分析化学实验课程设置探索与实践

武现丽，韩国胜(郑州大学 化学学院，河南 郑州 450001)

0 引言

“以学生为本，传授知识与能力培养相结合，全面提升学生综合素质”是实验教学评价体系中提出的重要理念。明确提出以学生为主体，将发扬学生个性和发挥学生潜力放在首位，重在提升学生的综合素质和创新能力。基础化学实验融知识、能力和素质教育于一体，是培养学生创新意识和创新能力最有效和最生动的途径之一[1-3]。分析化学实验课作为化学学科的重要组成部分，是化学专业、材料专业、环境专业等学生的基础课程。分析化学注重量的概念，是人们获得物质化学组成和结构信息的科学，通过实验课的实验技能的培训能够培养学生的严格、认真和实事求是的科学态度。在进行分析化学实验过程中要求学生认真观察和分析实验现象、全面分析实验结果，是培养学生分析问题、解决问题能力的重要手段。样品分析的全过程包括试样的采集与制备、测定前的预处理、分析测定和数据处理及评价并形成报告四个环节。在实际样品分析时，样品采集和制备一般不在实验室中进行，测定前的预处理、分析测定和数据处理及评价并形成报告则需要在实验中处理完成。样品测定前预处理和数据评价时间往往占整个实验室处理过程的80%，说明其重要性和复杂性。此外，分析仪器普及大大缩短了测试过程所需时间，往往只需要几分钟甚至几秒钟就能完成测试，而样品预处理要求更高时间更长。但目前一部分高校的分析化学实验仍将重点放在测定过程上，对于测试前的预处理过程则不涉及或较少涉及[4-5]。

实际样品分析工作中，结合所学理论知识和样品的实际状况选择合适的前处理和测试方法是进行实验室测试前必须解决的问题。俞院士在《漫谈分析化学教学改革与课程建设》中讲“教授分析化学应该很看重培养学生解决问题的能力”[6]。但大多分析化学实验教学中，都是老师给定了分析方法，或者按照教科书上给定的测试方法进行；而按照实际样品性质及实验室具体条件选择样品前处理和分析方法的训练较少涉及。有分析化学相关背景毕业生需求的企业对学生解决实际问题的要求较高，通过在分析实验中增加测试前样品预处理和依据样品组成和性质选择正确分析方法环节可以提高学生解决实际问题的能力，与行业要求相匹配，提高毕业生为社会服务的能力。

为了适应社会对分析化学人才的需求，我中心通过课程设置改革对分析化学实验课程进行结构优化，改革后的课程其更贴近实际生产过程，更注重学生综合素质全面提升和创新能力的培养。在课程设置上强调学生基本操作和基本实验技能的掌握，同时向实际应用倾斜；增加了实际样品的测试前处理过程培训和分析测试方法选择训练，通过综合设计实验的实施全面提高大学生解决实际问题的能力。在实验报告撰写上进行了规范化要求，在实验考核方面加入了新的考核指标。以期通过这些改革和尝试全面提升学生在分析化学方面的综合素质，提升学生就业和科研能力。

1 课程设置思路和目标

本中心分析化学实验课程设置的思路是重视基础实验训练、强化应用实验训练，目标是培养分析化学领域应用型人才和研究型人才。通过课程设置改革，构建重基础、强应用的创新型分析化学实验教学体系，全过程提升学生在分析化学领域解决实际问题的能力。综合实验素质的提升以扎实的理论基础和熟练的基本操作技能为前提。在课程设置上，我中心重视基础实验训练，这部分占课程总学时的40%。在掌握基本理论知识和基本操作技能的基础上，为了适应学生将来就业的需求增强应用实验训练是必由之路，因此设置了强化应用实验，占课程总学时的40%。在课程后期，学生已经掌握了分析实验的各个环节，我们设置了综合性设计实验，占总学时的20%，通过设计实验全面考察学生解决实际问题的能力和全面提升其创新能力。教学模式为“教师导师，学生主体”。实验过程中以问题为导向启发学生，鼓励学生探索和问题相关的知识，发挥其主观能动性，提升其学习能力，最终提高学生综合能力和综合素质。

2 重视基础实验训练

通过基础实验训练学生掌握基本操作技能，同时加深对分析化学理论的理解，这是培养其解决实际问题能力的基石，因此基础实验占总课时的40%。基础实验的基本内容包括滴定的规范操作、酸碱滴定、配位滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定、重量法和分光光度分析法的典型实验。在实验课开始进行的是包括酸碱互滴的基本滴定操作训练，接下来是酸碱滴定的经典实验纯碱中总碱含量的测定。然后分别是不同酸碱条件下的配位滴定实验，分别在酸性和碱性条件下测定锌离子的浓度，以及通过控制溶液不同酸度进行混合金属离子的连续滴定。通过铁矿石中总铁含量的测定体会氧化还原滴定与其他滴定法的区别；沉淀法选的是莫尔法测定氯离子含量。重量法和分光光度法分别为钡盐中钡含量的测定和铁-邻二氮菲络合物组成的测定。

