工业分析实验教学改革探讨
刘姝菂 何涛 贺萍
（烟台大学 化学化工学院 山东 烟台 264005）
摘要：工业分析实验是面向应用化学专业大四学生开设的一门专业实验课程，符合教育培养的目标要求，综合性和实践性较强。本文在工业分析实验教学基础上，从革新教学内容、改进教学方法、提高责任安全意识、培养科学素养等方面进行探讨，使得这门课程在培养紧跟时代潮流的高素质人才方面发挥更积极的作用。
关键词：工业分析实验；综合实验；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：
Discussion on the Teaching Reform of Industrial Analysis Experiment
Shudi Liu, Tao He, Ping He
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Yantai University, Yantai, 264005, China)
Abstract: Industrial analysis experiment is a professional experimental course for senior students of applied chemistry, which meets the goal requirements of education and training, and is comprehensive and practical. Based on the experimental teaching of industrial analysis, this article discusses the innovation of teaching content, improvement of teaching methods, enhancement of responsibility and safety awareness and cultivation of scientific literacy, etc., making this course more active in cultivating talents with high-quality skills that can keep up with the trend of the times.
Keywords: Industrial analysis experiment；Comprehensive experiment；Teaching reformation
基金项目：国家自然科学基金资助项目(21701074)
作者简介：刘姝菂（1988—），女（汉族），山西太原人，博士，讲师，主要从事应用化学和环境分析检测方面的教学和研究工作，liushd2018@163.com。
工业分析主要研究实际样品的物质信息，并进行精准分析，是社会生产实践中一个非常重要的环节。由于待分析样品成分复杂、品类多样，容易受到检测条件及环境中诸多因素的影响或干扰，另外，工业分析测试结果的准确性及时效性与工业生产成本和经济效益密切相关，更加彰显了这门课程在生产实践中指导意义的重要性。大学教育阶段开设的分析化学课程远远不能满足技术人员的专业需求。为此，高校开设了工业分析课程以及配套的实验课程，培养学生对综合知识的学习运用能力，为将来从事一线工作打下良好基础。
1、课程简介及背景
《工业分析实验》是面向应用化学专业大四学生开设的一门专业实验课程[1]，是在学生修学了无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、化工原理以及工业分析等课程的基础上开设的一门64学时的专属课程，集专业基础知识于一体。授课内容涉及食品、矿物、钢材、水泥、煤炭及土壤等领域，与生产实践联系紧密且综合性较强。这门课程不但可以培养学生对专业知识的综合运用能力以及分析问题的思维方式，而且可以培养学生的科学素养和创新能力，为社会主义现代化建设贡献力量[2]。
2、课程特点及意义
首先，工业分析实验课程的综合性较强。这门课程主要运用综合知识探索工业生产过程中的各种原料、产品、半成品、副产品、辅料等的组成、含量、纯度等信息。在分析过程中，物料中的添加剂、干扰组分、酸度以及生产过程中各个环节的温度、时间等必须经过全盘考虑。第二，具有多样性和复杂性。由于实际样品生产条件不同，应用领域不同，面对的人群不同，导致其相应的方法不可一概而论。第三，具有一定的挑战性和拓展性。样品的分析方法众多，要求分析方法尽可能采用标准分析方法，并从中选取出最实用且最经济有效的方法。第四，具有一定的时效性。为了适应时代发展，必须加快普及新的技术方法，以提升工业分析技术和生产效率。第五，具有安全性和环保性。分析结果意义重大，直接关系到产品质量是否合格，是否会对人体健康与环境造成危害，以及是否会威胁生命安全等。这些特点都为工业分析带来了一定的难度。由此可见，只有在全方位考虑到综合性、多样性、拓展性、时效性、环保安全性等方面，才能得到可靠的分析结果，并在此基础上才能进行生产实践。这门课程在尽可能贴近工业生产实际的前提下展开，通过理论联系实践以加强学生理论认识，使其正确掌握实验操作规范并强化专业实践技能，以满足学生就业需求和用人单位人才需求，为将来从事实践工作打下良好的基础。
