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关键词:地质统计学 微量元素化学分析 应用研究
中图分类号:P628.2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)07(c)-0098-01
微量元素地球化学是半个世纪以来迅速发展和广泛应用的地球化学分支。由于同位素稀释质谱法、中子活化分析、Ber thelot-Nernst分配定律等方法的成功应用,在多种地质过程中微量元素分配演化的定量模型得以实现,也使得微量元素化学分析被系统地应用于解决各类地质问题,成为指示岩石成因的典型标志。20世纪70年代以后,微量元素地球化学的讨论从定性认识上升成为定量分析,发展方向也变成微观、宏观同时发展,经常需要对地球化学中的主量元素、稀土配分、微量元素等进行定量化学研究和数据分析,此时,一些相关的地质统计方法就变得非常重要和实用。在微量元素化学分析中,地质统计学的各类统计方法作为对地质客观现象相关数据进行定量分析的重要工具,提供了诸多有效的数据分析途径。应用地质统计学对微量元素化学分析进行处理,能为研究工作取得客观成果提供科学的定量依据。
1 地质统计学与微量元素化学分析相关理论知识简述
1.1 地质统计学
地质统计学是20世纪60年代兴起的一门数学地质学科分支,它的出现始于解决矿产普查勘探、矿山开发设计以及矿山开采整个过程中各种储量计算和生产误差估计问题。后来,地质统计学逐渐在油气勘探开发、采矿、水文以及环境科学领域中得到广泛应用。近年来,地质统计学作为一门新兴的科学,在地质领域的发展非常迅速,其应用前景的广泛性和模型计算的实用性受到地质学家的高度重视。
1.2 微量元素化学分析
微量元素化学分析是地球化学的分支学科,主要研究自然物质和自然体系中微量元素的分布规律、存在形式、活动特点、控制因素及其地球化学意义。一般意义上讲,微量元素是指除了O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、Ti这九种组成99%的地壳和地幔质量之外的80余种元素。当然,这里所指的微量元素是相对而言的,在一个体系中它可能是微量元素,但在另一个体系中却可能是常量元素。
1.3 地质统计学在地球化学领域的应用现状
近几十年年来,地质统计学对地球化学的相关研究中起到了极大的辅助和推进作用。应用地质统计学相关统计方法能够将大规模原始地球化学数据群体中隐藏的重要信息提炼和挖掘出来,进行分类和解释,继而被广泛地应用在地质找矿、科学研究等各个领域。在地球化学中主量元素、微量元素、稀土配分化学分析等领域的研究中,丰富的地质统计学方法对圈定和评价地球化学异常、提取地球化学找矿信息常常起到决定性的作用。本文则主要研究地质统计学在微量元素化学分析中的应用研究。
2 地质统计学在微量元素化学分析中的应用研究
2.1 方法讨论
聚类分析是通过某种距离的测算将数据对象的集合分为类似的对象组所形成的若干个类,其中运用到了降维思想,在对样品和指标进行分类,采用物以类聚的原理进行的一种多元统计分析方法。在地质找矿领域,聚类分析是研究元素在成矿活动中地球化学行为相似程度的一种有效方法,一般从数字分类角度进行分析。对于这种方法的运用,我们可以借鉴现有的成果和理论进行分析和应用。R型聚类分析是聚类分析方法的一种,原理是以变量之间的相似程度为基础,将变量分成不同级别的类。R型聚类分析是研究成矿活动中地球化学微量元素行为相似度的一种有效方法。通过对某些矿石或岩样的微量元素数据进行R型聚类分析,可以得出元素组合特征并将其分类,对元素之间的亲疏关系进行判定,进一步为划分矿化阶段、成矿元素迁移和富集的判断以及矿床成因等问题的研究提供判断依据。
2.2 案例研究
通过对高松山矿区内岩矿石样品的微量元素数据进行R型聚类分析后,可以得到图1中显示的分类的结果,即,在相似水平的相关系数等于15时,可以把微量元素分成7个类别,分别是:(1)W、Cu;(2)Sn;(3)Au、Ag、As、Sb、Pb、Mo;(4)Bi;(5)Hg;(6)Co、Ni、Mn;(7)Zn。这7个类别之间没有显著的相关性,说明矿床成矿具有多期次性和复杂性。从图中还可以看出,Au不仅和Ag有着强相关关系,而且还和As、Sb、Pb相关。而Au元素与Ag之间有非常密切的关系,当γ=2.5时它们聚成了一类,相关性比较强,同时Sb、As、Pb和它们之间都存在相关性,说明Au、Ag、As、Sb、Pb、Mo之间具有亲缘关系,预示着伴随着多金属硫化物的形成Au 成矿并且富集。因此,我们可以以Sb、Pb、Ag、As作为矿区找金的近程指示元素。
3 结论
本文采用地质统计学中一类常用方法,R型聚类方法对高松山矿区的铜多金属矿进行了微量元素组合上的分析研究。统计分析结果使我们对高松山金矿床岩矿石微量元素的数据结构的特点有了清楚的认识。各元素组合具有叠加出现的特征,表明矿床成矿具有多期多阶段或成矿物质多来源的特征。分析结果表明Au与Ag、As、Sb、Pb等中低温元素相关非常大,但是和W、Co、Sn、Mn、Ni、Zn等中高温元素之间的相关性较差。
地质统计学在地球化学其它领域,比如常量元素分析、稀土元素分析中也有广泛的应用,笔者认为,采用类似的统计方法对不同类数据的分析是进一步拓展地质统计学在地质科学中应用性的前进方向。
参考文献
[1]赵伦山,张本仁.地球化学[M].地质出版社,1988,6.
[关键词] 尿路感染;尿干化学分析仪;尿有形成分分析仪
[中图分类号] R446.12 [文献标识码] A [文章编号] 1674-0742(2015)10(a)-0028-03
Clinical Study of the Effect of Urine Dry Chemistry Analyzer Combined with Urine Formed Element Analyzer on the Detection of Urinary Tract Infection
ZHAO Fei
Clinical Laboratory, No.97 Hospital of PLA, Xuzhou, Jiangsu Province, 221009 China
[Abstract] Objective To explore the clinical value of urine dry chemistry analyzer and urine formed element analyzer applied to the detection of urinary tract infection. Methods 260 cases underwent specimen detection in our hospital from March 2014 to March 2015 were selected as the subjects. The result of white blood cell count, bacteria count and nitrites test were compared with that of bacterial culture. Results ① Bacterial count sensitivity (50.76%), specificity (77.83%), positive predictive value (60.18%) and negative predictive value (82.69%) compared to the three joint sensitivity (80.01%), specificity (82.21%), positive predictive value (64.32%) and negative predictive value (86.51%) was significantly lower, with significant difference (P
[Key words] Urinary tract infection; Urine dry chemistry analyzer; Urine formed element analyzer
尿路感染是临床的常见疾病,在尿液中检测到细菌白细胞、红细胞等有形成分是临床拟诊尿路感染时有效的客观依据,它们在病情诊断、病情进展和预后等方面的研究判断具有重要意义[1-3]。该研究对该院在2014年3月―2015年3月收治的260例尿路感染住院患者尿液联合应用Iris iQ200尿沉渣分析仪和URIT-1500尿液干化学分析仪进行尿液标本检测,现报道如下。
1 资料与方法
1.1 一般资料
整群选取2014年3月―2015年3月期间在该院收治的260例标本检测患者作为研究对象,其中男性患者120例,女性患者140例,年龄在23~58岁之间,平均年龄41岁,未用抗生素前留晨尿进行检验。
1.2 试剂和仪器
尿沉渣分析仪器选择美国Iris iQ200尿沉渣分析仪及其配套试剂和质控品;尿液分析仪器选择优利特URIT-1500尿液分析仪及其配套试剂和质控品;细菌鉴定及药敏分析仪选择西门子MicroScan Auto Scan-4细菌鉴定及药敏分析仪。
1.3 分析方法
1.3.1 标本采集 根据操作标准留取清洁中段尿,先做中段尿细菌培养,再做尿沉渣分析和尿干化学分析检测。
1.3.2 操作步骤 ①用接种环把1ul.尿液标本接种到血平板和麦康凯培养基进行半定量培养,经过18~24 h37℃需氧培养,计数菌落数量;②URIT-1500检查:将该研究标本按照相关程序进行尿化学分析,对标本亚硝酸盐结果进行检查和记录;③IrisiQ200检测:依照SOP将尿液标本在IrisiQ200尿沉渣分析仪上检测,对白细胞数和细菌数进行记录。
