如何提高儀器分析化學實驗教學效果
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摘要:在教學改革的推進過程中，實驗教學對于化學人才培養(yǎng)的重要性逐漸顯現(xiàn)出來。實驗數(shù)據(jù)的分析和處理與分析儀器密切相關，指導學生如何正確、規(guī)范的使用分析儀器是儀器分析化學實驗課程開設的意義所在。然而，通過任課教師的反饋和部分學生在研究生階段的實驗表現(xiàn)，該課程的教學效果并不理想。本文對現(xiàn)行的儀器分析實驗教學中的一些弊病進行簡要剖析，從而思考如何對教學模式和教學方法進行相應的改變，以期提升實驗教學效果。
關鍵詞:儀器分析化學;實驗教學;教學方法;教學改革
實驗教學在本科教育階段是極其重要的，它不僅對于學生觀察能力和動手能力有極大程度的提高，并且有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和理論聯(lián)系實際的能力，讓他們學為所用，用為所學，滿足社會對人才的需要［1］?；瘜W作為一門以實驗為基礎的基礎學科，實驗教學在其中發(fā)揮至關重要的作用，在實驗過程中，學生需要獨立分析思考，獨立解決問題，這有助于他們協(xié)作精神、探索精神和求是精神的培養(yǎng)，對他們科研精神的塑造發(fā)揮著不可或缺的意義。儀器分析在當今國民生產(chǎn)中，如航空航天、材料科學、食品衛(wèi)生和環(huán)境保護中，發(fā)揮著越來越重要的作用［2］。而儀器分析實驗是化學專業(yè)教學的主要課程之一，恰好可以從教學環(huán)節(jié)滿足這方面的現(xiàn)實需求。該課程主要包括光化學分析、光譜分析、色譜分析、電化學分析等，主要目的是使學生們了解具體儀器的構造、工作原理、使用方法及操作技術，還需要他們掌握建立、篩選分析條件，學會處理實驗數(shù)據(jù)、識別譜圖，培養(yǎng)他們嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，嚴密的科學思維，為日后的科研、工作奠定良好的基礎。但是，現(xiàn)階段的國內(nèi)高等教育實驗現(xiàn)狀不盡人意，實驗教學儀器陳舊，實驗設計環(huán)節(jié)創(chuàng)新性不足，實驗訓練操作薄弱等問題。因此進行相關的研究，以改善實驗環(huán)境，提高實驗教學效果就尤為重要［3］。
1儀器分析實驗中遇到的問題
1.1分析儀器對儀器分析實驗的制約
(1)儀器設備數(shù)量對實驗教學的影響。由于各個學校投入到采購分析測試儀器的經(jīng)費有限，其一些國外進口的大型精密儀器價格比較昂貴，所以一般采購數(shù)量比較少，很難保障一組學生一臺儀器。而學生受到實驗室場地、儀器數(shù)量的限制，甚至很難保障一組學生一臺儀器，而且往往每個實驗小組的人數(shù)較多，從而導致學生動手機會較少。而且往往儀器操作參數(shù)過多，學生難以獨立操控，實驗流程過于冗長，過于程序化，很難直接操作，操控感差。(2)實驗儀器設備陳舊。目前，分析儀器設備的更新速度非?？臁．攲W生走上工作崗位會發(fā)現(xiàn)，實際工作中所用的分析儀器與學校實驗課上所用的儀器在操作層面，在程式步驟等多方面都有很大差別。這一方面因為各個院校所擁有的儀器設備比較老舊跟不上信息時代的發(fā)展，另一方面各個學校所購買的儀器設備型號參差不齊，很難針對實際進行教學，這就導致學生對儀器分析實驗失去了興趣，應付了事。這將大大影響儀器分析實驗教學的效果。(3)同時，教學中涉及理論問題多，但對于相應的實驗現(xiàn)象缺乏感官上的體驗，相對乏味;而實驗數(shù)據(jù)雖然信息量大，內(nèi)容豐富，但是缺少直接性［4］。學生在完成實驗之后，對于儀器的掌握并不能達到預想的程度，設計實驗的目的并沒有達到，對于學生的實驗能力沒有幫助。其次，學生對于儀器分析實驗室的認識不足，設定較高，沒有認識到即便是自動化程度高的儀器，學習和使用起來也是一件枯燥無聊的事情。所以在儀器分析實驗的學習和操作過程中，學生較多時候處于一種糾結(jié)和矛盾的狀態(tài)，無法平衡對知識的渴望和對儀器學習的枯燥的二者的平衡。
