黃嘉馳

獨立學院雖然在中國起步較晚,但是已成為高等教育的重要組成部分。[1]面對競爭,獨立學院必須以精品課程和優(yōu)異的教育質量謀求發(fā)展。“貴精不貴多”是獨立學院教學的特點,因此每個獨立學院的精品課程和優(yōu)勢專業(yè)都有很大差異。儀器分析實驗這門課程是化學類相關專業(yè)的實驗課程體系的重要組成部分,怎樣合理設計實驗內容、妥善安排實驗進程以達到最好的教學效果,這是值得我們深入研究和討論的。

儀器分析是分析化學的重要組成部分,隨著近代儀器分析技術的迅速發(fā)展,它在農、林、水科學中的應用與日俱增,是科學研究不可缺少的重要檢測手段。儀器分析是化學類相關專業(yè)的專業(yè)基礎課,是一門理論與實踐密切結合的課程,儀器分析實驗是學生驗證分析理論、掌握儀器分析應用的重要途徑。教育部《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》的文件(即4號文件)明確指出了“高等學校要重視本科教學的實驗環(huán)節(jié)”,同時,根據獨立學院培養(yǎng)實用型人才的宗旨,培養(yǎng)和提高學生的實際動手能力成為實踐教學工作中的重要環(huán)節(jié)。

在儀器分析實驗教學過程中,我們越來越發(fā)現實驗內容的設計極為重要。一方面要達到設定的教學目的,使學生對儀器分析的原理和操作有深刻的認識;另一方面要適應各學院現有的儀器設備硬件條件,并且能調動學生的興趣和實驗積極性。因此,有必要根據學校的基本情況對實驗內容的選擇和設計進行深入地研究。

一、現狀分析

儀器分析實驗課程不僅涉及到相關儀器的原理和操作,還涉及有機和無機化學的基礎知識以及實驗室的配置,要最大程度地與儀器分析理論課配合。目前獨立學院的儀器分析實驗課主要以驗證性實驗為主,學生做實驗完全按教材或教師演示進行操作,造成對實驗方案的設計理解不深,對實驗原理理解不夠、對實驗內容印象不深刻,積極性不高。就已經開展的教學工作來看,儀器分析實驗主要存在以下四個方面的問題。

1.學生動手能力較差,實驗積極性不高。應用化學、高分子材料與工程、環(huán)境科學等開設儀器分析實驗課程的專業(yè)中,學生已經學習過有機化學和無機及分析化學等課程,儀器分析理論課與實驗課通常安排在同一學期學習,這樣的安排是符合循序漸進的教學規(guī)律的,但是在具體教學過程中,我們發(fā)現以下問題:第一,學生對以往所學的知識遺忘較嚴重,理解不深刻。儀器分析涉及部分有機化學和無機化學的基本知識,如果缺乏這些知識將會造成對儀器分析的原理理解不深刻。第二,缺乏基本的安全防護知識。學生的實驗安全基本常識匱乏,造成師生人身安全及實驗室安全隱患。第三,缺乏對與實驗儀器相關聯的設備的了解。例如計算機和電機等,動手能力參差不齊。

學生是教學中最主要的部分,學生學習的積極性高低在很大程度上決定了教學結果的成敗,以上這些因素導致了學生參與實驗的積極性不高,機械地模仿老師的操作,教學效果不佳。

2.教學資源有限。儀器分析使用的大多屬于大型精密儀器,操作復雜且價格昂貴,這就決定了學校購買的數量有限。例如紅外光譜、原子吸收光譜、氣相色譜和高效液相色譜等儀器,一般獨立學院的實驗中心都只有一臺,教學時學生只能分批分組輪流操作。

對于獨立學院這種新發(fā)展起來的教學載體,很多硬件設備都處在逐步完善的過程中,實驗室面積和儀器種類、數量有限,這會影響每個學生獨立操作試驗的時間和空間,影響教學質量。