1.4 统计方法
该研究相关的数据用SPSS 18.0软件进行数据分析,对计数资料用率(%)表示,进行χ2检验,以P
2 结果
2.1 细菌培养结果
阳性标本68例,其中40例为革兰阴性菌,大肠埃希杆菌16例,6例为变形杆菌,4例为肺炎克雷伯杆菌,3例为阴沟肠杆菌,同样有3例为铜绿假单胞菌,其他阴性杆菌8例;革兰阳性菌28例,其中溶血葡萄球菌4例,粪肠球菌4例,松鼠葡萄球菌4例,表皮葡萄球菌3例,金黄色葡萄球菌3例,耳葡萄球菌3例,其他阳性菌7例。阴性标本192例。白细胞计数:男性
2.2 尿路感染的诊断效能评价
三项指标中白细胞计数的敏感性(67.99%、0.645)相较于细菌计数(50.76%、0.324)、亚硝酸盐(25.03%、0.421)较高,差异有统计学意义(χ2=5.024,P
表1 三项指标的性能评价分析(%)
3 讨论
尿路感染是临床的常见疾病之一,发病原因多是由单一细菌引起,占到90%以上[4]。90%的门诊病人和一半左右的住院病人,病原菌都是大肠埃希杆菌,此种病原菌有140种左右的血清分型,多种细菌感染见于留置导尿管、神经源性膀胱、结石、先天性畸形和阴道,肠道、尿道瘘等[5]。诊断尿路感染的重要指标是尿细菌培养,但尿细菌的培养通常要花费3~4 d的时间,并不利于为临床的治疗提供准确的依据,因此考虑以辅助诊断尿路感染的方法来及时地为临床提供参考,如尿沉渣的白细胞计数,细菌计数,尿干化学的白细胞酯酶和亚硝酸盐等等。在尿液中检测到细菌白细胞、红细胞等有形成分是临床拟诊尿路感染时有效的客观依据,它们在病情诊断、病情进展和预后等方面的研究判断具有重要意义[6-7]。
经过该研究分析,三项指标中白细胞计数的敏感性(67.99%、0.645)相较于细菌计数(50.76%、0.324)、亚硝酸盐(25.03%、0.421)较高,差异有统计学意义(χ2=5.024,P
在张广波等人[9]的报道中,其联合利用了尿干化学、尿沉渣以及显微镜检测等方法,针对被怀疑的尿路感染患者尿液实施检查与分析,并在其结果中显示,尿干化学、尿沉渣等检测方法在灵敏性方面并差异无统计学意义,同时相较于显微镜检测法则在灵敏度方面效果显著。通过有效利用这两种检查方法,能够增强对患者病情的可预见性诊治和判断,有益于提升治疗的效果。该次研究各项指标与报道相比存在指标偏低的问题,考虑以下因素:假阳性率和假阴性率的影响导致评价指标偏低,这一因素在其他报道中也会产生影响,该次研究中革兰阴性菌40例,占58.82%,该菌在分解亚硝酸盐的能力上存在明显不足,这一点极容易造成假阴性。同时该次研究的仪器选择有区分活菌和死菌的问题,以及细菌聚集成簇被仪器误认为其他颗粒导致假阴性,所以有待于日后进行更为深入的研究。采用尿干化学分析仪与尿有形成分分析仪联合检测方法,对尿路感染的诊断具有较高的灵敏度,在保证检测结果科学、准确的同时,提升了工作效率,可在较大程度上排除尿路感染,值得在临床上大范围推广和应用。
[参考文献]
[1] 王立英.尿沉渣分析仪与尿干化学分析法、显微镜镜检联合检测尿白细胞、红细胞的分析研究[J].吉林医学,2013(13):1750-1751.
[2] 满思金,孔德玲.尿干化学分析仪与UF-100尿沉渣分析仪联合运用在尿路感染诊断中的价值[J].国际检验医学杂志,2013(8):788-789.
[3] 俞梅云,张亚彬,黄坚,等.尿沉渣分析仪联合尿干化学分析仪在诊断尿路感染中的应用[J].国际检验医学杂志,2014(13):1808-1810.
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[8] 徐媛.尿液有形成分分析与尿培养诊断尿路感染的临床研究[J].检验医学与临床,2014(12):1680-1681,1683.
一、綠色化学应用的概念
绿色化学是以绿色思想为基础,通过化学分析理论和研究原则,分析绿色化学研究的相关内容,明确绿色未来的发展趋势和方向。加强绿色化学产业技术人才的培养,配置良好的技术研发团队,不断提升绿色化学应用发展效果,尽可能的提升绿色化学的应用,改善化学技术的研发过程,提升绿色化学应用效果,完善资源的循环理论标准,提升污染物的排放和绿色处理,加强与国外技术的相互交流水平,向优秀的绿色化学研究技术方式学习,引进优秀的绿色化学研究技术方法,实现本国中绿色化学生产工业水平的快速提升。[2]
绿色化学是以化学反应、溶剂、催化剂等反应技术,通过绿色方式,提升新合成技术的研究效果。特别是催化过程。新化学研究中包含生物资源的转化、新反应条件的利用,无公害介质资源的研究等等。根据绿色化学产品的设计,逐步提高研制技术水平。
二、绿色化学的研究趋势对象
1.原材料的绿色化研究
绿色化工研究生产是降低产品中的毒性问题,改善安全环保效果,完善人类的安全生活环境,提升化工产品的无公害生产水平。
2.化学反应绿色化应用
化学绿色反应的管理需要服务绿色需求标准,根据经济原子性标准,即最大限度的提升废物的排放效果,改善周围环境水平,以良好的选择标准价值,提升选择规范性效果,实现在绿色化学选择上的立体规范性。[3]
3.生产产品的绿化发展
生产产品需要绿化发展模式,逐步提升人身基本安全建设,完善化工产品的安全水平。例如,采用降解剂、除垢剂、杀虫剂等,使用可以降解的塑料制品,绿色燃料、绿色涂料等。随着现代科技的快速发展水平,越来越多的存在污染性化工产品被取代,绿色产品受到现代绿色环保化工发展的需求。目前,化工生产中,常常使用具有腐蚀性的化学材料作为催化剂,催化效果较好,但会对环境产生严重的腐蚀性问题。而采用仿酶催化剂、水溶催化剂可以有效地达到催化的目标,减少催化后造成的各种腐蚀问题。
4.溶剂的绿化作用
溶剂的绿化发展是以有效分离为技术标准,通过介质作为分离,提高溶剂的有机合成效果。但在反应过程中会产生有机化合物,引发臭氧的形成,造成水资源污染环境的产生。需要对溶剂进行研究,加强绿化溶剂的研究分析。
5.化学绿化的设计
利用计算机应用完成化学绿化的辅助设计,首先需要建立良好的化学反应资料库标准,利用计算机化学反应组合方式,确定实际原材料使用方式和标准,搜寻产物的目标反应结果,利用计算机模拟分析化学绿色反应结果,确定适合的化学绿色反应效果。根据目标产品的基本原则,准确的分析产物实际的化合原料,确定预定的原料标准内容,对相关反应路线和实际环境效应进行准确的分析,从中选取最佳途径进行分析。
6.绿化技术的合成
根据实际绿色化学合成技术,准确的分析有毒害物质的有效使用效果。采取合理的非物质化学方式,利用多环境效应,逐步改善化学产品的实际选择效果,降低产品的整体能耗。按照实际常温水平,常压标准,分析电化学实际洁净中的各种优势,确定绿化技术合成效果。
三、绿化技术的新技术和新工艺方式
1.催化技术
催化技术是不断加强实际有效反应效果,大力加强化学反应的高效应用选择性,对实际的转化率水平进行合理的分析,逐步提升产品的整体质量,降低成本的同时消除产品的副作用,减少可能出现的各种污染,最大限度的完善各种资源的保护水平,实现对生态有效环境的保护作用,这是绿色化学整体研究的重要方向。
2.生物化学技术
生物化学技术利用现代生物科学技术应用,逐步提升高新技术水平,大力开展生物技术的食品、药品、能源、化工技术的整体应用效果。按照最大有效特征性水平进行综合生物资源的快速利用,实现生物化学的有效节能,改善清洁生产水平,实现化工技术的整体生物化工过程。生物化工过程中包含基因化工技术、细胞化工技术、酶化工技术和微生物加工技术。
3.超声化工技术的研究
超声化工是利用现有的化学试剂,准确的分析声学、化工学的相互融合效果。通过分析声学技术的变化原理,准确的分析实际有效提升整体反应的选择过程,增加化学整体反应速度,加强化学反应速率和生产率,实现能好的有效降低,实现整体废物的快速排放,改善化工绿色的多元化技术分析,实现化学超声技术的广泛性应用。
4.膜工程化工技术
膜工程化工是利用膜分离技术、膜催化技术,通过分离的方式,实现成本低的化工工程,工程能耗较低,效率较高,污染小,有良好的回收效果。膜催化反应往往是超出整体平衡的反应,可以有效地提升整体反应的选择效果,提升原材料的实际转化作用,节约了资源成本,降低了污染。磨技术的快速应用是具有广泛应用价值的。在化工产业、石油产业、环保产业、电子产业、医药技术产业等多种行业中进行发展和分析,提升高新化工绿色产业的快速发展。
结语
关键词:通晓化学;手法灵便;分析化学;实验教学改革
分析化学实验是分析化学课程的重要组成部分,与化学相关学科(特别是分析化学理论课)教学紧密结合.通过学习分析化学实验课,有助于加深学生对化学等相关学科理论知识的掌握和理解,培养学生分析和解决实际问题的能力,为创新能力的提升、药物分析等专业课的学习及未来工作打下坚实的基础[1].我国的化学先驱,清代学者徐寿曾说过:“考质求数之学,乃格物之大端,而为化学之极致也.能精熟焉,则凡天下熟物俱能详考其原质,而深求其准数.遂使法有证据,而理得显明.若欲精究其事以造其极,则有三者为要:其一,通晓化学;其二,手法灵便;其三,专心笃好.”这里,考质求数即为现在的定性和定量分析.即定性和定量分析是物质科学的主体,是化学的最高境界.他特别提到了学好分析化学的关键是:在专心笃好的基础上,要做到通晓化学和手法灵便.这个观点涉及到目前大学分析化学教学中各化学学科间的有机结合、教学内容的完善和学科的科学设置.为此,本文从通晓化学和手法灵便这个角度探讨大学分析化学的实验教学改革.
