“一流本科教育”建设背景下《分析化学实验》课程改革探索

2023-04-06谭冬芹郭明星李彦莹

山西青年 2023年4期

谭冬芹于颖郭明星李彦莹

大连海事大学环境科学与工程学院，辽宁大连 116026

建设一流本科教育、培养一流人才是高校“双一流”建设的重要基础。近年来，大连海事大学牢牢把握“一流本科课程建设”抓手，打造海事特色品牌“金课”，大力推动“互联网+教育”的深度融合，不断扩大本科教育教学改革成效，提高课程建设水平和课堂教学质量，为建设世界一流海事大学奠定坚实基础。在此背景下，环境科学与工程学院结合学校发展特色，以海洋和交通环境监测与检测、海洋和交通运输污染治理为主要研究领域，具有鲜明的海洋和航运特色。在海上溢油污染应急监测与预警评价、船舶污染控制技术等研究领域总体达到国际先进、国内领先水平。大连海事大学环境科学与工程学院环境工程、海洋科学与海洋资源与环境专业的培养目标总体为要培养在环境工程、海洋科学及海洋监测与评价领域的高级技术人才。

实验教学是众多高校教学活动中的重要组成部分，在培养学生的实践能力及严谨的科学态度方面具有其他环节无法替代的作用［1-3］。大连海事大学环境科学与工程学院开设的《分析化学实验》是一门独立的实验课程，与分析化学理论课程紧密结合、相辅相成。分析化学实验教学的目的是使学生掌握定量分析的基本理论、分析方法和规范化的基本操作，提高学生善于发现、分析和解决问题的能力，培养其严谨细致的工作作风和实事求是的科学素养，为后续课程的学习和未来从事相关科学研究工作奠定基础。

一、目前分析化学实验教学存在的不足

目前，在分析化学实验的教学过程中存在着一些问题，急需对分析化学实验教学进行改革，以提高教学与学习效果，更好地为学校和社会培养创新型人才。需要完善之处主要体现在以下几个方面：

（一）教学方法和内容需要丰富。在实验教学中，教师讲课时间通常较短。通常会以板书或PPT的形式向学生简要讲解实验内容，并重点演示一些操作规范，然后由学生独立开展实验。如果学生课前对教材预习不充分，则很难在短短的两节课中充分掌握实验要点和操作规范。

（二）课程内容需要进一步结合海事院校特色。根据往年分析化学实验教学经历，发现部分学生在实验中轻视操作细节、过度关注实验结果，对基础分析化学实验内容缺乏兴趣和自主学习动力。因此，在实验内容设计或综合实验设计等环节，应充分结合海事类专业特色，提升学生的学习积极性和创造性。

（三）教学中需进一步推进课程思政建设。在课程中需要进一步推进“三全育人”的先进教育理念和实践模式，可以深挖每个实验项目中的科学素养、安全理念和绿色化学等方面的思政元素，进一步培养学生的严谨求实的科学作风、扎实的安全和责任意识、环保意识和思辨能力。

（四）课程考核机制需要进一步完善。宜采用多元评价方式，从学生实验操作、实验报告、团队协作、综合性实验设计、交流互动等多个方面对课程学习效果进行评价，尊重并重视学生的个性发展。

基于此，本文结合以往教学中存在的问题，以大连海事大学环境科学与工程学院《分析化学实验》课程教学为例，从丰富教学方法、优化教学内容、推进课程思政教育及优化课程考核机制等方面探索教学改革思路，逐步提高学生的积极性、创造力，激发学生的创新热情，增强学生的实验操作技能。

二、“一流本科教育”建设背景下《分析化学实验》课程改革探索

（一）构建线上线下教学模式，丰富教学和学习方式

在实验课前，实验教师充分了解和查阅实验内容，将网络教学平台上的相关课程资源（如中国大学MOOC、超星尔雅学习通或智慧树等）或关键步骤的实验操作视频引入到课程中。通过网络交流平台（如微信群、公众号等）提供给学生，使学生充分预习实验，了解关键的实验步骤，并思考实验步骤设计的科学性。实验课开始后，实验教师进行深入讲解以及答疑，并以问答加分的方式鼓励学生思考并积极回答问题。实验课中，教师及时记录学生表现，提醒学生注重操作过程，鼓励学生主动发现问题及解决问题。实验课后，学生对本实验进行相应的总结与思考，可以在已建立的网络交流平台上与老师和同学进行深入交流、探索，在讨论中提升创新思维。

