仪器分析实验教学现状与改革路径

时间：2024-05-07

苗守雷　张海秋　王彬

摘要：文章从仪器分析实验课教学现状与存在的问题出发，从“灵活运用不同教学方法与手段、丰富实验教学内容、优化教学管理、构建多元化考评体系”等方面提出了仪器分析实验教学改革的路径。

关键词：仪器分析；实验教学；高校

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2016）04-0021-02

仪器分析因其简便、快速、灵敏、准确、易实现自动化等优点，而应用范围日益广泛，已成为现代实验化学的重要支柱[1-2]。仪器分析实验课是一门与仪器分析理论课相对应并且具有相对独立性和完整性的课程，重在使学生掌握常用分析仪器的基本原理、基本操作及应用等，掌握仪器分析中处理数据的基本方法，了解仪器分析领域的最新发展动向及其趋势，巩固课堂所学理论知识，培养学生发现问题解决问题的能力，为社会输送复合型人才[3]。

一、仪器分析实验课教学现状

大多数的仪器分析实验课程教学是以班级为单位分成若干小组的循环实验，因实验仪器有限，每名教师负责一个实验项目，共用一台实验仪器。由于每台实验仪器设备较为昂贵，仪器设备有限，只有少数学生能够进行操作。实验教学内容多以验证实验为主，缺少设计性和综合性实验。学生对实验仪器的原理和构造认识不深刻，加之实验预习不充分，以至于在实验过程中出现问题时无法自行解决，需要实验教师对实验准备及测试方法进行详细的讲解，这在一定程度上遏制了学生的自主学习能力。学生往往对实验数据的总结千篇一律，多数没有对实验方法进行举一反三，学生的实验兴趣不高，解决问题的能力较差。在教学管理方面实验教学大都是在规定的时间和实验室内进行，教师参与的实验内容过多，学生很难发挥自己的思维空间和创新能力。理论课与实验教学不能够完全融合在一起，很大一部分学生会认为理论课是实验课的指导课，具有从属地位，因此多数学生重理论轻实验。实验的考核是根据学生出勤，课前预习情况，实验操作是否规范，数据是否合理，实验报告是否完整等给出学生的实验成绩。

二、仪器分析实验教学的改革路径

在仪器分析实验的教学过程中，教师以学生为中心，不断总结并改进，以期有助于学生提高自主学习能力和开拓创新意识，让学生能够适应当代社会发展的需要，紧跟时代步伐。

（一）灵活运用不同教学方法与手段

1.运用启发式教学。学生是实验课的主体，在实验教学的过程当中把学生的个人知识、直接经验和现实世界作为教学的重要资源，改变以传授知识为主的学科本位思想。利用实验室现有的条件，在充分预习的情况下，尝试学生主讲，教师引导，其他学生作为补充的互动式教学模式。这样每名学生都能对实验原理，实验方法，操作步骤，应用范围及注意事项了然于心，在具体实验操作的过程中能够得心应手。同时，由于不同学生在讲课时的侧重点不同，也扩宽了学生的知识面。

2.充分应用多媒体教学与实验教学相结合的模式。由于学生在实验过程中不了解实验室仪器设备的内部结构及各个器件的用途，因此在仪器分析实验教学过程中引入模拟仿真设备的多媒体教学。一方面通过模拟仿真软件演示溶液的配比及操作的注意事项，使学生在实验过程中能够减少实验试剂及药品的浪费，以便节约实验成本及减少对环境的污染。另一方面扩展仪器分析实验课的教学内容，仿真软件可以以声音、图像、动画等丰富的表现力帮助学生进行多感观的学习[4-5]。

3.仪器分析实验与其他学科交叉融合。仪器分析是以物质的物理和物理化学性质为基层的分析方法。主要分为光化学分析方法，如光谱法，非光谱法；电化学分析方法，如伏安法，电导分析法；色谱分析方法，如气相色谱，液相色谱，毛细管电泳。按分析的任务分为：定性分析，定量分析，结构分析。按分析的对象分为：无机分析，有机分析，生物分析等。教师在仪器分析实验授课的过程中，要注意知识面的扩展，使学生能够对各学科的知识融会贯通。

