分析特色应用化学专业多维实践教学体系的构建

朱霞萍, 胡晓荣, 孙永华, 周　莉

(成都理工大学 材料与化学化工学院, 四川 成都　610059)



分析特色应用化学专业多维实践教学体系的构建

朱霞萍, 胡晓荣, 孙永华, 周莉

(成都理工大学 材料与化学化工学院, 四川 成都610059)

成都理工大学应用化学专业依托学校地质学科优势和西部矿产资源优势,形成了鲜明的分析特色,特别是针对岩石矿物等无机复杂物质系统分析的特色,阐述了成都理工大学分析特色的应用化学专业立体多维实践教学模式。该模式从实践内容和模式、实践过程、实践考核方式多方面进行构建,是培养学生具有超强动手能力、创新能力以及解决实际问题能力的保障。

分析特色； 应用化学； 多维化实践教学

第13届全国大学化学教学研讨会于2015年10月30日—11月1日在湖北武汉举行,强调“以开放思维深化教学改革,进一步提高大学化学教学质量,推进大学化学教育的可持续发展”[1]。陕西师范大学房喻教授认为当今化学课程体系存在的重大问题之一,是不同学校化学专业课程结构雷同、内容相似,缺乏特色[2]。成都理工大学应用化学专业始建于1959年原成都地质学院二系开办的岩石矿物分析专业，随着学科的发展和社会的需要相继更名为工业分析和现在的“应用化学”。现阶段,“应用化学”专业人才培养核心内容和目标是以岩石矿物分析为专业特色,以化学和化工基础理论学习、岩石矿物分析专业技能训练及综合素质培养为核心内容,为国家地质矿产资源勘查和利用、环境监测与保护、食品药品安全监督等领域培养具有系统基础理论知识和实践能力的应用研究型人才[3]。办学50多年来,该专业依托成都理工大学地质学科优势和西部矿产资源优势,形成了鲜明的分析特色,特别是针对岩石矿物等无机复杂物质系统分析的特色。该专业本科毕业生实际就业率历年都在95%以上,从事分析测试工作的学生比例基本都在80%以上。本专业毕业的学生遍及全国的地质矿产和冶金地质部门的中心实验室、质检部门、食品药品检测部门、各种化工企业及下属单位,其中一大批毕业生成长为业务领导和分析测试专家或技术骨干。应用化学专业的学生在分析方面超强的动手能力得益于我校办学60年的经验积累。实践教学在创新型人才培养中占有重要的地位,是培养学生实践能力、创新能力和综合素质的重要教学手段[4-6]。为培养学生的动手能力、创新能力以及解决实际问题的能力,我们狠抓实践教学,构建了一套立体多维化的实践教学体系,主要包括实践内容和模式、实践过程以及实践成绩考核的多维化。

1　实践内容和模式的多维化

实践内容和模式的设定首要考虑巩固理论知识。为了提高学生的兴趣,使实验内容与时俱进,解决实际问题具有重要的意义[7]。在此基础上,实践内容呈现从验证性实验到综合性实验,然后到设计性、创新性实验的维度变化,分析试样中待测组分的含量从常量到微量,再到痕量的维度变化；实践模式从基础课程实验到专业课程实验,再到生产实习,最后是毕业设计的维度变化。具体安排见表1。

表1　应用化学专业实验安排情况表(部分)

表1(续)

在基础课里主要安排一些经典的、简单的、验证性的实验,分析试样大小以常量分析和微量分析为主。基础课程实验阶段主要任务是端正学生的实验态度,规范正确的实验操作,培养良好的实验习惯。

