协作式实验教学模式在仪器分析实验中的探索推广——以气相色谱-质谱联用实验为例*

李莲花 王正平 吴莉

(1兰州大学化学化工学院 化学实验教学中心 甘肃兰州 730000；2甘肃中医学院 甘肃兰州 730000)

基础实验教学是实验活动的基础。学生可以通过基础实验培养实验基本功，加深对理论知识的理解，把理论知识和实验现象相融合，培养独立思考和科研的基本能力，为更进一步的提升做准备。而在基础实验教学中，仪器分析实验教学具有一定的特殊性；它是其他实验的补助手段，通过仪器分析数据为实验提供指导。由于资源限制，大型仪器无法实现一人一台的教学模式。随着科技的不断进步，仪器自动化程度越来越高，实验过程中的手动操作越来越少，难以提高学生的实验能力。因此，需要有一种新的仪器分析实验教学模式，以激发学生兴趣，培养学生的综合素质[1]。

通过学习和借鉴其他实验教学模式[2]，并结合教学实际，我们提出了协作式实验教学模式，并在实际教学中发现此教学模式对仪器分析实验教学有着比较明显的促进作用。

下面介绍兰州大学化学化工学院在仪器分析实验教学中对协作式实验教学模式进行的探索。

1 实验组人数

传统的仪器分析实验每组都由8～9个学生组成，在实验过程中，教师难以兼顾到每个学生，这样不利于调动学生的积极性，经常有学生认为实验过程枯燥乏味，缺乏对学生创造性的锻炼。

协作式实验教学模式是在每次实验中将原来8～9人的大组分成2～3个小组，每组3～4人。组间要在整个教学实施过程中进行竞争，组内分工协作。在具体的实施过程中，每组选一名学生为组长，主要负责组员之间的联系，安排实验讨论时间，给组员安排实验任务，整理组内讨论结果等；其他组员共同参与实验预习、讨论、实验操作和报告撰写等工作。以使学生能充分参与实验并在实验过程中发挥主观能动性。

2 实验讲授

与其他基础实验一样，仪器分析实验课程也包括学生的预习阶段、教师的授课阶段和师生之间的互动阶段。传统的实验讲授因实验时间相对不够充分，实验相关内容多而且杂等原因，教师往往选择全盘讲授。这样易导致学生不认真预习，对教师过分依赖，教师和学生的步调不一致。

而在协作式实验教学模式下，学生与教师之间可以进行角色转换。每组学生课前充分预习，各组代表轮流讲解实验原理和内容，组员可进行补充式讲解，其他组的组员进行提问并讨论，整个过程为交叉进行。在此过程中，教师需要对学生进行合理引导、协调，最后还要点评并补充总结，将每组学生的表现纳入实验成绩。此举措可充分调动学生的主观能动性。协作式分组讲解和提问对于学生的预习效果有明显的促进作用，课前的预习变成了团队式学习，既激发了学生的参与热情，又提高了相互协作的能力。每组学生不仅要进行实验内容的学习讨论，而且由于组与组之间存在横向和纵向竞争，学生会利用预习时间主动查阅更多实验资料准备回答问题，并补充完善对于实验内容的理解。由于相互间的问答环节由学生自己完成，不仅锻炼了学生的独立思考能力和解决问题能力，还能加深学生对于知识点的掌握。

以气相色谱-质谱联用实验为例，每组学生在预习过程中不仅需要预习实验内容，还要回忆查阅相关气相色谱知识点和质谱基础知识。按照兰州大学化学化工学院的课程安排，这些基础知识的讲授在大学二年级下学期基本结束，而仪器分析实验是在大学三年级上学期开设。这种课程安排与协作式实验教学模式的紧密结合能加强学生对于已学习知识的理解和回顾。

3 实验过程

在传统的实验过程中，教师为了避免仪器使用过程中出现意外，会给出经典的实验条件，并对容易产生问题的环节和步骤给学生打“预防针”。这样的方式有可能会抑制学生的创造性思维，降低学生对实验内容的好奇和探索欲望。

协作式教学的宗旨在于激发学生的积极性。在整个实验过程中，学生作为主导参与实验，教师从旁协助、引导。对小错可以暂时容忍，如对实验原理还有一些不明，药品配置或取样操作不够标准等，可在事后让学生改正；而对可能出现的大错则预防避免，如实验条件设置超出仪器技术指标等。