1.2實驗教學方面的問題
(1)實驗課程難同步開設。高校實驗課程多數(shù)時候不能同時與理論課程安排在一起，僅僅依靠理論教學，并不能使得學生對于復雜的儀器和抽象的原理有深刻的理解，這使得學生在實驗課程中仍是應試操作，并不能到達試驗設置的教學目的。一些驗證性實驗由于缺乏一定的綜合性和設計性，使得學生不能將實驗內(nèi)容與理論內(nèi)容建立有效的聯(lián)系，背離教學初衷，難以對學生創(chuàng)造性思維的啟發(fā)，不利于對他們創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。(2)實驗教學方法不夠靈活。通常的儀器分析實驗所涉及的實驗內(nèi)容多數(shù)是為了驗證一些機理，雖然整體的實驗體系是完整而成熟的，但是同時存在的問題是實驗內(nèi)容缺乏新意，無法與最新的技術形成有效的聯(lián)系。學生對于一些昂貴的大型分析測試儀器的使用僅僅是在儀器平穩(wěn)運行時候?qū)τ趯嶒灢襟E機械地重復，這不僅銷蝕了學生對實驗的熱情，更無法使他們掌握如何處理實驗過程中的突發(fā)狀況，無法使他們的實驗技能得到切實的提高［5］。(3)多人同組的灌輸式教學。目前，多數(shù)高校開設儀器分析實驗采用多個實驗分組同時進行的方式，每組一般4人左右共用一臺儀器，檢測數(shù)據(jù)共享。這樣就會出現(xiàn)一些同學不重視實驗課程的學習，應付了事。而且教學過程中涉及理論問題多，上課時間相對集中，龐雜而分散的知識點需要短時間內(nèi)讓學生掌握，實驗教師往往是能采用灌輸式教學，師生之間缺乏互動，無法實現(xiàn)實驗設計的初衷。
2儀器分析實驗教學的改進措施
2.1從解決設備的基礎問題入手
我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展推動了教育事業(yè)的快速進步，更是對科教儀器行業(yè)產(chǎn)生了巨大的助力作用。近年來，我國科教儀器制造業(yè)發(fā)展迅速，其中部分領軍企業(yè)已可以同國外同行一爭高下。一些有特色的國產(chǎn)儀器，例如國產(chǎn)原子熒光技術產(chǎn)品、氣相色譜儀、原子吸收光譜儀、紫外分光光度產(chǎn)品和熒光光譜儀等儀器設備已達到國際先進水準，有希望進入國際市場。而這些分析儀器的價格遠低于國外的同類產(chǎn)品，對于高校來說具有極強的價格優(yōu)勢。高校完全可以和國內(nèi)的分析儀器公司進行合作共建分析儀器平臺，設計生產(chǎn)實驗教學中有針對性的儀器設備，解決現(xiàn)實條件下設備老舊和數(shù)量缺乏問題。而儀器公司也可以及時得到高校作為用戶單位的反饋建議，改進生產(chǎn)，適應市場，這對雙方是互惠互利，合作共贏的。
2.2建立行之有效的實驗課程體系
(1)堅持“拓展知識，訓練技能，積極創(chuàng)新，鍛煉作風”的實驗課程教育理念，合理安排實驗順序，使實驗課教學與理論課教學合理銜接。教學中實驗課與理論課脫節(jié)是教學效果不高的一個原因。學生在理論課堂進行的相關學習無法在實踐中得到應用，而當實驗課進行時，理論教學已經(jīng)進入不同的層次，這樣學生就很難講理論與實踐融合，也不能達到實驗教學的目的。(2)精心設計實驗項目，重點抓好學生的“三基”訓練，建立分層次的實驗教學內(nèi)容體系。教學中要注意綜合實驗技能與綜合分析問題、解決問題的能力的結(jié)合，需要在實驗項目的設計上進行更為細致和深入的考量，既要培養(yǎng)動手能力和實踐能力，又要建構科學思維和創(chuàng)新意識，真正做到提升學生的科學品格和學術素養(yǎng)。(3)重視實驗教學環(huán)節(jié)層次的架構。為解決實驗進度與理論課程進度不同步的矛盾，可以指導學生先進行相關的預習，然后進行互動問答式的現(xiàn)場教學。然后，學生可以分解操作步驟模擬練習，教師再進行有針對性的指導，現(xiàn)場操作后要及時點評，對于難點和重點深度解讀，這樣才能達到理論和實踐的真正的結(jié)合。
