于曉鋒，王光榮

(蚌埠學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 蚌埠 233000)

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等院校化學(xué)、化工、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、生物工程、食品科學(xué)、制藥等專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，是分析化學(xué)課程教學(xué)中不可或缺的重要組成部分，并且具有很強(qiáng)的操作性.多年來我國高校的實(shí)驗(yàn)考核主要以實(shí)驗(yàn)報告為準(zhǔn)，這種評定方法挫傷了許多學(xué)生的積極性，不能夠真實(shí)的反映學(xué)生們的實(shí)際水平和能力，也不利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣[1].以往實(shí)驗(yàn)課考核“重理論輕實(shí)踐，重筆試輕操作”[2]，實(shí)踐證明，這種分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)考核方式存在很多弊端，教學(xué)方法和手段不利于鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生勤于思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣，也不利于創(chuàng)新能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作精神的培養(yǎng)[3].隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電子化、線上化使各行各業(yè)產(chǎn)生了翻天覆地的變化.教師對學(xué)生的評價體系中也引入了各種智能化技術(shù)和設(shè)備.本課題組設(shè)計的智能化分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核，一是提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，二是可以改變單一教師主觀評價的不公平性.

1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核的必要性和重要性

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課中基本操作訓(xùn)練和實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，對于學(xué)好分析化學(xué)起著非常重要的作用，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)既能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度、認(rèn)真細(xì)致的科學(xué)實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和積極探索的實(shí)驗(yàn)精神，又能鍛煉學(xué)生觀察、分析、解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力[4-10].現(xiàn)有的分析化學(xué)考核體系，也一定要能跟上時代的步伐.科學(xué)的實(shí)驗(yàn)考核方式不僅可以科學(xué)評價學(xué)生實(shí)踐、動手能力，同時也能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[11].除平時實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格要求外，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)操作考核是必不可少的評價措施和激勵手段.由于實(shí)驗(yàn)有其自身特點(diǎn)，不可能象理論課那樣，全班同學(xué)一起考，而逐個考核時間又不允許，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核通常比理論課的考核困難得多，實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備時間和操作時間較長，由于這些特點(diǎn)，對考核提出了更高的要求[12-14].

為此，我們對實(shí)驗(yàn)考核的考場進(jìn)行了重新設(shè)計，制定了分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核評分細(xì)則，學(xué)生之間利用手機(jī)互相錄像并結(jié)合智能識別、水印等技術(shù)互相評價，從而建立了一種新的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課操作考核及評價辦法，以此來加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)考核，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性和主動性，強(qiáng)化學(xué)生的基本操作技能，提高學(xué)生的動手能力和實(shí)際解決問題的能力，鞏固其對理論知識的掌握程度.

2 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核考場及“隔間”設(shè)計

2.1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核考場設(shè)計

選擇一實(shí)驗(yàn)室作為分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核標(biāo)準(zhǔn)化考場，室內(nèi)長1190 cm，寬850 cm，里面均衡放置三個實(shí)驗(yàn)操作臺，上面懸掛抽風(fēng)裝置，每個實(shí)驗(yàn)操作臺長550 cm、寬140 cm、高70 cm.每個實(shí)驗(yàn)操作臺兩邊設(shè)有10個實(shí)驗(yàn)操作考核“隔間”，一個考場共30個“隔間”，可供30位考生同時考核，詳見圖1“分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核考平面場示意圖”.

2.2 隔間設(shè)計

在每個實(shí)驗(yàn)操作臺面上分別用厚約1-2 cm、高120 cm、寬90 cm(其中20 cm伸出臺面)的薄板進(jìn)行隔離，組成10個“隔間”，每個考場有30個隔間.隔間是學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作考核的地方，避免了考生之間互相影響，防止他們看到旁邊考生的考核操作過程.每個隔間的左邊設(shè)有水槽，水槽上安裝有自來水龍頭、純水開關(guān)、溶解試樣，溶液稀釋所需純水隨時可以取用.隔間的右邊安裝了電源插座，供電子天平、電子臺秤插電使用.詳情見圖2“分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核隔間平面示意圖”.

