应用型工科院校分析化学实验教学改革与实践

魏永春 钟俊文 蔡阳伦 李 冲 吴 灵

北京理工大学珠海学院材料与环境学院，广东 珠海 519085

在大学理工科教育中，大多数应用型工科院校将分析化学实验列为化工、材料、环境、生物、食品等专业的主要基础实验课。科学技术的发展和应用，使分析检测手段越来越丰富，而基础课程授课时数的不足、学生人数的增加以及实验室空间的限制，严重影响实验课的教学效果，导致学生在理论知识运用、实验能力训练、综合素质培养等方面存在不足。而优化实验教学内容、改善实验教学手段是很多高校选择的解决途径，也取得了良好的教学效果。我校以培养应用型人才为目标，通过调查社会需求，优化教学体系，并充分利用信息技术升级实验教学条件，在实验教学改革方面做了一些有益的尝试。

一、开展调查研究，调整教学内容

为了使教学内容能够联系生产实际，我们从实际应用需求入手，分别对校内相关专业建设需要和大湾区社会检测机构需求两个方面进行了问卷调查，并在此基础上整合教学内容。在这次教学内容调整中，我们把实验课学时和理论课学时的比例设置为1∶1，增加实验课学时，以强化学生实验操作能力，落实学校应用型人才的培养目标。调整后，实验项目的选择范围相对更广泛了。具体调整思路如下：一是整合化学分析实验和仪器分析实验建设分析化学实验课程，使学生建立起对分析化学实验的系统性和完整性的学科认知，避免内容重叠和割裂，比如把标准溶液的配制和标定与样品上机测定实验整合为一次实验来完成。二是强化实验操作技能的培养和对分析测定步骤的整体把握，尤其是在样品的前处理以及标准物质的预处理方面，要让学生知道该怎么做分析测定，强化其分析化学实验操作基本技能。三是选择与实际生产结合紧密、综合性较强、贴近日常生活的实验，比如泳池消毒剂硫酸铜的测定、自来水总硬度的测定、感冒药中对乙酰氨基酚的测定、白酒中甲醇含量的测定等。进行这些实际样品的测定，可激发学生的实验热情，巩固学生所学知识和技能。四是分专业、分层次教学。不同专业有不同需求，要突出分析化学实验在不同专业中的差别应用。如各相关专业学生从紫外光谱、红外光谱，各种类型液相、气相，原子吸收、原子发射等项目中，根据专业需要选择四个分析化学实验项目，以实验小组的形式深入学习，体现了专业需求的差异性。各专业具体选做的分析化学实验项目见表1。

二、改进教学方法，提高教学效果

（一）利用实验微视频，开展线上线下教学

互联网在教学中的应用形式多种多样，但随着智能手机的普及，学生打开电脑的时间越来越少，使得最初的网络教学手段得不到很好的利用。近年来基于微视频的“翻转课堂”教学效果明显，究其原因，主要是微视频相较于网络教学有以下几个突出的优势：一是微视频篇幅短小。微视频长度多控制在学生注意力集中的时间范围内，通常只有几分钟，最长不超过10分钟，效率更高。二是微视频内容明确。每一个微视频集中解决一个特定问题，针对性强。三是微视频进度可控。学生可以根据自己的实际情况自行控制进度，实现自主学习。四是手机功能不断增强，成为保障微视频教学的有利工具。

分析化学实验教学突出对学生仪器操作技能的培养，对学生的基本操作有较高的要求。如滴定分析法中测定结果的准确度要达到99%以上，这就要求学生要把操作误差尽可能地降到最低。测定过程中对定量分析仪器，如分析天平、滴定管、移液管、吸量管、容量瓶等的使用，以及对仪器的检漏、洗涤、装液、滴定、读数、半滴滴定等操作都有严格的要求。在课堂上，教师需要反复演示和指导纠错，费时费力却效果不佳。学生自己动手做实验时，仍旧错漏百出，甚至有的学生把四类滴定实验做完后，还是没能掌握移液管、容量瓶等仪器的规范操作。

针对这些情况，我们把每一个滴定分析仪器的操作要点独立制作成一个微视频，时长控制在5 分钟以内，由此构建了一套短小精干、目标明确的微视频。学生课前可以先观看微视频，这样到了课堂上学生的积极性与操作的规范性就会有所提高，进而提高教学效果。

