基础分析化学实验教学改革探索

崔 琳 李琛琛

( 1) 山东师范大学化学化工与材料科学学院，250014，济南；2) 青岛科技大学化学与分子工程学院，266061，山东青岛 )

1 引 言

分析化学是利用各种理论、方法、仪器和策略获取有关物质在相对时空内的组成和性质信息的一门科学，是高等学校化学、材料科学、生命科学、环境科学、医学药学和农学地质学等专业的重要基础课之一.分析化学实验课程在分析化学教学中占很大比重.学生可以通过分析化学实验课程的学习掌握分析化学的基本理论、基础知识和实验方法，培养严谨的科学态度和踏实细致的作风，掌握科学研究的技能，提高综合素质和创新能力.然而，现阶段分析化学实验课程存在教学内容陈旧和教学方法一成不变等问题，已经不能适应社会对化学人才培养的需求[1,2].特别是2020年新冠疫情对教学造成严重影响和冲击，急需对分析化学实验内容进行更新、对教学手段进行改革，提升授课教学效果，形成更加优化的教学体系，以满足培养具有创新思维能力的优秀人才的需求[3].本文针对当前分析化学实验课程存在的主要问题，分析了产生问题的根源，提出了具体可行的改革措施，包括结合多媒体技术改进传统教学模式、对实验项目与内容进行优化、拓展提升实验室功能、科学研究与实验内容相互结合.这些改革措施不仅能有效的提高教学质量，而且可以提高学生的发散思维与创新能力，有利于培养和深化学生家国情怀和社会责任感.

2 存在的主要问题及原因剖析

围绕如何在分析化学实验教学中为社会培养创新型人才这一主题已有诸多研究[4-6]，主要通过对学生进行问卷调查、中青年教师访谈等多种渠道进行调研[7]，对分析化学实验教学工作中存在的主要问题及原因进行剖析.

2.1传统的“注入式”教学模式，忽视学生的主体作用在传统的分析化学实验课程中，一般采用“注入式”教学模式，老师在课堂上起主导作用，单方面讲授实验原理、演示仪器使用，学生在教师讲解的基础上进行操作，实验过程缺少与学生的沟通与互动，忽视了学生的主体作用.学生的注意力大多集中在如何按照老师的详细指导、机械的地完成实验和如何得到正确的实验，一旦实验过程不顺利，学生自己很难分析出失败的原因，往往直接请教老师，导致实验效果不佳.这种“注入式”教学重教师的“教”，而忽略了学生的“学”，学生处于被动接受的状态，学生的主动性和积极性受到一定限制，不利于学习兴趣的激发和创造能力的培养.

2.2实验课与理论课脱节理论知识学习是实践教学的基础，原则上是先讲理论再开设实验，但是分析化学实验一般在理论课开课后2-3周进行，存在实验与理论讲授脱节的问题.另外，理论课和实验课教师之间缺乏必要的沟通与课程之间的协调，造成理论课与实验课成了两个单独个体，没有必要的交叉和融会贯通.学生在理论课上所学的知识不能及时运用到实践中转化为技能，不利于学生巩固理论课知识和学习实验课程.学生在理论学习时往往是被动接收抽象的知识，实验课则要求学生主动探索，学生往往难以及时转化学习思路，导致学习效果不佳.尤其在疫情时期，由于授课时间被压缩，部分内容无法现场演示，只能依靠视频讲授实验内容和开学后补充实验，影响了授课效果[8].

2.3实验项目和内容更新不及时随着科学技术的发展，实验材料、方法和技术更新较快，而传统的分析化学实验课程验证性实验多，设计性实验少，内容设置多是对经典理论的验证，内容更新滞后，没有紧跟时代的发展，导致学生对新知识新技术了解甚微，如目前学生实验课还是利用移液管而非移液枪进行溶液的量取.另外，课程设置与生产实践相结合的实验内容过少，导致学生实验课上所学知识与生产、科研脱节.传统的实验课往往实验结果已知，探索性不强，导致学生参与实验的积极性不高，分析问题解决问题的能力得不到锻炼.

