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儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探討論文
【摘要】文章介紹了儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問題，并分析了改革的重要性，圍繞提高教學(xué)質(zhì)量，提出了層次化實(shí)驗(yàn)的教學(xué)體系，討論式互動(dòng)教學(xué)、學(xué)生代替老師主講等教學(xué)方式。
【關(guān)鍵詞】層次化實(shí)驗(yàn)；互動(dòng)教學(xué)；人才培養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革
大學(xué)應(yīng)該成為培養(yǎng)人才的重要基地，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的全面發(fā)展的人才。而在人才培養(yǎng)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育的重要組成部分,有它獨(dú)特的功能和作用，是其它教育環(huán)節(jié)無法替代的，它與理論教學(xué)一起構(gòu)成教學(xué)的有機(jī)體，不僅具有向?qū)W生傳授知識(shí)、技能訓(xùn)練的功能，而且有開發(fā)學(xué)生智力和探索未知、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐和熱情的功能，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。為適應(yīng)面向21世紀(jì)人才培養(yǎng)的需要，我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須主動(dòng)適應(yīng)時(shí)代要求，加速自身的改革和完善，滿足新型專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。加強(qiáng)對(duì)專業(yè)人才創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，是目前我國(guó)高等學(xué)校教育教學(xué)的重大課題。
一、儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題
儀器分析實(shí)驗(yàn)課是儀器分析課程的一個(gè)重要組成部分，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。它的任務(wù)是使學(xué)生掌握儀器分析化學(xué)的基本理論、基本實(shí)驗(yàn)操作技能及其在有機(jī)和無機(jī)的監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用；學(xué)會(huì)應(yīng)用儀器的監(jiān)測(cè)分析方法，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中真正實(shí)現(xiàn)知識(shí)和技能的傳授與能力和素質(zhì)培養(yǎng)的相互促進(jìn)和統(tǒng)一，為將來從事與分析專業(yè)有關(guān)的科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)占很大的比重，因此教學(xué)效果的好壞直接影響整個(gè)課程的教學(xué)效果。
目前，我系儀器分析實(shí)驗(yàn)中存在的主要問題有如下幾個(gè)方面：
1．由于實(shí)驗(yàn)條件有限，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的人數(shù)較多，學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)少,不利于優(yōu)秀學(xué)生的培養(yǎng)。
2．每次實(shí)驗(yàn)后，由于教師批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告不夠及時(shí)、具體，反饋給學(xué)生滯后，導(dǎo)致學(xué)生在下次實(shí)驗(yàn)中犯同樣的錯(cuò)誤。
3．實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核指標(biāo)單一，重共性而忽視了個(gè)體之間的差異，過分強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致部分學(xué)生重理論輕實(shí)驗(yàn)，課前不做預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，上實(shí)驗(yàn)課時(shí)不認(rèn)真做或只是為了獲得分?jǐn)?shù)而應(yīng)付了事，課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲的現(xiàn)象。
4．由于沒有設(shè)置綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生只需按歩操作就行，這樣雖然保證了實(shí)驗(yàn)的成功率，但學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中基本無需思考，更不需要?jiǎng)?chuàng)造性的探索，而且，大部分學(xué)生只知道這種儀器可以干什么，而不知道幾種儀器聯(lián)合起來還能干什么等等。
5.我系儀器分析實(shí)驗(yàn)內(nèi)容基本上只限于教材上規(guī)定的幾個(gè)有限的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占的比例過大，在所開的七個(gè)儀器分析實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)就占了五個(gè)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)幾乎沒有，難以把物質(zhì)的特性、結(jié)構(gòu)及檢測(cè)有機(jī)地統(tǒng)一起來。
6. 我系的大型儀器使用效率，除了紅外光譜儀的使用效率較高以外，其他幾臺(tái)的都較低，最近兩年來儀器分析實(shí)驗(yàn)室的五臺(tái)儀器的使用時(shí)間及效率。
