崔 琳 李琛琛
( 1) 山東師范大學(xué)化學(xué)化工與材料科學(xué)學(xué)院,250014,濟(jì)南;2) 青島科技大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院,266061,山東青島 )
分析化學(xué)是利用各種理論、方法、儀器和策略獲取有關(guān)物質(zhì)在相對(duì)時(shí)空內(nèi)的組成和性質(zhì)信息的一門科學(xué),是高等學(xué)?;瘜W(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)學(xué)藥學(xué)和農(nóng)學(xué)地質(zhì)學(xué)等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課之一.分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在分析化學(xué)教學(xué)中占很大比重.學(xué)生可以通過分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)掌握分析化學(xué)的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和踏實(shí)細(xì)致的作風(fēng),掌握科學(xué)研究的技能,提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力.然而,現(xiàn)階段分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程存在教學(xué)內(nèi)容陳舊和教學(xué)方法一成不變等問題,已經(jīng)不能適應(yīng)社會(huì)對(duì)化學(xué)人才培養(yǎng)的需求[1,2].特別是2020年新冠疫情對(duì)教學(xué)造成嚴(yán)重影響和沖擊,急需對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行更新、對(duì)教學(xué)手段進(jìn)行改革,提升授課教學(xué)效果,形成更加優(yōu)化的教學(xué)體系,以滿足培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維能力的優(yōu)秀人才的需求[3].本文針對(duì)當(dāng)前分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程存在的主要問題,分析了產(chǎn)生問題的根源,提出了具體可行的改革措施,包括結(jié)合多媒體技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)模式、對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化、拓展提升實(shí)驗(yàn)室功能、科學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相互結(jié)合.這些改革措施不僅能有效的提高教學(xué)質(zhì)量,而且可以提高學(xué)生的發(fā)散思維與創(chuàng)新能力,有利于培養(yǎng)和深化學(xué)生家國(guó)情懷和社會(huì)責(zé)任感.
圍繞如何在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中為社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才這一主題已有諸多研究[4-6],主要通過對(duì)學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查、中青年教師訪談等多種渠道進(jìn)行調(diào)研[7],對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中存在的主要問題及原因進(jìn)行剖析.
2.1傳統(tǒng)的“注入式”教學(xué)模式,忽視學(xué)生的主體作用在傳統(tǒng)的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中,一般采用“注入式”教學(xué)模式,老師在課堂上起主導(dǎo)作用,單方面講授實(shí)驗(yàn)原理、演示儀器使用,學(xué)生在教師講解的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作,實(shí)驗(yàn)過程缺少與學(xué)生的溝通與互動(dòng),忽視了學(xué)生的主體作用.學(xué)生的注意力大多集中在如何按照老師的詳細(xì)指導(dǎo)、機(jī)械的地完成實(shí)驗(yàn)和如何得到正確的實(shí)驗(yàn),一旦實(shí)驗(yàn)過程不順利,學(xué)生自己很難分析出失敗的原因,往往直接請(qǐng)教老師,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不佳.這種“注入式”教學(xué)重教師的“教”,而忽略了學(xué)生的“學(xué)”,學(xué)生處于被動(dòng)接受的狀態(tài),學(xué)生的主動(dòng)性和積極性受到一定限制,不利于學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)和創(chuàng)造能力的培養(yǎng).
2.2實(shí)驗(yàn)課與理論課脫節(jié)理論知識(shí)學(xué)習(xí)是實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ),原則上是先講理論再開設(shè)實(shí)驗(yàn),但是分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)一般在理論課開課后2-3周進(jìn)行,存在實(shí)驗(yàn)與理論講授脫節(jié)的問題.另外,理論課和實(shí)驗(yàn)課教師之間缺乏必要的溝通與課程之間的協(xié)調(diào),造成理論課與實(shí)驗(yàn)課成了兩個(gè)單獨(dú)個(gè)體,沒有必要的交叉和融會(huì)貫通.學(xué)生在理論課上所學(xué)的知識(shí)不能及時(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中轉(zhuǎn)化為技能,不利于學(xué)生鞏固理論課知識(shí)和學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程.學(xué)生在理論學(xué)習(xí)時(shí)往往是被動(dòng)接收抽象的知識(shí),實(shí)驗(yàn)課則要求學(xué)生主動(dòng)探索,學(xué)生往往難以及時(shí)轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)思路,導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不佳.尤其在疫情時(shí)期,由于授課時(shí)間被壓縮,部分內(nèi)容無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)演示,只能依靠視頻講授實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和開學(xué)后補(bǔ)充實(shí)驗(yàn),影響了授課效果[8].
