浅谈分析化学实验教学的改革

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  分析化学实验是一门与分析化学理论课相辅相成的实验课程,是理论课的延续和提高;分析化学实验课程对培养学生的动手能力,以及发现问题、分析问题和解决问题等能力都起着重要的作用。
  面对21世纪教育教学改革的总体要求,分析化学实验课程教学应将学生从过去单纯的专业知识学习和简单技能训练的培养模式转向理论与实际的结合;从单纯的知识传授转向能力培养,特别是创新能力的培养。其主要目的是激发学生的学习热情和兴趣,调动学生学习的积极性,从而提高学生在实验中的主动性,培养有科学思维方法和创新能力的人才。
  
  一、目前分析化学实验教学中存在的问题
  
  目前我国大学化学实验教学同国外高水平大学相比,差距主要是在实验教学上缺乏主动性和创造性,而以分析化学实验方法和实验技能为载体的知识能力培养直接影响学生在高年级或毕业后的工作能力。
  目前分析化学实验教学中普遍存在的问题主要有:(1)学生的实验操作能力较薄弱,缺乏主动性和积极性;(2)课堂的实验教学内容较陈旧,缺乏新意;(3)学生的理论联系实际能力较低,缺乏创新能力。
  产生这些问题的主要原因是:(1)学生对知识掌握得不够牢固,综合运用知识的能力不足。分析化学无论是理论课还是实验课都与其他学科知识有较强的交叉性,有的学生学习时采用死记硬背的方法,并没有正确理解及掌握所学的知识;也有的学生忽视了所学各科知识间的有机联系,无法熟练掌握实验方法原理及技巧,以至于在出现异常现象时不知所措。(2)实验教学安排与生活实际的相关性少,内容枯燥,难以调动学生的学习兴趣和积极性。(3)学生知识面狭窄,缺乏相近学科知识内容上的联系。分析化学主要是为其他学科及各个应用领域解决分析测试问题,需要其他相关学科的知识来充实和完善;另外,因课堂教学时间有限,在选择完成教学任务和开拓学生知识面时,教师往往把重点放在完成教学任务,而学生通常也缺乏自学、寻根问底和探索学科间关联的积极性。
  
