改革仪器分析实验教学培养应用型人才

2017-01-03王修中吕海涛

大学教育 2016年12期

王修中+吕海涛

[摘要]仪器分析实验是培养学生独立思考和解决问题能力的重要环节。项目组结合目前仪器分析实验教学的现状和存在的问题，从改进实验装备、精选实验内容、定时开放实验室、以科研促教学及多元化考核体系等方面对仪器分析实验教学进行改革和探索，有利于提高教学质量和教学效果，有利于培养学生的综合素质和创新意识，有利于面向地方经济建设和社会发展培养应用型人才。

[关键词]仪器分析实验；教学改革；第二课堂；应用型人才

[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）12-0122-03

仪器分析实验涉及化学、物理学和电子技术等相关学科，作为仪器分析课程教学的重要组成部分，是一门实践性较强的课程，因此是高等院校化学化工类、生物医学类、食品类等相关专业的必修课程。[1-4]该课程不仅培养学生对化学化工产品从原材料到出厂成品的质量的分析检测能力，对提高学生的动手能力以及科研素养的培养同样至关重要；同时该课程所学的内容与高级化学分析工和食品检验工等职业资格考证紧密相关，其重要性不言而喻。

与化学分析实验相比，仪器分析实验具有更强的理论性和实用性。[5]它不仅包括实验方案的设计、基本操作技能的训练，还包括对实验谱图的解析及数据处理。这就需要学生熟悉仪器方法原理，掌握仪器设备的操作步骤和方法，尤其是在实验中要培养学生实事求是的作风，增强理论联系实际的能力，进一步提升学生提出问题和解决问题的能力，使这些能力与课堂上所学到的理论知识相得益彰。

然而，仪器分析实验教学现状不容乐观：（1）由于仪器分析设备价格高，同类仪器设备数量偏少，大多数仪器分析实验仅有一台设备供学生使用，即使学生分小组进行，相对仪器数量，人数仍然相对较多，教学效果较差。（2）现有的仪器分析实验内容大多以验证性实验为主，虽然方法成熟，但内容陈旧，不能做到与时俱进，难以激发学生的兴趣。[6，7]（3）受学时数的制约以及为保护大型贵重分析仪器考虑，测试样品大多是由任课老师预先准备好，学生很少参与或基本不参与样品的预处理；实验内容也很少涉及实验条件的优化，学生只能被动地按照实验教材和指导老师设定的实验条件与步骤机械地完成实验，学生分析、解决实际问题的能力和创造力得不到培养和提高，不利于学生创造性和个性的发展。因此，亟须对仪器分析实验教学进行改革。项目组结合农林院校的专业设置特点，对仪器分析实验教学进行了一系列改革，取得了一定的成效。

一、改进实验室装备，加大对多媒体的应用

利用山东省特色名校建设经费购置多台大型仪器设备，构建学科科研平台的同时对现有仪器分析实验教学设备进行补充，保证每个仪器设备至少两台，以缓解当前学生多仪器少的矛盾。同时考虑到学生对仪器组成及内部结构缺少直观感觉，我们专门装修一间实验室作为仪器分析实验室多媒体教室，借助多媒体技术模拟仪器的工作原理，在每个实验开始前将实验原理和操作过程及注意问题演示给学生。充分利用“互联网+”优势，建立计算机网络虚拟实验室，通过信息共享，为任课教师和学生提供资源，使实验教学的效果随之不断提高。

二、精心编写教材，革新实验内容

仪器分析实验在教学内容上要体现应用性和实践性，现有的实验项目大多陈旧落后，不能适应现代分析化学的要求。[8，9]因此，在实验教材选用上，我们考虑到实际教学条件及不同学生层次，同时在结合本校化学化工类专业培养目标的基础上自编了一套仪器分析实验教材。在编纂教材过程中，尽量结合青岛当地的生产实际及化学化工行业的需求，选取那些应用性强、与人们生产生活密切相关的实验项目，切实提高学生的学习积极性和解决实际问题的能力。如结合青岛地区流行的地方病，本实验课程开设“离子选择性电极法测定地下水中的碘和氟离子含量”的实验，不仅让学生了解平时的饮用水是否符合要求，还帮助学生走出青岛属于海滨城市，有较长的海岸线，为何还会缺碘的误区；结合地方经济的快速发展过程中排放大量污水导致的水污染，开设了“紫外可见分光光度法测定废水中微量酚”；结合日常生活中人们接触到的食品、药物，开设“气相色谱法测定白酒中甲醇的含量”、“反相色谱测定饮料中咖啡因的含量”以及“逆流色谱法纯化甘草中的甘草甜素”等实验。这些实验大都与社会生活密切相关，可以让学生在掌握仪器使用方法的同时，还体会到仪器分析的实际应用。

三、定时开放实验室

在缩减课时的大背景下，在教学实践中，为了应对有限的实验课时，我们先让学生预习实验课本上的内容，为了提高学生预习效果，我们充分利用现代通信网络，建立了自己的课程网页，编排了电子教程和视频辅导资料。每个学期初，针对不同专业和班级分别建立仪器分析实验QQ群和飞信群，实验指导老师为管理员。每次实验之前，任课老师在群内发布通知提前告知学生本次实验课内容，学生可以先进行预习，了解仪器的工作原理、操作方法及注意事项等内容，可以与指导老师在线交流，以方便教师对学生存在的问题做到心中有数，保证现场实验教学的有的放矢。

