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仪器分析实验教学模式探讨论文
【摘要】文章介绍了仪器分析实验教学的现状及存在的问题，并分析了改革的重要性，围绕提高教学质量，提出了层次化实验的教学体系，讨论式互动教学、学生代替老师主讲等教学方式。
【关键词】层次化实验；互动教学；人才培养；实验教学改革
大学应该成为培养人才的重要基地，培养具有创新精神和实践能力的全面发展的人才。而在人才培养中，实验教学是高等教育的重要组成部分,有它独特的功能和作用，是其它教育环节无法替代的，它与理论教学一起构成教学的有机体，不仅具有向学生传授知识、技能训练的功能，而且有开发学生智力和探索未知、激发学生的创新实践和热情的功能，有利于学生综合素质的培养。为适应面向21世纪人才培养的需要，我们的实验教学必须主动适应时代要求，加速自身的改革和完善，满足新型专业人才培养的需要。加强对专业人才创新精神和实践能力的培养，是目前我国高等学校教育教学的重大课题。
一、仪器分析实验教学现状及存在的问题
仪器分析实验课是仪器分析课程的一个重要组成部分，是一门实践性很强的课程。它的任务是使学生掌握仪器分析化学的基本理论、基本实验操作技能及其在有机和无机的监测方面的应用；学会应用仪器的监测分析方法，在实验教学中真正实现知识和技能的传授与能力和素质培养的相互促进和统一，为将来从事与分析专业有关的科学研究打下坚实的基础。仪器分析实验教学占很大的比重，因此教学效果的好坏直接影响整个课程的教学效果。
目前，我系仪器分析实验中存在的主要问题有如下几个方面：
1．由于实验条件有限，每个实验小组的人数较多，学生动手的机会少,不利于优秀学生的培养。
2．每次实验后，由于教师批改实验报告不够及时、具体，反馈给学生滞后，导致学生在下次实验中犯同样的错误。
3．实验成绩的考核指标单一，重共性而忽视了个体之间的差异，过分强调实验结果的准确性，导致部分学生重理论轻实验，课前不做预习准备，上实验课时不认真做或只是为了获得分数而应付了事，课后实验报告抄袭的现象。
4．由于没有设置综合性、设计性实验，学生在做验证性实验时，学生只需按歩操作就行，这样虽然保证了实验的成功率，但学生在实验过程中基本无需思考，更不需要创造性的探索，而且，大部分学生只知道这种仪器可以干什么，而不知道几种仪器联合起来还能干什么等等。
5.我系仪器分析实验内容基本上只限于教材上规定的几个有限的实验，验证性实验占的比例过大，在所开的七个仪器分析实验中，验证性实验就占了五个，设计性实验几乎没有，难以把物质的特性、结构及检测有机地统一起来。
6. 我系的大型仪器使用效率，除了红外光谱仪的使用效率较高以外，其他几台的都较低，最近两年来仪器分析实验室的五台仪器的使用时间及效率。
当今实际分析过程大部分趋向于采用仪器分析手段，如果不通过仪器分析实验加深对学生职业技能和创新能力的培养，学生掌握的知识就会落后于社会需要，走上工作岗位后就会缺乏相应的适应能力和发展能力。因此，仪器分析实验应当引起高度重视。在传统的实验教学中，正如我校校长李培根院士所说，我国学生存在严重的“被动实践”问题，他们实践的对象、方法、程序等关键要素往往都是由老师指定的，类似于“做习题”，他们很少主动、自由地探索。而现在不管是国内还是国外都越来越需要具有创新能力和实践能力的人才，这就使得实验教学的改革和探索势在必行。
二、仪器分析实验教学改革的一点想法
1．为了加强对学生的创新精神和实践能力的培养，提高学生的独立科学研究能力，应将验证型实验的学时压缩，注重增加趣味性、实用性、探索性实验比重，精心设计一些反映科学前沿和最新研究成果的新实验，鼓励学生通过查阅文献资料，自行设计一些实验，不要局限于教材上规定的几个有限的实验。