圖1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核考場平面示意圖

3 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核流程

3.1 考前

(1) 教師制定具體考核內(nèi)容及學(xué)生互相評分詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn).向?qū)W生陳述打分細(xì)則和要求.要求學(xué)生嚴(yán)格按照評分細(xì)則進(jìn)行打分，符合就為滿分，不符合就為零分.考核結(jié)束，教師隨機(jī)抽查，如發(fā)現(xiàn)某一同學(xué)對另個同學(xué)打分錯誤點(diǎn)超過3個，判定打分無效.某同學(xué)三次打分判定無效，其最終成績向下降一檔.

(2) 布置考場，實(shí)驗(yàn)員在每個隔間內(nèi)提前擺放好考核所需要的儀器、試劑等，隔間水、電暢通.

(3) 學(xué)生成立考核互助小組，每個小組由2人構(gòu)成.

3.2 考中

(1) 教師公布考核內(nèi)容，告知考核時間，宣布考核開始，按照考前分組，同組內(nèi)甲同學(xué)開始考核，同組乙同學(xué)在甲同學(xué)的旁邊用手機(jī)幫助甲同學(xué)錄像.

(2) 教師在考場來回巡視，監(jiān)督整個考場.考核期間學(xué)生不得講話，不得互相提示，不得做與考試無關(guān)“小動作”，不準(zhǔn)“窺視”旁邊同學(xué)的考核操作.

(3)甲考核結(jié)束時，教師宣布所有考生停止操作.教師隨即更換考核內(nèi)容，同組學(xué)生互換“角色”，乙同學(xué)考核，甲同學(xué)使用手機(jī)幫助乙同學(xué)錄像.

3.3 考后

(1)將實(shí)驗(yàn)操作全程錄像上傳至網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺內(nèi)進(jìn)行智能水印生成，平臺根據(jù)人工智能識別學(xué)生拍攝的整段視頻中的儀器或試劑，將學(xué)生拍攝的整段視頻中的儀器或試劑與教師拍攝的完整正確的實(shí)驗(yàn)操作視頻中的儀器或試劑進(jìn)行對比識別，并將教師拍攝視頻中的對應(yīng)每段實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的評分細(xì)則以水印的形式自動生成在學(xué)生所拍攝視頻的對應(yīng)內(nèi)容中，并通過平臺將生成有水印的視頻回傳至對應(yīng)學(xué)生的手機(jī)中.學(xué)生可以根據(jù)平臺回傳的帶有水印的視頻，水印中包含的評分細(xì)則，在觀看錄像進(jìn)行評分的過程中進(jìn)行對照，對各自拍攝的考核錄像視頻進(jìn)行評分，將評出的成績和考核錄像交給學(xué)習(xí)委員，然后統(tǒng)一交給教師.

(2)教師結(jié)合考核錄像對學(xué)生的考核成績進(jìn)行隨機(jī)抽查核實(shí).

3.4 錄像注意事項(xiàng)

(1)學(xué)生需正面對著手機(jī)鏡頭報出自己姓名、學(xué)號，然后開始考核；(2)手機(jī)錄像時要確?？己诉^程中沒有換人，操作到哪里，就錄到哪里；(3)手機(jī)事先充足電.

具體考核安排詳見圖3“實(shí)驗(yàn)操作考核流程圖”.

圖3 實(shí)驗(yàn)操作考核流程圖

4 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核實(shí)施案例

以蚌埠學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)某年級60名學(xué)生為考核對象，考前成立學(xué)生互助小組，商定先考者及手機(jī)錄像者，由學(xué)習(xí)委員統(tǒng)計后報給老師.分兩批次每批30人進(jìn)行考核.為了確?？己说墓?，第一批考核的內(nèi)容與第二批考核的內(nèi)容不同，但考核操作要點(diǎn)、難度基本一致，評分標(biāo)準(zhǔn)基本一致，考核時間均為1 h.主要考核學(xué)生基本操作能力、儀器安裝及使用能力、獨(dú)立分析問題和解決問題能力、記錄及表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作精神及環(huán)保意識等.

4.1 考核內(nèi)容

教師考前公布考核內(nèi)容，學(xué)生考前可以根據(jù)考核內(nèi)容提前自行操作訓(xùn)練.正式考核時學(xué)生不得將考核內(nèi)容帶入考場.

第一批考核內(nèi)容：食醋總酸度的測定[15].

