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儀器分析實驗課程改進與實踐
作者：陳其鋒 馬祥英 許海棠摘 要：儀器分析實驗是儀器分析課程中非常重要的實踐教學環(huán)節(jié)，有其突出的特點。如何提高儀器分析實驗教學效果，對學生學好儀器分析至關(guān)重要。本文主要從儀器分析實驗課程的基本問題及在教學中存在的問題著手，對現(xiàn)有的儀器分析實驗課程進行改進與實踐。
關(guān)鍵詞：儀器分析；改進；實踐
本文主要是在原有的儀器分析實驗實驗基礎(chǔ)上，從儀器分析實驗課程的基本問題及在教學中存在的問題著手，對現(xiàn)有的儀器分析實驗課程進行改進，提高儀器分析實驗課程的教學效果，加強素質(zhì)教育，推動創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。
一、儀器分析實驗課程存在的問題
1、實驗課和理論課不同步
儀器分析實驗所用儀器比較昂貴，且同類儀器比較少，不可能像其它基礎(chǔ)實驗?zāi)菢樱蝗艘唤M進行實驗，也不可能同一個老師同時上幾個實驗。因此儀器分析實驗通常采用循環(huán)模式進行，即幾個老師分別帶不同的實驗，這樣就存在著問題：同一個實驗時間段，不同學生所用的實驗儀器不同，實驗內(nèi)容不同，有的實驗內(nèi)容比理論課超前，特別是前幾周，大多數(shù)實驗都比理論課超前，對做這些實驗的學生來說，沒有理論基礎(chǔ)，聽起來比較費勁。
2、儀器設(shè)備資源短缺
儀器分析實驗所用儀器通常價格都比較昂貴，同類儀器的臺數(shù)較少，而且實驗安排學時數(shù)偏少，有些儀器操作復雜，學生既無獨立操作的可能性，又無重復實驗的機會，學生自主動手能力培養(yǎng)的問題難以解決。而且在實驗過程中學生一般8-10人一組，每人動手的機會不多，且有依賴感，因此大多數(shù)學生都是走馬觀花，很難達到預(yù)期的教學效果。
3、課前預(yù)習工作不充分
儀器分析實驗課主要是是以理論為基礎(chǔ)的, 這就要求學生在上實驗課之前,進行全面的預(yù)習。從實驗的原理、步驟、試劑及儀器操作方法,到實驗數(shù)據(jù)的處理,每一環(huán)節(jié)都要有全面的了解,只有這樣學生才能對所學理論知識進行鞏固和提高。但在實際的實驗課程中,由于實驗儀器均為精密及貴重儀器,很多學生之前對這些儀器不但沒有見過,有的甚至沒有聽說過，對儀器都很陌生。即使進行了實驗教材的預(yù)習，但對具有復雜結(jié)構(gòu)、原理及操作方法的儀器仍是無從下手。
4、教學模式單一
實驗課大多采取教師講解并演示，部分實驗是教師講解，學生可以操作的模式,而教師擔心學生在實際操作過程中碰到較多的疑難問題,盡可能把實驗過程講得詳細,同時受儀器數(shù)量及課時限制,實驗多個環(huán)節(jié)必須由教師提前做好準備,學生只能被動地去聽課。在學生課操作的實驗中，也是多人一組,易造成每組個別動手能力較強的學生主動操作,多數(shù)學生未具體實施操作過程。這樣的實驗課程,學生對其所學的有關(guān)知識并未能真正掌握,其結(jié)果是學生在實驗過程中缺少思考、提問、討論。這樣會抑制學生的思維積極性,最終使學生對實驗不感興趣。
5、對實驗課程不重視
長期以來儀器分析實驗課程作為理論課的輔助課程,學生對其重視程度不夠,學生有時處于一種應(yīng)付狀態(tài)。由于實驗內(nèi)容基本都已得到驗證,學生在機械的實踐實驗步驟過程中,依賴性強、缺乏主導性、綜合性和設(shè)計性。
6、實驗教材與科技發(fā)展脫節(jié)且通容性不強
儀器分析實驗教材選用是否合適，尤為重要。教材的出版要比新技術(shù)和新儀器的出現(xiàn)延遲，教材內(nèi)容相對滯后，不太適應(yīng)現(xiàn)代分析化學的要求。目前出版的儀器分析實驗教材大多數(shù)內(nèi)容是按舊儀器的工作狀態(tài)編寫的，與現(xiàn)代新儀器的全自動化操作相差甚遠。此外，由于不同院校擁有的儀器設(shè)備的廠家、型號參差不齊，實驗條件自然也就有所不同，其操作差別也是很大的。即使有個別儀器分析實驗教材的內(nèi)容較新，但儀器不同也同樣不能使用，因此沒有通用的實驗教材。