为了保证学生有良好的学习效果，要对其视频学习情况进行实时监控，包括观看时长、观看结果、做题情况等。对于没有达到要求的学生，教师应及时通过QQ 等通信工具，提醒他们跟上进度，否则不允许进入实验室，以使线上和线下教学紧密结合。

（二）建设现代化实验教学平台，实现在线实时指导

随着数字化校园建设的逐步深化，无线网络实现了校园的全覆盖，智能手机也在师生中广泛普及。智能手机不但可以播放常规的PPT、Word 和PDF 文件，还能够轻便地完成多种电脑上的复杂操作，而且可以现场直播。无线投屏装置的开发应用，为突破实验室空间指导教学提供了可能。手机连接无线投屏器后，手机的屏幕就可以显示在投影仪的屏幕上，电视机、投影仪基本都具备这样的WiFi无线连接功能。

本校的实验室配置了无线投屏装置，可利用校园无线网络，把教师的手机屏幕直接投影到大屏幕上，这样教师在实验室任何角落都能够实现在线实时指导和示教。尤其是在大型仪器的操作演示中，教师的操作示范可以随时投影到大屏幕上，让离仪器较远的学生也能身临其境。同时，手机投屏还可以随时直播学生的实验操作错误，在教师的针对性指导下，让犯有类似错误的学生也能得到及时纠正。这样在不耽误实验进程的情况下，学生通过观看大屏幕就可以解决问题。另外，也可以对操作规范的学生进行现场直播，让其他学生进行观摩；还可以现场录像制成慕课的课件，为以后的实验教学提供良好的视频素材。

实验教学平台的现代化建设，可以体现一个学校的现代化和教学思路的与时俱进，这不但有助于学生养成良好的实验习惯和学习习惯，学会选择和使用先进的仪器设备，还可以大大降低教师的劳动强度，增加对学生实验的指导效率。

（三）优化教学过程，引入朋辈学术带头人

教学过程强调教学相长，是教与学交往互动，师生双方相互交流、相互沟通、相互启发、相互补充的过程。在这个过程中，教师与学生彼此间进行情感交流，从而达成共识、共享、共进，实现教学相长与共同发展。但是由于教师长时间讲授同一门课，对教学内容和方法已经非常熟悉，在教学过程中很容易产生熟悉性忽视（指当人们对一个事物太过于熟悉，就会大大降低对该事物的关注度，甚至忽视它的存在），这样的教学不但无法实现教学相长，甚至会出现教学内容的遗漏。

“朋辈学术带头人”（Peer Academic Leaders，以下简称PAL）是指高年级的优秀大学生，由于他们有着和新生相同的生活学习经历和体验，所以由他们来指导自己的学弟学妹会更加具有针对性。对于新生来说，高年级的学长学姐有别于老师、专家，是和他们有着相似校园经历的同龄人，是可以倾诉的朋辈对象，双方的交流方式会更加生动、无拘无束，可让新生在轻松的氛围中达成学习目标。

在我校教学实践中，选拔了一些具有良好的学业成绩和行为表现的高年级学生参与实验教学过程，他们不但指导学生操作，纠正学生错误，解决学生在实验中出现的问题，还批改实验报告并做出总结。教学效果表明，PAL 工作细致认真，由于他们的加入，使得实验课堂气氛活跃而有序，学生参与实验的热情和学生的实验技能都得到了很大的提高。

（四）加强校企合作，把实验教学延伸到实际工作中

从目前的实验教学内容来看，主要偏重于理论验证和规范化操作训练。学生在做实验时，严格按照定量要求和规定的操作步骤进行，以达到一定的精密度和准确度，这对培养学生一丝不苟的学习作风和严谨的科学态度起到了很好效果。但是在分析化学实验教学中，由于受课堂时间的限制，部分实验环节由教师提前做好准备，使得学生的实验能力得不到充分的训练，导致学生到了工作岗位后，遇到实际问题时不知从何下手。例如，样品的制备环节对测定结果的准确性起着关键的作用，但在实验教学中样品的制备常常被忽略，这样不利于学生实验能力的锻炼和提高。另外，多数实验是已知实验方案的验证性实验。在实验过程中，学生缺乏科学的思维训练和创造性的引导，缺少在失败中学习的机会，这使得学生分析问题和解决问题的能力得不到应有的提高。