  二、分析化学实验教学的改革探索
  
  1.教学理念的更新
  21世纪高等教育的主要目的是培养具有创新思维和创新能力的高素质人才。教育必须以人为本,即以学生为根本,把学生作为教育的主体,而不是客体。这就要求教师必须将教与学统一,在分析化学实验教学的各个环节贯彻以学生为主体的原则,通过各种不同教学手段来培养学生的创新精神和创造力。只有通过对教学理念的更新,使教师主观上重视对学生创造力的培养,才能在客观上达到培养具有创新型人才的目的。
  2.实验内容的整合
  将分析化学实验按照功能性和目的性不同分为操作性实验、验证性实验、综合性实验和探究设计性实验(表1)。调查指出,除了让学生掌握必要的分析方法和步骤之外,还必须拓宽他们的知识面,了解环境科学、材料科学和生命科学等领域的一些常识,在实验对象上可安排一些与实际生活联系密切的实验内容,这样对端正学生实验课学习态度、明确实验目的和激发实验兴趣都有着重要的作用。可使学生在掌握实验技能的同时,分析问题及解决问题的能力也得到一定的提高;并可以更好地培养学生严谨细心的工作态度。
  3.教学方式的改进
  (1)以学生为主体,充分发挥学生的主观积极性。要将照方抓药式的被动实验改为主动实验,鼓励学生交互讨论。在实验课程中组织学生对各种实验方法的特点及应用范围进行讨论,可采用学生讨论教师总结,教师提问学生答辩及学生提问教师答辩等多种形式进行实验教学。如样品中铁含量的测定可以采用多种分析方法,如配位滴定法、氧化还原滴定法、沉淀滴定法和分光光度法等,让学生通过讨论和比较分析,自己总结不同分析方法的适用对象。
  (2)把实验的主动权交给学生。长期以来,实验教学基本上都采取传授与灌注为主的教学方式,忽视了学生的学习自主性。应提倡学生自主地参与学习,通过主体的实践活动来完成教学,并促进个性发展。辅导应以学生为中心,教师不要直接解决学生提出的实验问题,而是采用启发的方法,让学生自己独立思考,分析原因,自己解决问题。对于综合设计性实验,要求学生在查阅和收集有关资料及信息的基础上,根据不同的样品和测定的准确度,自己拟定从样品的预处理到分析方法的确定、数据处理及结果分析整个实验过程的方案。允许学生设计的实验方案存在不足,以使学生能够在实验中发现、探讨和解决问题,及时总结实验过程中的经验教训。如地表水中化学耗氧量(COD)测定,学生自己拟定取样地点及取样方式,并分析不同的取样地点及取样方式对实验结果的影响及实验结果与环境状况的关系。又如钙制剂中钙含量测定实验,由于有多种形式的钙制剂样品,因此该实验的重点是在样品的预处理方法选择上,要求学生分析预处理方法与样品形态以及测定结果之间的关系,得出各种样品所适宜的处理方法,还要求学生查阅文献资料,了解不同制剂中钙存在形态与人体吸收的程度关系。再如茶叶或茶饮料中茶多酚含量的测定实验,除了让学生选择实验对象、设计实验方案外,还要求学生就茶叶茶饮料的制作方式与其中茶多酚含量的关系进行分析,这样可以拓展学生的知识面,提高学生对各种不同知识关联性的认识。学生普遍反映这类实验收获较大。
  要鼓励学生积极参与教师的科研。科研工作中完整的分析测试过程是为学生提供理论联系实际的好机会,可激发学生的学习兴趣,促使学生巩固所学的知识,有利于培养学生的综合能力和初步的科研素质。
  (3)在实验教学中引入计算机辅助教学(CAI,ComputerAssistedInstruction)和网络辅助教学。充分利用现代化教学技术,进行多手段教学,如利用幻灯片、VCD、多媒体技术、仿真技术等,积极推进实验教学中CAI课件的应用,让学生得到更多的现代信息。特别是在课时数较少的情况下,很多内容都可以通过网上交流以弥补课时的不足。学生可以在网上查找有关资料并拟定实验方案,然后通过网络提交,教师也可通过网上平台随时与学生交流。
  将教学内容通过声音、图像、文本与动画的形式呈现出来,使教学内容更加直观、生动,变抽象为具体,变静态为动态,这些方式有助于加深学生对知识点的认识和理解。我们还利用现有资源制作标准操作的立体动画,在实验课堂或网上平台中将实验步骤形象地演示出来,同时配有分步讲解及注意事项,在课前让学生观看,了解基本操作的重点和难点,教师在上课时只进行必要的强调,这样,即可节约课时又有助于学生培养实际操作能力,使学生感兴趣、印象深。
  计算机辅助教学还可用于演示一些大型的或是实验室暂时无法提供仪器设备的实验,这样可以在一定程度上弥补化学实验教学中因设备不到位所带来的缺憾。
  4.实验与实际生活相结合
  与国外高水平大学的分析化学实验相比,国内大学的探索性实验相对较少,与现代科技及生活密切相关的实验也较少,这些都是今后进行分析化学实验改革应注意的方向。对此,我们应参考国内外最新的实验教材,根据实验室的实际条件,在教学中适当增加能反映现代化学新进展、新技术以及与工业应用、日常生活密切相关的实验内容。
  
  三、实验考核方式的改革
  
  在传统的教育模式下,教师对学生掌握知识情况的检验只能采用书面应试的方法,在考核方法上存在如下不足:一是多采用闭卷考试,开卷考试少;二是多采用笔试的方法,而口试与答辩的方式少;三是理论性试题多,实验技能的操作与实践能力的考察少。对学生实际实验水平的判断往往是一卷定论,这样很难对学生的综合能力与实际操作水平做出正确判断。另外,这种传统的考试模式也容易引导学生采取死记硬背,被动学习和应试突击的学习方法,容易束缚学生的学习积极性,不利于学生创新精神与创新意识的培养。
  教育创新离不开思想解放,要真正培养学生的创新精神,就应该充分考虑对学生考试、考核的导向,按照不同实验类型结合每个实验要达到的目的,采用相应的教学手段和考核方法。如可采用开卷考试、操作考核、口试及读书报告、小论文、交互讨论等多种形式(图1)。
  实验教学改革既要体现专业特点又要符合实际教学条件和实验条件;改革的根本点是以人为本,从学生实际出发,激发学生的学习主动性;改革的目的是为了培养学生更好地适应信息时代的需要,达到对学生综合素质和创新能力的培养。
  
  参考文献:
  [1]马志玲,化学教法改革,大学化学,2003,18(5):15
  [2]李新年,张建华,耿汝波,实验教学与创新能力[M],南京:南京大学出版社,2000
  [3]张继华,中外高等教育比较研究[M],北京:国防大学出版社,1999
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