2.3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容更新不及時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,實(shí)驗(yàn)材料、方法和技術(shù)更新較快,而傳統(tǒng)的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多,設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)少,內(nèi)容設(shè)置多是對(duì)經(jīng)典理論的驗(yàn)證,內(nèi)容更新滯后,沒有緊跟時(shí)代的發(fā)展,導(dǎo)致學(xué)生對(duì)新知識(shí)新技術(shù)了解甚微,如目前學(xué)生實(shí)驗(yàn)課還是利用移液管而非移液槍進(jìn)行溶液的量取.另外,課程設(shè)置與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過少,導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)課上所學(xué)知識(shí)與生產(chǎn)、科研脫節(jié).傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課往往實(shí)驗(yàn)結(jié)果已知,探索性不強(qiáng),導(dǎo)致學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性不高,分析問題解決問題的能力得不到鍛煉.
2.4實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范,創(chuàng)新能力弱目前分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)主要依靠教師講授原理和演示規(guī)范操作,而學(xué)生機(jī)械和盲目應(yīng)付,忽略了實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性.上課時(shí)因?qū)W生人數(shù)較多,部分學(xué)生無(wú)法看清老師的操作,導(dǎo)致學(xué)生基礎(chǔ)操作不規(guī)范,降低了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果.目前分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的考核成績(jī)是平時(shí)課堂實(shí)驗(yàn)操作表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)分別各占50%.實(shí)驗(yàn)課老師主要通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)評(píng)定學(xué)生的成績(jī),學(xué)生錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)操作容易被忽視,甚至出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課已經(jīng)進(jìn)行了大半,個(gè)別學(xué)生的基礎(chǔ)操作(如移液管和滴定管操作)還是錯(cuò)誤的現(xiàn)象,若不對(duì)實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行規(guī)范,有些學(xué)生就會(huì)帶著錯(cuò)誤的知識(shí)畢業(yè).另外,幾乎沒有學(xué)生因?yàn)閷?shí)驗(yàn)課不及格而補(bǔ)考或者重修,導(dǎo)致部分學(xué)生只注重實(shí)驗(yàn)報(bào)告的表面文章而忽略實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深層學(xué)習(xí),更談不上提高創(chuàng)新能力,背離了實(shí)驗(yàn)課開設(shè)的目的和初衷.
3.1結(jié)合多媒體技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)教學(xué)模式,規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課在大二與分析化學(xué)理論課同時(shí)開課,當(dāng)理論課上涉及到相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容時(shí),可以通過舉例子的方式將相應(yīng)實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容在理論課上講授.目前受疫情等客觀因素的影響,需要探索線上教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的混合式教學(xué)[9].在“微時(shí)代”背景下可將慕課[10]、翻轉(zhuǎn)課堂[11]、微信[12]等信息化教學(xué)資源引入分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,更新教學(xué)觀念,拓展教學(xué)知識(shí)面維度,深化教學(xué)內(nèi)容,把教學(xué)的重點(diǎn)由只關(guān)注課堂向同步關(guān)注課前、課中和課后轉(zhuǎn)變,夯實(shí)知識(shí)儲(chǔ)備,增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果.
課前,教師首先將分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的知識(shí)背景、應(yīng)用方向、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、理論要點(diǎn)推送給學(xué)生,對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,有針對(duì)性的設(shè)置問題,要求學(xué)生先自學(xué),通過閱讀教材、觀看視頻資料等方式尋找答案,并通過網(wǎng)絡(luò)向?qū)W生推送知識(shí)要點(diǎn)和相關(guān)視頻資料,例如分析天平、移液管、容量瓶、滴定管以及科研實(shí)驗(yàn)室常用的移液槍等的使用和校準(zhǔn)等,結(jié)合多媒體技術(shù)將儀器操作的方法、重點(diǎn)步驟和注意事項(xiàng),制作成教學(xué)視頻,保留在對(duì)學(xué)生開放的教學(xué)資料庫(kù)中.學(xué)生可以在課前提前熟悉和了解實(shí)驗(yàn)器材,對(duì)操作步驟和操作手法反復(fù)觀看學(xué)習(xí),避免在實(shí)驗(yàn)過程中由于學(xué)生人數(shù)多、空間小和部分學(xué)生無(wú)法完整的觀摩教師的示范等原因造成的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)效果不佳.
