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【摘要】本文为探索如何有效地开设本科学生设计实验，以分析化学设计实验的教学为基点，从课堂知识准备、基本思维及实验素养的培养等各个环节总结了开设本科学生自主设计实验过程中应该注意的问题，具有一定的实践性和普遍适用性。
【关键词】自主设计实验 分析化学 实验教学
前言
分析化学是一门实践性很强的学科，实验课的教学显得尤为重要。传统的分析化学实验内容多为验证性或简单的综合性实验，这样的实验课有助于培养学生的基本操作技能，适用于各个层次的学生，实施起来可行性强，也较容易被老师掌控。但长期的实验教学过程中发现，传统的实验容易使学生产生了极强的惰性和依赖性，也使学生容易缺乏主观能动性，不但不利于学生创新力的培养，甚至许多学生连基本实验能力和实验素养的都大打折扣，实验动手能力很多都不能满足社会需求。
学生自主设计性实验利于培养学生的创新思维和综合能力，也利于调动学生的实验热情。探索如何在现有的条件下有效地开设好设计性实验显得十分必要。基于此，我们在2009级及2012级本科（药学、中药学等专业）每学期开设了学生自主设计性实验，在教学中发现，学生设计实验不只是给出实验项目和实验条件就能较好地完成的，其中的很多环节和因素须较好地重视。这些环节包括学生须自主选题、查阅资料、拟定实验内容、配制试剂和预处理样品、开展实验、处理数据和写出实验报告。学生能否顺利完成这一系列的工作直接决定了设计实验的质量内涵，这里涉及的具体问题需要处理好。本文基于几届学生的设计实验开展情况，论述了设计实验教学中师生须注意的一些问题供同行参考。
1.课堂知识准备
设计实验就是学生能够较好以所学理论知识为基础，灵活地、创造性地应用所学知识解决实际问题。课堂教学时，除了按教材传授好教学大纲要求的内容，还要注意理论知识与实验尽量地结合起来，既提高了课堂学习兴趣，激发了学生解决实际问题的欲望，又引导了学生为设计实验作理论上的准备。例如，在讲述分析化学的数据处理内容部分时，同时介绍实验过程中规范记录有效数据，科学取舍可疑值，正确判断相关数据的精密度及准确度等；在讲解酸碱滴定中的滴定条件时，通过一些案例，拓展性地介绍该方法还可定量分析哪些实际样品，哪些样品的测定要受到限制。讲紫外分光光度法时讲清楚对测试样品的预处理及试液的浓度等要求；高效液相讲解时注重色谱条件的选择方法及定量分析对象要求等。总之，课堂教学过程中，在讲解透基本知识的前提下，结合学生的设计实验要求拓展性的介绍相关知识。
2.基本实验技能的培养
设计实验实施时应该是以学生已经掌握基本的实验技能为基础的。我们通过事先观看视频资料和单独设置基本实验技能实验课使学生初步、规范地掌握基本常用的实验技能。例如，仪器的清洗、溶液的配制、常用玻璃仪器的使用、准确称量操作和实验数据的记录等技能都是任何分析化学实验所必须具备的，这些基本操作在老师讲授、示范后，经过适当的练习后当场进行考核，做到人人过关，否者回炉练习。考虑到实验技能的培养是一个反复长期的过程，学生还需经过反复的训练才能达到实验的要求，在化学定量分析部分需要开设一定的验证性实验来稳定学生的规范性实验操作。在验证性实验的教学过程中一定要侧重学生的基本操作的规范性和科学性，可以从实验评分、课堂纠错及课堂总结等方面来体现。
3.实验科学素养的培养
科学素养是指对知识达到基本的了解程度，基本了解科学的研究过程方法和科学技术对社会和个人所产生的影响情况。实验科学素养即实验素养是指对实验的基本知识、方法技能、工作态度及实验习惯等的了解和具备程度。在实验过程中发现，具备好的实验素养的学生往往能按质按量完成相关实验，取得好的实验结果，反之则在实验过程中漏洞百出，实验目的难以实现。例如，分析化学中接触玻璃仪器的清洗问题。有的学生随便用水冲一下，洗过的仪器有时甚至还未被水湿润到，有的还用自来水代替蒸馏水洗等等，此类错误操作屡见不鲜，这就是态度问题。同时，在蒸馏水洗步骤中，有点学生不理解少量多次的原则，白耗掉大量蒸馏水还不能将仪器清洗干净；有的学生则不知道根据被洗对象的情况，一刀切都只洗3次。