2.4实验操作不规范，创新能力弱目前分析化学实验课程的教学主要依靠教师讲授原理和演示规范操作，而学生机械和盲目应付，忽略了实验操作的规范性.上课时因学生人数较多，部分学生无法看清老师的操作，导致学生基础操作不规范，降低了实验课的教学效果.目前分析化学实验的考核成绩是平时课堂实验操作表现和实验报告成绩分别各占50%.实验课老师主要通过实验报告来评定学生的成绩，学生错误的实验操作容易被忽视,甚至出现实验课已经进行了大半，个别学生的基础操作(如移液管和滴定管操作)还是错误的现象，若不对实验操作进行规范，有些学生就会带着错误的知识毕业.另外，几乎没有学生因为实验课不及格而补考或者重修，导致部分学生只注重实验报告的表面文章而忽略实验教学的深层学习，更谈不上提高创新能力，背离了实验课开设的目的和初衷.

3 分析化学实验改革举措

3.1结合多媒体技术改进传统教学模式，规范实验操作分析化学实验课在大二与分析化学理论课同时开课，当理论课上涉及到相应实验课内容时，可以通过举例子的方式将相应实验课的内容在理论课上讲授.目前受疫情等客观因素的影响，需要探索线上教学和传统教学相结合、优势互补的混合式教学[9].在“微时代”背景下可将慕课[10]、翻转课堂[11]、微信[12]等信息化教学资源引入分析化学实验教学过程中，更新教学观念，拓展教学知识面维度，深化教学内容，把教学的重点由只关注课堂向同步关注课前、课中和课后转变，夯实知识储备，增强实验效果.

课前，教师首先将分析化学实验的知识背景、应用方向、实验内容、理论要点推送给学生，对实验内容，有针对性的设置问题，要求学生先自学，通过阅读教材、观看视频资料等方式寻找答案，并通过网络向学生推送知识要点和相关视频资料，例如分析天平、移液管、容量瓶、滴定管以及科研实验室常用的移液枪等的使用和校准等，结合多媒体技术将仪器操作的方法、重点步骤和注意事项，制作成教学视频，保留在对学生开放的教学资料库中.学生可以在课前提前熟悉和了解实验器材，对操作步骤和操作手法反复观看学习，避免在实验过程中由于学生人数多、空间小和部分学生无法完整的观摩教师的示范等原因造成的现场教学效果不佳.

课中，利用翻转课堂，将学生人数进行4-5人一个小组划分，引导讨论，分工合作，规范实验操作，将传统的“教师讲解-教师示范-学生听”教学模式转为“学生课前自主学习-师生课堂深度互动-师生课后互动”的新模式，这种模式可以让师生之间有更多的时间进行交流，从而提高了学生学习的积极性、主动性，培养团队意识，增强合作观念.

课后，利用多媒体技术、QQ和微信等平台将分析化学实验中操作错误撰写公众号推文，进行实验反馈，帮助学生形成反思的习惯.教师通过拍照将实验过程中实验操作、实验现象和实验结果以照片或视频形式发布推文，激发学生的学习兴趣，提升学生的创新能力.

3.2优化实验教学项目和内容，培养学生的设计能力针对实验项目和内容更新不及时的问题，提出以下两点解决方案：1) 开发创新性实验项目.目前分析化学实验课程内容包括1个基本操作实验、11个滴定定量分析(酸碱滴定、络合滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定)、2个重量分析法实验以及1个综合实验.综合实验为硫酸四氨合铜(II)的制备及其组成分析，学生通常只是照搬课本操作，对实验并不会有深刻印象.化学实验课可以将研究前沿、热点领域及其应用引入到课堂教学中，结合科研成果及学科发展动态开发探索性实验(比如纳米金或者石墨烯等材料的合成以及应用，汗液、尿液中生物标志物的检测)，让学生提前查阅，引入教学，探讨实验内容.重点加强综合性实验教学项目的开发与利用,引导学生独立思考、主动探索、解决问题.2) 优化教学内容.为了使实验课更加激发学生的学习兴趣，教师可寻找一些贴近实际、趣味性强的案例，把它们创新成教学内容，通过案例式教学让学生主动挖掘分析化学实验和日常生活之间的关系，促使学生主动进行创新；为了使实验课更大程度上切合学生职业发展需求，教师可结合学校办学或科研特色(如生物标志物检测、荧光探针成像分析、橡胶检测等)，强化学生特长的培养，为学生走向职场打下坚实基础.