當(dāng)今實(shí)際分析過程大部分趨向于采用儀器分析手段，如果不通過儀器分析實(shí)驗(yàn)加深對(duì)學(xué)生職業(yè)技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，學(xué)生掌握的知識(shí)就會(huì)落后于社會(huì)需要，走上工作崗位后就會(huì)缺乏相應(yīng)的適應(yīng)能力和發(fā)展能力。因此，儀器分析實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)引起高度重視。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，正如我校校長(zhǎng)李培根院士所說，我國(guó)學(xué)生存在嚴(yán)重的“被動(dòng)實(shí)踐”問題，他們實(shí)踐的對(duì)象、方法、程序等關(guān)鍵要素往往都是由老師指定的，類似于“做習(xí)題”，他們很少主動(dòng)、自由地探索。而現(xiàn)在不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外都越來越需要具有創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的人才，這就使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和探索勢(shì)在必行。
二、儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一點(diǎn)想法
1．為了加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的獨(dú)立科學(xué)研究能力，應(yīng)將驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)壓縮，注重增加趣味性、實(shí)用性、探索性實(shí)驗(yàn)比重，精心設(shè)計(jì)一些反映科學(xué)前沿和最新研究成果的新實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料，自行設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)，不要局限于教材上規(guī)定的幾個(gè)有限的實(shí)驗(yàn)。
2．實(shí)驗(yàn)室應(yīng)向?qū)W生開放，讓學(xué)生隨時(shí)熟悉并接觸各種實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備，以便選擇適當(dāng)?shù)膬x器和器材進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新。
3．實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式應(yīng)擺脫單一的學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的模式，應(yīng)將演示實(shí)驗(yàn)、微機(jī)多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)等與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)增添趣味性、多樣性。
4．為了培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)工作作風(fēng)，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)及預(yù)習(xí)報(bào)告的填寫；實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批改要及時(shí)、具體，最好有評(píng)語及簽名；為了科學(xué)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)效果，實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核應(yīng)進(jìn)行改進(jìn)等等。
三、儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的措施
1．優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
針對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)掌握的情況，可以設(shè)置“驗(yàn)證性、綜合性、設(shè)計(jì)性”的層次化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，分為三個(gè)層次：驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)方法上，分為必做實(shí)驗(yàn)、選做實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，以必做實(shí)驗(yàn)為主，安排一定數(shù)量的選做和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)；在綜合實(shí)驗(yàn)中，主要為選做實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)然主要為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在三個(gè)層次實(shí)驗(yàn)中，特別是在綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)考慮與科研的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力，特別是創(chuàng)新能力，可將系里有代表性的科研成果列為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
�。�1）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。該層次的實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生嘗試和利用實(shí)驗(yàn)手段，對(duì)已知的現(xiàn)象和規(guī)律進(jìn)行檢驗(yàn)的一種實(shí)驗(yàn)方法。其主要目的是對(duì)學(xué)生進(jìn)行儀器設(shè)備的識(shí)別和操作以及基本測(cè)試方法等基本技能的訓(xùn)練，如可將火焰原子吸收光譜法測(cè)定鈣，紫外吸收光譜法測(cè)定復(fù)方阿司匹林藥物(APC)片劑中乙酰水楊酸的含量等實(shí)驗(yàn)作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，以演示、操作性為主，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的優(yōu)良素質(zhì)。