近年来，我校与多个企业共同组建实习实践教学基地，这些企业中既有专门从事分析检测的第三方检测机构，也有研发实力雄厚的国家高新技术企业，它们均建立了专门的分析检测中心。其中，珠海京工检测技术有限公司是一家专业从事环境监测的第三方权威检测机构，也是以我校资源为主体建立的检测中心。经过5 年的发展，该中心拥有高效液相色谱仪、气相色谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪、原子吸收分光光度计、原子荧光光度计、氨基酸分析仪、全自动定氮仪等大型精密仪器，通过认证、认定和考核合格的实验项目有300 多项，这些为我校学生的工作实习提供了很好的条件。依照本校对学生的学习规划，学生可以进入珠海京工检测技术有限公司进行专业和全真企业岗位实习，时间定在期末，历时四周。实习期间，要求学生至少参与一个检测项目的全程分析，包括从采样到检测、记录，再到出具报告，最后由带教老师给出鉴定意见并纳入学生这门课程的总成绩。通过校企合作，把实验教学与实际工作相结合，可以使学生初步掌握综合分析实验的要领和技术，同时丰富知识，开阔视野，增强逻辑思维能力、解决实际问题能力和动手能力。同时，企业的需求反过来又能够激发学生的学习热情，培养他们科学严谨的实验作风。

（五）开展学科竞赛，促进实验教学

学科竞赛是在紧密结合课堂教学的基础上，以竞赛的方式，通过让学生自主选题、亲自动手和独立研究，激发学生理论联系实际和独立工作的能力，培养学生的问题意识、综合分析能力、实际操作能力、竞争与沟通能力，增强学生学习和工作自信心的系列化活动。目前我校学生可以参加的与化学相关的学科竞赛主要有这样几类：一是广东省教育厅主办的广东省大学生化学实验竞赛；二是广东省化学化工协会主办的广东省高校基础化学实验技能大赛；三是我校校内举办的化学实验大赛。

学科竞赛包括理论和实操两个部分。理论部分涉及误差理论、数据处理、化学实验室安全知识、电和气的使用、重要常规化学品的安全使用、常规化学实验仪器的使用、基本实验操作规范、化学实验基本知识等。我校组织的校内实验理论知识比赛，一改以往一张试卷决胜负的方式，采用了更为灵活的比赛形式，即抽签分组比赛，设必答、抢答、实验模拟操作等环节。实操部分要求完成给定的实验项目，全面考查学生灵活运用所学化学理论与实验知识解决化学实际问题的能力，同时考查学生实验基本操作的规范与熟练程度，以及运用实验技能和相关化学知识完成综合实验的能力、实验总结与报告撰写能力等。比如第一届广东省大学生化学实验竞赛内容之一“人造金刚石酸洗触媒废液回收”，要求选手从50.0 mL 人造金刚石酸洗触媒废液（含有Ni、Mn、Co、Fe、Cu、SO等）中提取锰与镍，制备二氧化锰和硫酸镍，并对这两种产品进行定性和定量分析。实验内容既涵盖无机化学实验的制备操作，又包含分析化学实验的定量分析。从历届竞赛内容来看，不管是考查无机化合物还是有机化合物的相关内容，都要求对产品进行质量控制，采取化学分析和仪器分析方法进行检验。同时还注重不同课程之间的综合交叉，既考查产品制备操作的连续性，又考核质量的控制。我校学生参加了两届广东省大学生化学实验竞赛，一届广东省高校基础化学实验技能大赛，均取得了较好成绩。学生参与竞赛的积极性比较高，这些为我校开展以学科竞赛为基础的教学改革奠定了良好的基础，搭建了检验教学效果的平台。

三、结语

本校以培养应用型人才为目标，通过调查社会需求，优化实验教学内容，改善实验教学手段；利用信息技术，升级实验室教学条件；走出实验室，理论联系实际；利用学科竞赛，检验教学成果，在实验教学改革方面做了一些有益的尝试，提高了学生的学习积极性，取得了较好的教学效果。“教学有法，但无定法”，实验教学改革内容丰富，需要与时俱进，在此总结交流，以期为提高分析化学实验教学质量提供参考。