（二）丰富实验教学内容

仪器分析实验分验证性、设计性和综合性3种类型[6-7]。在以往的实验教学过程中验证性试验的内容所占的比重较大。学生往往按照实验课本的操作步骤按部就班地进行实验，在实验过程中分析问题，解决问题的能力相对较差，从而导致学生缺少创造性能力。为此在具体实验过程中，积极引导学生动脑，对同一个实验要有举一反三、灵活运用。比如在紫外—可见吸收光谱仪直接测定水中酚的实验过程中，有的学生做出来的标准曲线偏差较大。小组成员分析其原因可能是在配备标准溶液的过程中，苯酚没有完全溶解就拿来测试，导致吸光度较小，随着测试的进行，苯酚逐渐溶解，所以工作曲线偏差较大。教师在与学生的讨论中进行引导，既然苯酚在水中的溶解性差且有毒，那么我们能否把它转变为另一种溶解性好而且又对环境污染小的物质，我们试着测一下这种物质的紫外—可见吸收光谱。小组成员想到了苯酚具有酸性与碱反应变成苯酚钠，于是我们按照与苯酚一样的操作步骤来测试苯酚钠的光谱曲线和工作曲线，结果同样浓度的苯酚钠的检出限较高而且工作曲线R2=0.9999。在整个实验的过程中，学生实验操作细致规范，抱着很大的热情来做自己设计的实验。当实验结果达到预期效果时，成就感油然而生。

针对以往验证实验的教学比例较大，近年黑龙江大学化工与材料学院组织学生开展设计性和综合性实验。由于学生在大三年级开展学年论文，接着到大四要做毕业论文，这些同学的设计性和综合性实验主要表现在以下两个方面。一是以某种仪器分析实验作为论文题目，自行设计实验内容，导师重点依据实验方案的创新性，应用的广泛性，实验分析的准确性等指标给出学年论文或毕业论文成绩。二是大三、大四学生根据各自导师的实验课题的内容来实验室进行多种仪器分析的表征。另外，学院具有环评和环境监测资质，在监测的项目中有许多涉及用仪器分析的方法来测试，比如水中的铝、镉、铁、铅、总铬、六价铬的测试分析使用原子吸收和分光光度计方法；空气中的非甲烷总烃、苯、苯乙烯、丙烯腈等采用气相色谱法分析；还有二氧化硫、氮氧化物采用定电位电解法分析等等。学院正在尝试有精力和能力的学生参与到环境监测的测试任务中来。

通过设计性实验和综合性实验的开展，在一定程度上提高了学生的创造性思维，为其就业提供了一项重要技能。开展综合性实验，使学生在具有一定理论知识和实验技能的基础上扩展了仪器分析实验的内容，把相互交叉的多学科内容融合在一起并独立地分析、理解和运用，这在很大程度上提高了本科生的科研能力[8-9]。

（三）优化教学管理

有差异的学习目标和不完全统一的学习内容决定了学生在学习的过程中不可能采用相同的教学管理模式，自主学习的学习形式和方法具有多样性和灵活性。既可采取自主接受、自主探索的模式，也可以采取互相合作的学习形式[10]。开展开放性实验可根据自己的学习目标和学习内容做实验，把开放性实验室与学生的自主学习有机结合起来，一方面可以有效利用实验室的资源，另一方面有利于提高学生的自主学习能力和团队合作精神，这有利于设计性和创新性实验的开展。

（四）构建多元化考评体系

多元化的评价体系分为以下几个层面。（1）目标评

价，主要是指在本门课程教学的过程中对学生学习的评价。培养德智体美全面发展的复合型人才不仅仅要看学习成绩，更要关注学生的情感和心理健康。（2）主体评价。我们仪器分析实验课改革的目标是把学生小组的评价与对小组中每个学生的评价结合起来，评价活动的重点环节是学生自评。在仪器分析实验课中，教师讲授环节完毕之后，小组成员在具体实验操作过程中，往往课前预习充分和学习积极性高的成员付出的比重大，而有些成员游手好闲，无所事事。（3）方法评价。以往的实验课成绩主要体现在学生的实验操作步骤，实验报告预习内容，实验数据等几方面，而学习态度、自主学习能力的比重较小。

三、结语

如何上好仪器分析实验课，其科学合理的教学方法和手段是前提，实验教学内容的安排和设计是关键，完善教学管理和多元化的教学体系是有力保障。在实验课的教学过程中，应以学生为本，积极引导，通过优化教学内容扩展学生的知识面，以实验室为依托开展自主能力的学习活动，通过开放性和综合性实验课提高学生的科研创新能力，通过定量和定性相结合的考评体系提高学生的兴趣。各项改革措施在具体实施的过程中受现有条件的限制，实验教学活动还有待于完善，相信通过各方努力一定能够达到预期效果。

参考文献：

[1]崔连义.仪器分析实验教学改革之实践[J].实验室研究

与探索，2011，（2）.

[2]龙小玲，苏庆平，陈文等.仪器分析实验教学改革初探

[J].实验科学与技术，2009，（2）.

[3]王瑞英.《仪器分析》实验教学改革的初步探讨[J].中国

科技信息，2010，（17）.

[4]吴昊，张犁黎.将仿真教学手段引入仪器分析实验的思

考[J].科技信息，2009，（27）.

[5]禹红，王坚.利用实验仿真系统推进高职实验教学改革

[J].湖南工业职业技术学院学报，2007，（4）.

[6]范柳萍.基于创新型人才培养模式的仪器分析实验教学