仪器分析实验课程综合创新教学模式探索*

2020-03-09缪煜清欧阳瑞镯赵月峰贾承政

广州化工 2020年3期

陈莹，缪煜清，欧阳瑞镯，赵月峰，贾承政

(上海理工大学理学院，上海 200093)

仪器分析实验课程是分析化学学科的重要分支，同时也与环境、材料、化工、食品及医学等各个学科密切相关[1]。仪器分析实验对于仪器分析课程以及其他理论课程有着密不可分，相辅相成的作用。该课程是实践操作与理论紧密结合的课程，需要学生能够理论联系实际，具备相应的创新创造能力[2]。随着时代进步，应用型人才的需求越来越高，该课程受重视程度也逐年提升。人才培养改革计划中也明确指出要注重知行统一，坚持教育教学与生产劳动、社会实践相结合[3]。如何通过该课程使学生在现有条件下掌握基本理论和技能，培养学生独立思考严谨治学大胆创新的能力，是这门课程所要面临的巨大挑战。本文结合现阶段的实验室条件及现有的教学模式，进行综合创新型教学模式改革的探索。

1 当前仪器分析实验课程现状

仪器分析实验作为仪器分析课程的配套实验课程，着重于理论知识在实践的应用。它也是一门结合理论，札根实践的相对独立的基础课程。其主要教学目的是通过对实验仪器的实际操作及对实验分析方法的建立与应用，完成数据采集整理分析，并最终得到结论这一完整的过程，使学生能够理论联系实际，巩固基本的理论知识，同时熟悉仪器的基本操作。在目前教学模式下该课程教学中仍旧存在有不少问题。

首先，学生在选修仪器分析课程前理论知识缺乏。部分学生在进行仪器分析实验课程前，理论知识掌握欠缺。有些学生学完仪器分析课程一学年之后才接触到实验课程，或者学生正在学习甚至没有学习过仪器分析课程。没有理论知识的支撑，实验过程中，学生只是机械性的按照教材中的步骤操作，不知道每个步骤的原理，数据也只是简单的带入，完全背离的该课程目标设计的初衷。

其次，随着工业化进程的不断推进，实验仪器也在不断更新，原先需要具备一定理论基础手动调试操作的仪器多数被只需要按个按键就得出结论的仪器替代。这样不但降低了学生的实验积极性，同时也无法将理论知识与实践操作相结合。学生不知道数据得到的过程，也不知道得到数据究竟有什么实际意义。

最后，仪器分析实验教学流程化严重，教学方式过于单一。通常实验课程教学主要通过课前预习(抄写实验报告)，课上实验(完成指定仪器操作)，课后总结(将数据带入公式计算)几个方面进行。这些比较传统的教学方式很难激发学生的学习兴趣，从而抑制了其创新探索的可能性。同时教师在这种一成不变的教学模式下也很难有所发展。

2 综合创新性教学模式改革的探索

2.1 综合创新性实验教学内容探索

在课程教学中，教学内容是至关重要的部分。教学内容是教学的基础，同时也是改革的核心。实验课程内容的选取不仅要密切联系理论课程，同时也要注重理论联系实际。依托实验室现有的仪器，分阶段安排实验内容。

首先是合理安排教学计划，使得理论课程与实验课程进度一致，或略有提前。这样能有效的巩固理论课程内容，同时也能使学生更好的掌握并理解仪器分析实验的内容。例如红外光谱实验，气相/液相色谱实验等[4]，这些实验与课本理论知识相关性较强，及时安排实验，能够更好的巩固学生对理论知识的学习，同时也能够锻炼学生的实践能力。

其次是基础仪器分析实验能够联系实际。虽然基础实验都是相对比较成熟的实验体系，但教师可以结合生活或社会热点，将看似高大上的仪器用于日常活动中，例如气相色谱分离测定水果香气中成分，原子吸收测定豆奶粉中铜含量等等。这些与日常生活息息相关的实验能最大程度的引起学生兴趣，让学生更好的参与到实验当中，也为后续综合创新性实验打下良好的基础。