(1)0.1 mol/L NaOH溶液的配制

用電子臺秤稱2 g固體NaOH于燒杯中，立即加入純水使之溶解，冷卻后轉(zhuǎn)入試劑瓶中，加入純水稀釋至500 mL，用橡膠塞塞好瓶口，充分搖勻，備用.

(2)0.1 mol/L NaOH溶液的標(biāo)定

用差減法稱取鄰苯二甲酸氫鉀基準(zhǔn)物質(zhì)0.4-0.6 g于250 mL錐形瓶中，加入40 mL純水溶解，加入2-3滴酚酞指示劑，用待標(biāo)定的NaOH溶液滴至溶液呈微紅色并保持30 s不褪色，達(dá)到終點(diǎn).平行標(biāo)定3份，計算NaOH溶液的濃度及平均值.

(3)食用醋總酸度的測定

準(zhǔn)確吸取食用白醋25.00 mL于250 mL容量瓶中，加入純水稀至刻度，搖勻.用移液管移取25.00 mL上述稀釋后的試液于250 mL錐形瓶中，加入2-3滴酚酞指示劑.用上述0.1 mol/L NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴至溶液呈微紅色且30 s內(nèi)不褪色，到達(dá)終點(diǎn).平行測定3次，根據(jù)消耗的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，計算食用醋總酸度ρHAc(g/L).

第二批考核內(nèi)容：自來水總硬度的測定[15].

(1)EDTA溶液的配制：用電子臺秤稱取2 g乙二胺四乙酸二鈉鹽于500 mL燒杯中，加入純水?dāng)嚢枋怪耆芙?，稀釋至刻度，倒入玻璃瓶中，搖勻，貼上標(biāo)簽.

(2)Ca2+標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：用差減法準(zhǔn)確稱取0.23-0.27g基準(zhǔn)CaCO3粉末于100mL洗凈的燒杯中慢慢滴加約10 mL 6 mol/L HCl溶液，使CaCO3全部反應(yīng)溶解，將溶液定量轉(zhuǎn)移到250 mL容量瓶中，用純水稀至刻度，搖勻，計算Ca2+標(biāo)準(zhǔn)溶液準(zhǔn)確濃度.

(3)EDTA溶液準(zhǔn)確濃度的標(biāo)定：用移液管吸取25.00 mLCa2+標(biāo)準(zhǔn)溶液于錐形瓶中，加1滴甲基紅指示劑，滴加7 mol/L氨水至溶液由紅變黃，再加20 mL純水、5 mL Mg2+-EDTA溶液、10 mL NH3-NH4Cl緩沖溶液、2滴鉻黑T指示劑，用待標(biāo)定的EDTA溶液滴定至溶液由酒紅色變?yōu)樗{(lán)綠色，平行滴定3次，計算EDTA溶液準(zhǔn)確濃度.

(4)自來水總硬度測定：取一干凈大燒杯接自來水500 mL，用移液管移取100.00 mL自來水于250 mL錐形瓶中，加入3 mL三乙醇胺溶液，5 mL NH3-NH4Cl緩沖溶液、2滴鉻黑T指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液剛好由紅色變?yōu)樗{(lán)色，記下讀數(shù)，平行滴定3次，計算自來水的總硬度.

4.2 儀器、試劑

(1) 儀器，見表1.

表1 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核儀器清單

(2) 試劑：固體NaOH(每人10 g)；酚酞溶液(2 g/L，乙醇溶液)；鄰苯二甲酸氫鉀基準(zhǔn)物質(zhì)(100-125 ℃下干燥后備用)(每人5 g)；食用醋試液；乙二胺四乙酸二鈉鹽；NH3-NH4Cl緩沖溶液；鉻黑T(5 g/L)：稱0.50 g鉻黑T溶于25 mL三乙醇胺與75 mL無水乙醇的混合溶液中，低溫保存，有效期約100 d；CaCO3基準(zhǔn)物質(zhì)(于110 ℃下干燥2 h，稍冷后置于干燥器中冷卻至室溫備用)；Mg2+-EDTA溶液：先配制0.05 mol/L MgCl2溶液和0.05 mol/L EDTA溶液各500 mL，然后在pH=10的氨性條件下，以鉻黑T為指示劑，用0.05 mol/L EDTA溶液滴定0.05 mol/L Mg2+，根據(jù)所得比例將這兩種溶液進(jìn)行混合，確保所得Mg2+-EDTA溶液中n(Mg2+)∶n(EDTA)=1∶1.