1大学分析化学实验教学的现状
1.1化学学科间的课程衔接不够连贯
作为基础课的有机化学和无机化学是专业基础课分析化学的基础,更是药物分析等专业课的基础.有的学校,同一个院(系)的不同教研室分别承担无机化学、有机化学和分析化学的教学任务;有的学校,如我校,基础医学院承担无机化学和有机化学的教学任务,药学院承担分析化学的教学任务.不管是在相同的院(系)还是不同的院(系),目前各学科间的课程设置大多考虑本学科的情况,较少考虑不同学科间的相互要求和需要.这样的问题在国内很多院校都存在.基础课的重要性不言而喻,但基础课与专业基础课和专业课的课程衔接不够连贯,忽视了化学相关知识连续性的渗透,使得基础课教学中缺乏专业应用的实例,而专业课教学中又往往缺少基础课相关理论的指导,影响了学生综合实力的提高[2].集体备课多以本教研室为单位进行,缺少学科间的融合与沟通,也较少进行学科间的交叉听课.一般根据本学科的实验室、实验仪器来安排实验教学任务,较少考虑与其他学科的关系.因此,实验有重复,甚至缺少递进关系.如何让学生在有限的学习时间内做到通晓化学,化学学科间课程的有效衔接是基础.
1.2实验内容与教学方法不合理
目前,分析化学实验内容多为验证性实验,研究性、设计性实验少;以章节内容为基础的实验多,缺少章节间融合或学科间整合的综合性实验;实验内容未及时更新与完善,能够反映学科前沿的实验较少[3].分析化学实验课在教学方法上多延续着传统模式[4],实验员准备实验仪器和试剂,教师按照黑板或PPT上的实验内容,讲解实验目的、原理、仪器试剂、方法步骤、数据处理等,演示实验仪器的操作.学生“照方抓药”,无需思考在实验过程中可能出现的问题、产生的原因及解决的办法.因此,在验证性实验中,学生多能按照教师的要求顺利地完成实验并提交实验报告,但多数学生看重的是实验成绩,一些学生更是为不逃实验课而做实验.由于未能全身心地投入到实验中,所以无法领会实验本身的科学精神和科学内涵,更无法“享受”实验带来的乐趣.在这种固化的教学模式中,在“学生能顺利地完成实验”背后隐藏的实验内容与教学方法不合理,是需要我们深思的.由于这些没有生机的实验教学,学生机械地操作,课后抄写实验报告等因素的存在,导致学生处于被动的学习状态,缺少实验兴趣,缺乏实验动力与激情,实践能力很难提高,更谈何手法灵便呢?
2大学分析化学实验教学改革办法
2.1加强化学学科间的有效沟通,为通晓化学创造条件
通过加强学科间的有效沟通,实现化学学科间实验课程的有效衔接,进一步促进在课程设置,集体备课,相互听课等方面的交流.2013年6月28日,我校药学院分析化学所在的药物分析学教研室与基础医学院的化学教研室结对共建.在此基础上,进行课程设置的整合,共同进行集体备课,相互听课.与基础医学院的化学教研室共同编写出版了《药学实验技能训练与指导》[5],该书以普通高等教育“十二五”国家级规划教材为基础,结合基础学科和专业学科的实际情况,介绍了无机化学、有机化学、分析化学等基础化学学科和药物分析等专业学科的知识与技能,促进学科融合和实验资源的整合,避免实验重复设置,强化实验递进关系.以该教材作为全国医药院校药学/中药学大学生实践技能大赛的指导用书,对参赛学生进行系统培训,得到了教师和学生的好评和认可,发挥了积极的作用.首次参加第四届全国医药院校药学/中药学大学生实践技能大赛,两位同学分别获得了一等奖和二等奖.这种学科间的有效沟通可更充分地发挥学科互补优势,促进学科建设的发展和深度合作,有效利用教学时间,实现资源共享,为化学各学科的有机融合奠定基础.
2.2树立与时俱进的教学观,为提高学生的实验技能夯实坚实的基础
第一,授课信息量的增加与扩展.近年来,随着国家经济实力的增强,精密仪器的使用率和普及率大幅提升,各种新方法与新技术不断涌现,为药品质量标准的修订与完善提供了更坚实的保障.面对药品质量标准的国际化与现代化的迫切需要,作为分析化学实验课的授课教师,要立足于教材,但不局限于教材,要向学生传授当前分析技术与方法的前沿信息,树立与时俱进的教学观,为提高学生的实验技能夯实坚实的基础.如在讲授分析化学实验《HPLC法测定替硝唑溶液中替硝唑含量》时,不但讲授仪器的使用,还要实际演示流动相的过滤、脱气,样品的处理和进样,以及数据的处理等,也对目前HPLC仪器的发展状况,色谱柱的现状与发展趋势等加以说明,特别是我校有一位2008级药学专业的毕业生考入上海交通大学从事色谱新方法与新技术的研发工作,该同学的研发经历和目前的研究工作为在校学生的学习提供了动力.因此,在教学中有必要针对性地介绍一些研究进展、前沿理论,让学生更好地了解分析化学这门学科的发展动态,“知新”、“识新”才可能“创新”[6].第二,新成果的引入与融合.将教学与科研相结合,以科研促进教学是对分析化学实验最有益的补充.如在讲授《氧化还原滴定法》中的亚硝酸钠法时,不仅要讲授其含量测定方法,还要对其定性的鉴别-即芳香第一胺反应加以说明,特别是由于过量的亚硝酸会和β-萘酚反应呈猩红色,使定性鉴别结果出现假阳性,现已采用加入脲来消除此假阳性的干扰等.在《HPLC法测定替硝唑溶液中替硝唑含量》的色谱实验中,利用保留时间对替硝唑溶液中的替硝唑峰进行定性鉴别,是《分析化学》教材上的方法,也是目前常用的方法.那么,如果有两个色谱峰都和替硝唑对照品色谱峰的保留时间非常接近时,又如何作出合理的判断呢?当提出这个问题时,同学们会有针对性去认真思考.在此基础上,向同学们讲解对照品加入法、渐进窗口正交投影法等用于色谱峰匹配的新方法与新技术,提高学生们学习的积极性,使他们深知,这些新方法和新技术是在基础实验上的一个延伸和扩展,是把一些更先进的原理融合到这些基础实验中,是一个多学科间的有机结合.通过这些基础实验的升华,使同学们在认识到基础知识重要的同时,更要懂得知识创新的可贵.第三,教学方法的改进与提高.“教是为了不教.”陶行知先生的这句话时刻在提醒着我们教育工作者,特别是在当前大学大众化教育的背景下,更有着深刻的含义.在分析化学实验中,若采用传统的教学方式,缺少一个自由探索的空间和思想创新的环境,学生很难做到勤于动脑,善于动手.因此,必须从实际出发,联系实际,大力进行教学方法的改革与创新,调动学生的主观能动性[7],使学生能够主动融入实验并在实验中积极思考,达到“教是为了不教”的目的.如《碘量法测定维生素C的含量》,大多以维生素C原料药或有关制剂为测定对象,而我们选择校园内的药用柚子作为测定对象.同学们自己采集柚子样品,按照自己设计好的实验方案进行待测样品的制备,采用碘量法对柚子中的维生素C进行测定并对实验结果进行分析.通过这种教学方式,学生会对实验怀着更多的好奇和更浓厚的兴趣,会由单纯的“听做而得”的实验配角转换为“思做有得”的实验主角,角色的转换增强了学生的责任感,激发了完成实验的动力和激情.他们在实验中会遇到问题,但会迎难而上;在实验中会遇到挫折,但会勇敢面对.通过这样的实验,同学们有了更多的交流与合作,在实验中更会有新发现和新收获.