以气相色谱-质谱联用实验为例，每组学生可以先根据自己的理解给出实验设计条件，如气相色谱流动相流速、进样口温度、分流比、色谱柱温、质谱离子源的选择、电离能的设定、质量分析器扫描范围的设置等。对于每组的设计，教师必须过目，以避免发生因不当实验条件设置引起的仪器损坏；而对一些细节处的错误可以先不指出，让学生在实验过程中自己发现。每组的表现可纳入实验成绩。在实验操作过程中，学生的操作是否规范也被纳入实验成绩；除非是大错，在整个过程中教师不会刻意去提醒学生的错处，而是在实验完毕后让每组学生进行总结和改正。这种方式可激发学生的竞争意识。为了避免个人因素导致的不好的实验结果，每组组员之间会加强交流与合作，这有助于增强实验中的互动性。这种学生主导参与式的实验方式可充分调动学生的学习积极性，使学生对实验项目的原理与内容有更充分的认识与理解，实验技能也得到很大的提升。此外，在整个实验过程中，小组长起重要的作用；他需要领导组员相互协作，预期在最短的时间之内得到最好的实验结果；组员之间的讨论、分工等也都需要组长安排、协调，这在无形中给一部分学生创造了锻炼的机会，为今后步入社会奠定了一定基础。

4 实验总结

与传统的教学方式相较，协作式实验教学增加了一次实验结果讨论会。以气相色谱-质谱联用实验为例，每组学生在讨论会中把本组使用的实验条件和实验结果详细介绍给其他组成员。每组之间可以相互提问、相互比较，分析各组之间的不同点和共同点；对于异常结果可以合力找出原因，给予合理的解释。这种方式不过度依赖实验报告，减少了实验报告在实验成绩中占有过大比例而引起的不合理后果。

协作式实验教学并不要求每一个学生都独立写一份实验报告，它更注重的是团队的合作以及团队之间的竞争机制。因此，每一组即使只有一份实验报告也是允许的，但该实验报告必须是每个组员参与并总结了每个组员的体会和建议之后的结果。如果有个别组员希望根据自己的个人见解独立完成一份实验报告，该行为会得到鼓励。以气相色谱-质谱联用实验为例，团队协作式实验报告明显比传统的独立报告增加了更多的实验讨论内容，有时多达十几条。除了讨论联用仪器之外，学生也会试图讨论一些更为有效的实验方法，甚至有的组会提出一些联用仪器可以应用到的新领域(如现今非常受到人们关注的药品有效性的测试等)。虽然学生可能会因为其本身在该领域的认识不够全面而有部分想法不正确和不可实施，但这种讨论确实有助于提高学生的发散性思维能力。表1是实验报告书写中传统教学模式和协作式教学模式的一些比较。

表1 仪器分析实验传统教学模式和协作式教学模式实验报告对比*

*实验报告对比结果来源于兰州大学化学化工学院2010级学生；**观察了气相色谱-质谱联用实验24份(传统式3组，一组8人)实验报告;***观察了气相色谱-质谱联用实验8份(协作式8小组，一小组3人)实验报告。

表2给出了以气相色谱-质谱联用实验为例的两种教学模式的实验时间安排。由表2可以看出，协作式教学比传统教学在时间安排上更为紧凑，学生的参与度更高。

表2 传统教学模式和协作式教学模式实验时间安排*

*以气相色谱-质谱联用实验为例，列出一组传统8人组实验时间或3小组协作式3人组实验时间；**直接采用经典实验条件；***根据课时给学生留出充分的实验时间，学生自行安排整个过程并得到数据。

表3列出了两种教学模式的实验考核标准细则。依协作式教学模式的特点，其考核标准显得细节化、人性化并注重学生的自主能力。

表3 实验考核标准细则

*目前仪器分析实验考核的传统细则；**将来可推广到所有仪器分析实验考核中的新细则。

5 体会与思考

传统的实验教学有其存在的必然性，但是随着实验技术和设备的不断更新，在很多方面已体现出诸多不足之处。协作式实验教学模式虽然也有不完善之处，但它来源于传统教学模式，是传统教学模式的更新和发展，不仅可以增强学生的团队协作能力，还可以激发学生之间的竞争意识和团队协作意识。对于实验指导教师来讲，为了可以最大程度帮助学生交叉应用各类基础知识于实验并进行最前沿的实验讨论，不仅要对所带实验领域有较深的造诣，还应对其他化学课程领域有一定的了解，这对于教师也是一种挑战[3]。总之，协作式实验教学模式值得进一步完善和推广。

参 考 文 献

[1] 胡万群,张汉昌.大学化学,2011,26(5):30

[2] 胡彭,涂海洋,杨光富.大学化学,2012,27(1):13

[3] 雷杰,高翔,马林,等.大学化学,2012,27(1):16