3.教材針對性差,有使用的局限性。儀器分析和其他普通化學實驗不同,儀器型號多樣且更新換代較快,很難有可供不同學校共同采用的教材。市面上現成的課本是編寫者根據自身環(huán)境編寫,有其局限性,在實驗儀器選擇上,不能涵蓋現有儀器,或者書中所列的實驗儀器與各學院采用的不同,可能會導致誤操作;有些實驗的課時安排不符合各學院的教學要求;還有一些教材安排的實驗多為驗證性試驗,由于這類實驗的結果已為學生所知,往往不能引發(fā)學生的興趣和求知欲,使課堂氣氛不夠活躍。

為了解決上述問題,各獨立學院通常采取的方法是從不同教材上選取與該院儀器相關的部分,印制零散的講義分發(fā)給學生,內容與實際操作不完全配套,而且不能形成完整的體系,不利于學生的學習。

4.教學效果不佳。儀器分析實驗安排通常是以專業(yè)班級為單位,這樣的安排對理論知識的教學來說,師資是較為合理的,但是在進行儀器分析實驗教學時,往往顯得不夠。

例如,在電化學分析實驗中,二十多組學生同時開展實驗,教師一方面必須保證學生安全,時刻關注整個實驗室情況,另一方面要指導各組學生進行實驗,對教師而言是嚴峻的考驗。實驗室設備多面積大,使一些學生得不到教師的充分指導。而在原子吸收光譜等實驗中,一臺儀器二十多組學生輪流操作,參與實驗的學生多,每人分配在實驗操作上的時間就較少,有些實驗只有一次動手機會,學生掌握實驗技巧的時間不充分。

二、改進的方法

針對以上所列舉的問題和困難,結合教學經驗,我們從以下四個方面來改進和優(yōu)化儀器分析實驗課的教學:

1.調整內容,提高學生的積極性。根據各學院的硬件設施,編寫合適的儀器分析實驗講義。多采用探索性試驗,盡量避免驗證性試驗,實驗結果的不確定性會增加學生對實驗過程的興趣。實驗內容的選取貼近生活,如牙膏中氟離子濃度的測定、“雪碧”中苯甲酸的測定、飲料中咖啡因的測定等,引導學生將所學知識應用到生活和實踐中去,培養(yǎng)成就感。

以氣相色譜為例,該實驗是科研、生產、檢驗等領域常用的儀器分析方法,實驗內容貼近生產實際情況,要求學生掌握色譜圖的分析方法,并根據實際情況調整試驗參數的設置,條件允許的話從色譜柱的填充這一基本步驟開始。每位同學必須自己動手操作,而不是像以前一樣僅僅觀看教師演示。

2.增加設計性實驗,提高實踐能力。在實驗內容上,除了常規(guī)的儀器分析實驗,還安排兩到三次設計性實驗。教育部高教司的關于《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》(試行)對設計性實驗有明確的定義:設計性實驗是指給定實驗目的要求和實驗條件,由學生自行設計實驗方案并加以完成的實驗。賈素云等人認為在設計性實驗中,教師給出的“實驗目的與要求”要符合學科的培養(yǎng)目標,實驗室提供必需的儀器與藥品,由學生自擬實驗方案并獨立自主完成實驗的全過程。

在設計性實驗的講義里,只提出了實驗目的與要求,其他步驟都要求學生根據掌握的知識進行設計,對學生運用知識解決實際問題的能力有較高的要求?？稍O計提示性的問題幫助學生理清思路,然后由學生獨立完成實驗全過程。教師可根據教學情況自由選擇,讓學生兩人一組設計實驗步驟。學生設計實驗步驟,必須深入了解實驗目的,掌握實驗涉及的藥品和試劑以及儀器的物性和安全常識,理解實驗步驟背后的理論意義,比照書本操作要求更深入地了解,這避免了以往學生機械模仿老師操作的模式,加深其對實驗過程的理解記憶。

