化工专业基础化学分析实验教学的优化与考试改革

蒋德敏，陈书鸿，赵东锋，黄美英

（重庆三峡学院环境与化学工程学院，重庆万州404100）

“分析化学实验”是分析化学课程的重要组成部分[1]，“分析化学”是一门实践性很强的学科，在企业生产、科学研究、医疗健康等领域中起着重要的作用[2]。因此，“分析化学实验”是化学、化工、药学、环境科学、临床医学等学科和专业的一门重要的专业基础课程[3]，同时，很多高校在化工类人才培养方案中，“分析化学实验”单独开设课程教学，彰显“分析化学实验”在实验教学中的重要地位。“分析化学”作为培养化工类学生实践能力、操作技能和科学素养的重要手段，发挥着在其他教学环节与课程无法替代的作用[4]。然而，由于近年来因互联网游戏和自媒体的快速发展，给各阶段学生的学习环境带来了革命性的变化，导致学生对书本和课堂理论知识的学习积极性降低[5-7]。传统的实验教学过程[8]中以教师讲为主、学生完成验证性实验为辅的教学模式不再适应新形势下化工类人才培养的要求。近年来，各高校在有关“分析化学实验”的教育改革作了大量探索[9-11]，涌现出大量新的实验教学模式，如开放式[12]、翻转课堂[13]、“课证赛”融合[14]等。开放式教学模式[15]重点培养学生自主动手实践能力；翻转课堂[16]让学生从填鸭式的教学中回归到以学生为主体、让学生自主学习、师生交流的教学活动中；“课证赛”融合的教学模式[17]更加重视学生应试技能的培训。“分析化学实验”的教学过程中不但需要训练学生的动手实践操作技能，还需要培养学生分析工作的严谨习惯和态度，所以这些教学模式不适宜在“分析化学实验”的教学过程中推广。同时，有关“分析化学实验”考核与考试的教学改革少见，期末考试仍然采用与理论课类似的笔试作为考核模式[12,18]。在普通本科院校转型背景下，为满足我校培养应用技术型化工类专业人才的需要，对我校化工专业的“分析化学实验”的教学和考试作了探索讨论，教学过程中强化了对学生实践操作技能的训练，根据技能训练的规律提出了“四层次”教学模块，同时将实践训练考核与期末考试相结合，能够有效防止学生平时不学习、期末突击过关的现象出现。

1 优化教学内容与考核过程

1.1 优化实验内容

参照武汉大学主编的《分析化学实验》和四川大学与浙江大学联合主编的《分析化学实验》教材，结合我校化工类应用型人才培养方案，对我校化工专业基础化学“分析化学实验”的教学内容进行适当的调整与优化。以学生为中心，倡导绿色分析化学实验的教学理念，将有毒有害、强刺激性等容易使学生产生不愉快心情或者抵触情绪的内容删除，增加部分有关生活中的相关产品与物质的分析，教学素材更多来源于生活，教学过程更加贴近生活，使教学过程更具有调动学生参与思考问题的实用性，同时提高学生对我院化工类相关专业的热爱度。基于这种教学理念，我们建立了“四层次”教学模块，从难易程度按“知道怎么做-实际会做-能够熟练变通操作-达到实战创新”四个层次推进教学内容，布置如图1 所示。

图1 实验教学层次与目标

根据“分析化学实验”的“四层次”教学模块的目标，将实验教学内容作了适当的优化。我校化工类专业开设的“分析化学实验”教学课时为48 学时，为了使“四层次”在教学过程中能够有效实施，对实验教学题目和内容都做了一定的调整。调整后的“分析化学实验”教学内容遵循从易到难的教学规律，学生掌握一定的基础知识后进一步提高实验难度，在知识传递、技能训练与能力培养中起到了较好的衔接作用。优化前的教学内容中有部分实验具有强刺激性、强挥发性甚至具有致癌性物质，易于使学生产生化学类实验恐惧心理。例如，铁矿中全铁含量的测定实验教学中由于需要使用浓盐酸溶解矿石粉，因浓盐酸挥发性很强，导致实验教学环境恶化，同时，采用重铬酸钾作指示剂易于粘教师和学生的皮肤上从而对师生健康有害。“分析化学实验”教学内容优化后，将有毒、有害、有挥发性组份的实验删除，新增绿色环保教学实验。其中，基础性知识教学主要通过讲授完成的有“分析化学实验基本知识”和“实验操作技能、安全与健康”；对学生严谨分析方法与态度训练的基本操作实验有“分析天平称量练习”“滴定练习和容量器皿的校准”“常见溶液的配制”和“常见标准溶液的标定”；培训学生对基本技能应用的低难度综合实验有“自来水中氯含量的测定”“柠檬果维生素含量的分析”和“光度法测定铁的条件试验”；综合能力和创新能力培养的开放性实验有“不同方法分析自来水中钙镁含量”和“电解精盐水组份分析”。