2.3科学设置实验课程,为手法灵便创造条件
分析化学是药学学科的专业基础课,分析化学实验教学在药学学科中担负着承上启下的作用[8,9].因此,分析化学实验课要科学设置.一是实验项目的合理设置.分析化学实验不是孤立的实验课,其设置要立足院校实际,在知识点上要注重与有机、无机基础实验的衔接,更要面向药物分析等专业课实验的需要.在知识面上,重基础、练技能是根本要求,既要重视称量、量取等基础操作,也要注重化学分析与仪器分析的有机融合.二是实验方法的创新.通过分析化学实验方法的创新,在验证理论课的基本原理、基本方法的同时,使分析化学实验课成为理论教学的最有力的补充和完善.三是实验室管理模式的改革[10].现代的教学方法要求改革实验室的管理模式.在提倡启发式教学、注重学生实践能力培养的环境下,实验室要开放运行管理模式及运行机制,实现开放共享,切实提高实验教学质量.教研室是学校最基层的教学组织和科研单位,也是教学活动的具体执行部门.因此,立足并扎根于教研室的开放实验室才会更有生机和活力.在实验室开放过程中,引导学生养成良好的实验习惯,逐步增加开放实验内容,鼓励学生自行设计实验、参与教师科研课题.自2016年起,我院每学期在已有实验课的基础上,增加了50学时的开放性药学综合实验课.学生以开放的实验室为平台,充分利用实验室的资源,完成自主设计的实验.在开放的实验室中,学生是主体,他们的思维模式不再是“你要我做什么?”,而是“我想做什么?”,“我如何做?”,学生的主观能动性得到发挥,学生的潜能得以释放,学生独立思考问题和解决问题的能力得以培养.在开放的实验室中,学生们的团结协作精神也得到进一步锤炼,遇到问题大家会相互讨论,彼此间相互学习、相互借鉴、取长补短,教师会给予及时必要的指导,引导学生提出质疑,并和学生交流,讨论,共同提高[11],有效地避免“封闭式”教学模式和“垄断式”教学方法,丰富了实验教学[12].如2016年,在2014级药物制剂本科学生的开放性药学综合实验中,学生的自主设计有:阿司匹林的有机合成,鉴别(化学,红外),阿司匹林片的制备,阿司匹林原料及制剂的定量分析(容量法,HPLC法)(皖南医学院药学院在安徽省省级示范实习实训中心“药学实习实训示范中心”的基础上,于2014年建立了学生高效液相色谱分析实验室,现有15台LC-15C型和3台LC-20A型岛津高效液相色谱仪).通过学生的实验设计和实验过程,教师能及时发现文献查阅是否全面、实验设计是否合理、实验操作是否规范,实验结果是否可靠,使学生做实验时不仅要知其然,更要知其所以然,将“勤于动脑,善于动手”贯穿于实验设计和实验过程中,使他们思维灵活,富于创新性;手法灵便,富于创造性.
3总结
分析化学实验是高等院校药学专业学习的重要环节,是培养学生实践能力和创新精神的重要课堂.结合工作实际,通过对分析化学实验中所存在的问题进行深入分析,探讨问题解决的办法和对策.为适应未来药学学科发展对学生知识结构和能力的要求,培养能适应未来发展需要的药学人才,应注重分析化学实验内容的更新、教学方法的改革和教学手段的完善.在注重知识衔接的同时,要重点考虑学科间的交叉与互融互通,合理安排实验项目,加强实验内容间的内在联系.应高度重视实验教学和实践教学环节,在加大对实验室投入的同时,要注重实验室的管理改革,推进实验室开放,为学生自主实验提供场所;在全面系统提高实验教学水平的同时,更要注重学生科研个性的培养与发挥,使学生不但能通晓化学,而且能手法灵便,让高校实验室真正成为“知识创新的源头,人才培养的基地”.
作者:邹纯才 宗倩妮 鄢海燕 单位:皖南医学院药学院
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[关键词]药学;药理化学;分析化学
随着我国医疗事业的飞速发展与进步,药学研究水平越来越高。其发展主要依赖于药物分析技术,药学研究对我国医药事业开发、创新、发展等方面具有重要促进意义,能够间接提升我国经济水平,从根本上提高我国健康保障水平。
一、药物化学和分析化学的基本概念
(一)药物化学概念
所谓药物化学主要是将化学分子原理应用于药物研发,从科学角度分析化学药物的基本构成、生物效应及相应药性原理等相关内容,用于新类型药物研发。药物化学研究需要两方面来共同促成,其一是生物学,另外一方面是化学,其在药物研发中主要明确药物的活性物质或药性机制,分析患者用药治疗后,药效对机体的代谢作用,及机体对药物的适应情况及吸收情况等。
(二)分析化学概念
所谓分析化学主要是指对物质中相关药物成分、不同结构含量等进行测量,将测量的物质指标进行化学分析,其属于物质化学分析的一门科学,除此之外,有关于物质成分测量所用仪器也包含在内,属于分析化学的一部分。分析化学中对药物成分进行测量分析的方法被称为化学分析法,这种方法在测量过程中主要应用天平和所要测量的物质及试剂,将其用玻璃器皿盛放,将所测量的物质成分计量指标与测量过程中出现的化学反应两者相互对应分析,以此得出结论。另外一种分析方法即仪器分析,这种方法在满足上述作用的同时还能够进行微量分析及形态、结构分析等。
二、物理化学和分析化学的发展及作用
(一)物理化学和分析化学的发展
早在19世纪,物理化学这一概念被提出,并且于30年代和40年代蓬勃发展。物理化学概念被提出后科研人员研制出了磺胺类药物,投放于临床治疗,响应效果较好,对患者的预防感染及临床治疗均具有一定促进作用,在投放应用的10年内,β内酰胺类抗生素研发技术逐渐完善。于19世纪40年代有相关研究人员研究出了抗菌药物的药性、活性及药物机理等,将其与药物成分及结构等相关内容相互融合,用于新药的研制,就此不同种类药物越来越多。于19世纪末时,通过研究人员的努力,对于新药的研制不再仅依靠药物活性机理及其成分结构方面入手,新药的不断研制也是物理化学逐渐认识的过程,研究人员能够明确大部分种类药物在机体中出现的生化效应,能够明确不同类药物应用于人体其活性及产生的药效,就此于19世纪末可以通过不同类型、病症患者的实际患病情况入手,分析患病原因,实现新类型药物研发,对症下药治疗。于20世纪分析化学理念被提出。分析化学除了分析方法以外,其能够用于新药研制主要依赖于分析仪器,在不断探索发展的过程中,仪器分析方法逐渐占据主要地位。在整个20世纪中,40年代至80年代之间,出现了三大重要学科领域,即材料学、环境学和生命学科,这三大学科通过与仪器分析方法联合应用研究,在一定程度上成就、完善了分析化学,促进其发展进步。从当今环境来看,仪器分析方法又与计算机信息科技相互联系到一起,以计算机为载体、以网络信息为媒介,将分析化学中测量的数据、信息进行整理、收纳,最终录入电脑,实现信息传输及智能分析。目前,信息化仪器分析中最具代表性的即为传感器的发现及图谱快速检索和实验室自动化等。
(二)物理化学及分析化学的作用
从不同角度来讲,物理化学和分析化学的作用存在一定差异,是不同的。物理化学更偏向于药物活性、机理及药性和机构的研究,极大促进了早期药学的研究与发展,为后续的新类型药物研发奠定了坚实基础。同时,20世纪内的分析化学主要是用于药物成分、剂量的测量及化学实验反应研究,其属于实验方法的一种,并且在仪器分析发展进程中,挖掘了与药学有关的不同学科,为药学研究提供更全面、系统的理论支持,促进药学研究。当前,仪器分析法融合计算机信息技术,实现了仪器分析的智能化和自动化,其具有测量分析数据准确可靠、操作迅速等优势,但是从另一方面来讲,仪器设备购置昂贵并且对仪器操作者要求较高,操作繁琐,这些都是局限性。从大方面来讲,物理化学和分析化学的丰富及发展对于我国药学研究均具有一定促进作用,通过对不同药物运作机制的研究和不同药物成分实验研究,研发了不同类型的新药物,将其用于临床治疗。综上所述,药物化学和分析化学是药学的重要组成部分,两者在不断发展中融合不同新技术,为药物研发、临床治疗及医疗事业的发展都起到一定促进作用,具有重要意义。
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关键词:土壤化学分析课程;实验教学;教学改革
土壤农业化学分析课程是资源环境科学相关专业的基础性课程。鉴于该课程的教学内容的特殊性,历来以实验教学为主要的教学手段和内容。同时,实验教学也是培养学生分析问题和解决问题能力的主要手段。在以往的教学过程中,实验教学往往是在教师的管理下,学生按照教材上的内容和步骤被动进行实验操作。上述教学模式显然没有体现出学生的主动性和学习的主动权,面对实验过程中出现的种种问题,学生首先想到的是寻求教师的解答和帮助,而不是通过独立探究和思考来加以解决。因此,上述教学模式不利于学生创新能力和职业能力的培养,有必要进行广泛而深入的改革。
一、土壤农业化学分析课程实验教学的目的和作用
首先,土壤农业化学分析课程属于分析化学的范畴,是研究物质的鉴定、分离以及相关成分测定原理与操作的科学,具有极强的实践性特点。土壤农业化学分析课程的学习以及学生遇到的种种问题的解决都依赖于实验,需要以大量的实验为基础,通过实验来验证相关的知识和结论。因此,土壤农业化学分析课程不同于其他的理论性课程,能够通过让学生自主学习,获得相关原理,而必须采用实验教学加强学生对知识、原理和方法的理解和巩固,并形成谨慎严密的科学精神。总之,做好实验教学对土壤农业化学分析课程学习而言,可以起到事半功倍的效果。此外,很多学生认为分析化学很简单,只要掌握相关的原理即可,但在遇到实际问题时往往会束手无策。因此,加强土壤农业化学分析课程实验教学,遵循少讲多练的原则进行教学活动,有助于学生更深层次地理解和运用理论知识,提高学生分析问题和解决问题的能力。土壤农业化学分析课程是一门实践性极强的学科,实验教学在该课程的学习中具有异乎寻常的重要。具体而言,实验教学对土壤农业化学分析课程学习具有如下功能:一是有助于学生对该课程中的基本概念和相关的原理的理解,如该课程的教学内容中有部分难以理解的知识点,而充分利用实验教学则可以降低学习难度,加深学生对这些知识点的理解;二是实验教学不仅可以为学生学习土壤农业化学分析课程提供丰富的学习材料,而且能够通过实验过程发挥学生的主观能动性,提高学生的动手操作能力和基本实验技能;三是土壤农业化学分析课程的实验教学具有明显的探究性学习特点,可以不断培养学生的创新思维能力,提高学生的自主探究意识;四是实验现象和结论是不能随意编造和修改的,土壤农业化学分析课程实验教学有助于培养学生严谨认真的科学精神,这对于学生将来的职场发展是一笔极为宝贵的精神财富。
二、我国土壤农业化学分析课程实验教学面临的问题
在国家大力支持高等教育特别是职业教育的背景下,广大农林院校的招生规模不断扩大,学生在知识储备、结构方面以及高校的人才培养与办学形式方面都发生了广泛而深刻的变化。目前的实验教学模式已经不能适应土壤农业化学分析课程教学的实际需要,特别是毕业生和用人单位的反馈情况均说明实验教学在内容、形式和评价方面均存在一定的问题。
(一)实验内容比较陈旧,不能适应课程发展的实际需求
当前,土壤农业化学分析课程的实验教学内容较少进行更新,一般是教材内容和原理的简单验证,具有探索性和创造性的内容较少,部分实验内容属于纯化学分析的东西,很难调动学生的学习兴趣,这种陈旧的实验内容必然会限制学生独立思考和动手操作能力的发展,以及自主探究和发散思维能力的训练,最终导致实验教学不能达到其应有的实际作用。
(二)实验内容缺乏对现代实验技术的反映
由于高校的连年扩招,实验设备与数量不足情况比较严重,部分实验设备已经十分陈旧,但是受经费限制一直得不到更新。受以上种种原因的影响,目前各高校农林园艺专业的实验室,很少有能够反映现代化科学技术的内容和实验设备,而土壤农业化学分析课程实验教学中经常使用的各种仪器和技术训练就更为缺乏。上述问题直接导致了学生的探索意识不足,限制了学生动手能力的培养。
(三)土壤农业化学分析课程实验
教学中的综合实用性实验缺乏部分土壤农业化学分析课程实验内容仅仅局限于对实验项目的盲目追求上,而教师也缺乏设计综合性、应用性实验内容的意识。调查显示,很多学生在实验结束后,由于没有进行过综合性、应用性和实用性的实验技能训练,影响他们将学校学到的知识和技能应用于职业行动的能力,影响其职业能力的提升和未来的职业发展。
(四)实验教学的方法和手段相对落后
由于部分农林高校对实验教学的重视不足,土壤农业化学分析课程实验教学方法相对落后。部分高校只重视保留生源的问题,却不理解分析化学对诸多专业的重要意义。在这种大环境下,实验教学基本停留于大班教学,难以照顾学生的个体差异,难以调动学生的主观能动性,影响了实验教学的效果。
三、土壤农业化学分析实验教学的改革措施
土壤农业化学分析是重要的基础性课程,实验教学对该课程具有异乎寻常的重要意义。为了培养学生的创新能力,全面提升学生的综合素质和职业素养,有必要对现有的实验教学模式进行改革,通过调动学生的积极性和主观能动性,提高实验教学的教学效果。
(一)确立实验教学的指导思想和目标定位
土壤农业化学分析课程学习可以为后续的其他专业课程学习奠定基础,同时培养学生的学习能力和学习兴趣,培养运用化学分析手段解决专业能力的意识和能力。但是,近年来的教学现状显示,该课程的教学存在诸多问题,针对这些问题建议将该课程的指导思想定位为:构建具有自身特色的实验课程体系,在理论教学中突出实用性,掌握“必须、够用”的内容选择原则,在教学中将学生的能力培养置于突出地位,强化实验教学的力度。该课程的目标应设定为:通过课程学习和实验教学培养学生的科学精神和科学素养,掌握土壤农业化学分析领域的基本知识和基本技能,为后续其他专业课程的学习打下良好的基础,能够用化学分析的观点和方法解决本专业的实际问题。
(二)构建科学合理的实验教学内容体系
首先,土壤农业化学分析课程实验教学要注重理论和实践相结合的教育思想,要不断加入当今农林园艺方面土壤检测迫切需要的实验内容。学生面对的分析化学实验并不需要那些纯化学分析的东西,反而是学生在实际工作和生活中经常遇到的东西更为有用。只有这样,学生才会认为学过的知识可以用于职业实践,才会积极主动地运用这些知识去分析和解决遇到的种种问题。其次,土壤农业化学分析实验教学要做到与时俱进,不断更新教学内容。土壤农业化学分析是一门实践性极强的学科。目前,土壤化学分析已经渗透到农林、园艺的科研与生产领域,成为衡量一个国家农林、园艺科技水平的重要标志。面对土壤农业化学分析领域现代技术的发展趋势,要改变原有的低水平、低层次的实验教学状况,不断增加该领域的前沿性内容,增加实际应用能力,不断拓宽学生的理论和实践视野。
(三)改革实验教学方法,提高教学质量
为了培养学生的创新意识和在实践中应用所学知识的能力,教师应当在土壤农业化学分析实验教学中采取不同的思路和方法,以提升该课程的教学质量。具体应做好以下几个方面:首先,学生的学习态度是决定土壤农业化学分析课程实验教学质量的重要因素,因此必须要提高学生对土壤农业化学分析课程的认识,进一步端正学习态度;其次,要不断优化土壤农业化学分析实验教学的内容结构,通过选择和设计具有趣味性和实用性的实验教学内容,培养学生的创新意识和创新能力;最后,土壤农业化学分析实验教学还在大量使用传统的教学模式,学生对教师的依赖性强,缺乏探究精神和学习的积极性和主动性,因此应不断改进教学方法,减少学生对教师的依赖,提升学生的综合素养。
(四)将实验教学与农业生产实际紧密结合
《高等教育法》明确规定:“高等教育培养具有壮心意识和实践能力的高等级专门人才”。因此,作为培养社会主义建设所需要的高素质创新型人才的基地,实验教学是高等教育课程教学的重要组成部分。教师在实验教学中必须要突出学生的主体作用,充分调动学生的积极性和主动性,培养学生的创新意识和创新能力。土壤化学分析课程的主要目的是通过分析土壤标本的手段,达到掌握实验技能的目的。面对学生对实验活动重要性认识不足,在遇到实际问题时很难运用所学知识进行分析和解决的实际情况,可以鼓励学生和农户联系,深入田间地头进行采样,然后在实验课上对样本的养分含量和理化性能进行分析。此外,学生可以通过对农田地块的实际调查,获得施肥、土壤营养和农作物产量等一手资料。通过将书本上的知识应用于实际,调动学生做实验的主动性和积极性,而且这个过程也是培养学生创新意识的过程。四、结语该文对土壤农业化学分析课程实验教学改革问题进行了深入研究,获得了一系列有益的结论。但是,提高我国土壤农业化学分析实验教学水平并不是一蹴而就的任务,还需要进行大量的理论研究和教学实验,这不仅需要土壤农业化学分析课程教师和学生的共同努力,还需要高校、教育主管部门乃至社会的大力支持。