課中,利用翻轉(zhuǎn)課堂,將學(xué)生人數(shù)進(jìn)行4-5人一個(gè)小組劃分,引導(dǎo)討論,分工合作,規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作,將傳統(tǒng)的“教師講解-教師示范-學(xué)生聽”教學(xué)模式轉(zhuǎn)為“學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)-師生課堂深度互動(dòng)-師生課后互動(dòng)”的新模式,這種模式可以讓師生之間有更多的時(shí)間進(jìn)行交流,從而提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識(shí),增強(qiáng)合作觀念.
課后,利用多媒體技術(shù)、QQ和微信等平臺(tái)將分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中操作錯(cuò)誤撰寫公眾號(hào)推文,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)反饋,幫助學(xué)生形成反思的習(xí)慣.教師通過拍照將實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果以照片或視頻形式發(fā)布推文,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提升學(xué)生的創(chuàng)新能力.
3.2優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目和內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力針對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容更新不及時(shí)的問題,提出以下兩點(diǎn)解決方案:1) 開發(fā)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.目前分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容包括1個(gè)基本操作實(shí)驗(yàn)、11個(gè)滴定定量分析(酸堿滴定、絡(luò)合滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定)、2個(gè)重量分析法實(shí)驗(yàn)以及1個(gè)綜合實(shí)驗(yàn).綜合實(shí)驗(yàn)為硫酸四氨合銅(II)的制備及其組成分析,學(xué)生通常只是照搬課本操作,對(duì)實(shí)驗(yàn)并不會(huì)有深刻印象.化學(xué)實(shí)驗(yàn)課可以將研究前沿、熱點(diǎn)領(lǐng)域及其應(yīng)用引入到課堂教學(xué)中,結(jié)合科研成果及學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)開發(fā)探索性實(shí)驗(yàn)(比如納米金或者石墨烯等材料的合成以及應(yīng)用,汗液、尿液中生物標(biāo)志物的檢測(cè)),讓學(xué)生提前查閱,引入教學(xué),探討實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.重點(diǎn)加強(qiáng)綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的開發(fā)與利用,引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考、主動(dòng)探索、解決問題.2) 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容.為了使實(shí)驗(yàn)課更加激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,教師可尋找一些貼近實(shí)際、趣味性強(qiáng)的案例,把它們創(chuàng)新成教學(xué)內(nèi)容,通過案例式教學(xué)讓學(xué)生主動(dòng)挖掘分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)和日常生活之間的關(guān)系,促使學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行創(chuàng)新;為了使實(shí)驗(yàn)課更大程度上切合學(xué)生職業(yè)發(fā)展需求,教師可結(jié)合學(xué)校辦學(xué)或科研特色(如生物標(biāo)志物檢測(cè)、熒光探針成像分析、橡膠檢測(cè)等),強(qiáng)化學(xué)生特長(zhǎng)的培養(yǎng),為學(xué)生走向職場(chǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).
3.3提高本科實(shí)驗(yàn)室的利用率,共享教學(xué)資源雖然分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)時(shí)數(shù)為75學(xué)時(shí),但是學(xué)生一般都是匆忙完成實(shí)驗(yàn)離開實(shí)驗(yàn)室,課外時(shí)間以及寒暑假實(shí)驗(yàn)室一般都是關(guān)閉,造成本科實(shí)驗(yàn)室的利用率較低.建議除正常實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間外,其它正常上班時(shí)間可對(duì)學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室,引導(dǎo)學(xué)生參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和挑戰(zhàn)杯等科研競(jìng)賽活動(dòng),讓學(xué)生增長(zhǎng)見識(shí)、開拓視野、拓寬思路,培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí),提高綜合能力.此外,加強(qiáng)與企業(yè)合作,組建校企合作團(tuán)隊(duì),形成校企聯(lián)合培養(yǎng)的合作機(jī)制,發(fā)揮高校的設(shè)備和技術(shù)優(yōu)勢(shì),組織學(xué)生深入企業(yè)一線,開展異地教學(xué),深刻理解產(chǎn)學(xué)研一體化的目標(biāo)要求,了解企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的需求和對(duì)專業(yè)化人才的訴求;同時(shí),把企業(yè)生產(chǎn)流程和科研訴求帶回實(shí)驗(yàn)室,利用地方資源增加特色性實(shí)驗(yàn),開發(fā)具有地方特色的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,引導(dǎo)學(xué)生有針對(duì)性的開展實(shí)驗(yàn),激勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中不斷探索,全面提高學(xué)生應(yīng)用型創(chuàng)新能力.