7、實驗報告中存在問題無法及時認識和改正
一般情況下，儀器分析實驗都是第一次做實驗,第二次實驗時交第一次實驗的實驗報告,教師批改完后第三次實驗時發(fā)下去,這樣學生看到老師的批改至少已經(jīng)是兩周以后了，實驗報告的相關(guān)信息反饋給學生滯后,導致學生在下次實驗中犯同樣的錯誤，或者因為實驗所使用的儀器不一樣，上課內(nèi)容不一樣，實驗報告上所反饋的問題并不一定適合后面的實驗，有些學生直接把實驗報告放在一邊，或者沒有細看實驗報告中反饋的信息。
二、儀器分析實驗課程改進與實踐
1、實驗前預(yù)習與現(xiàn)場預(yù)習相結(jié)合
實驗前進行預(yù)習，可以使學生在老師講解實驗時做到心中有數(shù)，了解實驗的全過程,對所用的儀器有一個基本的了解。為了提高實驗預(yù)習質(zhì)量，可以采取實驗前預(yù)習與現(xiàn)場預(yù)習相結(jié)合的方法，可以讓學生在實驗前到實驗室面對著儀器，近距離接觸儀器設(shè)備，就實驗的具體內(nèi)容進行預(yù)習，這樣學生就能對儀器的原理構(gòu)造及操作步驟有直觀認識，建立了感性認識，做起實驗才會得心應(yīng)手。
2、儀器分析實驗教學內(nèi)容改革
傳統(tǒng)的儀器分析實驗所設(shè)立的實驗項目基本為驗證性實驗，理論上雖然比較成熟，但實驗內(nèi)容和實際應(yīng)用實驗例子上比較陳舊，與現(xiàn)代實際應(yīng)用脫節(jié)，不能體現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，不能達到提高學生創(chuàng)新能力的目的。
我們要根據(jù)現(xiàn)有的儀器設(shè)備及現(xiàn)代分析技術(shù)的發(fā)展，科學合理地適當減少一些陳舊的實驗，減少驗證型實驗，適當增加新技術(shù)新方法的實驗內(nèi)容，增加一些綜合型實驗、設(shè)計型實驗、研究型實驗以及創(chuàng)新型實驗內(nèi)容，強調(diào)應(yīng)用性和體驗性，盡量結(jié)合實際，選擇應(yīng)用性強、試樣易獲得、與人們生活緊密聯(lián)系的實驗內(nèi)容，提高學生的學習積極性和解決實驗的能力，如石墨爐原子吸收分光光度法測定人指甲中銅的含量，高效液相色譜法測定奶粉中三聚氰胺的含量，氣相色譜法測定白酒中乙酸乙酯的含量；化妝品中鉛的測定、中草藥提取液有效成分的測定、水樣中砷和汞等重金屬的測定、蔬菜中有機磷農(nóng)藥的測定等等，學生可按自己的興趣選擇實驗課題，查閱文獻資料，咨詢老師，設(shè)計出一套完整的實驗方案，其中包括樣品采集、樣品處理、儀器設(shè)備、實驗報告等。這樣可以使學生創(chuàng)新設(shè)計能力、科研能力大大提高，分析問題和解決問題的能力得到了鍛煉，加強了學生文獻資料閱讀總結(jié)的能力，為以后的畢業(yè)設(shè)計和工作打好了堅實的基礎(chǔ)。 3、合理安排實驗教程，運用現(xiàn)代教育技術(shù)先進的教學手段
可以采取先易后難、先簡后繁的程序，讓學生對實驗逐步適應(yīng)和提高，從基礎(chǔ)實驗、開放實驗到研究型實驗，逐步深入，使學生不斷積累新知識、運用新知識，由質(zhì)變達到量變，成為真正的實用型、創(chuàng)新型人才。另外安排實驗教程時，注意理論課與實驗課同步進行，這樣有利于學生對實驗內(nèi)容的接受，得到學生的認可，也有利于老師實驗教學的順利進行。
在正式接觸儀器，真正做實驗前，可以進行1-2節(jié)的多媒體教學課，運用現(xiàn)代教育技術(shù)先進的教學手段，如CAI輔助教學、多媒體教學等，以圖像、動畫、聲音等形式，或者把學生以往沒有接觸過的各種大型分析儀器的結(jié)構(gòu)及實驗操作過程完整拍攝下來，以錄像的形式通過屏幕展示給學生，更加直觀、更加生動地展現(xiàn)了實驗儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、儀器原理和儀器操作，充分刺激學生的感官，使學生對儀器的結(jié)構(gòu)和使用有所了解，得到初步的感性認識。這樣不僅能豐富教學手段，提高學生學習興趣，而且能使枯燥的化學和儀器知識變得活潑，抽象的理論知識變得容易理解，這樣的教學手段能激發(fā)學生的學習興趣，充分調(diào)動學生的主動性和積極性，同時改變原來單調(diào)、枯燥的實驗課，使教學形式和實驗內(nèi)容豐富多彩，學生不僅愿意動手操作，而且實驗技能得到很大提高。