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关键词:分析化学;实验教学;改革
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1671-0568(2013)35-0132-02
分析化学课程是化学、化工、药学、临床药学等专业的一门重要的专业基础课,是一门实践性、应用性很强的学科。[1]而与之对应的分析化学实验教学在分析化学课程教学中占很重要的地位。分析化学实验课程的主要任务是为了很好地培养学生的操作技能,能独立思考和解决实际问题,体现专业能力、应用能力、创新能力的综合素质。通过分析化学实验的学习,使学生牢固树立量的概念,正确分析影响分析测试质量的各个因素,并对实验的各个环节加以控制,从而提高分析结果的准确性和可靠性,规范实验操作技术等基本技能。随着科学技术的发展,分析过程也由常规分析发展到精密仪器分析和自动化分析。为了适应现代科技发展的需要,需要建立新的实验教学管理和控制体系,有利于实验教学的科学管理,让学生在有限的教学时数内,了解和掌握更多的分析实验知识和实用的现代实验方法,提高实验教学质量。
一、优化实验教学内容
分析化学实验的教学内容传统上分为两大部分:经典分析实验和仪器分析。其中分析实验偏重于定性和定量分析的实验,仪器分析部分涉及极少。但是,随着相关学科和技术的发展,分析仪器不断改进和创新,人们获得了很多新的分析方法,并越来越广泛地应用于化学分析领域。传统的实验教学体系中,实验依附于理论教学,实验内容陈旧,重复、经典实验多,创新、综合、设计实验少,妨碍了学生创新意识和创新能力的培养,不能激发学生的学习积极性,不利于他们综合素质和创新能力的培养,限制了他们对新知识、新技术的了解和掌握,并造成其实事求是、严肃认真的科学态度较差,实验基本操作不规范,对实验中出现的问题未能进行深入的探讨,理论联系实际的能力较差。因此,结合自身特点对教学计划,做出合理的调整,减少重复性实验,合理调整基础性实验、综合性实验、研究性实验比例,可以不断更新有利于学生实验技能和创新思维能力培养的新的教学内容。
在新的实验教学体系中,经典分析实验不能放松,定性分析实验和定量分析实验,是培养学生基本操作技能的基础实验。目前“混合物分离”“离子鉴定”“滴定法”、“称重法”等经典分析方法,在整个分析方法中的比重不断下降。但是,这类分析方法作为分析化学的基础,对学生在基本操作与分析化学的基础素质的培养上有着不可替代的作用。因此,在分析化学实验教学中还应是基本的教学内容。通过这些经典实验,培养学生严谨,认真和实事求是的科学作风,可以掌握定量进行化学实验的基本操作技能和提高分析及处理实际问题的能力。随着现代分析技术的发展,分析化学与其它学科相互渗透,建立了许多新的分析方法,,从而促进了分析化学理论和技术的发展。因此,分析化学实验中,仪器分析应是实验教学的重中之重。随着科技发展,分光光度分析、原子光谱分析、色谱分析、之谱分析、结构分析等新的分析方法不断出现、不断更新。为适应日新月异的分析化学领域的变化,在教学中,现有的设备要全部对学生开放。而为了弥补大型仪器的不足,可开设一些计算机仿真实验,以开拓学生的眼界,迎接新世纪技术革命的挑战。分析化学作为整个化学领域的中心,应有机地将分析化学与无机化学、有机化学、生物化学、物理化学等其它化学学科知识相互结合,增加综合性、研究性、设计性的实验。教师在学生完成一定的基本训练后,根据所学的基本内容提出课题,学生独立完成从查阅文献,到制定设计方案、实验步骤、操作方法、选择仪器及药品的种类,在教师指导下进行实验,研究解决问题,最后写出实验报告。这类实验着重培养学生对所学的操作技术及实验方法的灵活运用,提升解决实际问题的能力。
二、改进实验教学方法
目前的分析化学实验课大多都是注人式的教学方法,过分强调以实验验证理论的教学思想,忽视学生操作能力的培养,从根本上忽视了学生的主动性。教师主要是板书讲解实验原理、实验目的、实验步骤和演示仪器的使用,学生按教师的要求写预习报告,仪器和试剂都已由实验室作好了充分准备,学生只需要按要求的步骤去完成实验任务,就可以获得预期的结果。这样的实验教学方法存在着严重的弊端,养成了学生的依赖性和惰性,并导致他们只注重知识的传授,对于方法的掌握缺乏兴趣,妨碍了创新意识和创新能力的培养。因此,实验教学方法急需改进,应树立“以人为本”的思想,以学生为主体,提倡学生自主地参与学习过程,通过主体的实践活动来完成教学,充分发挥学生的主观能动性,变被动实验为主动实验。
在教学过程中,要尊重学生在体验中的不同感受,鼓励学生积极提问,促进个性发展。实验前,教师认真检查学生预习报告,了解学生查阅文献和综合设计能力,避免他们不预习、按实验教材的步骤照单抓药做实验的消极行为。教师应该充分发挥学生的能动性,让学生自己利用一些参考书籍,经过充分思考,经教师检查并指点后,加以改进,设计出自己的分析方案。这样,学生对实验目的和实验思路都很清晰,实验才能按质按量地完成,学生的能力才能得到培养。实验过程中,教师有意识地提出一些问题,采用启发式方法,让学生带着任务做实验,独立思考,分析原因,手脑并用,通过观察、思考来完成实验,最终回答教师所提出的问题。实验结束后,教师检查学生实验记录是否规范,数据是否准确,要求学生对反常实验现象、不正确的实验结果进行分析,得出自己的体会和见解,培养学生发现问题、解决问题的能力,使得他们的实际操作能力和动手能力得到提高。同时,在实验教学中还可让学生自己主讲实验,教师指导,找问题,从而培养学生实验教学的能力。这样,既能调动学生的学习积极性,也能做到教学相长。
三、更新实验教学手段
在实验教学中,应正确选择和充分利用现代化的教学手段,要彻底改变原来那种“一支粉笔、一本书”的教学方式,要突出灵活性和多样性,进行多手段教学,才能使学生在学习中产生兴趣,在兴趣中增加学习的热情。随着科学技术的不断发展,一大批性能优越、技术先进的电化教育手段逐渐深人到学科教学。多媒体教学以其能全面综合地展现事物的形、声、色、意而越来越受到各方面的青睐。在分析化学实验中,实验教学借助多媒体教学的硬件、软件,使实验教学变得生动、形象、立体、活泼,加大了知识的传授量,更加直观,更加生动地展现实验中及教学中不易实施的深层次内容,且操作准确,以最少的时间达到最佳的效果,提高了实验教学质量。要寓教于乐,使学生将简单的、枯燥的操作技能,在多媒体教学片中得到深刻的理解,激发学生的学习兴趣,强化对学生动手能力、智力开发和素质的培养。随着计算机技术的快速发展,将计算机技术与分析化学有机联系起来,将飞速发展的计算机技术应用到飞速发展的分析化学中来,使得分析化学能够从原始分析数据中最大限度地获取到有用的信息和知识。
在分析化学实验课的教学过程中,通过教学内容的优化,教学方法的改进,不断更新教学手段,可以有效地使教学形式充满活力,弥补传统实验教学的不足,适应时代科技发展的需要,进而对学生的能力和素质培养收到较好的教学效果。在分析化学飞跃发展的过程中,不仅要对学生进行分析化学实验技能的严格训练,还必须与现代分析化学密切结合,注意将学科传统内容与现状、发展相结合,理论和实践相结合,基本操作与探索性研究相结合,努力完善实验教学体系和运行机制,提高管理水平,提高教学质量,培养更多更好的创新型人才。
一分析化学实验存在的问题
