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关于分析化学设计性实验教学模式初探论文
分析化学实验教学是高校分析化学课程教学的重要组成部分。随着社会对各种层次人才需求的日益增长,传统的以验证性实验以及少量综合性实验为主的教学模式在培养学生的创造性思维和主动学习、探索式学习等方面存在明显不足,难以适应新形势下对人才培养的要求。因此,实验教学改革势在必行,设计性实验教学被提上日程。
1分析化学设计性实验教学过程
分析化学设计性实验教学过程主要分为四个阶段进行:布置实验题目,制定实验方案;课堂讨论,教师审查实验方案;实验具体实施,撰写小论文;实验评价阶段。
1.1布置设计性实验题目,制定实验方案
题目的选择性布置要求教师知识面广泛,动手能力强,熟悉各种实验仪器设备的特点和使用方法。因此,要求实验教师具有一定的业务水平和教学水平。
教师公布设计性实验的题目,要求学生设计的内容包括:实验方法;实验原理;实验仪器及试剂;实验步骤;实验数据处理,最终以设计小论文的形式上交指导老师审查。另外,要求设计实验的方案遵守以下原则:
(1)安全性:充分考虑人身安全、仪器安全并尽量减少对环境的污染和破坏。比如,对含汞、铬的废液进行回收处理。
(2)可行性:所选用的仪器、试剂等在现有的条件下能得到满足。
(3)简约、节约性:设计应尽可能简单易行,用简单的实验装置,较少的试剂及实验步骤,能在较短的时间内完成实验,且数据比较准确。比如金属镁的摩尔质量测定,可以采用沉淀滴定法,配位滴定法等,这些方法虽能满足测定的基本要求,但需要配制的试剂种类、数量较多,准确度也不如酸碱滴定法。
按以上要求,学生需要查阅大量资料。比如鸡蛋壳中钙含量的测定,不仅要对实验方法进行分析论证,还要考虑鸡蛋壳的来源(一般去校餐厅收集)与初步处理(包括如何去除蛋壳内膜、烘干、研磨、过筛、保存等),以形成完整的实验方案。这是学生的创造性劳动阶段,不仅开阔了学生眼界,拓宽了知识面,而且活跃了思维,增强了获取信息的能力,为以后的就业打下良好的基础。
另外,学生普遍反映,环境保护列入设计要求,大大提高了他们的环保意识。这对社会的可持续发展具有重要意义。
1.2教师审查设计方案,课堂讨论阶段
本阶段是设计性实验教学的中坚环节,分为两个阶段开展工作。
第一阶段,学生进入实验室,教师审查学生的设计方案,根据学生设计方案的完成情况给予相应评价,成绩计入总成绩中。
第二阶段,教师与学生身份互换,学生登台讲解。实现教师从“演员”到“导演”,学生从“观众”到“演员”的转变。
比如金属镁的摩尔质量的测定,学生课堂上提供的方法主要有量气法、配位滴定法、重量分析法,酸碱滴定法等。对于每一种实验方法,实验教师组织学生对讲台上的“老师”进行提问,共同进行分析讨论。
重量分析法是加入浓度较大的NaOH溶液,生成的Mg(OH)2进行过滤、洗涤、烘干、称量,在此过程中,沉淀有一定的损失,准确度受到较大影响。
配位滴定法是让一定量的金属镁与过量的HCl反应,然后加缓冲溶液调节pH到10左右,以铬黑T做指示剂,用EDTA标准溶液进行滴定分析。这里涉及到的试剂较多,而且对滴定体系的pH要求严格。酸度过高,酸效应太大;酸度太低,有可能使得Mg2+部分沉淀,而且指示剂本身对酸度也有一定的要求。另外,以CaCO3为基准物标定EDTA时,为了提高终点颜色的敏锐度,还需额外加入MgY,否则实验准确度会受到较大影响,但是还是能用于测定金属镁摩尔质量的。
通过一系列的比较分析讨论,学生自然会认识到酸碱滴定法(让一定量的金属镁与已知浓度的过量HCl反应,用NaOH标准溶液返滴定剩余的盐酸)涉及的试剂较少,方法相对成熟,准确度也较高。实验方法提炼出来之后,围绕金属镁称量的质量范围;酸与碱的浓度;以及在满足实验要求,又不造成试剂浪费的前提下,酸和碱分别配制的总体积等问题进行分析讨论,学生基本可以确定出切实可行的实验方案。
另外,鸡蛋壳中钙含量的测定,混合碱含量的测定等都可以采取上述教学方法进行。