进入到专业课实验,增加综合性实验的比重,增加微量分析和痕量分析实验的比重。综合性实验主要强化学生综合实验能力的培养,因此对理论知识的要求较基础性实验要高。在这个阶段,我校最大的特色是针对应用化学专业的专业课(岩石矿物分析,环境分析,有机分析,食品药品分析,有机试剂在分析中的应用,产品质量检验,化学计量学),专门设置了应用化学专业实验课程,一方面避免不同专业课实验内容的重复,另一方面又根据专业课的特点设定具有一定系统性和综合性的实验。例如实验“聚羧酸减水剂的合成、表征”,第1次实验安排6学时进行烯丙基聚氧乙烯醚聚羧酸减水剂的合成,第2次实验安排4学时进行合成产品的分离纯化和C、H、N、S元素分析,第3次实验安排4学时进行合成产品的结构分析(红外光谱和质谱)。在这14学时的实验中,学生学习有机合成及分离纯化的玻璃仪器的使用、有机合成操作以及元素分析仪、红外光谱仪、气相色谱-质谱仪的工作原理和使用,学习有机化合物的波谱解析,了解一个化学产品如何从原材料制备到监控产品质量、分析产品结构的过程。该实验涉及到有机化学、分析化学的基础理论知识,涵盖了有机化学、分析化学、仪器分析、有机分析、产品质量检验等课程的专业知识。

进一步的实践模式是生产实习,安排的时间是连续6周,一部分学生直接进入到与我校签订产学研协议的实际生产单位实习,一部分学生在校内实习。生产实习的内容更具有综合性和设计性，例如“岩石矿物样品全分析”,分析的内容包括K、Na、Ca、Mg、Fe(Ⅱ,Ⅲ)、Al、Ti、Mn、Si、 S、 P、 烧失量等13个项目。该实验的特色是样品基体复杂、实验项目多、每个实验项目可供选择的方法也多。这是个综合性和设计性的实验项目,学生在设计实验方案时,需要综合各门课程的专业知识,选择合适的样品前处理方式,根据样品基体情况、共存组分的干扰情况,确定各个组分的测定方法。在实验过程中,必须严格遵守各步骤的规范操作,大胆细致。在结果处理阶段,要综合考虑实验中的误差及误差传递的问题。生产实习无疑可以很好地锻炼和考验学生的规范操作,提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。

毕业前最后一个阶段的实践是毕业实习,安排的时间是16周,一般有10%学生进入到自己联系的生产单位去学习,大部分学生的实习是在校内进行。这个阶段的实践内容除了具有综合性、设计性外,还具有明显的创新性。创新性实验既能保证本科生基本技能的培养,也能扩展到研究层面,进行科学研究的训练和创新实践能力的培养[8]。例如“成都东郊稻田土—水界面上痕量铅、铬、镉的季节性分布研究”:首先,学生需要围绕题目查找资料、了解成都东郊水稻土基本情况、稻田土—水界面基本情况,及铅、铬、镉的测定方法等研究背景,涉及的知识很广泛,学生要学会去伪存真,有选择地吸收接纳；其次,自主设计实验方案,在教师指导下,综合整个本科阶段学习的知识,提出解决实际问题的方案；最后按照设计的实验方案进行实验,在实验中修正方案,得出最终的结论。这个过程对学生来说既是整个大学阶段的一个考核,也是一次全面的能力提升过程,除了前面的实践提到的巩固知识、规范操作、分析问题等外,也进行了规范性科技论文写作能力的锻炼。

2　实践过程的多维化

第一种实践方式是学生按照教材要求独立完成实验内容,基础课和专业课实验基本属于这个范畴。过程包括学生实验前预习、课堂演示、学生独立完成实验、实验结果讨论以及实验报告的撰写。很多学生在思想深处认为实验是理论课的附属,刚开始抱着应付、混学分的学习态度。要纠正学生的这种态度,首先要从预习抓起。实验学时很有限,为了达到最佳的实验效果,实验课的课前预习就不能成一种形式,而是要充分熟悉实验原理、实验操作。对于课程实验,在理论课堂上就布置实验预习内容,实验前检查预习报告。课堂演示是实验,特别是普通化学实验不能缺少的,实验媒体是任何其他媒体所取代不了的,实验是最直接、最生动的媒体,化学教师不能舍本逐末,放弃课堂演示实验。所以每次实验前,授课教师必须细心地演示实验操作要点,有时候也叫学生上台演示,由台下学生指出正确与否，如果不正确,错在哪里，如何纠正。这样可使学生在课堂上集中精力。实验在教师指导下,尽量以独立操作为主。实验过程实行研究生辅助指导的方式,使实验指导师生比大于1∶10,这样每个学生的操作都在教师的指导和监督之下。实验完成后要进行实验结果处理和讨论。对于基础课和专业课,要求实验报告撰写也在课堂中完成,经教师批改后该课程才算结束。这样操作对教师而言可能要稍微延长一些工作时间,但实际意义却很大。教师可以当面指出学生实验中存在的问题,及时指导学生改正错误,同时也促进了师生之间的交流互动。