3.4科學(xué)研究在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容為定量分析實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可結(jié)合分析化學(xué)科研前沿,增加綜合實(shí)驗(yàn)的數(shù)量,對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),讓學(xué)生了解科研前沿,引導(dǎo)學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃.科研實(shí)力較強(qiáng)的教師結(jié)合自己的科研項(xiàng)目自行編寫實(shí)驗(yàn)教材或者結(jié)合全國(guó)大學(xué)生科技創(chuàng)新競(jìng)賽項(xiàng)目(比如合成高分子材料、納米材料和小分子熒光探針等),提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力和科技創(chuàng)新能力.此外,將科研文獻(xiàn)檢索和科研軟件的使用引入平時(shí)的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中,比如利用Web of science進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的檢索以及利用Origin和Chemdraw軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).增加實(shí)踐參觀環(huán)節(jié).山東師范大學(xué)化學(xué)院擁有“分析化學(xué)專業(yè)有分子與納米探針教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”,“山東省高校化學(xué)成像功能探針協(xié)同創(chuàng)新中心”和“分子與納米探針中美合作研究中心”;青島科技大學(xué)擁有“光電傳感與生命分析教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”,“橡塑材料與工程省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和“生態(tài)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”,覆蓋了現(xiàn)代分析化學(xué)中光分析、電分析和色譜分離分析等各個(gè)領(lǐng)域.在課程結(jié)束時(shí),充分發(fā)揮化學(xué)院分析化學(xué)的學(xué)科優(yōu)勢(shì),讓學(xué)生參觀分析化學(xué)相關(guān)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和了解化學(xué)院科研平臺(tái)的建設(shè)情況,鼓勵(lì)學(xué)生在本科階段積極參與科學(xué)研究.
3.5培養(yǎng)良好的教育理念,提高學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感借助分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂,從思想上培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、愛國(guó)主義精神與文化自信,引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀,增強(qiáng)使命擔(dān)當(dāng).在講授高錳酸鉀法測(cè)定化學(xué)耗氧量以及重鉻酸鉀法測(cè)定礦石中鐵含量時(shí),讓學(xué)生了解環(huán)境污染的嚴(yán)重性和環(huán)境保護(hù)的重要性,倡導(dǎo)學(xué)生愛護(hù)環(huán)境和保護(hù)祖國(guó)的綠水青山,同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到分析化學(xué)專業(yè)知識(shí)可用于環(huán)境監(jiān)測(cè),提升學(xué)習(xí)的主動(dòng)性.介紹檢測(cè)方法時(shí),讓學(xué)生了解我國(guó)在儀器上存在的“卡脖子”問題,強(qiáng)調(diào)科研創(chuàng)新的重要性,領(lǐng)悟工匠精神的內(nèi)涵.化學(xué)實(shí)驗(yàn)課上給學(xué)生們講述一些我國(guó)分析化學(xué)領(lǐng)域的著名科學(xué)家的故事和他們?cè)诜治龌瘜W(xué)領(lǐng)域中的突出貢獻(xiàn),為學(xué)生樹立良好的科學(xué)榜樣,培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感[13,14].結(jié)合2020年新冠病毒疫情,介紹基因測(cè)序技術(shù)和熒光定量PCR試劑盒的研發(fā)及檢測(cè)原理,加深學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的理解,培養(yǎng)學(xué)生的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng).
在新冠疫情常態(tài)化對(duì)教學(xué)產(chǎn)生持續(xù)影響的形勢(shì)下,采取“參與式課堂”教學(xué)模式,把夯實(shí)學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)、熟練掌握操作技能和激發(fā)學(xué)生的探索精神結(jié)合起來(lái),既充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)啟發(fā)和組織監(jiān)控作用,又充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性,充分發(fā)掘?qū)W生的創(chuàng)造力和想象力.同時(shí)充分利用科研優(yōu)勢(shì),借鑒優(yōu)秀科研成果,根據(jù)課程知識(shí)的關(guān)聯(lián)性以及結(jié)合現(xiàn)代科技的發(fā)展,靈活運(yùn)用線上線下教學(xué)方式,進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案,讓學(xué)生深刻理解所學(xué)知識(shí)、更好融會(huì)貫通,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力.另外,在實(shí)驗(yàn)過程中注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)分析化學(xué)的興趣,在嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的操作中,歷練學(xué)生的工匠精神;在不斷嘗試和試錯(cuò)的過程中,磨練學(xué)生的耐心和意志;從獲取實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象取得實(shí)驗(yàn)成果的喜悅中,激發(fā)學(xué)生的成就感和進(jìn)取心.更重要的是要將立德樹人的思想貫徹到實(shí)驗(yàn)課程的每一個(gè)階段,全過程、全方位構(gòu)筑育人大格局.