这些错误尽管老师多次提醒也无济于事，这里的问题就是学生的正式进入实验室时，相关知识缺乏所致。总之，实验素养的具备和养成是做好实验，尤其是设计实验必备的前提条件。当今由于应试教育的原因，不少学生化学实验动手机会不足，注意学生的实验素养的培养成了不可缺少的环节。如何培养学生的实验素养？首先，进实验室前要做足工作，通过案例分析、技术分析及思想工作，培养学生严谨科学的工作意识。其次，上好第一次实验操作课，包括多次讲解示范，严格执行做到操作人人过关的规定。最后，在后续实验中继续强调和把关。经历多次反复方可使学生的实验素养定型，达到大学实验的要求。
4.实验室的管理和硬件条件
具有高素质的实验人员和设施良好的实验室是做好一切实验的基本条件。设计实验对实验室状况的要求更高，与传统实验室相比，除了需要更加齐全的实验设备外，它需要更加合理的实验人员管理制度、更加灵活的试剂和常用仪器的采购和维修制度、更科学的学生管理制度等。这是因为设计实验的测试对象及技术方法具有未知性和无限扩展性，实验人员的工作量和复杂程度大大增加，实验试剂和仪器的种类大大增加，学生的配制试剂盒预处理试剂需要多人次地进入实验室等，传统实验的管理模式无法应对这里涉及的问题。我们的方法是，着眼于现有仪器设备，鼓励学生使用自制或借用别的学科的仪器，尽量提倡学生使用常规试剂，学生提前提交所需试剂和仪器的要求，经过统一整合后交实验管理人员，统一购买的方式来解决。个别特别的试剂，也尽量想其他办法解决，尽量不让学生的思维因此而被约束。另外，由于对于实验老师的工作量，除了提请学校对设计实验的工作量认定外，组织一定数量的学生当好实验室助理也是行之有效的方法。 5.教师的要求：丰富的理论知识、实验能力和经验
自主设计实验对带教老师的要求比传统的实验要高很多。老师的引导作用的到位与否直接影响学生的选题的合理性和科学性、设计水平的高低和实验效的完成质量。虽然要求每个学生设计实验实做得很成功是不现实和不科学的，但好的实验结果确实能提高学生的积极性和信心。学生的解决问题的实际能力和水平毕竟是有限的，单凭学生的知识水平和实验经验很难保证设计实验的成功率，这些缺陷就需老师的知识和实验经验加以弥补了，完成好设计实验的教学对老师提出了更高的要求。授课老师平时须注意积累相关的实验经验，通过查资料、互相沟通和多从事科研课题等手段会使老师的指导能力水平得以大幅度提升。一般地，带教一届的学生设计实验后，老师们自身的实验经验也会得以提升。设计实验可达师生教学相长的效果。
6. 好的评价和总结体系
实验教学评价是对学生的实验过程的表现进行客观的评判并尽可能用数字化表达出来，借助学生渴望被肯定的心理需求形成的动力达到鼓励或鞭策作用，提高学生实验的积极性和主动性。好的评价体系应该具有客观性、公正性、公开性和可操作性。设计实验教学的评价内容包实验设计方案、实验实施情况、实验结果和实验报告四个环节的情况。在学生实验设计环节，要求学生在规定的时间提交实验方案，老师对选题、实验内容方法、数据处理可行性等方面的情况给出合理的评分，然后统一进行点评和讨论，就出现的问题统一纠正与个别纠正结合。之后，学生将设计方案再加以修改完善，进入实验实施环节；在实验实施环节中，老师对学生实验所需试剂的准备情况、样品预处理情况、实验完成情况和处理问题的能力等给出评分。在该环节，由于学生的实验各不相同，老师不可能观察到每位学生的每个细节情况，因而较难作出完全客观的评价，这正是实验教学过程中具有挑战性之处。我们的经验是，将相类似的设计实验从时间和空间上集中、提前分散完成试剂准备和样品预处理工作，通过随机提问、实验现象和实验结果的情况进行评分。最后，在实验报告环节，设计实验要求学生按一定格式要求，就实验结果以数据或图表形式描述出来，并对结果进行科学判断分析，用专业术语表达完整。
另外，提高设计实验成绩在总实验成绩中的权重，设计实验的权重定得越高，越利于促进和提升学生的重视程度。而且，在实验结束后，注意就设计实验成功和失败案例作统一的讨论和总结，收集学生对设计实验的要求和建议作为改进教学的依据。
7.处理好设计实验与验证性和综合性实验的关系
