实验教学与仪器
主办单位:长沙理工大学
国际刊号:1004-2326
国内刊号:43-1094/G4
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浅析中职仪器分析实验教学的现状与发展

摘要:本文分析了仪器分析实验教学的特点、重点和难点,并结合当前中职教学现状和存在的问题,对中职仪器分析实验教学改革进行了探索。

  关键词:仪器分析实验 教学改革 探索
  1 引言
  仪器分析作为分析化学分支学科,是一种以物质的物理和物理化学性质为基础,利用特殊仪器设备,对物质的化学组成、结构、含量等性质进行分析的方法,具有高精度、高自动化高等特点,广泛应用于生产和科研领域。中职仪器分析实验教学不仅可培养促进学生创新能力、科学思维能力、分析和解决问题的能力,还能为工作实践打下坚实的基础[1]。尽管仪器分析实验知识的学习非常重要,但仪器的构造、操作繁杂,并渗透着大量光、电、热、色谱、各类分析软件等交叉学科的基本理论与前沿性技术[2],教学难度大,因此,中职仪器分析实验教学中往往存在仪器配置与分析技术升级、教学方式与学生学习层次、教学内容与就业岗位要求脱节等问题。针对这些教学难题,本文拟在分析仪器分析实验教学的特点、重点、难点基础上,结合现有实际,进行一点教学改革探讨。
  2 中职仪器分析实验教学的特点、重点、难点
  近现代的众多科学成果和丰硕的经济效益得益于仪器分析技术的发展。随着科学技术的不断进步,在日益增强生产实践的需求下,仪器分析技术不断得以深化。因此,中职仪器分析实验教学也需要与时俱进,进行教学改革和创新。
  仪器分析实验是一门交叉性、理论性很强的实验课程,光、电、色谱等基本理论包含丰富的数学、物理、化学知识,各类数据记录、数据分析、图谱归纳解析更需要扎实的理论知识储备。同时,仪器分析实验也是一种操作性强的技术性课程,一种物质具有多重特性,不同性质、不同精度的表征所需的分析仪器存在显著区别,且不同类型的仪器的操作、精度、测量范围等技术指标千差万别,因此,要求学生在有限的时间内全面掌握各种仪器的原理、操作具有很高的难度。更重要的是,如何实现学生在掌握实验基础知识、基本操作技能、实验数据处理方法的同时实现自身综合实践能力的提高,成为中职教育者孜孜以求的教学目标之一,这同时也是教学中难点和重点。
  此外,紧紧围绕学生实践能力和就业能力培养,如何筛选教学内容也是中职仪器分析实验教学必须思考的问题。如何在有限的条件下最优化教学效果,实现教学内容与就业实际接轨成为了教学研究的重中之重。
  3 仪器分析实验现状及其存在的问题
  3.1 资源不足,设备有限
  与普通化学实验不同,仪器分析实验中设备多数为贵重精密仪器。其中高、精、新仪器相关的教学成果往往是学生实践能力和就业培训的关键环节,因此,对学生进行高、精、新仪器的职业培训对中职实验教学至关重要。但大多是先投入到增建学生宿舍、教室等配套设施以及新教师的引入等各个环节中,高、精、新仪器配制往往不到位,实验室通常仅拥有种类不全的旧式仪器,以致受到高、精、新分析仪器实验培训的学生极少,这与日新月异的仪器分析技术发展脱节,严重挫伤了中职仪器分析实验的教学质量,导致了教学成果与市场职业需求的错位,违背了国家中职教育的教学目标。因此,为适应不断更新的仪器分析技术的发展,中职院校资金不足、设备有限的问题亟需解决。
  3.2 理论多,实践少
  学生数量的增长、师资的匮乏、仪器的局限、学生减负的学时压缩等各个因素的叠加迫使当前中职仪器仪器分析实验教学向理论多实践少的方向发展。过度的理论教学必然压缩实践教学,倒置“实验课”与“理论课”的权重。这也催生了一个普遍的教学现象:为让学生在短时间内能行之有效的了解理论知识与操作内容,实验课大部分时间花费教师讲解中,导致学生实验操作在仓促中进行,甚至部分学生还没反应出来,实验可已经结束,这种教学模式的效果可想而知。在此,必须强调的是,中职仪器分析实验 “重实际操作”与高等院校、研究所“重理论研究”的教学目标是存在差异的。因此,“重理论,轻实践”这种本末倒置的教学方式是中职仪器分析实验教学又一突出矛盾。
  3.3 教学方法落后,缺乏创新意识