目前,培养宽基础,大口径的多功能的毕业生,提高本科生的就业实力作为一项重要的目标来完成。要提高学生在各方面的竞争实力,就要增设一定数目的选修课程,来扩大学生的视野。在总学时数不变的情况下,我们院本科教学中对化学实验课课时进行了适当的压缩。[2]从而增加与化学相关学科的学习。在学时减少的情况下,学生对分析化学的基础操作和练习就相对少很多,而且重视程度也有所下降。只是在课堂上听老师讲解实验的理论,将分析化学实验变成了理论课来学习。整个学习过程,学生处于被动的学习和机械的操作,缺乏主动能动性,不利于学生创新能力和发散思维的培养。发生这样的问题,既有学生对于分析化学实验的学习,方式方法还不够正确,也有教师在授课中过多的注意理论的讲解,轻视了实验技能的培养。分析化学实验包含两大部分内容,即化学分析实验和仪器分析实验。首先,近几年的分析化学实验,大型仪器的使用程度远高于十几年前,在操作中仪器的自动化程度高,实验步骤简单,处理过程由工作站完成。教师在整个实验过程中,并没有完全注意到学生对于新的实验仪器是否有充足的认识,只将基本的操作方法告诉学生,让学生如何如何操作。教师没有做到积极的引导学生学习,学生也没有做到主动的学习。[3]其次,教材在设计上有相当一部分实验内容之间存在重复,实验题目过于陈旧,导致了学生所做的实验不能让其与未来的工作相结合。实验内容缺乏研究性、综合性,使学生所学的知识无法与实际情况相统一。对于仪器分析实验,科技都在日新月异,而学生使用的教材已经远远不能满足新的实验仪器对实验内容的要求了。最后,在实验的考核中,多数的学校的考核方法都大同小异,平时成绩加期末试卷作为总成绩。不能真实有效的反应学生的实际情况,也不利于激发学生学习的热情。学生把主要的精力都用在如何使实验数据更符合实验的要求。同学之间实验后会相互核对实验数据,更有人会更改实验数据。使实验课的真正目的失去了。
二分析化学实验教学模式改革与实践
1分析化学实验教学内容改革
(1)分析化学基础实验内容调整随着现代仪器分析方法的发展,仪器分析实验在分析化学实验中逐渐占有更高的比例。化学分析方法以化学反应作为测定样品质量或浓度的方法。化学分析实验应是学习分析化学实验的基础方法。化学分析实验与仪器分析实验内容上要融会贯通,相辅相成,学生在学习分析化学实验时不应有主次之分。分析化学实验是一个系统性、研究性、综合性相结合的实验,在实验内容上不能简单按照教材依次进行授课。对于化学分析实验,根据近些年在科研和工作中,各种化学分析实验测试方法的使用频率,我们将化学分析实验具体分为五大部分进行设置。分别为酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法、沉淀滴定法和光度分析法。以酸碱滴定法为例,我们选择了2个基础实验,分别为以盐酸和氢氧化钠作为标准溶液的实验,将教材中的实验进行整合,调整。原教材中的盐酸溶液的配制及标定实验和混合碱成份的测定两个实验合并为一个基础实验。这样,学生在实验过程中能在一次实验中对盐酸标准溶液从配制、标定到测定有清晰的认识。帮助学生了解和掌握盐酸标准溶液的使用方法。也掌握了对于混合碱成份分析经常用到的双指示剂法的使用。同样氢氧化钠标准溶液的滴定实验中,将原教材中的氢氧化钠标液的配制及标定和甲醛法测定铵盐中氮含量的实验相结合。这样的设置通过多年的教学实践证明了,确实效果很好。学生反映通过基础实验能很好的掌握标准溶液的使用方法。在基础实验进行后,又设计一个与酸碱滴定法有关的综合设计实验,作为酸碱滴定法实验的考核内容,有机酸摩尔质量的测定实验。实验的内容以试卷的形式,学生要在规定的时间内对有机酸摩尔质量进行测定,并在试卷相应的位置填写实验的数据,得出实验结论。通过综合设计实验,可以有效的考查学生在酸碱滴定中的掌握情况和实验的基本操作。在仪器分析实验的内容上,我们更多的是在大纲的范围内,根据本院的大型仪器的特点设计了一些与实际生活相关的测定实验,比如测定白酒中酒精度数、味素的成份分析、果汁中维生素C的含量测定以及比较等。这些实验大多数是学生们生活中经常遇到的,增加了实验内容的实用性,使学生能更好的掌握大型仪器的使用。(2)设计分析化学综合性实验作为必修课程开设分析化学综合实验,主要实验内容以多个实验和内容综合设计,如室内空气污染物分析及浓度测定实验,涉及甲醛检测———酚试剂分光光度分析法;氨的检测———靛酚蓝分光光度法;室内空气中苯、二甲苯的测定———气相色谱法;室内空气中总挥发性有机化合物(TVOC)测定———气相色谱法。通过综合实验的开设,帮助学生进一步掌握分析化学基础实验中的测试方法。(3)开设分析化学创新实验与其他教研室合作,指定数名研究生导师每人带2~3名本科生共同参与科研工作,课程为选修课程,目标学生为学有余力并对分析化学研究方向感兴趣的本科生。选修课时长1年。通过几年的实践,对学生的实验技能,科研态度,综合应用能力都有很大提高,为学生考研及后续研究生学习做了很好的准备。
2分析化学实验教学方法改革
(1)实行小组责任制传统的实验课教学中,大多数都是一个老师在前面讲,一群学生在下面听,然后照着实验书看一眼,做一步,实验效果不好,学生实验后也根本就不理解,学习过于被动。近些年,我们尝试将学生分组进行,每组4人,设有小组长。小组长采用循环式,每次实验由小组中一人担任,组长负责制。教师对每个实验有针对性的提出几个思考题,引导学生思考实验中的关键问题和注意事项。小组长带领本组同学在实验预习时,对思考题进行讨论。并对实验中的疑问,通过讨论相互学习,使组员能掌握实验内容,抓住实验的要点。将原来被动的学习变为主动的学习。培养了学生对实验要质疑、多思考的习惯。在实验中,小组内部能够相互帮助,共同解决实验中遇到的问题。避免了学生遇到问题就问老师,使学生能在相互帮助的过程中相互学习。学习气氛浓厚,培养学生独立思考,相互协助的科研精神。(2)多种教学手段配合使用制作分析化学实验多媒体课件,将课件上传到分析化学公共邮箱,课件内容包括实验目的、实验过程、实验数据分析以及与实验相关的思考题,注意事项等,让学生能在课余时间下载。我们自己还在实验中录制标准实验操作的视频,学生下载后可以在课前对实验过程有所了解,掌握实验操作的重点。充分利用现代的科技通信方式,开通QQ群、微信群建立与学生之间的联系,及时一些实验前、实验后的问题。课堂上,不再使用单一的教学手段,我们统一印制了挂图,保证不同实验室实验内容一致。课堂使用多媒体投影教学,利用flas显示实验原理,播放录制视频演示实验过程,做到图文并举,让学生能更好的掌握滴定实验终点颜色。Flas能很好的演示大型仪器的内部构造,使学生能真正了解红外光谱仪、气相色谱仪、液相色谱仪等仪器工作原理。
3分析化学实验的考核机制
采用过程性评价体系,不单纯依靠一次期末考试判断学生的实际学习情况。将分析化学实验成绩分为平时成绩和考试成绩两大部分。平时成绩,分值100分,包括:实验预习(10分)、课堂表现(10分)、实验操作(50分)、数据记录及处理(15分)、实验报告(15分)等几个部分。实验预习,在每个实验着重检查5人左右的预习报告,对学生提出一些实验过程中可能会遇到的问题,从问题中检查实际预习情况。课堂表现,学生态度是否端正、实验台面卫生是否打扫、不高声喧哗、不迟到早退、注意安全。实验操作,着重考查学生实验过程中的滴定操作、天平称量、移液管使用等过程是否存在错误。实验结果分析,是否与实际样品真实质量或浓度一致。实验报告,如实记录实验数据并分析实验现象、实验数据。讨论实验过程中出现的问题等。将以上几个部分做成表格,统一发放到每位教师手中,教师通过具体化了指标给每一位学生的每一次实验进行评分。考试成绩,通过三次考试最后得出总的考试成绩。三次考试都采用多题目,学生自选题目进行。例如有机酸摩尔质量测定考试,设计了多个不同的有机酸,学生抽签后进行实验,充分保证实验考试的公证公平。总之,近些年,改革后的分析化学实验在化学教育、化学应用、制药工程、材料化学各专业的学生中开设,将原本被动式的学习主动化,激发学生学习的热情,将枯燥孤立的分析化学实验趣味化、实用化、综合化。通过全新的考核方式使实验成绩的给定更具有公平性。在未来的工作中,我们也会更加深化分析化学实验课程的改革,培养更具有竞争力的学生努力。
作者:吴红波 于泓 李萍 马亚杰 苏志兴 单位:哈尔滨师范大学化学化工学院
参考文献:
[1]曹俊涛.分析化学实验改革与大学生创新能力的培养[J].广州化工,2015,43(17):210-211.