设计性实验的实施需以较合理地完成了验证性和综合性实验为基础。验证性实验是学生按教材或老师已经完全准备好的内容简单再现出来，综合性实验则将验证性实验内容和难度加以提升后机械地操作一次。这两种层次的实验都可起到理论知识与实践结合的作用。好的验证性和综合性实验能使学生了解或掌握基本实验技能和解决问题的途径。开设的验证性实验的数量上要求尽快可能覆盖广，综合性实验则要具有一定的深度和难度，只有这样学生才有可能系统、全面和科学地了解掌握好实验方法和基本技术。因以分析化学为例，在化学分析实验部分，常用的滴定方式包括直接滴定、返滴定、间接滴定和置换滴定都须让学生涉及到，包括酸碱、配位、氧化还原及电位滴定等方法的实验也要一一涉及，各种常见玻璃仪器的使用都要经常在验证性或综合性实验中出现。在仪器分析部分，各种仪器分析技术及方法都须让学生直接或间接接触到，常见的定量分析方式包括标准对照法、标准曲线法、标准加入法及内标法等都选用的仪器分析实验中应用到。
在验证性和综合性实验教学过程，还需注意体现和培养学生设计实验的思维，为学生设计试验的顺利开展打下伏笔。例如，实验过程中，让学生自己配制简单的试剂、进行简单的样品处理等；在紫外分光光度法定量分析的实验过程中，拓展性介绍该方法对溶液浓度的要求，对试样里共存组分的干扰组分情况，测试对象的范围等，利于学生科学地设计实验打下基础。
参考文献
[1] 林晓冯怡， 沈岚.中药专业开设中药制药综合性实验的实践与思考[J].中医教育，2011，30（3）：25-27.
[2] 陈忻，龚慕辛，许利平等. 中药专业综合设计实验课实验项目建设及教学方法研究[J]. 中医教育，2009，28（5）：34-36.
[3] 梁晓夏，王国庆，冯家勋等.生物类本科生综合性实验设计与实践[J]. 实验科学与技术，2009年，3：124-126.
[4] 莫建霞.案例教学法在《中药综合实验》教学中的应用[J].中医药导报，2010，16（9）：128-129.
[5] 张辉，喻莉萍，李强国等.药学综合实验教学体系的构建及其实践[J].中国现代药物应用，2010，4（11）：211-212.
[6] 廖晓燕，邱国福，肖玉秀等.药学综合实验教学的实践与思考[J].药学教育，2010，26（4）：57-58.
【关键词】自主设计实验 分析化学 实验教学
前言
分析化学是一门实践性很强的学科，实验课的教学显得尤为重要。传统的分析化学实验内容多为验证性或简单的综合性实验，这样的实验课有助于培养学生的基本操作技能，适用于各个层次的学生，实施起来可行性强，也较容易被老师掌控。但长期的实验教学过程中发现，传统的实验容易使学生产生了极强的惰性和依赖性，也使学生容易缺乏主观能动性，不但不利于学生创新力的培养，甚至许多学生连基本实验能力和实验素养的都大打折扣，实验动手能力很多都不能满足社会需求。
学生自主设计性实验利于培养学生的创新思维和综合能力，也利于调动学生的实验热情。探索如何在现有的条件下有效地开设好设计性实验显得十分必要。基于此，我们在2009级及2012级本科（药学、中药学等专业）每学期开设了学生自主设计性实验，在教学中发现，学生设计实验不只是给出实验项目和实验条件就能较好地完成的，其中的很多环节和因素须较好地重视。这些环节包括学生须自主选题、查阅资料、拟定实验内容、配制试剂和预处理样品、开展实验、处理数据和写出实验报告。学生能否顺利完成这一系列的工作直接决定了设计实验的质量内涵，这里涉及的具体问题需要处理好。本文基于几届学生的设计实验开展情况，论述了设计实验教学中师生须注意的一些问题供同行参考。
1.课堂知识准备
设计实验就是学生能够较好以所学理论知识为基础，灵活地、创造性地应用所学知识解决实际问题。课堂教学时，除了按教材传授好教学大纲要求的内容，还要注意理论知识与实验尽量地结合起来，既提高了课堂学习兴趣，激发了学生解决实际问题的欲望，又引导了学生为设计实验作理论上的准备。例如，在讲述分析化学的数据处理内容部分时，同时介绍实验过程中规范记录有效数据，科学取舍可疑值，正确判断相关数据的精密度及准确度等；在讲解酸碱滴定中的滴定条件时，通过一些案例，拓展性地介绍该方法还可定量分析哪些实际样品，哪些样品的测定要受到限制。讲紫外分光光度法时讲清楚对测试样品的预处理及试液的浓度等要求；高效液相讲解时注重色谱条件的选择方法及定量分析对象要求等。总之，课堂教学过程中，在讲解透基本知识的前提下，结合学生的设计实验要求拓展性的介绍相关知识。
