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儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革
摘要：本文討論了儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，從教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)室和教師隊(duì)伍建設(shè)等方面進(jìn)行了嘗試，提升了學(xué)生的綜合能力。
關(guān)鍵詞：儀器分析實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;綜合能力
儀器分析實(shí)驗(yàn)是化學(xué)專業(yè)、應(yīng)用化學(xué)專業(yè)和材料化學(xué)專業(yè)本科生的一門(mén)基礎(chǔ)課，涉及物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，如光、電、熱、磁和化學(xué)反應(yīng)等知識(shí)，是一門(mén)理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的基礎(chǔ)課程。
通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生的各種能力，包括應(yīng)用現(xiàn)代儀器分析測(cè)試技術(shù)的技能、動(dòng)手能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力、統(tǒng)籌思維能力、創(chuàng)新能力、獨(dú)立分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力、查閱手冊(cè)資料并運(yùn)用其數(shù)據(jù)資料的能力以及歸納總結(jié)的能力等。
總之，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)課過(guò)程中，應(yīng)利用一切環(huán)節(jié)進(jìn)行能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神。
但由于一些原因，使學(xué)生在有效的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)不能最大限度地使能力得到提高。
為此，在儀器分析實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，逐漸進(jìn)行了一系列的嘗試。
整合教學(xué)內(nèi)容，更新實(shí)驗(yàn)選題，“以學(xué)生為本”，著眼于學(xué)生素質(zhì)、創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新體系[1]，收到了良好的教學(xué)效果。
一、采用研討式教學(xué)方法
教學(xué)方法是教學(xué)環(huán)節(jié)中非常重要的一個(gè)組成部分，會(huì)對(duì)教學(xué)效果產(chǎn)生影響。
傳統(tǒng)教學(xué)方法以教師講授為主，學(xué)生被動(dòng)地接受[2]。
其弊病是限制了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、能動(dòng)性和思維能力的發(fā)展，大大影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提高[3]。
為了克服傳統(tǒng)教學(xué)方法帶來(lái)的弊病，以研討式教學(xué)方法為主要教學(xué)手段之一。
要求學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及相關(guān)知識(shí)進(jìn)行思考并提出問(wèn)題。
鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)知識(shí)的探究和懷疑，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)最大限度地詢問(wèn)“為什么”，甚至每句話都要詢問(wèn)“為什么”或凡事問(wèn)“問(wèn)什么”。
課前指導(dǎo)教師也對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)精心設(shè)計(jì)問(wèn)題。
通過(guò)與學(xué)生之間的討論，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，收到了很好的教學(xué)效果。
例如分光光度法測(cè)定混合液中鉻和錳的含量，設(shè)計(jì)以下問(wèn)題。
在鉻和錳的存在形式中，哪些溶液有顏色?測(cè)定吸光系數(shù)時(shí)，為什么鉻(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)溶液中，只加入了濃酸，而不加入氧化劑;而錳(Ⅱ)標(biāo)準(zhǔn)溶液中，既加入了濃酸，又加入了氧化劑過(guò)碘酸鉀?在樣品溶液中，又加入了氧化劑過(guò)硫酸鉀?加入銀離子的目的是什么?同學(xué)們還可以提出哪些測(cè)定混合液中鉻和錳的方法?所提出的方法有哪些利弊?在示差分光光度法實(shí)驗(yàn)中，對(duì)同學(xué)們提出下列問(wèn)題。
什么是差示分光光度法?什么情況下使用差示分光光度法?分光光度法的最佳讀數(shù)范圍是多少?差示分光光度法的目的是什么?上述問(wèn)題的提出及討論既可以很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生的思維處于活躍狀態(tài)，又可以訓(xùn)練學(xué)生解決問(wèn)題的思維方法，為學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)打下一定的基礎(chǔ)。
學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，讓學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行反思和討論，總結(jié)成功和不足之處。
一方面，在總結(jié)和反思中加深體會(huì);另一方面，為今后的實(shí)驗(yàn)提供借鑒。
二、充分發(fā)揮廢舊儀器的作用
在講解儀器結(jié)構(gòu)時(shí)，將組裝儀器和商品儀器同時(shí)使用。
商品儀器中，各基本單元被組裝在一個(gè)或幾個(gè)模塊中，不能直觀察儀器內(nèi)部的組成和結(jié)構(gòu)。
因此，實(shí)驗(yàn)課上將廢舊儀器的結(jié)構(gòu)和組成展示給學(xué)生，學(xué)生可以清楚、直觀地看到儀器各組成部分，更清楚地了解儀器的原理和結(jié)構(gòu)，使學(xué)生看得清楚、學(xué)得明白，收到了很好的教學(xué)效果。
三、合理安排講授時(shí)間與實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間
實(shí)驗(yàn)課上，傳統(tǒng)的講授方法是，將實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、儀器結(jié)構(gòu)、使用方法及有關(guān)的注意事項(xiàng)等內(nèi)容全部講解完之后，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一般包括溶液的準(zhǔn)備、配置及使用儀器獲得有關(guān)數(shù)據(jù)等步驟。
上述教學(xué)方法帶來(lái)的問(wèn)題是，從教師講授完儀器的使用方法到學(xué)生進(jìn)行測(cè)定，中間會(huì)間隔一段時(shí)間，從而導(dǎo)致學(xué)生使用儀器時(shí)，忘記了儀器的使用方法，教師需要占用一定的時(shí)間重復(fù)講解過(guò)的內(nèi)容，影響實(shí)驗(yàn)效率。
為了克服上述問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)課上，先講解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟以及實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng);然后，安排學(xué)生配制溶液。
之后，重新將學(xué)生組織在一起，講解儀器結(jié)構(gòu)、使用方法及其注意事項(xiàng)。
上述教學(xué)環(huán)境的安排能夠帶來(lái)如下好處：講解儀器結(jié)構(gòu)、使用方法及其注意事項(xiàng)之后，學(xué)生可以立即使用儀器進(jìn)行測(cè)定，不容易忘記儀器的使用方法，從而可以減少錯(cuò)誤使用儀器的機(jī)會(huì)，也可以提高學(xué)生使用儀器的自信心，使實(shí)驗(yàn)效率得到提高。
四、增加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)