（2）綜合性實(shí)驗(yàn)。該層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為復(fù)雜，它涉及的知識(shí)面廣，不僅要求學(xué)生有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)還要求有較強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力和分析問題、處理問題的綜合能力。它是把知識(shí)點(diǎn)緊密相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容連貫起來，體現(xiàn)出內(nèi)容的系統(tǒng)性，通過該層次的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生多維的、動(dòng)態(tài)的、連貫的和有機(jī)組合的系列化操作技能，使學(xué)生綜合地接受知識(shí)，提高實(shí)際學(xué)做和運(yùn)用的能力。本著加強(qiáng)基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)口徑，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，提高教學(xué)質(zhì)量為原則，通過提高實(shí)驗(yàn)內(nèi)容起點(diǎn)，適當(dāng)增加一部分前瞻性、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)。如可將阿司匹林藥物(APC)片劑中乙酰水楊酸和水楊酸的含量用紫外分光光度法和熒光光度法分別進(jìn)行測(cè)定的實(shí)驗(yàn)；也可將污水中的某些金屬元素如鎂、鉛、鎘等用原子吸收光譜儀和分子熒光光譜儀分別進(jìn)行測(cè)定等實(shí)驗(yàn)作為綜合性實(shí)驗(yàn)。使學(xué)生能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，解決一些實(shí)際問題。一方面培養(yǎng)學(xué)生從事分析實(shí)驗(yàn)的技能、技巧，獨(dú)立思維能力和分析解決問題的能力；另一方面，又可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和求知欲，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。
�。�3）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。該層次的實(shí)驗(yàn)是授之以“漁”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新趨勢(shì)，與學(xué)生的個(gè)性化教育相結(jié)合，發(fā)揮學(xué)生的特長(zhǎng)、調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、綜合運(yùn)用知識(shí)能力和設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力。它是根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)所提出的實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，讓學(xué)生在已掌握基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能技巧的基礎(chǔ)上，選擇適當(dāng)?shù)姆桨竵斫鉀Q問題的過程。如可將礦泉水中微量金屬元素的分析，APC片劑中乙酰水楊酸和水楊酸含量的測(cè)定等實(shí)驗(yàn)作為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。教師先要把設(shè)計(jì)的內(nèi)容布置給學(xué)生，提出若干要參考的數(shù)據(jù)和解決的問題，盡可能多地提供幾種參考文獻(xiàn)和方案讓學(xué)生選擇，或僅給出設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)要求，要求學(xué)生去查閱資料，寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，并設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案。因?yàn)榻滩闹袥]有現(xiàn)成的方案可循，學(xué)生就只有自己去搜集資料，開動(dòng)腦筋，設(shè)計(jì)出可行的實(shí)驗(yàn)方案。由于學(xué)生在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)驗(yàn)過程中已有基本操作和基本技能、技巧的充分訓(xùn)練，分析解決問題能力提高。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生一方面要依據(jù)題目的要求，自己查閱文獻(xiàn)，自己制定實(shí)驗(yàn)方案，自己做實(shí)驗(yàn)；另一方面，許多設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在完成之前，學(xué)生并不知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此，需要學(xué)生對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)成敗做出正確的評(píng)估，這對(duì)提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和素質(zhì)，培養(yǎng)獨(dú)立的科研探索精神以及分析、解決問題的能力無疑是有益的。
2．改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的管理方法
實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室的開放意味著進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間完全由學(xué)生自由選擇。為保證實(shí)驗(yàn)的正常開展并獲得良好的教學(xué)效果，在采取預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間這一常規(guī)方法的同時(shí)，要尊重學(xué)生意見，充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性。允許學(xué)生自由組合形成一個(gè)實(shí)驗(yàn)合作群體，學(xué)生可以自主決定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在教師的指導(dǎo)下選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)室要根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和時(shí)間進(jìn)行合理安排，在每一個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)過程中沒有結(jié)束時(shí)間的規(guī)定，允許失敗后重做，直至成功。開放實(shí)驗(yàn)室和開放實(shí)驗(yàn)，有利于加強(qiáng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、動(dòng)手能力以及科學(xué)研究方法的培養(yǎng)和訓(xùn)練，這對(duì)提高學(xué)生的技能和素質(zhì)，培養(yǎng)獨(dú)立的科研探索精神以及分析、解決問題的能力是有益的。同時(shí)，開放實(shí)驗(yàn)可為優(yōu)秀學(xué)生的脫穎而出創(chuàng)造良好的外部條件。
3．改進(jìn)教學(xué)方法