  传统的中职学化学实验普遍教学模式是:实验前教师根据教材将实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项等实验知识告知学生,在适当的示范后,学生按照教师既定的模式操作一遍[3]。尽管这种教学模式能培养学生验证实验能力和操作能力,但学生处于被动地位,丧失学习兴趣,不利于在实验中培养其分析问题和解决问题的能力、科研思维及创新能力。要推进人才培养模式和机制改革,教师的角色应由传统的课堂“主宰者”变为学生学习的组织者、指导者和促进者,使学生则由传统的“被动接受的机器”转变为主动的求学者和探索者,如何来变革落后的教学方法和增强学生的创新意识是中职仪器分析实验教学必须思考和回答的问题。
  3.4 师资队伍参差不齐
  “重学历、重职称、重资历”在中职师资配置中的参考意义无可厚非,但是实事求是的教学并不是高学历、高职称、资历深的简单拼凑就可行之有效,必须兼顾专业、经验等各个师资要素。然而,实际的情况往往是,从事仪器分析实验教学的教师们擅长的仪器知识重叠,一些高精新仪器竟然没有熟练掌握的教师,如此境况,怎么能使学生高质量掌握仪器分析实验技术,因此,仪器分析实验教师的配置必须更合理。
  3.5 部分生源基础不高,教学难度大
  由于区域保护、学校专业配置、就业等问题,加之很多家长对化学化工类专业不了解,误认为从事化学化工行业就等同于“慢性吸毒”,很多基础较好的生源规避这个专业,导致化学化工专业的中职生源基础不高,使得仪器分析实验的教学难度加大。
  4 仪器分析实验教学改革的途径
  4.1 合理仪器资源配置,加强校间、校企教学实践交流
  目前,随着仪器分析技术的高速发展,以光、电、磁、色谱等理论为基础新开发的分析仪器层出不穷,中职院校为顺应技术变革、就业需求转变的时代发展,最有效的途径之一就是在合理配置有限的校内仪器资源的同时,加强与其他院校、研究所、对口专业的企业的技术交流与合作。   为合理配置仪器资源,中职院校可按以下二个方面实施。一方面是对陈旧仪器的再次利用,尽管许多分析仪器经过数代更新,但同类型仪器的最基本的工作原理往往不变的,比如目前最新的配置功能强大数据处理软件的全自动全波长数显图显分光光度计与老式的国产针显721分光光度计在最基本的理论方面没有差别,都遵循朗伯比尔定律,因此,旧的仪器讲解可促进仪器原理、仪器发展史等知识学习,甚至可用多个旧仪器综合实现现有集成仪器的功能,将此融入教学中可增强学生的创新能力或作为教学设备参观使用也可。其二是合理购置的高精新仪器,众所周知,高价格不一定能买到一套最新、最精密、最高级的分析仪器,而较低的价格却有可能买到多套高精新仪器,这主要源于不同类型分析仪器的价格天差地别,比如安捷伦的普通型液质联用仪器大多超过百万元,而核磁共振、透射电子显微镜等价格普遍更高,这对与中职院校而言是不能承受之重,然而,如果购置计划得当,二十万左右就能购置多套性能优异的电化学工作站、紫外可见光分光光度计、电子天平等仪器,并能达到更好的综合教学成果,因此,高精新仪器的配置,关键在于“取”与“舍”。
  如何实现价格高昂仪器类型的中职实验教学呢?答案是加强与其他院校、研究生、对口专业的企业的技术交流。中职院校所在的城市往往有专业对口的高校、研究所或企业,可利用这些单位的仪器设备优势对学生进行实地教学,在充分利用其它平台资源的同时,也可让中职学生走出去,感受实实在在的科研和工作氛围,通过教学与实习的结合,为其今后的就业打下坚实的基础。
  4.2理论基础与操作实践的协调发展
  无容置疑,理论知识灌输在中职仪器分析实验教学中具有基础性地位,轻视仪器分析技术理论基础教学的做法肯定不可取,但是,为规避仪器不足、学时少等主客观因素而出现的“重理论,轻实践”的教学方式亦不可取。教育者必须清醒认识到中职实验教学的成败关键在于学生是否具有扎实的实践操作能力,试想一下,一位仅能“纸上谈兵”的学生将在激烈的就业市场中处于何等的窘境。因此,仪器分析实验中必须强调实践操作的重要性,让学生建立勇于实践、喜欢实践的意识。
  在培养学生实践能力的途径中,中职仪器分析实验教学应着重从如下四个方面入手。一是在实验教学课程中必须保证学生操作所需的仪器、时间、高质量的技术指导,针对部分仪器较少的情况,可让自然班学生分批在各个时段进行操作,用合理的教学安排弥补客观条件的不足。二是实验教学中鼓励学生勇于创新,在仅有的条件下设计新实验解决实际问题,比如简单的食品检测、水污染检测等等,这类教学方式在锻炼学生动手能力的同时,也能提高其学习兴趣和解决实际问题的能力。三是加强开放实验的建设和投入,通过学生学习兴趣与实验教学的有机结合,可在弥补常规实验教学盲点的同时,增强学生实验学习的主动性和创造性。四是为学生创造对口专业的各类实习渠道,并鼓励学生自身参加社会实践,这样不仅能进一步拓展学生专业知识,还能增加学生的专业和社会阅历,为毕业后较好融入社会奠定基础。