表1 实验教学内容优化前后对照情况

1.2 教学过程考核与考试相结合

目前，有大部分同学对实验实践教学过程不感兴趣，在平时的教学过程都以完成任务的心态，导致“分析化学实验”教学效果较差。为了提高学生平时实验教学内容与操作过程学习的重视程度，将平时教学实验给予考核分值，并计入期末总的综合成绩中。根据优化后的实验教学内容的难易程度和实验过程的任务量给予不同的分值。基础验证性实验是实验辅导教材的内容，基础验证性实验旨在培养学生的操作动手能力，重过程轻结果，在验证性教学过程中逐渐培养学生分析问题、研究问题和解决问题的能力。开放性、创新性实验室以验证性实验改进而得到，用新方法解决相同的问题，例如：水硬度的测定，实验教材大多采用络合滴定法，在创新实验教学中，可以采用置换连续滴定法、分光光度法等多种教学方法，同时引导学生查阅国内外研究文献，让学生了解当前研究现状。

为了保证学生实践操作得到有效的培养锻炼，基础化学分析实验教学过程适宜小组教学，每组学生人数不宜超过15 人，实验指导教师能够全方位地监管学生学习和操作情况，并按学生的操作情况给予相应的分值。同时在教学过程中，取消以往写预习报告这一环节，增加问题问答和方案设计环节，并给予适当的考核分值。实验结束后，学生按照指导教师的要求撰写实验报告，并对实验数据作出分析，指导老师根据实验报告的完成情况和实验结果的准确性打分。单个实验在评分时按100 分制，单个实验在总成绩分值中按100 分制对应的分值比重计。平时实验教学分值分配如表2 所示，将每项分值考核根据学生对相关内容的完成情况分成了五个档次，根据形式不同的完成情况合理考核分值。

表2 实验分值分配情况（满分：100 分）

实验实践教学和理论课教学有较大差异，实践课程很难像理论课那样采用期末试题考试来考查学生对实践技能的学习掌握情况，实践课程的考核应当注重考查学生对基本原理、操作技能以及分析问题和解决问题的能力，所以给实验考试带来了很大的难度，导致很多老师在教学考试中仍采用笔试或者无考试环节，加之部分教师在平时的教学过程中对学生的监控和考核不严，绝大多数学生都是走过场后都能及格。久而久之后实验实践教学的教学效果越来越差，同时导致学生在实践课程中的学习态度和习惯也随之变差。为了加强“分析化学实验”实践课程的考核力度，以实践操作考试促进教学效果。选择合适的实验题目，能够全面考查学生所学的实验基本知识和实践操作技能等，所以“分析化学实验”考试题目要求具有称量、溶液的配制、移液管的使用、滴定等常规分析仪器的使用，同时融合当前前沿科学研究，以便学生查阅文献，综合考查学生对问题的分析能力、判断能力和解决能力等。结合考核指标，学生更加了解分析化学在实践生活中的应用情况。我们设计了一些来自生活题材的考试题目，例如：“泡菜盐中钙含量的测定”，给学生的预习任务是：①泡菜盐中钙元素可能存在的形式有哪些？如何鉴定？②目前国内外钙含量的分析检测方法有哪些？各自的优缺点是什么？③结合你对分析化学理论课和本学期的分析化学实验课的学习，选择合适的实验方法，拟定实验方案、操作步骤以及需要的仪器设备等，学生在实验操作考试之前提交实验方案。以“泡菜盐中钙含量的测定”为例，考试实验的考核指标主要包括实验方案的设计和实验操作两部分。实验方案的设计主要考查学生对新问题的辨别、分析能力，对文献的查阅状况和实验方案的可行性等；实验操作过程中考查学生基本操作规范性、准确性等情况。借鉴化学分析检验工职业技能鉴定考试的经验，分析化学实验的期末考试以实践操作考试为主，其考核分值如表3 和表4所示，表3 对学生实验方案的完成情况进行了分类并对其考核分值，同时根据学生在实验操作中容易出现的一些问题，对实验操作考试作出了详细的操作考试考核分值扣分指标（表4）。实验方案和考试操作的相关考核重在考察学生的操作过程，具有重过程轻结果的考核特点，能够有效防止以考试论高低的教学过程中的不足之处。

表3 实验方案的考核分值分配情况

表4 实验操作考试考核分值

续表4

2 结束语

结合近年来“分析化学实验”教学过程中出现的一些常见问题，对我校化工专业的“分析化学实验”教学与考核作了探索讨论。以提升学生的实践技能和综合能力为出发点，融合绿色化学实验教学的理念，教学过程中强化对学生实践操作技能的训练和分析问题的能力培养，建立了“四层次”教学模块，教学内容从易到难，按“知道怎么做-实际会做-能够熟练变通操作-达到实战创新”的梯度安排教学内容。为了防止学生平时不学习、期末突击过关的现象出现，在教学过程中将平时教学考核与期末考试相结合，能够起到提高学生学习的主动性和积极性。经过三年的实践教学分析，“四层次”教学模块的教学与考核能明显提高学生操作实践能力和学习的积极性。