開設必修實驗和選做實驗兩類,將會使學生在強化基本操作技能的基礎上有綜合性較強的訓練,有普通儀器操作,也能接觸到一些先進的科學儀器和方法,以開拓眼界,擴大知識面。教師可在教學過程中對各個實驗有不同的級別要求,以適應不同專業(yè)的需求。

3.改進教學方法,讓學生有機會動手操作。改變教學方法,引導學生獨立思考,培養(yǎng)學生獨立學習和工作能力。遵循實驗教學和人才培養(yǎng)規(guī)律,學生實驗能力的培養(yǎng)要循序漸進,逐步放手,逐步加強和深化。多引進生產實際案例,充分調動學生學習的積極性和主動性,以利于學生能力的培養(yǎng)。

每次實驗前的理論課都在幻燈片上以圖片的形式介紹實驗儀器的基本組成和試驗流程。布置學生預習實驗,完成思考題?？紤]儀器數量和實驗室面積,可采用雙實驗雙教師同時進行的教學方法。將學生劃分為兩部分,每部分學生做一個實驗,每個實驗一個指導老師,然后交換。這樣提高了設備的利用率,使學生有更加充分的動手時間,每個學生都有機會動手,投入到實驗中來。

4.改進實驗室管理。建議與實驗中心的老師配合,課余時間向學生開放實驗室。集中組織有興趣的學生在課余時間進入實驗室,在教師監(jiān)管下進行實驗,這既可以作為課堂實驗的補充,又可以擴展到課堂之外的內容。

三、實驗內容設計的特點

各獨立學院應結合專業(yè)特點和現有儀器設備,以及學生的教學和實訓情況,選擇合適的實驗內容,編寫適用于本校的實驗講義。可將全部實驗分為必做實驗和設計性選做實驗兩部分。必做實驗內容包括電化學分析、紅外光譜分析、氣相色譜和液相色譜等多個專業(yè)試驗,要求學生親自動手操作各種大型儀器,解決實際問題,其實驗內容在社會上有著極為廣泛的應用;設計性選做實驗由師生根據教學情況自由選擇,是學生在掌握儀器分析原理和設備操作基本技能的基礎上對理論和實踐知識的綜合運用。

講義的主要特點是針對性強。國內現有的實驗教材,每個實驗針對特定的儀器,對實驗條件的設置、參數的確定有固定的要求。目前分析儀器發(fā)展迅速,種類和型號多樣,該講義應針對各校所購買的特定儀器,可直接用于以后的儀器分析實驗教學工作。

另外,在實驗的設計上要突出強調學生的實際動手能力,要求實驗內容貼近實際生產生活,一方面調動學生的學習積極性,充分發(fā)揮學生的自主學習性,另一方面培養(yǎng)的學生在社會上有更廣闊的就業(yè)空間,滿足社會對動手能力強的人才的需求。

總之,儀器分析實驗在獨立學院化學類相關專業(yè)的實驗教學體系中有著重要的地位。隨著實驗室的建設和發(fā)展,各獨立學院將購買更多儀器設備,在今后的教學過程中,教師應根據教學要求和硬件條件的變化,不斷完善儀器分析實驗內容,教學內容的編排始終以調動學生的學習積極性、充分發(fā)揮學生的自主學習為目標,根據社會對人才的需求,強調學生的動手能力及解決實際問題的能力。

參考文獻:

[1]李田霞,陳峰.獨立學院中化學實驗教學探索與實踐[J].科技信息,2008(14).

[2]吳建高.選擇儀器分析試驗項目的看法[J].實驗室研究與探索,1989(4).

[3]羅崇建,等.儀器分析的實驗教學[J].化工高等教育,2002(72).

[4]杜彬,林小虎,任學軍.“儀器分析”實驗教學的探索與實踐[J].食品工程,2007(1).

[5]賈素云,高艷陽,徐春彥.“設計性實驗”教學與管理方法的研究[J].化學高等教育,2006(5).