基础实验主要是考察学生的对课堂理论知识的掌握，同时锻炼学生的基本操作能力。而综合创新性实验则是建立在学生对基础仪器有一定了解的基础上，选择自己感兴趣的研究对象，使用各种不同仪器完成实验探究的开放性实验[5]。综合创新性实验重点培养学生的综合应用所学知识的能力、统筹规划能力以及解决问题能力等。同时也对学生的创新性思维起到锻炼作用。实验内容可以从学生兴趣、时事热点或者生活相关出发，例如校园水质监测、瓜果芳香气味分析、防晒产品防晒值测定等等。这些问题拉近了课程与生活的关系，能最大程度上引发学生探究思考的兴趣。学生通过自我探究、查找文献等等方式初步确定实验方案。与教师讨论完善后，自行组队分工完成实验，包括样品处理，检测仪器的操作使用，后期数据处理以及实验报告撰写等。这样半自主性的实验能够更好的培养学生的逻辑思维能力及主动探究的能力，有利于学生的发展。

2.2 综合创新性实验教学方法探索

仪器分析实验可以由多名教师共同参与教学，教师事先根据讲义内容将仪器相关操作方法，实验原理，注意事项等整理成册或上传至课程网站[6]，供学生预习。也可以提前录制仪器操作使用的小视频，或者制作微课更直观有效的反应课程内容。这样学生在实验前，能够对所要学习的内容有更深入的了解，同时也有助于日后的巩固复习。

仪器分析课程由于课程特殊性，同种仪器特别是大型仪器，很难做到多台多组同时操作。因此可以采用分组实验的方式进行教学[7]。根据院系仪器设备情况，开设6～7个仪器分析实验，班级分成对应的6～7组进行循环滚动实验。大循环的教学模式利于仪器的合理运用，且有效的分流学生，为教学提供更好的环境。此外小组操作能尽可能的让每位小组成员都有上手操作的机会，只有亲自动手，才能发现问题，并在解决问题的过程中有所收获。小组教学也能够方便教师发现学生实验当中存在的问题，并给予及时的指导。

对于综合探究实验，主要以学生自由组合为主，以6～7人小组为单位选择感兴趣的研究项目，自行设计方案，完成实验。学生可以选择某台仪器进行探究，通过优化实验参数，得到更好的实验结果。也可以选用一系列的实验仪器对某些样品进行全方位的检测。综合探究型实验以人为本因材施教从学生的兴趣出发，能够大大调动学生的学习积极性[8]。在实验过程中教师起到辅助引导作用，不主动干涉学生，而是以讨论互动等方式进行引导[9]，学生需要自主查找相关文献，选择并了解实验所需仪器的理论知识及操作方法，设计合理的实验方案，合作完成整个实验流程。这种综合探究实验能很好的培养学生独立思考解决问题的能力，同时团队项目也是锻炼学生相互协作的最好方式。

2.3 综合创新性实验考核评定探索

综合创新性实验的考评相较于传统实验评定更注重学生综合能力的体现。教师对实验项目评价除了传统实验中的实验报告、实验数据处理等方面的评定依据外，需要注重实验过程中学生对实验资料的收集能力、仪器操作水平、团队合作能力以及解决处理问题能力等。除了传统的教师评价之外也可以加入自我评价及小组互评制度[10]。小组互评主要体现了每个成员在小组中的表现及承担的任务，旨在让每个学生都有参与感，在实际参与中有所收获。自我评价主要体现学生个人在实验中的收获和对自己团队实验完成情况的评定。最终考核体现形式除了传统的撰写实验报告外，可以通过制作演示文稿，录制视频等多种现代多媒体技术手段进行交流汇报展示，加强组间交流，同时也能够培养学生的表达及自我展示的能力。