趙艷芳 徐魯斌

(青島農業(yè)大學化學與藥學院 山東青島 266109)

農業(yè)院校儀器分析實驗教學改革探討

趙艷芳 徐魯斌

(青島農業(yè)大學化學與藥學院 山東青島 266109)

提出預測-發(fā)現-解釋實驗教學模式，用于完善實驗考核方法，在培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力上取得了較好的效果。

儀器分析實驗 教學改革 能力培養(yǎng)

儀器分析是化學學科的一個重要分支，是根據被測組分的某些物理或化學特性進行分析檢測的方法，它已經超出了化學分析的范圍，成為生產和科學各個領域的工具。儀器分析課程是高等院?；瘜W、醫(yī)學、生物學等相關專業(yè)的基礎課程，是培養(yǎng)眾多領域復合型人才的基石;儀器分析實驗是儀器分析課程教學中的重要組成部分，但在典型的實驗教學中，教師通常只強調實驗操作步驟，很少留出充足的時間讓學生獨立思考，這樣就難以在實驗過程中調動學生學習的積極性和主動性，學生感受不到動手的樂趣，更談不上進行素質教育了。因此，對儀器分析實驗教學的改革勢在必行［1-3］。筆者結合農業(yè)院校專業(yè)特點，探討了符合培養(yǎng)目標的教學方法和評價體系，在培養(yǎng)和提高學生實踐能力及創(chuàng)新能力方面有一些體會，介紹如下:

(1)合理安排學時，加大實驗力度。

儀器分析是我校食品學院食品質量與安全及食品營養(yǎng)與檢測專業(yè)的必修課。這兩個專業(yè)雖是新興專業(yè)，但一直是熱門專業(yè)，就業(yè)方向主要是在企業(yè)、檢驗、衛(wèi)生防疫等單位從事食品領域的分析檢測、質量控制、生產安全評價、科學研究等工作;要求學生有較強的實驗動手能力，并掌握食品檢測的原理與技術。儀器分析屬于專業(yè)基礎課程，學生通過對這門課程的學習可以了解各類儀器分析方法的基本原理、分析過程及應用，為今后的工作及更深入的學習打下基礎。我們對課程安排做了一些改進:在原來的教學安排中，儀器分析理論和實驗作為一門課程，理論課為20學時，實驗課為16學時。我們考慮到儀器分析是一門實踐性很強的課程，因此在教學改革中，將理論課安排為16學時，而實驗課增加為32學時，并將實驗作為一門單獨的課程。同時，考慮專業(yè)特點和學生在今后工作中經常接觸到的儀器設備，在理論課上刪去一些章節(jié)，如分子發(fā)光分析、電化學等，著重講解紫外-可見分光光度法、原子吸收光譜法、紅外光譜法、色譜法。為了使學生對所講授的儀器分析方法有直觀的感性認識，加深對儀器基本原理的理解，分別開展了相關的實驗。在實驗課中，盡量安排與專業(yè)性質有關的實驗項目，如用反相色譜法測定飲料中的咖啡因，火焰原子吸收光譜法測定自來水中的鉛等;在綜合性實驗中還開設了糧食中除草劑殘留的測定。在測定時，要求學生學會處理樣品，熟悉儀器操作，并要得到合理的實驗結果。實驗課在理論課結束后開設，此時學生對各種儀器分析方法已有初步了解，但僅處于感性階段。如何讓學生真正了解儀器原理、結構、操作方法等是儀器分析實驗課程所需要解決的問題。

(2)改革實驗教學模式，培養(yǎng)團隊合作能力。

在典型的實驗教學中，要求學生學會正確、安全地使用儀器并嚴格按程序進行實驗操作，然而，培養(yǎng)實驗操作技能只是實驗教學的一個重要目標而不是主要目標。實際上，大多數教師在很大程度上依賴教科書和實驗操作手冊進行教學，在教學過程中沒有讓學生感受到主動參與和動手的樂趣，學生更像是操作工，談不上培養(yǎng)發(fā)現問題，分析和解決問題的能力;還有部分學生覺得做實驗的目的只是為了考試，導致學生在思想上不重視實驗，不愿動手，雖然講起實驗頭頭是道，但一遇到實際操作就不知所措，實驗能力低下。

我們認為，實驗教學應按照預測-發(fā)現-解釋模式進行，即通過合理預測，發(fā)現問題，解釋數據3個環(huán)節(jié)來進行。在教學實踐中，我們先讓學生預習實驗課本上的內容，教師根據實驗內容提出相應的問題。比如在做反相色譜法測定飲料中的咖啡因實驗時，預先提出幾個問題:能否用離子交換色譜法分析咖啡因?在進行液相色譜分析時流動相為何要進行過濾和脫氣處理?改變流動相中甲醇的比例，咖啡因的保留時間會有什么樣的變化?設置不同的流動相流速，對咖啡因的保留時間和峰面積有什么樣的影響?外標法定量的優(yōu)缺點是什么?學生根據在理論課中學過的知識，對這些問題做出相應的預測，然后帶著這些問題去做實驗。由于是帶著問題做實驗，所以在實驗過程中能更加主動，在得到與自己的預測相反的結果時，學生往往會發(fā)出原來如此的感嘆。此外，個別學生的錯誤見解會激發(fā)其他同學對實驗更深入的思考，增加學生對實驗關鍵步驟的理解和重視程度。在實驗過程中，學生可以直接觀察到實驗結果，產生更直觀的印象，比在書本上學到的內容記憶更加深刻。通過這種教學模式，有效地提高了學生參與實驗的興趣，有些學生還能在實驗過程中發(fā)現一些新問題，使學習活動由被動的接受轉變?yōu)榉e極主動的探索。