2．实验室应向学生开放，让学生随时熟悉并接触各种实验仪器和设备，以便选择适当的仪器和器材进行科学创新。
3．实验教学方式应摆脱单一的学生动手做实验的模式，应将演示实验、微机多媒体实验教学等与传统的实验课结合，使实验教学增添趣味性、多样性。
4．为了培养学生良好的科学工作作风，应该强调学生实验前的预习及预习报告的填写；实验报告的批改要及时、具体，最好有评语及签名；为了科学评价实验效果，实验成绩的考核应进行改进等等。
三、仪器分析实验教学改革的措施
1．优化实验教学体系
针对学生基础知识掌握的情况，可以设置“验证性、综合性、设计性”的层次化实验教学体系，在实验内容上，分为三个层次：验证实验、综合实验和设计实验，在实验方法上，分为必做实验、选做实验和设计实验，在验证实验中，以必做实验为主，安排一定数量的选做和设计实验；在综合实验中，主要为选做实验，在设计实验中，当然主要为设计实验。在三个层次实验中，特别是在综合实验和设计实验中，应考虑与科研的结合，培养学生的科研能力，特别是创新能力，可将系里有代表性的科研成果列为实验内容。
（1）验证性实验。该层次的实验是让学生尝试和利用实验手段，对已知的现象和规律进行检验的一种实验方法。其主要目的是对学生进行仪器设备的识别和操作以及基本测试方法等基本技能的训练，如可将火焰原子吸收光谱法测定钙，紫外吸收光谱法测定复方阿司匹林药物(APC)片剂中乙酰水杨酸的含量等实验作为验证性实验，以演示、操作性为主，培养严谨的科学态度和实事求是的优良素质。
（2）综合性实验。该层次的实验内容较为复杂，它涉及的知识面广，不仅要求学生有扎实的理论基础，同时还要求有较强的实际动手能力和分析问题、处理问题的综合能力。它是把知识点紧密相关的实验内容连贯起来，体现出内容的系统性，通过该层次的实验培养学生多维的、动态的、连贯的和有机组合的系列化操作技能，使学生综合地接受知识，提高实际学做和运用的能力。本着加强基础，拓宽专业口径，培养创新精神和实践能力，提高教学质量为原则，通过提高实验内容起点，适当增加一部分前瞻性、应用性实验。如可将阿司匹林药物(APC)片剂中乙酰水杨酸和水杨酸的含量用紫外分光光度法和荧光光度法分别进行测定的实验；也可将污水中的某些金属元素如镁、铅、镉等用原子吸收光谱仪和分子荧光光谱仪分别进行测定等实验作为综合性实验。使学生能综合运用所学知识，解决一些实际问题。一方面培养学生从事分析实验的技能、技巧，独立思维能力和分析解决问题的能力；另一方面，又可激发学生的学习热情和求知欲，提高学生的学习主动性。
（3）设计性实验。该层次的实验是授之以“渔”的实验教学新趋势，与学生的个性化教育相结合，发挥学生的特长、调动学生的兴趣，培养学生独立思考、综合运用知识能力和设计创新能力。它是根据实验教学所提出的实验目的，让学生在已掌握基础知识和实验技能技巧的基础上，选择适当的方案来解决问题的过程。如可将矿泉水中微量金属元素的分析，APC片剂中乙酰水杨酸和水杨酸含量的测定等实验作为设计性实验。教师先要把设计的内容布置给学生，提出若干要参考的数据和解决的问题，尽可能多地提供几种参考文献和方案让学生选择，或仅给出设计题目及设计要求，要求学生去查阅资料，写出预习报告，并设计出实验方案。因为教材中没有现成的方案可循，学生就只有自己去搜集资料，开动脑筋，设计出可行的实验方案。由于学生在验证实验和综合实验过程中已有基本操作和基本技能、技巧的充分训练，分析解决问题能力提高。在设计实验中，学生一方面要依据题目的要求，自己查阅文献，自己制定实验方案，自己做实验；另一方面，许多设计性实验在完成之前，学生并不知道实验结果，因此，需要学生对自己的实验成败做出正确的评估，这对提高学生的实验技能和素质，培养独立的科研探索精神以及分析、解决问题的能力无疑是有益的。
2．改进实验室的管理方法