关键词:分析化学实验;实验教学;工科院校
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)03-0223-02
分析化学及其实验课程是重要的基础化学课程,旨在培养学生定量分析的基本思维和进行定量分析的基本操作和动手能力,在以化学专业为基础的非化学专业中,普遍开设了分析实验课程,担负着培养和训练学生掌握分析技能和操作规程的责任,还对分析化学理论知识的深化起到极其重要的作用[1]。分析化学实验教学中,要求操作规范、计算准确、结果可靠合理,并且能够对分析结果进行评价,其目的是培养学生“量”的概念,培养学生分析问题和解决问题的综合能力[2,3]。在工科院校的分析化学实验教学中,往往也存在一个教学大纲,不同专业一刀切的现象,由于不同专业的学生基础情况不一样、且对教学目标的要求也不一样[4-6],这样就给教学带来各种弊端。
一、工科院校开设分析化学实验的专业特点
以昆明理工大学为例,分析化学实验教学的专业包括化学、化工、冶金、材料、环境、食品、生物、制药、医学、建材等专业,这些专业对分析化学实验的要求各不一样,冶金和材料专业偏向于金属离子的分析和应用,环境和化工偏向于水体分析和应用,医学和建材专业要求相对较低,化学专业要求相对全面。从学时分布来看,化学专业一般64学时,环境专业48学时,冶金、材料专业32学时,化工、生物、制药24学时,而建材、航空等专业一般16学时,从学时的分布大体也能看出各自专业对该实验课程的要求和目标。从学生的基础情况来看,冶金、材料、环境、建材等专业的学生基础相对较好,但由于各自专业和化学实验学科相差较大,学生表现出的主观能动性相差也较大。因此,工科院校不同专业开设分析化学实验课程还需要考虑学生的基础以及实验课程与专业的衔接。
二、工科院校非化学专业分析化学实验教学中存在的问题
1.实验内容单一、枯燥、陈旧。分析化学实验的教学内容简单、单一,除了常规的操作练习外,基本是验证性实验,如酸碱滴定、水中总硬度的测定、食醋中总酸度的测定等,教学内容陈旧,不利于调动学生的积极性和主动性,学生基本只需要预习、听课、按流程操作,就可以得到考评分。而对于一些分组性的实验,如分光光度法测铁、选择性电极测定水中微量氟、电位滴定法测定溶液中的氯离子等实验,通常多人分成一个小组,少数同学甚至没有参与到实验操作中。这样的情况使得部分学生难以主观积极参与,有时甚至连目标都不清晰,这些都不利于完成基本的教学目标,更难达到培养学生的思考能力和创新能力。
2.学生操作能力差、照方抓药。分析化学实验的操作是有严格的规范,学生需要提前预习各项注意事项,在实验课中锻炼。但很多学生学习时重理论、轻实验,操作能力差,甚至连基本的仪器都不认识、没见过,在实验过程中只能照方抓药,变成了完成任务、演练一遍,难以达到预期的实验教学目标[7]。这也表明了学生提前的预习工作不到位,思考问题也不全面,只好按照老师的演示实验进行操作,或者模仿身边同学的操作进行,实验中难免出现各种错误。
3.教师的教学模式程式化。对于工科院校的学生,开设分析化学实验课程,量大面广,实验教师的工作量巨大,教学过程难免程式化,包括既定的教学方法、教学过程、考评制度,实验教师也难以个性化的提出新的教学方案。学生也会以现有的考评制度为导向,尽量争取更高的分数:认真写好预习、做好记录、按部就班的完成实验、进行分析和总结,但这样完成任务式的过程,失去了实验课堂的真正意义。
三、提高工科院校非化学专业分析化学实验教学效果的有效手段
1.结合专业特点施教。工科院校非化学专业分析化学实验教学不同于化学专业的教学情况,不仅基础不一样,而且对实验内容的要求和侧重点也不一样,任课教师需要对教学大纲吃透的基础上,了解各教学班级的特点和专业要求,从而在课程讲解中抓住学生的兴趣点和专业的结合点。例如:冶金专业的学生对金属离子的准确滴定法十分感兴趣,可以引导他们进行方法学的对比,包括原子吸收光谱法、原子发射光谱法、离子色谱法、重量法等,这样可以引导他们课下做大量的文献调研和比对,课上可以和教师进行交流;食品专业的学生对食醋中总酸度的测定十分感兴趣,教师可以引导学生深入分析测定的酸的种类,以及如何对各种酸进行定性和定量。这样的深入引导,不仅加强了学生的学习兴趣,还让学生进一步明白实验科学解决实际问题的重要性。
2.理论与实验相结合。分析化学实验的很多实验内容需要理论课内容的支撑,然而部分学生在理论课中学得并不扎实,对实验的理解就变得困难,如果老师不正确地加以引导,教学的效果会适得其反,如果合理加以温习巩固,则会事半功倍。例如,锌铝混合离子的分步滴定实验中,很多学生难以明白分步滴定的条件,也就是为什么可以分步滴定,实验老师应该简要而系统地介绍金属离子分步滴定的条件、锌铝混合离子的分步滴定条件的控制,以及实验中如何考虑细节问题,这样的引导,不仅让学生明白了实验的内容和操作细节,还反过来巩固了配位滴定的理论内容,并且两者互为促进,强化学生对知识的理解和掌握,也做到了理论联系实际和学以致用。
3.更新实验教学内容。目前,分析化学实验教材的版本众多,很多学校甚至还有自己的实验讲义,但对于工科院校而言,应该适时更新实验教材,不能只采用一种教材用到底。科学研究的发展速度很快,且各种新颖的成果很容易从图书馆下载获得,因此,我们应该结合实际情况,将一些最新的科研成果编入到实验教材中,让学生可以自己动手进行实验,同时也接触到较为新颖的知识。例如:最近几年出现的牛奶中三聚氰胺事件,是否可以考虑采用分析化学的实验方法进行测定呢?基于这样的社会背景,一定能够调动学生投入实验的兴趣。再比如,采用络合滴定法测定钙离子,是否可以考虑测定鸡蛋壳中的钙离子呢?虽然只是更换了测定样品的种类,但学生的兴趣大增,实验也会收到意想不到的教学效果。还有食品的有害色谱添加剂测定问题、地沟油的分析测定问题,这些都是很好的实验题材,应该适时地进行整理,并写入到实验教材当中。此外,采用多种不同的分析方法对同一测定内容进行比对分析,例如:锌铝混合溶液的测定方法,可以采用选择滴定法,也可以采用重量分析法,也可以采用离子色谱法进行分析,然而,在实验过程中,难以突破现有教学内容和模式,新的教学内容和方法也难以得到应用。
4.实验教学中加强交流。工科院校非化学专业的学生,对分析化学实验课程的理解和要求与化学专业的学生是不一样的,且学生的化学基础薄弱。实验过程中,学生会存在操作紧张、担心失误等情况,教师应给予鼓励和正确引导,提出问题尽量不要针对个人,个性化的问题尽量单独辅导,直接示范操作;鼓励学生胆大心细,遇到困难或问题先独立思考,学会讨论、交流,确实不懂再请教老师。此外,实验课程开始前,老师对学生进行调查、了解预习情况,询问存在的困难,然后集中进行解答;实验过程中,注意观察班级的整体情况,对于共性的问题应该及时强调;实验结束后,应该关心学生取得的收获与得失,而不仅仅是给出一个分数或评价。这样的指导过程更容易让学生接受,同时消除了学生的各种担心和顾虑,也使得师生的沟通交流更加顺畅和谐。
5.开设公选课,强化自然科学通识课程的重要性。工科院校非化学专业的学生对化学课程的兴趣不浓是一个共性问题,如何提高学生的认知、强化学生的兴趣是教师应该努力的方向之一,开设公选课,以自然科学通识课程的形式让学生多方位、深层次的了解化学学科知识,是十分有效的方式。例如:在化学通识课程中介绍有关诺贝尔化学奖、广受关注的食品安全问题和常识、体育竞技中的禁用兴奋剂、艾滋病病毒与药物、海洋环境与海洋资源化学、化学武器、化学在刑事侦查中的应用、烟草化学、中药化学等。这些与化学相关的课题,学生不仅充满了兴趣,有些还与自己的专业知识具有相关性,学生接触了这些有趣的化学知识后,自然而然的对化学学科充满了好奇和兴趣,为今后再深入学习化学课程打下良好的奠基,这样的强化方式远比老师的说教有效得多。
参考文献:
[1]弓晓霞.加强高校分析化学实验教学环节的探索与实践[J].科技展望,2015,(16):195.
[2]赵燕,程苑莉.分析化学实验教学改革的研究与探索[J].实验科学与技术,2015,13(2):107-109.
[3]赵春玲,阮喜荣,万端极,等.对分析化学实验基本操作技能的探讨[J].大学化学,2009,24(5):27-29.
[4]蒋心惠,何丹,袁佩,等.临床药学专业分析化学实验教学改革的思路与实践[J].教育教学论坛,2015,(23):86-87.
[5]韦国兵,胡奇军,廖夫生.以就业为导向的药学专业分析化学实验教学模式的改革研究[J].教育教学论坛,2015,(30):62-63.