4、改變教學模式
可以采用“以問題為先導”的教學模式，實驗教師設(shè)計相應(yīng)的問題，逐一提出，學生討論式的回答，然后教師總結(jié)，糾正錯誤，肯定準確的，最后進行操作示范。通過提問-討論-總結(jié)-示范的教學模式可以一步步地引導學生對原理、儀器構(gòu)造、操作步驟等每一個過程有更深刻的理解和認識。學生開動腦筋，進行熱烈的討論，將課本上所學的理論知識和實驗緊密聯(lián)系起來，進一步提高了分析問題和解決問題的能力。
5、開放實驗教學
動手機會少是學生基本操作技能比較差的主要原因。通過開放實驗教學，在課外時間有計劃開放實驗室，為學生開展創(chuàng)新型實驗提供了堅實的基礎(chǔ)，為畢業(yè)論文設(shè)計做好了準備。允許學生在課余時間在老師的帶領(lǐng)下進入實驗室，在老師指導下進行部分儀器的操作。允許學生在完成基本實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上自選實驗，實驗項目可以由教師提供, 也可以是學生通過查資料獲得，并安排實驗教師輪流值守，隨堂進行指導，這樣就可以充分發(fā)揮學生自己的創(chuàng)新設(shè)計能力，得到更好的收獲。
6、改革考核體系，培養(yǎng)學生科研意識
在實驗教學過程中培養(yǎng)學生的科研意識十分必要，會影響學生以后的科研能力及其興趣。傳統(tǒng)的實驗報告僅僅要求學生對實驗結(jié)果進行簡單歸納、分析，有必要改革考核體系�？梢酝ㄟ^幾個方面全方位考查學生的實驗情況，逐項打分，直接給出平時實驗成績。包括上實驗課前的預(yù)習報告、實驗操作現(xiàn)象觀察、實驗操作、儀器的使用、實驗課課堂提問、課后總結(jié)實驗報告等。也可以要求學生按科研小論文的形式完成實驗報告，格式包括標題、摘要、關(guān)鍵詞、正文（前言、資料、方法、結(jié)果、討論、參考文獻）等，評價實驗報告時要從格式、內(nèi)容、實驗結(jié)果、歸納分析等去審查，結(jié)果要求如實反映實驗結(jié)果。得不到預(yù)期結(jié)果的不可隨意改動實驗數(shù)據(jù)，討論時應(yīng)分析實驗失敗的原因。這樣學生不僅會掌握論文書寫格式，而且能知道科學研究必須以科學實驗為依據(jù)，要有嚴謹、求實、客觀的態(tài)度。
7、選用合適的實驗教材
可以在原有的儀器分析實驗教材基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代儀器分析技術(shù)的發(fā)展，并結(jié)合已有儀器設(shè)備的實際情況以及一些熱點問題，組織教師編寫出一套新的儀器分析實驗較教材或講義。這樣可以運用已有的儀器設(shè)備有針對性的去學習儀器分析實驗課程。但隨著新方法、新儀器的引入，必須要在再版教材或講義中加以補充更新，以便相互吻合，更好地提高實驗教學效果。
儀器分析實驗的過程，不僅是對原有的基礎(chǔ)理論知識學習加以檢驗、鞏固和提高的過程，同時也是理論聯(lián)系實際的過程。隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域的需求，對高等院校儀器分析實驗課程的要求會越來越高。儀器分析實驗課程的改進與實踐，不僅培養(yǎng)學生系統(tǒng)理論基礎(chǔ)和實驗技能的提高，而且更重要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)。只有在教學實踐中不斷積累經(jīng)驗，大膽創(chuàng)新，充分調(diào)動學生的積極性和主動性，提高教學質(zhì)量，才能達到教學改革的目的，這是一個長期的工作，需要不斷的去摸索教學的方法和方式。
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