4.3 考核過程

按照事前分組，第一批30名學(xué)生進(jìn)行考核，另30名學(xué)生用手機(jī)分別給本組同學(xué)的考核進(jìn)行錄像，考核內(nèi)容為“食醋總酸度的測定”，考核時間1 h.第一批考核結(jié)束后，同組學(xué)生互換，第二批30名學(xué)生(第一批錄像的學(xué)生)進(jìn)行考核，第一批考核的學(xué)生給同組學(xué)生錄像，考核內(nèi)容為“自來水總硬度的測定”，考核時間也是1 h.考核時帶筆和數(shù)據(jù)記錄本，不得攜帶與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的資料.錄像學(xué)生鏡頭始終不能離開考核的學(xué)生，考核時教師在整個考場巡查監(jiān)督，考核期間，學(xué)生不得講話，不得做與考核無關(guān)的事情，不得窺視旁邊學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，考核時間到達(dá)即停止操作，手機(jī)錄像也同時停止.

4.4 考核評分細(xì)則

主要對儀器安裝及使用、操作技能、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及精密度、時間把握、衛(wèi)生及環(huán)保意識進(jìn)行評價.注意，考核結(jié)束后教師才能公布評分細(xì)則，教師在考核結(jié)束后將評分細(xì)則發(fā)到學(xué)生班級QQ群里，也可以發(fā)到移動學(xué)習(xí)端手機(jī)學(xué)習(xí)通上或電腦的“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺”上.詳見表2“分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核評分細(xì)則一”、表3“分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核評分細(xì)則二”.

4.5 考核結(jié)果與分析

同樣的考核內(nèi)容，以往實(shí)驗(yàn)操作考核，60名學(xué)生需逐個考核，考核共需要時間60 h，而使用手機(jī)錄像智能化考核方法，每30人一批，二批考核時間只需要2 h，考核時間大大縮短，效率得到提高.

考核全部結(jié)束后，學(xué)生之間互相打分，得到60位同學(xué)實(shí)驗(yàn)考核成績?nèi)缦拢?0-100分4人，80-89分13人，70-79分26人，60-69分15人，50-60分2人.考核成績符合正態(tài)分布，見圖4，說明考核結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價要求，考核的難度比較適中，信度可靠，本考核滿足教學(xué)要求[16].

圖4 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作考核成績正態(tài)分布圖

教師在6個分?jǐn)?shù)段各隨機(jī)抽查一名學(xué)生的考核成績與考核錄像中的操作進(jìn)行核實(shí)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)考核成績真實(shí)可信.

從考核錄像中發(fā)現(xiàn)少數(shù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中出現(xiàn)的主要問題有：(1)滴定管讀數(shù)不準(zhǔn)，沒有讀取到小數(shù)點(diǎn)后2位，例如讀成22.5 mL；(2)滴速太快，接近終點(diǎn)時滴速仍然較快，導(dǎo)致終點(diǎn)滴定誤差較大；(3)滴定管裝入溶液時下端存有空隙，產(chǎn)生誤差；(4)實(shí)驗(yàn)臺面不整潔.教師將這些問題發(fā)到學(xué)生班級QQ群里或網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺上，提醒同學(xué)們回看實(shí)驗(yàn)操作考核錄像，及時糾正錯誤.

5 結(jié) 語

在手機(jī)錄像智能化操作考核過程中，創(chuàng)新了評分審核方法，提高了評分的準(zhǔn)確性，學(xué)生主體地位得到充分體現(xiàn)，合作意識得到加強(qiáng)，體驗(yàn)感倍增，學(xué)生普遍比過去更加重視實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練；課余時間，學(xué)生們自覺來到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行考前操作練習(xí)，這種以考促學(xué)，以考促教的方式突顯了這種考核方法以學(xué)生為中心的教育導(dǎo)向，強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的重要性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性.同時，這種考核方法時間短，效率高，考核結(jié)果符合教學(xué)要求，對提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力起到了很大的推動和促進(jìn)作用，也為同學(xué)們將來的工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ).