验步骤，设计相应的表格，在规定的时间内完成实验。实验完成后对实验结果进行误差分析。在设计性实验过程中，学生是主动学习的主体，教师的主要工作是对学生的引导，对实验涉及的理论知识和实验技术给予支持，起解惑答疑的作用。设计性实验的实验报告要求学生按照科研论文的格式来完成，让学生感受到科研工作的氛围，培养其创新意识，提高了运用所学基础知识解决实际问题的能力。

三、改进考核方法

学生的实验成绩由平时成绩、设计性实验成绩、期末考试成绩三部分组成。平时成绩由“实验报告、基本操作、实验预习和实验操行”四个方面的表现综合评定给出。设计性实验根据“课前准备、实验技能、数据记录与分析、实验报告”的各项表现进行打分。设计性实验一般为分组实验，选四个题目，将学生分成四组（4-6人 / 组），按照分工情况以及个人表现和实验结果进行评分。

在进行实验期末考试时，我们也进行了改革，以往的考试是将分析化学实验分为几大部分：分析天平的基本操作、滴定分析的基本操作、重量分析的基本操作以及分光光度计的使用等，学生在考核之前抽签决定考什么内容，每个基本操作配备一个老师。考核的内容涵盖了分析化学实验基本操作的要点，但是这些考核方法存在局限性，并不能完全反映学生的真正水平，学生的创新能力及综合素质不能完全体现出来。在实验内容中增加了设计性实验后，考核方法也进行了改进，将设计性实验的成绩所占比重加大，并且实验考试的内容由原来的分四大操作进行考核变成了以完成一个实验内容作为考核。如：试样中草酸含量的测定、铁盐中铁含量的测定、试样中CaO和MgO的测定等等。在考试之前由实验员分批次称好样品，教师按照称样量和样品纯度初步进行计算，然后进行预实验，确定样品的含量及误差范围，将规范操作也一并设计在内，设定评分标准。让学生在规定的时间内（一般为3小时）完成实验并计算出实验结果。这样一来，学生在完成实验的过程中经过了称量、滴定实验操作以及实验数据的处理等，从完成实验的情况来看基本能反映出学生在经过一个学期的分析化学实验教学后对实验的掌握程度。

经过改革的考核制度不但可以充分调动学生的积极性和主动性，客观反映了学生的真实水平，也反映了学生的综合运用理论知识解决问题的能力。

四、结论

经过一段时间的努力和探索，我们发现研究型教学模式对学生的培养是多方面的。[4] [5] [6] [7]

（1）在实验课堂营造研究气氛，培养学生的创新意识，激发学习的主动性。研究型设计性实验是有一定难度的实验，没有现成的实验步骤作参考，需要查询相关资料，然后按要求写出规范的设计实验方案。在进行实验之前，师生共同探讨各种实验方案的可行性、存在的问题以及解决办法，优化设计方案。

（2）建立团队意识。每个小组的研究型实验需要团队的配合，提出方案后小组进行讨论，在这样的环境下，学生积极看书，查资料，实验中相互配合，相互鼓励，以同伴的信任为荣，表现出了良好的团队精神和协作意识。

（3）培养了学生科研论文写作能力。在传统的实验教学中，学生完成的是实验报告，而大部分实验报告是将实验教材中的内容重抄一遍。在研究型设计性实验教学中，学生要查阅相关资料并学会引用他人文献，并且自己设计路线并实验，在实验过程中调整实验方案，最终完成实验报告。这个过程可以让学生了解到科研的艰辛，培养刻苦钻研的科研素质。

因此，在化学实验中培养研究性实践型人才的模式值得推广，同时也需要时间、实验室、实验内容等具有开放性，促进相应管理制度的建立，在提高学生素质的同时也让教师得到进一步拓展。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 张世勇，罗序中.基于学生实践能力发展的化学实验研究性学习探索[J].高师理科学刊，2011，23（4）：110-112，116.

[2] 何万国，漆新贵.大学生实践能力的形成及培养机制[J].高等教育研究，2010（10）：62-66.

[3] 甘春芳，马建强.浅谈分析化学实验考核改革与实践[J].广州化工，2012，40（6）：152-153.

[4] 康学军，张建新，许茜，许洛盛，张印斗.分析化学实验教学中研究性学习实践初探[J].大学化学，2005，20（4）：20-21，41.

[5] 李暐，陈英海，孙明礼，刘毓琪，胡树林.研究型分析化学实验课教学模式的探索[J].大学化学，2012，27（1）：19-22.

[6] 陈怀侠，蔡火操，黄建林，李跃英.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）：91-93.

[7] 邓樱花，刘永美，胡庆兰，马晓玲.“验证性-综合性-创新性”分析化学实验教学模式的探索[J].湖北第二师范学院学报，2013，30（2）：93-95.

[责任编辑：罗 艳]