实验及实验室的开放意味着进入实验室的时间完全由学生自由选择。为保证实验的正常开展并获得良好的教学效果，在采取预约实验时间这一常规方法的同时，要尊重学生意见，充分发挥学生的能动性、积极性和创造性。允许学生自由组合形成一个实验合作群体，学生可以自主决定实验内容，在教师的指导下选择实验内容。实验室要根据学生实验内容和时间进行合理安排，在每一个具体的实验过程中没有结束时间的规定，允许失败后重做，直至成功。开放实验室和开放实验，有利于加强学生的独立思考能力、动手能力以及科学研究方法的培养和训练，这对提高学生的技能和素质，培养独立的科研探索精神以及分析、解决问题的能力是有益的。同时，开放实验可为优秀学生的脱颖而出创造良好的外部条件。
3．改进教学方法
（1）讨论式互动教学。通过讨论式互动方式，学生分组讨论，教师总结；教师提问，学生答辩；学生提问，教师答辩等，充分调动学生的积极性，使学生更好地理解实验要求、掌握实验原理。同时，教师对学生的实验报告批改要认真、仔细、及时，最好明确指出问题，如数据记录不规范、有效数字概念不清、实验数据处理不当等等，且应有评语和签名，并及时反馈给学生，每次在实验前，教师应抽出一点时间把上次在实验报告中发现较多的问题提出来，并给予讲解，这样一来，学生就可以根据教师的批阅情况及讲解，增长不少见识，同时也可避免在下次的实验中犯同样的错误。
（2）现场演示教学。利用多媒体仿真技术，对实验仪器设备的操作进行演示，多媒体教学可以增加教学信息量，解决教学内容增多与学时减少的矛盾以及保证教学内容与缺乏仪器的矛盾。多媒体色彩逼真的画面，使学生能够从多角度直观、形象、生动地进行实验观察，使学生对仪器分析实验有初步的感性认识，如现代大型分析仪器的结构和基本操作等等。
（3）学生代替老师主讲的教学。 在实验教学中，每次或抽次由学生自荐或他荐一名学生来讲解，其他学生和老师一起当听众，并可适时提问，如果学生实在讲解不了的问题，由老师给予补充讲解，这样一来，学生在实验教学中的被动地位就会被改变，这不仅对锻炼学生的主动性和积极性相当有好处，而且也能起到教学相长的作用。
（4）开辟第二课堂，走进实际现场的教学。学生在学校的实验室无论是操作上还是认识上都是最理想化的，为了开阔学生的眼界，提高学生的综合素质，可以与当地的检测部门或科研所合作开辟第二课堂，采取分组形式，参与分析检测人员对实际样品的测定工作，以此完成实验任务。这样，学生不仅可以了解和熟悉实际分析工作，而且可以了解实际工作者做检测和研究的工作情景，在实践中体会仪器分析实验的重要性和要求，同时 也可获得专业化职业技能训练的机会。
4．改进实验成绩的评价方法
检验学生掌握实验教学内容和实验技术技能的程度，科学评价实验教学效果是十分必要的。对于验证性和综合性实验，实验成绩考核可按实验态度、实验预习、实验操作、实验报告等内容综合考核；对于设计性实验，实验成绩考核可按以下五个部分进行：预习实验报告——实验设计的合理性，约占15%；实验过程——各实验环节的实验操作技能，约占25%；实验结果及分析——实际解决问题的能力和对实验数据的判断、整理、归纳的能力，约占30%；实验报告和问题分析——重（下转第126页）（上接第142页）点细节的掌握，约占20%；实验收尾工作——自我要求评价，约占10%。另外，对在实验中有创见的学生，成绩从优。
四、结语
我系已在无机、物化、有机、分析等实验室进行了多层次实验和开放性实验的尝试 （由于设计型实验涉及的内容较深较广，故它不适应在低年级中进行），效果非常好，学生们非常踊跃，热情也非常高。我系申请的《大型仪器开放基金平台建设》的项目，也正在建设中，因此，就我系来说，这种尝试应该在仪器分析实验中尽快推广，并使之发扬光大。
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