以实验“碘量法测定葡萄糖含量”为例，即，使用间接碘量法测定未知试样中的葡萄糖含量。在实验开始前，教师将碘量法的有关资料，如碘的性质、碘量法的分类、淀粉指示剂变色视频、返滴定法操作等资料通过微信群、学校blackboard系统或公众号推送给学生，使学生对碘量法有初步了解。实验课开始，教师向学生简要介绍间接碘量法的原理以及测定葡萄糖含量的现实意义。学生按照教材中设定的实验方案开展实验，进一步熟悉分析天平和酸式滴定管的操作，掌握返滴定法操作技能。实验结束，学生记录并分析实验数据。最后，布置实验思考题，设置发散性题目，如：“请同学们查阅资料，说明目前测定葡萄糖含量的方法有哪些？这些方法各有什么特点？”

以实验“水的硬度测定”为例。在上一个课堂实验“EDTA标准溶液的配制与标定”的基础上，本次实验使用EDTA法测定水中钙、镁含量。在原有实验方案的基础上，本次实验增加采样环节，增加学生的实验参与感，提高学生的成就感。实验课前，教师将水的硬度相关资料发布给学生，使学生对水的硬度有初步认识，然后，通过微信群、腾讯会议等线上途径，结合文献资料，和同学们充分讨论后，制定不同水样（海水、湖水、自来水及饮用矿泉水）的采样方案和样品前处理方案。利用课余时间，教师带领学生采集学校附近安全区域的海水、校园湖水、实验室自来水等水样。水样采集后标注样品名称、采集时间和地点等信息。实验课开始，学生自由分组，完成不同水样（海水、湖水、自来水及饮用矿泉水）中钙、镁含量的测定，按照事先设计好的表格记录数据，并计算总硬度、钙硬度、镁硬度。实验结束，学生将实验数据记录于表格中，计算三组测定值的平均值、相对偏差和平均相对偏差。教师认真批改，鼓励学生寻找实验数据误差的来源，认真反思其实验操作中存在的不足。教师布置思考题，“使用EDTA法测定不同水样的硬度时，分别存在哪些干扰？应如何有效去除？”以此加深和巩固学生所学知识，有利于培养学生的学习兴趣和创新思维。

（二）优化实验教学内容，增设开放性或综合性设计实验

目前，大连海事大学环境科学与工程学院环境科学与工程专业分析化学实验中，基础性实验占主体。该类实验主要涉及实验原理解析、实验操作及实验仪器使用，旨在锻炼学生实验操作的规范性和准确性。实验内容相对简单，学生容易缺乏学习的自主性，并产生懈怠心理。因此，在基础性实验的基础上，可以结合学校或学院特色，增设具有综合性、实用性和设计性的开放性实验。教师可以提前发布备选题目，学生5～6人自由组队，通过团队协作自主完成资料查阅、实验方案设计、独立操作及实验报告撰写等工作。同时，实验课教师鼓励学生参加学院或学校组织的化学实验竞赛、大学生创新创业竞赛项目以及学院教师的科研项目，激发学生进取心，培养竞争意识和团队协作精神。

例如，根据“实验七氯化物中氯含量的测定”，可以增设“海水中氯化物氯含量的测定”“海产品中氯含量测定”“城市污水中氯化物含量测定”“工业循环水中氯化物的测定”等开放性实验。根据“实验九碘量法测定葡萄糖含量”可以延伸出“果蔬中维生素C含量的测定”“碘量法测定海水中的溶解氧含量”等课题。再如，根据“实验十程序升温气相色谱法”，可以增设“船舶尾气中挥发性有机物的测定”“船舶洗舱水中芳烃化合物的测定”“船舶压载水中消毒副产物的分析及形成机制探究”“气相色谱/质谱法在船舶溢油源鉴定中的应用”和“饮用水和地表水中挥发性消毒副产物的检测”等综合性实验。综合性实验以学生为主、教师指导为辅，充分发挥学生的主观能动性，可以有效激发学生的个性化潜能。在实验设计阶段，教师对学生进行及时指导，引导学生进行团队协作、开展讨论确定并优化实验方案，教师进一步对实验方案的可行性进行评估。在实验开展和实验数据分析阶段，教师引导学生运用已学专业知识开展数据处理和分析，完成实验总结并撰写总结报告。在整个过程中，学生具有很高的参与度，这将提高学生的成就感。同时，开放性实验有助于培养学生在文献调研、归纳分析、实验设计、方案评价等方面的能力，进而提高其分析问题和解决问题的能力。