这种教学方法改变了以往实验教学过程中的讲透、讲细、讲全,在发挥教师主导作用的同时,充分发挥了学生的主体作用,激发了他们的学习热情,同时实现了学生之间的互动,升华了师生之间的交流;另外,学生在对别的同学的设计方案进行提问、分析、讨论、评价的过程中,课堂气氛活跃,思维开阔,口头表达能力得到锻炼,自信心得到大大提升,综合素质得到加强。
最后,经过学生充分讨论后,实验教师对设计的基本思路进行总结,提问学生掌握情况,并要求学生整理出完整的设计方案,以便于实施。
值得提示的是,教师不应强行把学生思维纳入到自己的思维模式之中,要求学生的活动和结论与自己所设计或者期望结果一致。比如,有个别学生的设计方案虽然实施起来有很大难度,但是有创意,对于他们敢于创新、勇于创新、体现个性的方案要及时给于表扬,使学生的主观能动性、潜力和创造潜能达到最大。
总之,整个课堂教学是在一种紧张有趣的气氛中进行的,教学效果较好。
1.3实验具体实施,撰写实验小论文
根据课堂讨论,学生对自己的实验方案进行加工整理。根据合理的实验设计方案自行准备实验仪器,配制试剂等。这个过程对学生虽然有一定难度,但因为是自己设计总结的方案,所以学生愿学乐干。
实验小论文按照正式出版的科研论文格式,包括论文题目、署名、摘要、关键词、引言、仪器与试剂、实验方法、结果与讨论、参考文献等。由此可以看出,这一阶段是学生综合能力进一步升华和提高的阶段,同时也为毕业论文和毕业设计作了很好的铺垫工作。
1.4实验评价体系
对设计性实验教学质量及设计能力的评价方法,已有作者进行了比较详尽的研究。我们从2004年招收第一批工业与分析检验专业学生起,就对分析化学设计性实验评价体系进行了改革,在不断的探索中,建立起了完整的操作性较强的评价体系,具体的主要从创新精神、实践能力、科学素养三个方面,根据学生设计及课堂讨论发言情况(50%)、实验技能(25%)、实验小论文的完成情况(25%)等做总体评价,给出等级。评价方式的改革,极大的促进了设计性实验教学效果的提高。再者,课堂辩论发言积极性得到提高,操作规范性切实增强,实验技能显著提高,严肃认真、实事求是的科学态度逐渐形成。具体表现为,“河南省中级检验工”考试通过率为97.5%,实现了双证毕业的要求。
2结论及展望
总而言之,实验设计课程的开设,不仅加深了学生对分析化学基本理论、基础知识的理解,正确和熟练的掌握了分析化学实验的基本操作和实验技能,提高了观察、分析和解决问题的能力,而且培养了学生严谨的工作作风和实事求是的科学态度。更重要的是,绝大多数学生认为实验越来越有趣味,学有所用,愿意探索,勤于思考,创新意识得到切实提高,综合素质得到大大加强。另外,在设计性实验进行的各个环节,教师都要查阅大量相关资料,认真备课,灵活运动多种教学方法,驾驭课堂。因此,教师的工作能力有较大提高。而实验教学队伍是提高实验教学质量、培养高素质人才的关键。
但是在进行设计性实验教学过程中,也发现诸多不足,还要从以下几个方面进行改革:
(1)实验内容要不断更新,且题目应着重培养学生综合应用能力。
(2)实验内容要开放。除去正常教学中的设计性实验,学生可以选择自己感兴趣的设计性题目,在征得相关教师认可的基础上,进入实验室实验。
(3)要实行实验室开放。实行实验室对外开放是学生设计性实验教学改革取得实际效果的关键,是对传统实验教学的一种挑战。实验室开放,要求在时间、空间、教学方法、实验内容和仪器设备等方面都尽量开放。已有实践证明,通过实验室开放,可以极大地提高学生运用已有知识和技能进行独立工作和创造性工作的能力,为学生今后走上工作岗位奠定坚实的基础。
(4)实验装备、实验室设施要提高教学质量,还必须有一定的实验条件做保障。
总之,设计性实验教学,很大程度上改变了传统的教学模式,但是教学改革涉及方方面面的工作,是一项长期的工程,广大教育工作者应大胆创新,勇于尝试,不断提高分析化学实验教学水平与能力。
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