由于儀器條件的限制，過(guò)去開(kāi)設(shè)了分光光度法測(cè)定鐵、分光光度法測(cè)定磷、紫外光度法測(cè)定硝酸鹽氮和紫外分光光度法測(cè)定對(duì)苯二酚等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
上述實(shí)驗(yàn)原理相似，使用的儀器也基本相同，不能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，影響對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
隨著儀器條件的改善，新儀器的不斷增加，刪去了一些原理相似、儀器相同的實(shí)驗(yàn)，開(kāi)設(shè)了有關(guān)電化學(xué)工作站、高效液相色譜和高效毛細(xì)管電泳等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
另外，儀器分析的研究發(fā)展很快，教師注意查閱儀器分析的最新進(jìn)展，將新進(jìn)展融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中[4]。
大大開(kāi)闊了學(xué)生的眼界，使學(xué)生的創(chuàng)新能力在潛移默化中得到了提高。
為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、獨(dú)立思考和獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，加大了設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)――氣相色譜分析測(cè)定酒中甲酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯和乳酸乙酯等。
要求學(xué)生查閱資料，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)原理，自擬實(shí)驗(yàn)方案。
實(shí)驗(yàn)課上，首先讓一些學(xué)生講解自己的實(shí)驗(yàn)方案，圍繞實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行提問(wèn)和討論，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案中正確和錯(cuò)誤的內(nèi)容都進(jìn)行分析、講解。
通過(guò)上述教學(xué)過(guò)程，學(xué)生可以真正地將學(xué)到的理論知識(shí)和實(shí)際問(wèn)題結(jié)合在一起，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，也使學(xué)生體會(huì)了學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，還使學(xué)生在解決問(wèn)題之后有了成就感。
五、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)，打造過(guò)硬的教學(xué)隊(duì)伍
儀器分析實(shí)驗(yàn)同其他化學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，一個(gè)突出的特點(diǎn)就是需要大型且價(jià)格比較昂貴的儀器。
因此，需要各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)重視有關(guān)儀器分析實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。
只有在思想上引起足夠的重視，就會(huì)并且有可能投入資金進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，才能為儀器分析實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)提供必要的條件，為學(xué)生創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和氛圍[5]。
在建設(shè)國(guó)家級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的過(guò)程中，學(xué)校和學(xué)院各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)給予了大力支持，購(gòu)置了必要的教學(xué)儀器，使實(shí)驗(yàn)室硬件建設(shè)得到了很好的改善，使實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)內(nèi)容上了一個(gè)新臺(tái)階。
“實(shí)驗(yàn)中心”建立了課程負(fù)責(zé)人制度、集體備課和預(yù)做實(shí)驗(yàn)制度以及新教師試講等制度。
化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)和儀器分析實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一由一位課程負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)。
課程負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)上述有關(guān)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教師的聘任、教學(xué)效果的檢查、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的修改和更新等。
實(shí)驗(yàn)教師集體備課并預(yù)做實(shí)驗(yàn)，對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論。
新教師要在老教師的指導(dǎo)下準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行試講。
試講通過(guò)后，方可指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
上述一系列制度的建立對(duì)有效地保證教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)量和深度起到了良好的作用。
六、綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)
環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)是當(dāng)今人類面臨的一個(gè)重要而急迫的問(wèn)題。
在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)使學(xué)生有保護(hù)環(huán)境的意識(shí)和責(zé)任。
例如，將庫(kù)侖滴定法測(cè)定砷改為庫(kù)侖滴定法測(cè)定硫代硫酸鈉。
兩者實(shí)驗(yàn)原理完全相同，不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果，但卻避免了污染物砷的排放。
再如，將示差分光光度法測(cè)定鉻(Ⅲ)改為示差分光光度法測(cè)定高錳酸鉀。
一方面避免了了有毒物質(zhì)鉻(Ⅲ)對(duì)環(huán)境的污染，另一方面，由于鉻(Ⅲ)的吸光吸收較小，測(cè)定時(shí)需要較高濃度的溶液，而高錳酸鉀的吸光系數(shù)較大，消耗試劑明顯減少，從而又減少了化學(xué)試劑向環(huán)境的排放。
氣相色譜法適用于測(cè)定低沸點(diǎn)組分，可用于苯、甲苯和二甲苯的分離和檢測(cè)，但這三種組分均具有毒性，為致癌物。
因此，改為氣相色譜法測(cè)定酒中的雜醇。
實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的廢液直接排放到地下，也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。
要求學(xué)生不要將廢液直接倒入水池排放，而是對(duì)實(shí)驗(yàn)室的廢液進(jìn)行回收處理。
在教學(xué)中，點(diǎn)點(diǎn)滴滴注意對(duì)學(xué)生進(jìn)行環(huán)保意識(shí)的教育。
經(jīng)過(guò)教學(xué)方法和教學(xué)過(guò)程的改革，使學(xué)生由被動(dòng)地學(xué)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)地學(xué)，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)思維的方法以及學(xué)生的綜合能力和素質(zhì)。
參考文獻(xiàn)：
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