如何提高儀器分析化學(xué)實驗教學(xué)效果
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摘要:在教學(xué)改革的推進過程中，實驗教學(xué)對于化學(xué)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(guān)，指導(dǎo)學(xué)生如何正確、規(guī)范的使用分析儀器是儀器分析化學(xué)實驗課程開設(shè)的意義所在。然而，通過任課教師的反饋和部分學(xué)生在研究生階段的實驗表現(xiàn)，該課程的教學(xué)效果并不理想。本文對現(xiàn)行的儀器分析實驗教學(xué)中的一些弊病進行簡要剖析，從而思考如何對教學(xué)模式和教學(xué)方法進行相應(yīng)的改變，以期提升實驗教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞:儀器分析化學(xué);實驗教學(xué);教學(xué)方法;教學(xué)改革
實驗教學(xué)在本科教育階段是極其重要的，它不僅對于學(xué)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(xué)生的創(chuàng)新意識和理論聯(lián)系實際的能力，讓他們學(xué)為所用，用為所學(xué)，滿足社會對人才的需要［1］?；瘜W(xué)作為一門以實驗為基礎(chǔ)的基礎(chǔ)學(xué)科，實驗教學(xué)在其中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，在實驗過程中，學(xué)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(dāng)今國民生產(chǎn)中，如航空航天、材料科學(xué)、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(xué)專業(yè)教學(xué)的主要課程之一，恰好可以從教學(xué)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(xué)分析、光譜分析、色譜分析、電化學(xué)分析等，主要目的是使學(xué)生們了解具體儀器的構(gòu)造、工作原理、使用方法及操作技術(shù)，還需要他們掌握建立、篩選分析條件，學(xué)會處理實驗數(shù)據(jù)、識別譜圖，培養(yǎng)他們嚴(yán)謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，嚴(yán)密的科學(xué)思維，為日后的科研、工作奠定良好的基礎(chǔ)。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(xué)儀器陳舊，實驗設(shè)計環(huán)節(jié)創(chuàng)新性不足，實驗訓(xùn)練操作薄弱等問題。因此進行相關(guān)的研究，以改善實驗環(huán)境，提高實驗教學(xué)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(shè)備數(shù)量對實驗教學(xué)的影響。由于各個學(xué)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(xué)生一臺儀器。而學(xué)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(xué)生一臺儀器，而且往往每個實驗小組的人數(shù)較多，從而導(dǎo)致學(xué)生動手機會較少。而且往往儀器操作參數(shù)過多，學(xué)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(shè)備陳舊。目前，分析儀器設(shè)備的更新速度非?？?。當(dāng)學(xué)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(xué)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(shè)備比較老舊跟不上信息時代的發(fā)展，另一方面各個學(xué)校所購買的儀器設(shè)備型號參差不齊，很難針對實際進行教學(xué)，這就導(dǎo)致學(xué)生對儀器分析實驗失去了興趣，應(yīng)付了事。這將大大影響儀器分析實驗教學(xué)的效果。(3)同時，教學(xué)中涉及理論問題多，但對于相應(yīng)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(xué)生在完成實驗之后，對于儀器的掌握并不能達到預(yù)想的程度，設(shè)計實驗的目的并沒有達到，對于學(xué)生的實驗?zāi)芰]有幫助。其次，學(xué)生對于儀器分析實驗室的認識不足，設(shè)定較高，沒有認識到即便是自動化程度高的儀器，學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)和操作過程中，學(xué)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(xué)習(xí)的枯燥的二者的平衡。
1.2實驗教學(xué)方面的問題
(1)實驗課程難同步開設(shè)。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(xué)，并不能使得學(xué)生對于復(fù)雜的儀器和抽象的原理有深刻的理解，這使得學(xué)生在實驗課程中仍是應(yīng)試操作，并不能到達試驗設(shè)置的教學(xué)目的。一些驗證性實驗由于缺乏一定的綜合性和設(shè)計性，使得學(xué)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(xué)初衷，難以對學(xué)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(xué)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(shù)形成有效的聯(lián)系。學(xué)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(fù)，這不僅銷蝕了學(xué)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(xué)。目前，多數(shù)高校開設(shè)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(xué)不重視實驗課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)付了事。而且教學(xué)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(xué)生掌握，實驗教師往往是能采用灌輸式教學(xué)，師生之間缺乏互動，無法實現(xiàn)實驗設(shè)計的初衷。
2儀器分析實驗教學(xué)的改進措施