3.3提高本科实验室的利用率，共享教学资源虽然分析化学实验课程的教学时数为75学时，但是学生一般都是匆忙完成实验离开实验室，课外时间以及寒暑假实验室一般都是关闭，造成本科实验室的利用率较低.建议除正常实验教学时间外，其它正常上班时间可对学生开放实验室，引导学生参与大学生创新创业项目和挑战杯等科研竞赛活动，让学生增长见识、开拓视野、拓宽思路，培养创新意识，提高综合能力.此外，加强与企业合作，组建校企合作团队，形成校企联合培养的合作机制，发挥高校的设备和技术优势，组织学生深入企业一线，开展异地教学，深刻理解产学研一体化的目标要求，了解企业对产品的需求和对专业化人才的诉求；同时，把企业生产流程和科研诉求带回实验室，利用地方资源增加特色性实验，开发具有地方特色的实验项目，引导学生有针对性的开展实验，激励学生在实验过程中不断探索，全面提高学生应用型创新能力.

3.4科学研究在实验教学中渗透分析化学实验主要内容为定量分析实验，实验教学中可结合分析化学科研前沿，增加综合实验的数量，对综合实验进行改进，让学生了解科研前沿，引导学生的职业规划.科研实力较强的教师结合自己的科研项目自行编写实验教材或者结合全国大学生科技创新竞赛项目(比如合成高分子材料、纳米材料和小分子荧光探针等)，提高学生解决实际问题的能力，培养学生的工程项目设计能力和科技创新能力.此外，将科研文献检索和科研软件的使用引入平时的实验课教学中，比如利用Web of science进行相关实验内容的检索以及利用Origin和Chemdraw软件处理实验数据.增加实践参观环节.山东师范大学化学院拥有“分析化学专业有分子与纳米探针教育部重点实验室”，“山东省高校化学成像功能探针协同创新中心”和“分子与纳米探针中美合作研究中心”；青岛科技大学拥有“光电传感与生命分析教育部重点实验室”，“橡塑材料与工程省部共建教育部重点实验室”和“生态化工国家重点实验室”，覆盖了现代分析化学中光分析、电分析和色谱分离分析等各个领域.在课程结束时，充分发挥化学院分析化学的学科优势，让学生参观分析化学相关重点实验室和了解化学院科研平台的建设情况，鼓励学生在本科阶段积极参与科学研究.

3.5培养良好的教育理念，提高学生的社会责任感借助分析化学实验课堂，从思想上培养学生的社会责任感、爱国主义精神与文化自信，引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观，增强使命担当.在讲授高锰酸钾法测定化学耗氧量以及重铬酸钾法测定矿石中铁含量时，让学生了解环境污染的严重性和环境保护的重要性，倡导学生爱护环境和保护祖国的绿水青山，同时让学生认识到分析化学专业知识可用于环境监测，提升学习的主动性.介绍检测方法时，让学生了解我国在仪器上存在的“卡脖子”问题，强调科研创新的重要性，领悟工匠精神的内涵.化学实验课上给学生们讲述一些我国分析化学领域的著名科学家的故事和他们在分析化学领域中的突出贡献，为学生树立良好的科学榜样，培养学生的社会责任感[13,14].结合2020年新冠病毒疫情，介绍基因测序技术和荧光定量PCR试剂盒的研发及检测原理，加深学生对科学研究的理解，培养学生的家国情怀和使命担当.

4 结 语

在新冠疫情常态化对教学产生持续影响的形势下，采取“参与式课堂”教学模式，把夯实学生知识基础、熟练掌握操作技能和激发学生的探索精神结合起来，既充分发挥教师的引导启发和组织监控作用，又充分调动学生参与分析化学实验的积极性和主动性，充分发掘学生的创造力和想象力.同时充分利用科研优势，借鉴优秀科研成果，根据课程知识的关联性以及结合现代科技的发展，灵活运用线上线下教学方式，进一步优化实验方案，让学生深刻理解所学知识、更好融会贯通，培养学生的学习能力和实践能力.另外，在实验过程中注重培养学生对分析化学的兴趣，在严谨细致的操作中，历练学生的工匠精神；在不断尝试和试错的过程中，磨练学生的耐心和意志；从获取实验现象取得实验成果的喜悦中，激发学生的成就感和进取心.更重要的是要将立德树人的思想贯彻到实验课程的每一个阶段，全过程、全方位构筑育人大格局.