在这一阶段，老师会反复强调实验规范操作的重要性，不断示范正确的操作流程和规范的动作。在实验前要求学生进行预习，对实验有个初步了解，并找出过程中可能的难点在课前进行一个简短的讨论。在实验进行过程中也会反复播放规范操作的视频，以确保学生掌握规范的操作。实验采取单个实验单人完成的方式，实验过程中教师以问题为导向充分调动学生的积极性，培养学生兴趣和独立操作能力。严格要求学生将原始数据记在实验报告册上，不允许记在手机上或其他纸片上；数据处理和分析要求给出计算公式和基本原理；实验报告撰写要求规范化，建立明确的考核标准。通过这些基础实验的训练，学生掌握规范操作，深化了对理论知识的理解，为解决实际能力培养打下基础。

3 强化应用实验训练

同学们通过基础实验训练掌握了分析测试的基本操作。在此基础上，为了满足企业和科研对解决实际问题能力的要求，需要向实际样品处理全过程靠近。为达到强化应用目的，实验内容设计显得十分重要。为此，我中心在实验设置上引入了药品、食品等与生活密切相关的样品为对象，这部分实验与基础实验同等重要，所占学时数与基础实验相同。如药品维C片中维C含量的测定、白酒中主要酯类含量的测定、茶叶中微量元素的测定等。在实际样品测试中，涉及测试前的预处理过程，实验前需要同学们根据样品的性质和组成查阅文献获得合适样品预处理方法，实验过程中要求同学们相互交流，最终按照提前拟定的预处理方法进行预处理。为了选择合适的测定方法学生需要对共存组分种类、含量和是否产生干扰进行预估，同时需要预估被测组分的含量和存在状态，这就需要学生先查阅大量相关资料，掌握相关内容，最终确定合适的测试方法；如在茶叶中微量元素的测定中，学生拿到茶叶后需要将茶叶沿成碎末，称取准确质量，加热使其完全灰化，然后酸溶后进行含量测定。测定方法采用配位滴定和分光光度法相结合，这里面需要大家使用掩蔽解蔽基本原理。这对学生是一个系统的培训，需要其具备扎实的理论基础。

为了深化学生对不同分析方法的认识，我们对同一样品采取不同的方法进行测定。分析方法包括化学分析法和仪器分析法，化学分析法和仪器分析法又分别包含多种方法，因此同一组份可以采取不同的分析方法进行测试。例如钙离子含量的测定可以用直接配位滴定法也可以使用间接法高锰酸钾氧化还原滴定法，两种方法原理不同测试过程涉及的步骤不同，影响其测定准确度的因素也不相同。通过同一样品不同方法的测定训练可以培养学生在面对实际问题时的灵活性，掌握根据实验室实际条件选择合适的测试方法，提高其解决实际问题的能力。

4 设计实验训练

上面两种实验无论是基础实验还是应用性实验最终都是给定的实验方案，学生按照既定方案和准备好的试剂进行实验即可。为了进一步提高同学们解决实际问题的综合能力，我中心在实验课程的最后设置了设计型综合实验。设计型综合实验只给了样品来源和测试对象，要求学生通过查阅相关文献自行设计出实验方案，包括测试的基本原理、所需试剂、实验步骤、实验数据的评价方法。通过综合设计实验训练，弥补传统实验的一些不足，对全面提升学生综合科研素质相当重要[7]。我中心开设了四选一的设计实验，两人一组；学生们通过查阅文献和交流设计出合适的实验方案，课上通过实验对所选方法进行验证。不同学生选择不同的题目设计出不尽相同的实验方案。通过各种方法的比较，最后形成实验小论文交流心得体会。通过几年来的实践证明，综合性设计实验即开放性实验的开设对学生实验能力的培养是全方位的，是培养其解决实际问题能力必不可少的环节。

5 结语

文章通过实验内容设置和教学方式的调整和改革，从基础到应用，由简单到复杂，循序渐进培养学生解决问题的能力。以问题为导向，学生为主体激发学生的学习兴趣。最后通过综合性设计实验全面检验学生对测试前样品预处理、实验方法选择、实验方法实施、数据处理与评价，提高其解决实际问题的能力，为学生将来的工作奠定基础。