摘 要:针对工科院校金属材料分析综合实验教学中存在的问题,分析了实施课程实验教学改革的必要性,并提出了在课程实验教学改革采取的几点有力措施,最后对教学改革成效进行了初步的分析。
关键词:金属材料分析实验教学改革
中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1673-9795(2011)06(a)-0094-02
实验教学工作是高等学校人才培养体系的重要组成部分,特别是在培养理工科学生实践能力和创新精神,提升学生的工程素质方面有着不可替代的作用[1]。金属材料分析综合实验为我院工业分析专业本科生开设的一门必修的专业实验课程,是将无机及分析化学、光化学分析、波谱分析、实用工业分析等多门课程所学知识综合而成的一门的实验课程。开设这门课程的目的是为了使学生进一步熟悉、掌握和巩固金属材料分析的基本理论、基本知识和实验操作技能,使学生适应金属材料分析测试工作岗位的需要;养成独立思考、独立准备和进行实验的能力,培养细致的观察和记录现象的习惯;培养学生认真、严谨、求实的科学态度和正确观察与分析判断实验现象、正确数据处理、分析问题与解决问题的能力,培养学生科技文献检索的能力,培养学生创造性思维能力和创新精神,为学生学习后续专业课、毕业研究以及与将来从事的与化学化工相关的科学研究工作打下坚实的基础。
1 教学改革的必要性
调查发现,用人单位普遍认为本科生动手能力不如大专生和中专生。本科院校重理论,不重实验教学,是导致本科生动手能力差的根本原因。因此,我们必须对实验教学进行全面反思,以发现在实验教学存在的问题,提出切实可行的实验教学改革措施。过去我院在金属材料分析综合实验的教学中亦存在很多不足之处,主要表现如下几点。
1.1 无统一教材
全国各大院校开设本课程的寥寥无几,教材的需求量小制约了教材的编写工作,导致无法找到合适的正规出版的教材。因此,我们只能根据现有的金属材料分析方面的工具书和期刊论文,自行编写实验指导书,来满足实验教学需要。
1.2 分析对象和分析手段单一
在过去的实验教学中,一般只选取合金钢作为单一分析对象,测定其中碳、硅、锰、硫、磷、铬、钼和镍等元素的含量,且分析手段仅局限在重量法、光度法和滴定法三种传统分析方法。学生在实验过程中,无法接触到新的分析方法和高端的分析仪器。
1.3 教学方式程式化
在教学方式上,总是以教师讲授为主,从实验原理到实验的每个步骤,都进行详尽的讲解。这种单向程式化的教学方式压抑了学生的想象力和积极主动学习的意识。传统的实验教学偏重于所学知识的验证,要求学生在规定的时间内,根据实验指导规定的实验步骤和方法,对理论教学知识进行验证,然后按照规定的格式,写出实验报告。
以上问题严重制约了学生动手能力、创新意识、分析解决问题等能力的培养。因此,对本课程实验教学进行必要的改革已显得迫在眉捷。下面将我院在实施金属材料分析综合实验课程教学改革采取的几点有力措施提出来与各位同行共同探讨。
2 教学改革措施
2.1 优化实验教学内容,更新实验教材,丰富分析手段,切实强加“双基”训练
根据用人单位需求,我们优化了实验教学内容,由过去单一的合金钢分析转变为合金钢、铁合金、铜合金、铝合金、锌合金和电镀溶液等多个对象的分析,分析的元素也增加到碳、硅、锰、硫、磷、铬、钼、镍、铜、铝、锌、铁、钒、钨和钛等15种。
根据教学内容更新了实验教材,全书分为基础理论、合金钢分析、铁合金分析、铜合金分析、铝合金分析、锌合金分析和电镀溶液分析[2]等七章。针对学生基础差的现状,特别增加了基础理论一章,详细介绍了分析基础知识、化学分析、仪器分析及元素的定量分离方法等内容。合金钢分析、铁合金分析、铜合金分析、铝合金分析、锌合金分析和电镀溶液分析等章则分别介绍了各自所含元素的常见分析方法。
而经过修订后的教材所涉及的分析手段变得更加丰富,特别是将先进的现代分析手段引入到实验教学中,涉及的分析方法除保留原有的重量分析法、滴定分析法和分光光度法等三种传统分析方法外,还增加了高智能碳硫分析仪、原子吸收分光光度计、原子发射光谱仪和X射线荧光光谱仪[2～3]等仪器分析方法,让学生尽可能掌握更多的分析方法和高端的分析仪器,为开展毕业论文研究工作和就业做好铺垫。其中,碳、硫的分析采用高智能碳硫分析仪测定,硅、磷、钼、钨和钛的分析采用分光光度法测定,镍的分析采用重量分析法测定、分光光度法和原子吸收光谱法测定,锰和铁的分析采用分光光度法和原子吸收光谱法测定,铬、铝、锌和钒的测定采用滴定分析法测定,铜的测定采用滴定分析法和原子吸收光谱法测定。最后,针对铝合金、锌合金和铜合金三种分析对象,采用原子发射光谱仪[4～6]进行多元素同时测定,采用X射线荧光光谱仪[7]进行全分析。在实验中,注重同一元素的多种分析方法的比较,特别强调同一分析对象多元素同时分析,乃终于全分析。