第二种是通过学校课程网站、电话、邮件、聊天平台(QQ,微信)进行的翻转课堂实践模式[9-10]。成都理工大学校园网站上有实践课程简介、课程内容、实验操作视频等,也有部分虚拟实验,可为学生动态演示仪器的内部结构及操作步骤,学生通过人工交互虚拟操作模拟实验过程,熟悉正确的操作方法以及注意事项。学生在学习过程中遇到问题,通过上述方式与教师交流。比如,我们现在每上一门课会针对这门课程建立一个QQ群[11-12]。在开始视频教学之前,教师将课程视频、辅导资料和思考题上传到群共享,学生根据个人学习进程下载合适的资料进行学习。教师通过群视频和群签到了解学生是否进入了视频课堂,检查学生的学习情况。最重要的是让学生主动参与,由学生带动课程进程。交流模式有教师发言、学生自由发言等。

第三种实践方式是自主设计并完成实验,教师只是“提出问题,布置任务”。在生产实习中,针对实验内容,指导教师提供样品的种类、样品中的待测物质及待测物质的大致含量。学生自主查资料设计实验方案,学校提供方案所需要的药品,由学生自主配制所需药品,按照实验方案实施并完成实验。例如“Bi3+和Fe3+混合溶液中各组分的分别测定”,教师给出的信息是测定混合溶液中Bi3+和Fe3+,浓度大致为0.1mol/L,硝酸介质,介质酸度为pH 0.5。学生选择的实验方法有很多种,可以络合滴定测定总量,三价铁还原后测定分量；也可以先测定总量,光度法测定铁分量。可以选择直接滴定,也可以返滴定。例如“自然水体水质全分析”,教师提供自然水样,给出测定项目包括色度、浊度、酸碱度、化学需氧量、油污、Cr、Cd、Pd、Ca、Mg,并给出各项目大致含量范围。学生根据所学基本知识设计样品消解方式,设计各个项目的测定方法。一般这种综合性、系统性极强的项目很少能一遍做好,在学生完成第一遍实验后,教师小范围组织学生讨论实验过程中出现的问题以及实验结果的准确度、精密度,总结实践经验,在讨论的基础上进行第2遍、第3遍的实验。在毕业实习阶段,会开展涉及面更广、难度更大、独立性更强、与毕业后从事化学工作关系更加紧密的研究型实验。研究型实验注重的是学生解决方案的能力以及对实验结果的整理能力。指导教师以1∶1.2的比例,根据自己的科研项目和实践中存在的问题拟定实习题目。学生首先根据自己的兴趣自主选题,然后根据所选研究内容查阅文献,了解国内外相关仪器、分析方法及研究内容的发展动态，在综合分析后,设计实验方案、进行开题报告，再根据确定的实验方案开展实验工作、实验总结、撰写毕业论文,最后进行毕业论文答辩,完成教师交代的任务。这种“以问题为核心、以任务为驱动”的实践教学模式能极大地锻炼学生独立思考问题及解决实际问题的能力。