（三）推进课程思政教育，在分析化学实验教学中坚持“三全育人”理念

在分析化学实验教学过程中，深挖每个实验项目中的安全风险、绿色化学、环境保护等思政元素。例如，在大连海事大学环境科学与工程学院《实验室安全管理制度》的基础上，教师广泛学习其他实验安全相关资料，并将其融入安全教育内容。通过典型实验室安全事故案例分析，向学生传播安全生产理念；在定量分析实验中，特别强调“量”的概念，鼓励并要求学生要学会科学地处理实验数据并能够判断分析方法的合理性；通过综合性实验，使学生培养知识迁移和实际应用能力，有助于提高学生的综合素质，树立远大的职业理想。

以“高锰酸钾法测定污染水样中的化学需氧量”为例，通过向学生列举海洋、淡水等水体的污染现状及危害，向学生渗透绿色可持续的发展理念；作为环境科学与工程方向的学生，未来很有可能从事环境监测与环境治理等方面的工作。因此，在此实验中可以开展职业理想教育，向学生介绍开展环境监测与污染治理工作的重要性与必要性，进而提高学生的专业认同感和自豪感。另外，水体污染不仅加剧了我国水资源的紧缺，更是影响到饮水安全和食品安全。因而，可以从食品安全的角度倡导学生要学以致用，运用自身专业知识和技能为社会贡献一份力量。

（四）优化考核评价方式

“一流本科教育”注重学生的综合素质、创新能力和个性化培养。在分析化学实验教学中应充分发挥学校的办学优势和特色，培养具有海事和海洋知识背景的、独具竞争优势和特色的环境科学与工程专业本科人才。教学实践证明，在《分析化学实验》课程中构建“以学生为中心”的教育教学理念，有助于建立师生学习共同体，提高学生的课程学习效果。

因此，在课程中应充分考虑学生的个性发展，采用多元化课程评价体系。课程成绩评定标准包括三个方面，即1.基础实验部分；2.开放综合性实验部分；3.互动交流积极性。基础实验部分包含实验操作的规范性、实验完成度、结果准确性及实验报告，该部分内容反映学生对课程内容的掌握程度，是评价学生学习效果的主体部分。开放性实验部分包含文献检索与调研、实验方案制定与可行性分析、实验进展及总结报告的撰写等内容。该部分主要考查学生独立思考和创新能力，考查学生分析和解决问题的能力、语言表达能力及团队合作能力等。互动交流是进行团队协作的基础，是启发学生潜能的重要途径。因此，在实验课教学中，教师有必要做好互动交流考核，充分以学生为主体，大力调动学生的积极性，并将学生在课程中的互动交流表现计入学生的平时成绩。

在实验教学中，“线上+线下”混合式教学模式体现出了独特的优势。学生通过网络平台提前接收与实验相关的学习内容、操作视频等资料，有效提高了学生的学习兴趣。线下课堂实验仍是实验教学的主体部分。学生通过实验操作，掌握分析化学基本理论、基本方法及实验操作技能。在实验预习、实验操作、数据记录及数据处理等环节，有助于培养其实事求是的科学态度、严谨求实的工作作风及团队协作能力。在开放性或综合性设计实验中，学生充分参与到文献查阅、整理、分析等环节，利用学院实验室资源自主设计实验方案并实施。在实验过程中学生更好地了解到课题背景、研究意义等，有效提高了其专业学习兴趣，激发其更高的求知欲和创造力。实验教学肩负着育人的责任，课程中挖掘出安全生产与环保意识、科学态度、辩证唯物主义等思政元素，有助于学生科学精神和良好品德的培养。此外，在课程中积极推进多元化课程评价体系，有利于调动学生的积极性，提高学生的综合素质。