�。�1）討論式互動(dòng)教學(xué)。通過討論式互動(dòng)方式，學(xué)生分組討論，教師總結(jié)；教師提問，學(xué)生答辯；學(xué)生提問，教師答辯等，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生更好地理解實(shí)驗(yàn)要求、掌握實(shí)驗(yàn)原理。同時(shí)，教師對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改要認(rèn)真、仔細(xì)、及時(shí)，最好明確指出問題，如數(shù)據(jù)記錄不規(guī)范、有效數(shù)字概念不清、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理不當(dāng)?shù)鹊�，且�?yīng)有評(píng)語和簽名，并及時(shí)反饋給學(xué)生，每次在實(shí)驗(yàn)前，教師應(yīng)抽出一點(diǎn)時(shí)間把上次在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中發(fā)現(xiàn)較多的問題提出來，并給予講解，這樣一來，學(xué)生就可以根據(jù)教師的批閱情況及講解，增長(zhǎng)不少見識(shí)，同時(shí)也可避免在下次的實(shí)驗(yàn)中犯同樣的錯(cuò)誤。
�。�2）現(xiàn)場(chǎng)演示教學(xué)。利用多媒體仿真技術(shù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的操作進(jìn)行演示，多媒體教學(xué)可以增加教學(xué)信息量，解決教學(xué)內(nèi)容增多與學(xué)時(shí)減少的矛盾以及保證教學(xué)內(nèi)容與缺乏儀器的矛盾。多媒體色彩逼真的畫面，使學(xué)生能夠從多角度直觀、形象、生動(dòng)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察，使學(xué)生對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)有初步的感性認(rèn)識(shí)，如現(xiàn)代大型分析儀器的結(jié)構(gòu)和基本操作等等。
�。�3）學(xué)生代替老師主講的教學(xué)。 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，每次或抽次由學(xué)生自薦或他薦一名學(xué)生來講解，其他學(xué)生和老師一起當(dāng)聽眾，并可適時(shí)提問，如果學(xué)生實(shí)在講解不了的問題，由老師給予補(bǔ)充講解，這樣一來，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的被動(dòng)地位就會(huì)被改變，這不僅對(duì)鍛煉學(xué)生的主動(dòng)性和積極性相當(dāng)有好處，而且也能起到教學(xué)相長(zhǎng)的作用。
�。�4）開辟第二課堂，走進(jìn)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的教學(xué)。學(xué)生在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室無論是操作上還是認(rèn)識(shí)上都是最理想化的，為了開闊學(xué)生的眼界，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，可以與當(dāng)?shù)氐臋z測(cè)部門或科研所合作開辟第二課堂，采取分組形式，參與分析檢測(cè)人員對(duì)實(shí)際樣品的測(cè)定工作，以此完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。這樣，學(xué)生不僅可以了解和熟悉實(shí)際分析工作，而且可以了解實(shí)際工作者做檢測(cè)和研究的工作情景，在實(shí)踐中體會(huì)儀器分析實(shí)驗(yàn)的重要性和要求，同時(shí) 也可獲得專業(yè)化職業(yè)技能訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。
4．改進(jìn)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)價(jià)方法
檢驗(yàn)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)技術(shù)技能的程度，科學(xué)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果是十分必要的。對(duì)于驗(yàn)證性和綜合性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核可按實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等內(nèi)容綜合考核；對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核可按以下五個(gè)部分進(jìn)行：預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告——實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性，約占15%；實(shí)驗(yàn)過程——各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)操作技能，約占25%；實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析——實(shí)際解決問題的能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的判斷、整理、歸納的能力，約占30%；實(shí)驗(yàn)報(bào)告和問題分析——重（下轉(zhuǎn)第126頁）（上接第142頁）點(diǎn)細(xì)節(jié)的掌握，約占20%；實(shí)驗(yàn)收尾工作——自我要求評(píng)價(jià)，約占10%。另外，對(duì)在實(shí)驗(yàn)中有創(chuàng)見的學(xué)生，成績(jī)從優(yōu)。
四、結(jié)語
我系已在無機(jī)、物化、有機(jī)、分析等實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了多層次實(shí)驗(yàn)和開放性實(shí)驗(yàn)的嘗試 （由于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)涉及的內(nèi)容較深較廣，故它不適應(yīng)在低年級(jí)中進(jìn)行），效果非常好，學(xué)生們非常踴躍，熱情也非常高。我系申請(qǐng)的《大型儀器開放基金平臺(tái)建設(shè)》的項(xiàng)目，也正在建設(shè)中，因此，就我系來說，這種嘗試應(yīng)該在儀器分析實(shí)驗(yàn)中盡快推廣，并使之發(fā)揚(yáng)光大。
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