3　实践成绩评定的多维化

对于实验课程,教师要有一套公平、合理、公开透明的评价体系,量化考核,使学生对自己或他人的实验成绩的高低有清晰的了解,促使学生重视实验课,认真地做好每一次实验。

实验考核的项目有预习报告、实验操作、实验原始记录、实验结果、实验讨论、实验报告。每次实验前教师和助课研究生要检查预习情况；实验中要在实验室巡视检查实验操作情况,及时纠正不正确的操作方式；实验结束后考核实验结果的准确度、精密度,检查针对实验过程和结果的讨论及实验报告。特别要强调两个方面的工作:一是原始实验数据的记录,实验数据必须真实、记录及修改要规范。对于任何一门课程实验,原始记录必须装订成册,在课程结束的最后一次实验要检查每一次实验的原始记录是否完整。二是实验报告必须以生产单位的检验报告为标准,为彰显实验数据的权威性,实验报告不能涂改。学生有完整的实验记录本,可以在实验记录本上完成实验数据的整理,实验报告只是把数据添上,出错的概率可以降到最小。对原始记录和实验报告的要求有利于培养学生诚实的科学态度、良好的实验习惯和严谨的工作态度。

4　结语

对于化学类学生,实践对于培养学生化学意识、动手能力,培养发现问题、观察问题、思考问题、解决问题的能力具有重要的意义。实践必须亲力亲为,没有任何其他学习方式可以取代。我校针对应用化学专业建立的立体多维化的实践模式,从实践内容和模式、实践过程以及实践考核方式多方面进行构建,多年来严格遵照模式中各项规定要求任课教师和学生。该模式是我校成功培养分析能力超强的应用化学学生的最大保障。

References)

[1] 第13届全国大学化学教学研讨会组委会. 第13 届全国大学化学教学研讨会纪要[J]. 大学化学,2015,30(6):1.

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[3] 成都理工大学.应用化学专业培养方案[Z].2014.

[4] 王丽梅.基于创新性应用型人才培养的实验教学方法研究[J].实验技术与管理,2014,31(1):19-21.

[5] 郭栋才,詹拥共,旷亚非,等.基于创新型人才培养的实践教学新体系的探索与实践[J]. 实验技术与管理,2013,30(11):141-143.

[6] 任伟宁.地方高校实践教学队伍的建设[J].教育与职业,2012,29(5):53-55.

[7] 徐光宪.对分析化学教学的两点初浅看法[J].大学化学,2008,23(2):1-10.

[8] 周锦兰,王宏,聂进.多层次大学生创新实验平台的构建与实践[J].实验技术与管理,2011,28(4):16-19.

[9] Jerry Overmyer. Vodcasting and the Flipped Classroom[EB/OL].

[10] Jonathan Bergmann,Aaron Sams. Flip your Classroom:Reach Every Student in Every Class Every Day [M].Washington D C:International Society for Technology in Education,2012.

[11] 钟志荣.基于QQ 群的网络学习共同体构建及其应用[J].中国电化教育,2011(8):92-95.

[12] 蔡佳璐.黄荧倩.叶伟东.等.基于QQ 群的翻转课堂教学模式探索:以大学有机化学教学为例[J].大学化学,2015,30(6):7-12.

Construction of multi-dimensional practical teaching system with characteristics of analysis for Applied Chemistry specialty

Zhu Xiaping, Hu Xiaorong, Sun Yonghua, Zhou Li

(College of Materials and Chemistry & Chemical Engineering ,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059, China)

The Applied Chemistry specialty of Chengdu University of Technology relies on the advantages of geological disciplinary in our university and mineral resources in western China,and has formed the distinctive analytical charateristics, especially analysis for rocks and minerals with complex matrix. The stereoscopic and multi-dimensional practical teaching system of applied chemistry with characteristics of analysis has been described. The system includes practical content and mode,the practical process,and the practical assessment. It can cultivate the ability of practical manipulative ability,innovative ability and the ability of solving realistic problems of students.

characteristic of analysis; applied chemistry; multi-dimensional practical teaching

10.16791/j.cnki.sjg.2016.09.039

2016-03-17修改日期：2016-05-04

四川省高等教育人才培养质量和教学改革重点项目(13JGZ13)

朱霞萍(1968—),女,江西萍乡,博士,教授,主要从事分析化学教学和科研工作.

E-mail：zhuxiaping@cdut.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2016)9-0151-04