2.1從解決設(shè)備的基礎(chǔ)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(lǐng)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(shù)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(shè)備已達到國際先進水準(zhǔn)，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(shè)計生產(chǎn)實驗教學(xué)中有針對性的儀器設(shè)備，解決現(xiàn)實條件下設(shè)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(yīng)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(xùn)練技能，積極創(chuàng)新，鍛煉作風(fēng)”的實驗課程教育理念，合理安排實驗順序，使實驗課教學(xué)與理論課教學(xué)合理銜接。教學(xué)中實驗課與理論課脫節(jié)是教學(xué)效果不高的一個原因。學(xué)生在理論課堂進行的相關(guān)學(xué)習(xí)無法在實踐中得到應(yīng)用，而當(dāng)實驗課進行時，理論教學(xué)已經(jīng)進入不同的層次，這樣學(xué)生就很難講理論與實踐融合，也不能達到實驗教學(xué)的目的。(2)精心設(shè)計實驗項目，重點抓好學(xué)生的“三基”訓(xùn)練，建立分層次的實驗教學(xué)內(nèi)容體系。教學(xué)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(shè)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(gòu)科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，真正做到提升學(xué)生的科學(xué)品格和學(xué)術(shù)素養(yǎng)。(3)重視實驗教學(xué)環(huán)節(jié)層次的架構(gòu)。為解決實驗進度與理論課程進度不同步的矛盾，可以指導(dǎo)學(xué)生先進行相關(guān)的預(yù)習(xí)，然后進行互動問答式的現(xiàn)場教學(xué)。然后，學(xué)生可以分解操作步驟模擬練習(xí)，教師再進行有針對性的指導(dǎo)，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(xué)方式，為學(xué)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(xué)內(nèi)容時，可以制定形成循序漸進的實驗教學(xué)新體系。實驗安排按照基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、設(shè)計實驗三個層次，每一個實驗都按照由簡單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到綜合的次序開展，特別重視實驗教學(xué)的教學(xué)方法。(1)實驗教學(xué)手段的多樣性。將多媒體教學(xué)等現(xiàn)代教學(xué)手段融入于日常教學(xué)過程中。在實驗前播放多媒體課件，使學(xué)生對于實驗過程和儀器結(jié)構(gòu)有較明確的認識。另外可以讓學(xué)生在預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上提交一份預(yù)習(xí)報告，設(shè)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(xué)。分析儀器是學(xué)科交叉的產(chǎn)物，僅通過傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段難以使學(xué)生對儀器的結(jié)構(gòu)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(gòu)、原子吸收分光光度計預(yù)混合型燃燒器的組成等問題較為抽象，學(xué)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(gòu)圖，使學(xué)生在實驗前充分認識儀器的結(jié)構(gòu)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(xué)生理解和接受。(3)為學(xué)生提供自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)的良好環(huán)境，建立符合學(xué)生認識規(guī)律的實驗教學(xué)方法和科學(xué)評價方法，使學(xué)生知識、能力和素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展。為學(xué)生的個性發(fā)展創(chuàng)造條件，提高學(xué)生獨立科學(xué)研究的能力。而且實驗室開放，不同層次、不同學(xué)科、不同年級的學(xué)生就都可以相互交流，形成良性互動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更好的促進實驗教學(xué)。(4)加強對實驗教學(xué)的考核設(shè)計。首先，注重規(guī)范實驗操作?；静僮鞯恼_與否，是否規(guī)范化，是完成實驗教學(xué)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(yīng)該在成績評定中有所體現(xiàn)。當(dāng)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(xué)生的實驗操作。其次，要求學(xué)生寫預(yù)習(xí)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(xué)生完成實驗教學(xué)的各個步驟，并切實的從實踐中考核學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和教學(xué)效果。
3結(jié)語
開設(shè)儀器分析基礎(chǔ)實驗課程就是為了培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實、動手能力強、勇于探索的創(chuàng)新型人才。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)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(xué)的目標(biāo)和效果。當(dāng)然，這需要學(xué)校、老師和學(xué)生三方在教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計、基礎(chǔ)實驗的配備、教學(xué)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)。
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作者：馮國棟 宋志光 單位：吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院