  4.3教学方式方法的转变
  仪器分析实验教学在中职化学教学中的地位极为重要,其教学成果甚至一定程度作为一所院校办学能力的象征,其成功与否的核心在于教学方式方法的运用,本文就自身的教学体会对此进行探讨。
  4.3.1多媒体技术的应用
  利用计算机和视频为代表的多媒体技术,不仅能通过文字、声音、图像、动画、影视使枯燥、抽象、繁琐的知识“口授讲解”变得生动、具体、简单,显著提高教学效果[4-5],另外还具有一些传统教学难以企及的功能:(1)将实验原理和仪器原理等抽象的微观形态转化为生动具体的形式,便于学生理解,例如,电池电动势测定实验,可用图片或动画将肉眼无法观察的溶液、盐桥、电极之间的电子转移路线直观呈现。(2)放大实验中不易观察的地方,消除学生学习可能出现的盲点。(3)规范实验操作视频用于教学,避免因分组分工造成学生操作学习的不完整性。(4)将实验教学大纲外相关的仪器分析技术的多媒体课件,在实验课内介绍或授予学生自学,弥补因学时限制造成实验教学内容的不完整和间断,如模拟液质联用仪教学视频的运用。因此,为进一步提高仪器分析实验教学质量,基于多媒体技术的仪器分析实验教学模式的建立必要而且迫切。目前,制备教学多媒体课件常用手段有PowerPoint、Photoshop、Flash软件、数码相机、摄像机等。
  4.3.2实验数据记录和处理的自动化
  仪器分析实验的特点之一是大量数据的实时记录和数据处理的复杂性。利用计算机软件记录和处理数据,通过自动计算和作图,可减少实验者的工作量,并且计算的准确度和图形的拟合效果优于人工处理。因此,对学生进行专业数据分析软件教学具有重要意义。目前这类数据软件除仪器串接的专门软件外,还有一些大众数据处理软件如Excel、Origin、Matlab等。
  4.3.3网络技术平台和传统检索的应用
  利用校园网、腾讯QQ、E-Mail、BBS论坛、手机等现代网络通信平台,积极推动师生间、学生间的互动交流,解疑答惑,保障知识、信息传递的畅通。另外,实验教材通常是数年更换一次,内容难免有限和单一,学生常会产生教师讲解可代替实验预习的错觉,预习报告照搬照抄,没有主动思考,导致实验课程中难以理解教师讲解内容以致操作中手忙脚乱,针对这种情况,教学中应指导学生掌握一些基本的现代网络检索和传统检索的方法,增强学生预习积极性,如指导学生掌握分析仪器专业网站、维普、CNKI等互联网检索平台的使用方法。
  4.3.4操作标准化和创新能力的培养
  俗话说“成败在于细节”,仪器分析技术标准化操作与非标准化操作是检验中职学生学习成果最有效的方法之一,这也是学生就业能力凸显的最直接的手段。此外,在强调标准化操作的同时,也要重视学生创新能力的培养,增强其分析问题和解决问题的能力,而不是培养一个有生命的“机器人”。   4.4 考核方法的创新
  实验考核的目的客观评价学生学习成果,进一步促进学生对知识学习。传统的考核方式多为试卷考核,这种考核方式在促进学生学习基本理论方面曾发挥重要作用。但是,仪器分析实验是一门实践性强的课程,单一笔试无法达到考核的目的,对中职实验考核更是如此。因此,以预习、实验报告、作业、操作技能、笔试等成绩综合考核中职学生更具有客观性。
  4.5 加强师资培训和“落伍”学生的帮扶工作
  高素质的师资队伍是优质教学的前提,中职仪器分析实验教学的师资配置应兼顾各类分析技术的教学内容,即教师们的专长能覆盖教学中的各种仪器教学,对缺乏的某项仪器分析技术的教师队伍,应加强专项的实验技术培训,如引进未使用过的新仪器设备,实验指导教师应自学或进修等方式去熟练掌握该种技术。
  总所周知,中职院校学生素质参差不齐,不乏存在学习基础特别薄弱者,甚至一部分学生还存在不良的学习意识和学习习惯,如何解决这类教学短板已经成为中职教学的普遍性问题。针对这一普遍想象,解决办法没有捷径,那就是“补”和“改”,因此,在仪器分析实验教学中,教师需因材施教,对接受能力较弱的学生,应培养其学习兴趣,先易后难,耐性教导,直至达到教学要求为止。
  5 结束语
  本文基于仪器分析实验教学的特点、重点和难点,揭示了当前仪器分析实验教学中存在的仪器设备、教学方式等主客观问题,针对这些问题,提出了一系列的教改建议,以期为更好推动中职仪器分析实验教学的做出有益贡献。
  参考文献
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