由于實驗儀器相對緊張，因此實驗為分組進行，每個小組3～5人。雖然不是每人使用一臺儀器，但學生可以在復雜的實驗操作過程中有效地學會與其他同學的合作。現在入學的學生大都有較強的獨立意識，但相對比較缺乏團隊意識。團隊意識是一種主動性的意識，是將自己融入整個團體，想團隊之所需，從而最大程度地發(fā)揮自己的作用。在實驗教學中要鼓勵學生進行小組合作學習，使學生有許多機會向同學表達觀點、傾聽意見并討論其他人的觀點，將自己所懂的知識與實驗所得相聯(lián)系。在團隊合作學習時，對于團隊中某些不贊成所提出問題答案的學生，應鼓勵他們表達自己的觀點，這樣在討論過程中可以加深對知識的掌握。此外，要鼓勵師生之間互相交流和學習，教師在教學時并不直接給出問題的答案，而是引導學生自己找出答案;教師主要是起“向導”的作用，引領學生走向正確的方向。

(3)改進實驗室裝備，加大對多媒體的應用。

大學實驗室是教師進行科研和學生學習高級科學課程的場所，實驗室環(huán)境將影響教師的教和學生的學。改善實驗室環(huán)境，為學生創(chuàng)造更好的學習環(huán)境，用環(huán)境積極地影響學生，有利于激發(fā)他們的求知欲。在教學實踐中，我們將儀器置于實驗室四周，配有多臺電腦，學生可以在各自的工作臺上進行實驗操作，并可以集中起來聽教師講解或進行集體討論，在實驗室中將實驗與理論知識的傳授同步進行。在實驗室四周的墻壁上，張貼安全環(huán)保要求的警示，并設有優(yōu)秀學生實驗報告展覽區(qū)域和最新科技文獻展示區(qū)域，以供學生在實驗之余學習安全知識和了解科技動態(tài)，開拓視野。由于儀器分析實驗中所用的儀器基本上是大型精密儀器，儀器內部的工作過程無法直接觀察，針對這一問題，我們利用多媒體技術模擬一些儀器的工作過程，讓學生有直觀的感受;并利用計算機網絡建立虛擬實驗室，通過信息共享、交流、反饋，為師生提供大量的實驗資源。實驗教學中計算機多媒體技術的應用，使許多難以想象的抽象情景成為可能，實驗教學的效果也能不斷提高。我們還讓學生在等待實驗結果的同時，在未連接儀器的電腦上練習實驗條件的設置，熟悉工作站的使用，并討論實驗中所遇到的問題。在實驗結束后，要求學生整理實驗臺，打掃衛(wèi)生，通過這些活動，讓學生養(yǎng)成認真、整潔的習慣以及與人合作、交流的習慣。教育的一個重要目標是使學生養(yǎng)成良好的習慣，而實驗教學是使學生養(yǎng)成良好習慣的一個重要環(huán)節(jié)。

(4)完善實驗考核體系，充分發(fā)揮學生潛能。

為促進實驗教學的改善和提高，采取有效的評價措施是很有必要的。實驗考核的目的是促進學生在科學素養(yǎng)上獲得發(fā)展提高，并具備良好的操作動手能力。合理的考核方法可以讓教師了解學生的學習效果，以便不斷調整教學方法。在考核內容上，應包括對實驗知識、技能的掌握情況，對實驗探究能力以及實驗態(tài)度等方面的考核。學生可以通過考核來了解自己的實驗能力和對實驗課程的掌握情況，因此確定考核標準和每個標準所占的比重在考核中顯得很重要。在對學生進行考核時，我們采用筆試占40%，平日成績占60%的方式進行。筆試為統(tǒng)一出題，內容主要包括實驗原理、儀器構成、實驗注意事項等，同時還加上實驗設計的題目。筆試可以考察學生對基本知識的掌握情況，了解學生在學習過程中的誤區(qū)、盲區(qū)，以便在下一年級的教學過程中教師可以對教學內容進行調整。然而，僅僅通過筆試難以看出學生的科學素養(yǎng)和實際動手能力，因此，我們將學生平時在實驗室中的表現也作為考核的重要部分，否則就有可能出現有的學生平日做實驗時不認真，而在筆試中僅靠突擊學習就可以獲得高分的情況。在平日成績考核中，實驗教師通過學生在實驗過程中的各種表現，給以相應的分數，其中包括學生的實驗操作(10%)、實驗記錄(10%)、實驗結果(20%)、實驗過程中回答問題的情況(10%)和實驗素養(yǎng)(10%)。通過學生在實驗過程中的行為來評價學生的學習情況，可以更真實、全面、公平地反映學生對實驗技能的掌握程度。

總之，經過近年來對儀器分析實驗課程改革的探索，改變了過去主要靠教師“講”實驗，學生“聽”實驗的教學模式，在一定程度上提高了學生學習的主動性，獲得了較好的教學效果。學生普遍反映自己在實驗過程中學會了思考，是真正在“做實驗”。當然，我們進行的儀器分析實驗改革還有很多需要完善和加強的地方，對教材、教學手段和教學方法的研究應與時俱進，不斷更新，以適應學科要求及社會需要。

［1］崔連義.實驗室研究與探索，2011，30(2):189

［2］王宇昕，張永忠，徐雅琴.實驗室技術與管理，2009，26(4):135

［3］鮑長利，賈瓊，陳博，等.實驗室研究與探索，2009，28(10):123