2.3采用有效的教學方式，為學生創(chuàng)造一個良好的探索與實踐的環(huán)節(jié)
在組織實驗教學內(nèi)容時，可以制定形成循序漸進的實驗教學新體系。實驗安排按照基礎實驗、綜合實驗、設計實驗三個層次，每一個實驗都按照由簡單到復雜、由基礎到綜合的次序開展，特別重視實驗教學的教學方法。(1)實驗教學手段的多樣性。將多媒體教學等現(xiàn)代教學手段融入于日常教學過程中。在實驗前播放多媒體課件，使學生對于實驗過程和儀器結(jié)構有較明確的認識。另外可以讓學生在預習的基礎上提交一份預習報告，設計實驗的步驟，然后在具體操作中進行實踐和檢驗。(2)結(jié)合多媒體進行教學。分析儀器是學科交叉的產(chǎn)物，僅通過傳統(tǒng)的實驗教學手段難以使學生對儀器的結(jié)構以及工作原理了解掌握，一些如儀器分析中電極的內(nèi)部結(jié)構、原子吸收分光光度計預混合型燃燒器的組成等問題較為抽象，學生難以老師單純地口述對她們有所了解。所以，利用多媒體課件展示儀器的全貌和結(jié)構圖，使學生在實驗前充分認識儀器的結(jié)構和性能。如光譜分光系統(tǒng)中的分光過程，色譜的工作過程等，采用形象的動畫演示，更易為學生理解和接受。(3)為學生提供自主學習、合作學習和研究性學習的良好環(huán)境，建立符合學生認識規(guī)律的實驗教學方法和科學評價方法，使學生知識、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。為學生的個性發(fā)展創(chuàng)造條件，提高學生獨立科學研究的能力。而且實驗室開放，不同層次、不同學科、不同年級的學生就都可以相互交流，形成良性互動，激發(fā)學生的學習興趣，更好的促進實驗教學。(4)加強對實驗教學的考核設計。首先，注重規(guī)范實驗操作。基本操作的正確與否，是否規(guī)范化，是完成實驗教學的重要條件，必須在考核中有所體現(xiàn)。如實驗操作規(guī)范配置溶液，玻璃儀器的使用，儀器操作的規(guī)范都應該在成績評定中有所體現(xiàn)。當然我們要在每一次實驗過程中，對一些儀器操作和實驗步驟進行講解和示范，指出各種操作過程中的注意事項，然后考察學生的實驗操作。其次，要求學生寫預習報告，處理實驗數(shù)據(jù)和撰寫實驗報告，并一定要對這兩個環(huán)節(jié)進行規(guī)范。這樣可以督促或強迫學生完成實驗教學的各個步驟，并切實的從實踐中考核學生的學習水平和教學效果。
3結(jié)語
開設儀器分析基礎實驗課程就是為了培養(yǎng)基礎扎實、動手能力強、勇于探索的創(chuàng)新型人才。學生通過本課程的學習和實踐，能夠牢固地掌握儀器分析實驗的基本原理、基本知識、基本技能，通過實驗操作能完成實際儀器檢測中的各個步驟，這樣就真正實現(xiàn)了實驗教學的目標和效果。當然，這需要學校、老師和學生三方在教學環(huán)節(jié)的設計、基礎實驗的配備、教學方法的改進等多方面共同探索，不斷完善，以達到創(chuàng)新意識和動手能力的培養(yǎng)和實現(xiàn)。
參考文獻
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作者：馮國棟 宋志光 單位：吉林大學化學學院