2.2 加强综合性、设计性实验,培养学生创新能力
传统的实验教学是以教师为主导,学生在实验过程中不加思考,按实验讲义“照方抓药”,严重制约了学生创新能力的培养。针对上述弊病,我们增设了综合性、设计性实验,首先由指导老师启发式集中讲解,布置实验任务,介绍查阅资料和设计实验方案的方法,明确实验报告的撰写要求。然后由学生自己查阅资料和阅读要关材料,讨论、设计实验方案,由指导老师审阅实验方案,提出修改要求。最后再由学生按照经指导老师确认的成熟的实验方法开展实验,直至提交实验报告。这种教学方式既激发了学生的求知欲,又培养了学生动手能力和创新精神。
2.3 实验教学与教师科研和社会服务相结合
为培养高素质技术应用性人才,就必须坚持理论联系实际,我们的做法是让学生参与教师科研和社会服务。
部分教师科研的课题研究的是金属材料分析新方法的建立,学生参与到课题后,可以了解分析方法建立的全过程,掌握分析方法的评价方法。此外,我院地处江苏省盐城市,全市有大量的石油机械制造企业、阀门制造企业和电镀企业,在生产过程中需要对原料和产品进行必要的化学成份检测,而部分企业并没有建设健全的化验室,所以将大量的样品送至我院分析。我们带领学生参与样品的分析工作,让学生了解到取样、样品制备、溶液配制和元素分析的全过程。
让学生与教师科研和社会服务相结合,既拓宽了学生的思路,又培养了学生综合分析能力和实际工作能力。
2.4 教学手段与方法
在教学过程中,我们引入了现代化教学手段,将文字、图形、动画、声音等多种媒体功能溶为一体,内容丰富,形式活泼,便于学生接受知识和理解掌握。例如:在讲授酸碱滴定基本操作时,我们借助多媒体技术制作了一幅动态画面,形象地展示了选用不同指示剂时,不同浓度酸碱互滴的滴定终点及对应的滴定曲线;再配上影视录像片的有关片断,通过这些手段的综合运用,使学生从视觉、听觉、情感等多种感官受到刺激,获取了知识。
使用多媒体辅助教学,不但可以帮助学生比较牢固掌握知识,并且可以有效地激发学生学习的兴趣,对推动教学的改革,提高教学质量,必将呈现出传统教学手段无法比拟优势。
2.5 加强实验考核,客观、科学评定实验成绩
为了使考核能充分体现出学生的实验态度、操作水平和科学精神,我们采取了综合评价的考核方式。评价内容包括平时成绩和考核成绩两部分,平时成绩主要根据预习报告、实验前提问、实验操作、实验态度、纪律、卫生、实验报告、数据讨论等情况来评定,考核成绩由实验结束后安排的实验操作考试或理论考试来评定。其中,平时成绩占60%,考核成绩占40%。总评成绩以五级记分制即优秀、良好、中等、及格、不及格五等。对在实验中存在下列现象者,实验成绩一律评定为不及格。
经常不预习实验内容;不遵守实验室规章制度;不遵守实验操作规程;不认真测量和记录实验数据;实验报告中项目不全或内容不完整;无故旷课缺做实验或无故缺交实验报告者;履行请假手续但未补做实验者;抄袭他人实验数据或实验报告者;未参加实验考核者。
通过全面考核,评定学生综合能力,给出较客观、公正的成绩。这样,既可调动学生的积极性,又可促进学生按教学要求努力完成。
3 教学改革初步成效
实验教学实践表明:通过对金属材料分析综合实验的教学改革,充分调动了学生实验的积极性、主动性,激发学生的实验兴趣,实现了由“要我学”到“我要学”、“乐于学”的重大转变,能够有效地培养学生的综合素质和创新能力。如何更加有效地通过金属材料分析综合实验实现学生知识、能力和创新的协调发展,仍需要在今后的教学过程中不断地探索与尝试、总结和完善,更需要有志于实验教学改革的教师的积极参与和关注。
参考文献
[1]龚方红,汤正华,蒋必彪.试论工程教育中的本科实验教学改革[J].中国高教研究,2006(4):86～87.
[2]徐盘明,赵祥大.实用金属材料分析方法[M].安徽:中国科学技术大学出版社,1990.
[3]陈必友,李启华.工厂分析化验手册[M].北京:化学工业出版社,2002.
[4]黎香荣,陈永欣,马丽方,等.电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定含铜物料中多种杂质元素[J].冶金分析,2009,29(3):24～27.
[5]何建国.电感耦合等离子体—— 原子发射光谱法测定铝合金中7种元素含量[J].光谱实验室,2007,24(3):444～446.
[6]周伟,贾云海.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定锌及锌合金中16种元素[J].冶金分析,2007,27(10):27～31.
[7]铁生年,胡艳妮,侯春生,等.X射线荧光光谱仪测定铝合金中Si,Mn,Fe,Cr,Ni,Ti,Cu[J].冶金分析,2001,21(1):55～56.