2.基本实验技能的培养
设计实验实施时应该是以学生已经掌握基本的实验技能为基础的。我们通过事先观看视频资料和单独设置基本实验技能实验课使学生初步、规范地掌握基本常用的实验技能。例如，仪器的清洗、溶液的配制、常用玻璃仪器的使用、准确称量操作和实验数据的记录等技能都是任何分析化学实验所必须具备的，这些基本操作在老师讲授、示范后，经过适当的练习后当场进行考核，做到人人过关，否者回炉练习。考虑到实验技能的培养是一个反复长期的过程，学生还需经过反复的训练才能达到实验的要求，在化学定量分析部分需要开设一定的验证性实验来稳定学生的规范性实验操作。在验证性实验的教学过程中一定要侧重学生的基本操作的规范性和科学性，可以从实验评分、课堂纠错及课堂总结等方面来体现。
3.实验科学素养的培养
科学素养是指对知识达到基本的了解程度，基本了解科学的研究过程方法和科学技术对社会和个人所产生的影响情况。实验科学素养即实验素养是指对实验的基本知识、方法技能、工作态度及实验习惯等的了解和具备程度。在实验过程中发现，具备好的实验素养的学生往往能按质按量完成相关实验，取得好的实验结果，反之则在实验过程中漏洞百出，实验目的难以实现。例如，分析化学中接触玻璃仪器的清洗问题。有的学生随便用水冲一下，洗过的仪器有时甚至还未被水湿润到，有的还用自来水代替蒸馏水洗等等，此类错误操作屡见不鲜，这就是态度问题。同时，在蒸馏水洗步骤中，有点学生不理解少量多次的原则，白耗掉大量蒸馏水还不能将仪器清洗干净；有的学生则不知道根据被洗对象的情况，一刀切都只洗3次。这些错误尽管老师多次提醒也无济于事，这里的问题就是学生的正式进入实验室时，相关知识缺乏所致。总之，实验素养的具备和养成是做好实验，尤其是设计实验必备的前提条件。当今由于应试教育的原因，不少学生化学实验动手机会不足，注意学生的实验素养的培养成了不可缺少的环节。如何培养学生的实验素养？首先，进实验室前要做足工作，通过案例分析、技术分析及思想工作，培养学生严谨科学的工作意识。其次，上好第一次实验操作课，包括多次讲解示范，严格执行做到操作人人过关的规定。最后，在后续实验中继续强调和把关。经历多次反复方可使学生的实验素养定型，达到大学实验的要求。
4.实验室的管理和硬件条件
具有高素质的实验人员和设施良好的实验室是做好一切实验的基本条件。设计实验对实验室状况的要求更高，与传统实验室相比，除了需要更加齐全的实验设备外，它需要更加合理的实验人员管理制度、更加灵活的试剂和常用仪器的采购和维修制度、更科学的学生管理制度等。这是因为设计实验的测试对象及技术方法具有未知性和无限扩展性，实验人员的工作量和复杂程度大大增加，实验试剂和仪器的种类大大增加，学生的配制试剂盒预处理试剂需要多人次地进入实验室等，传统实验的管理模式无法应对这里涉及的问题。我们的方法是，着眼于现有仪器设备，鼓励学生使用自制或借用别的学科的仪器，尽量提倡学生使用常规试剂，学生提前提交所需试剂和仪器的要求，经过统一整合后交实验管理人员，统一购买的方式来解决。个别特别的试剂，也尽量想其他办法解决，尽量不让学生的思维因此而被约束。另外，由于对于实验老师的工作量，除了提请学校对设计实验的工作量认定外，组织一定数量的学生当好实验室助理也是行之有效的方法。 5.教师的要求：丰富的理论知识、实验能力和经验
自主设计实验对带教老师的要求比传统的实验要高很多。老师的引导作用的到位与否直接影响学生的选题的合理性和科学性、设计水平的高低和实验效的完成质量。虽然要求每个学生设计实验实做得很成功是不现实和不科学的，但好的实验结果确实能提高学生的积极性和信心。学生的解决问题的实际能力和水平毕竟是有限的，单凭学生的知识水平和实验经验很难保证设计实验的成功率，这些缺陷就需老师的知识和实验经验加以弥补了，完成好设计实验的教学对老师提出了更高的要求。授课老师平时须注意积累相关的实验经验，通过查资料、互相沟通和多从事科研课题等手段会使老师的指导能力水平得以大幅度提升。一般地，带教一届的学生设计实验后，老师们自身的实验经验也会得以提升。设计实验可达师生教学相长的效果。