为使学生有更多的时间参与上机操作，掌握更多的主动权，实验室管理者通过协调学院内部资源，对仪器分析实验室建立了定时开放制度[10]，以方便那些没能完成实验或者实验失败的学生。采取这样的措施可以让学生有足够的时间去思考失败的原因，进一步总结经验和教训，大大提高了学生参与仪器分析实验的兴趣，使学习活动由被动的接受转变为积极主动的探索。我院自2010年开始，对本科生实行导师制。我院要求自大二学年开始，学生根据自己的兴趣爱好与导师进行双向选择，进入导师的科研室，参与老师的科研课题，这样就促使学生自己到图书馆或互联网上查文献、找资料，制订实验方案，设计实验步骤，独立完成实验数据，使实验室成为第二课堂。以笔者亲身经历为例，两名2012级应用化学专业本科生在大二学期伊始即进入笔者所在的科研室，经过近一年的科研训练，该两名同学为主持人，在大三上学期获批一项国家级大学生创新立项“分子与牛血清蛋白的相互作用研究”，项目结题时在中文核心期刊上发表科研论文三篇。其中一位学生的本科毕业论文《基于金纳米扩增高灵敏的电致化学发光DNA分子生物传感研究》，被评为学校“优秀学士学位论文”。通过采用这种开放式实验教学活动，学生从以前被动的“要我做”逐渐转变为现在的“我要做”，学生的主观能动性和创新思维能力都得到了启发和提高。

四、以教师科研促实验教学

我院的大型测试仪器均由教学科研一线的教师负责管理，上课过程中，任课教师能让学生较多地了解相关仪器分析方法的最新进展，开阔学生的视野。同时我们会将教师承担科研课题的部分内容融入仪器分析实验教学内容中。[11]例如做电分析化学测定离子含量的实验时，我们从我院教师承担的国家自然科学基金项目“均相光致电化学生物传感新方法研究及其在重大疾病生物标志物分析中的应用”中筛选出一部分内容作为仪器分析实验内容。如此，不仅凸显学生所做的实验非常前沿，有利于增强学生的自信心，进一步激发他们的学习兴趣，而且可以帮助教师们完成科研课题的研究任务，可谓一举两得。

五、建立多元化的考评体系

在仪器分析实验课程考核方面，改变以往唯实验报告定成绩，以“既重结果，更重过程”为指导思想，建立多元化的考评制度。[12-14]对成绩的考评主要考虑以下几方面内容：实验前的预习、实验中的操作、实验后的报告。实验前，对学生的实验预习情况进行检查，通过师生相互提问的形式进行现场考察，增强实验教学的互动性及学习的主动性，提高了学生分析问题和解决问题的能力。在实验中要求每位学生认真操作，遇到问题，任课教师并不是马上告诉答案，而是先引导学生学会自行解决问题，遇到学生实在不能解决的问题，教师再参与其中帮忙。如果遇到实验结果或者现象明显异常，不能简单地归结为本次实验失败和随意地舍弃数据，要告诉学生如实记录，待实验结束后，分析其原因，引导学生正确树立科学对待实验结果的态度。多元化的考评能科学合理、全面公正地反映学生学习实验课程的真实水平，同时培养了学生求真务实的学风。

六、结束语

在仪器分析实验教学中，强化学生思维和动手能力的培养，是实验教学的根本。通过该课程的学习，学生不仅掌握了仪器分析方法、操作技能，而且提高了分析、解决问题的综合能力。总的来说，仪器分析实验教学改革是项长期而艰巨的任务，需要任课教师根据课程本身的特点并结合实际情况，认真总结经验和教训，进一步提高仪器分析实验课程的教学质量，培养高素质应用型人才，使仪器分析实验教学质量再上新台阶。

[ 参考文献 ]

[1] 李卉卉，张士伟，海锦慧. 面向应用型人才培养的仪器分析实验教学改革[J].化学教育，2015（16）：40-43.

[2] 孙素莉，赵文英，范志先.化工等专业本科仪器分析实验教学改革[J].实验科学与技术，2015（1）：106-108.

[3] 蔡向忠，王秀红，李银生.改革仪器分析实验教学培养学生创新能力[J].实验室研究与探索，2014（11）：168-171.

[4] 王琦，贾剑平.应用化学专业仪器分析课程教学与实验改革探析[J].大学化学，2013（4）：19-23.

[5] 刘红，陈燕芹，邓峰.地方本科院校应用化学专业仪器分析实验教学改革与实践[J].山东化工，2013（10）：181-183.

[6] 吕海涛.仪器分析实验教学改革的探索与实践[J].实验室科学，2011（3）：16-18.

[7] 张惠欣，王家喜，周红勇.加强仪器分析实验教学改革，促进学生综合素质的培养[J].化工高等教育，2014（5）：61-64.

[8] 赵艳芳，徐鲁斌.农业院校仪器分析实验教学改革探讨[J]. 大学化学，2014（1）：37-39.

[9] 李爱峰，孙爱玲，柳仁民.仪器分析实验教学内容改革与实践[J].大学化学，2012（6）：29-33.

[10] 张培敏，陈恒武，郭伟强.仪器分析实验教学改革初探[J].大学化学，2007（2）：9-12.

[11] 胡万群，张汉昌.仪器分析实验教学改革探索与实践[J]. 大学化学，2011（5）：30-32.