6. 好的评价和总结体系
实验教学评价是对学生的实验过程的表现进行客观的评判并尽可能用数字化表达出来，借助学生渴望被肯定的心理需求形成的动力达到鼓励或鞭策作用，提高学生实验的积极性和主动性。好的评价体系应该具有客观性、公正性、公开性和可操作性。设计实验教学的评价内容包实验设计方案、实验实施情况、实验结果和实验报告四个环节的情况。在学生实验设计环节，要求学生在规定的时间提交实验方案，老师对选题、实验内容方法、数据处理可行性等方面的情况给出合理的评分，然后统一进行点评和讨论，就出现的问题统一纠正与个别纠正结合。之后，学生将设计方案再加以修改完善，进入实验实施环节；在实验实施环节中，老师对学生实验所需试剂的准备情况、样品预处理情况、实验完成情况和处理问题的能力等给出评分。在该环节，由于学生的实验各不相同，老师不可能观察到每位学生的每个细节情况，因而较难作出完全客观的评价，这正是实验教学过程中具有挑战性之处。我们的经验是，将相类似的设计实验从时间和空间上集中、提前分散完成试剂准备和样品预处理工作，通过随机提问、实验现象和实验结果的情况进行评分。最后，在实验报告环节，设计实验要求学生按一定格式要求，就实验结果以数据或图表形式描述出来，并对结果进行科学判断分析，用专业术语表达完整。
另外，提高设计实验成绩在总实验成绩中的权重，设计实验的权重定得越高，越利于促进和提升学生的重视程度。而且，在实验结束后，注意就设计实验成功和失败案例作统一的讨论和总结，收集学生对设计实验的要求和建议作为改进教学的依据。
7.处理好设计实验与验证性和综合性实验的关系
设计性实验的实施需以较合理地完成了验证性和综合性实验为基础。验证性实验是学生按教材或老师已经完全准备好的内容简单再现出来，综合性实验则将验证性实验内容和难度加以提升后机械地操作一次。这两种层次的实验都可起到理论知识与实践结合的作用。好的验证性和综合性实验能使学生了解或掌握基本实验技能和解决问题的途径。开设的验证性实验的数量上要求尽快可能覆盖广，综合性实验则要具有一定的深度和难度，只有这样学生才有可能系统、全面和科学地了解掌握好实验方法和基本技术。因以分析化学为例，在化学分析实验部分，常用的滴定方式包括直接滴定、返滴定、间接滴定和置换滴定都须让学生涉及到，包括酸碱、配位、氧化还原及电位滴定等方法的实验也要一一涉及，各种常见玻璃仪器的使用都要经常在验证性或综合性实验中出现。在仪器分析部分，各种仪器分析技术及方法都须让学生直接或间接接触到，常见的定量分析方式包括标准对照法、标准曲线法、标准加入法及内标法等都选用的仪器分析实验中应用到。
在验证性和综合性实验教学过程，还需注意体现和培养学生设计实验的思维，为学生设计试验的顺利开展打下伏笔。例如，实验过程中，让学生自己配制简单的试剂、进行简单的样品处理等；在紫外分光光度法定量分析的实验过程中，拓展性介绍该方法对溶液浓度的要求，对试样里共存组分的干扰组分情况，测试对象的范围等，利于学生科学地设计实验打下基础。
参考文献
[1] 林晓冯怡， 沈岚.中药专业开设中药制药综合性实验的实践与思考[J].中医教育，2011，30（3）：25-27.
[2] 陈忻，龚慕辛，许利平等. 中药专业综合设计实验课实验项目建设及教学方法研究[J]. 中医教育，2009，28（5）：34-36.
[3] 梁晓夏，王国庆，冯家勋等.生物类本科生综合性实验设计与实践[J]. 实验科学与技术，2009年，3：124-126.
[4] 莫建霞.案例教学法在《中药综合实验》教学中的应用[J].中医药导报，2010，16（9）：128-129.
[5] 张辉，喻莉萍，李强国等.药学综合实验教学体系的构建及其实践[J].中国现代药物应用，2010，4（11）：211-212.
[6] 廖晓燕，邱国福，肖玉秀等.药学综合实验教学的实践与思考[J].药学教育，2010，26（4）：57-58.