3、课程发展现状
目前，烟台大学化学化工学院开设的工业分析实验在教学方面还存在很多不足。在课程安排方面，工业分析理论课程在大三下学期开设而实验课程在大四上学期开设，开设时间不同步导致学生对基本理论掌握不连贯，对一些基本的概念和理论认识不清。在实验教学方面，通常在实验过程中用到的试剂都由专任老师提前准备好，导致学生对药品的性质以及配制溶液的方法不了解。在学生学习方面，由于大四学生面临升学、就业等方面的压力，上课积极性不高，思想上不太重视。有些学生课前不善于预习，预习往往只会抄书，抓不住关键点，实验前期准备不充分。对于一些基本操作的细节不在意，进行实验时很容易出现纰漏。尤其是工业分析实验针对实际样品的分析测定，样品处理及进行后续测试耗费时间较长，使得一些学生丧失耐心，往往希望缩短时间草草了事，只为完成实验报告，这就导致得到数据和结果往往错误百出，达不到培养学生的效果。另外，还存在实验课程与企业一线的工作联系不够紧密，缺少自主创新开放类实验的设置，导致学生普遍存在综合能力较差，考虑问题欠缺，创新能力不足等多方面的问题。
4、教学改革探讨
针对烟台大学化学化工学院工业分析实验实际教学情况与学生特点，本论文从革新教学内容、改进教学方法、提高责任安全意识、培养科学素养等方面进行探讨[3,4]。
4.1、革新教学内容
工业分析实验教学内容涉及面应该不断扩大，使学生对食品、化工、石化、医药、能源、环境等方面进行广泛调研，了解行业发展的最新动态与最新分析技术以及全方位的人才需求，确定内容丰富的培养目标和方案。积极深入企业调研，与企业技术人员沟通交流，加强对企业的了解，丰富企业实践经验，争取校企合作，达到双赢效果。在此过程中，使学生对产品的特点、分析方法、分析原理、检测规范与指标等得到充分了解。课程设计过程中，把学科前沿知识与科研成果融入实验过程中，力求理论联系实际，引导学生提出创新的、简便可行的、节约经济的分析方法。
工业分析实验教学大纲采取由简入难，难度梯度加深的方式进行设计。首先安排经典的基础性实验，例如原来大纲中“豆奶中还原糖的测定”，按照行业标准进行实验，可以巩固基础知识，纠正不规范操作，熟练做好实验记录并总结有效数据，使学生积累实验技能。在此基础上安排验证性实验，例如在测定糖含量的基础上增加蛋白质的测定等内容，综合考虑两种物质的同步分析，增加了灵活性和综合性，将所得结论与市售产品标注的含量进行相互验证，进一步夯实学生操作和实践技能。最后安排拓展性实验如豆奶中成分的全分析，可由学生主动查阅文献资料，设计试验方案，并开展实验，以此激发学生的兴趣，提升主观能动性，培养其自主创新能力。将实验内容与当前热点问题和市场行业需求紧密联系，坚持问题导向，充分调动学生自主设计能动性，培养学生的创新能力和解决实际问题的能力。同时，提高学生的专业核心竞争力，更快地适应现今社会的发展形势。
4.2、改进教学方法
传统的工业分析实验教学都是线下教学，一般通过多媒体和板书结合的方式进行。在新冠肺炎疫情特殊背景下，积极开展线上线下结合的方式进行教学，将网络媒体与实际操作相结合。录制详细的网络视频课程[5]，学生可以反复进行网络学习，进而加深对抽象概念和原理的理解。结合试验室的实际操作，培养学生掌握基本知识与技能，并深刻了解实验整个过程的来龙去脉，既调动了学生的学习积极性与主动性，也提高了教学质量。另外，将工业分析实验与现代先进的仪器分析技术结合，仪器的加入可以避免人工的主观判断，提高检测效率和精准度，还可以优化数据库信息，实现数据的自动化处理。同时，由原有的检测一种或几种物质扩展到几种物质或者是所有组分的连续全分析检测，扩大了分析范围，节约大量的时间。对于一些毒性较大或安全系数较高的实验，我们后期将增加虚拟仿真教学资源，通过模拟场景的方式实现可视化教学，培养学生利用教学软件与工具的能力，更加具有系统性，为将来在企业一线进行自动化操作与管理打下坚实的基础。
4.3、提高安全责任意识
随着技术创新和科技产业化的加快，以及环保意识的加强，必然对工业分析人员提出更高的要求。在实验过程与生产实际中，如果对样品的结构、成分和性质认识不清，随意取用或存放，很容易造成试剂变性，导致分析结果错误，为化工生产增加了难度，情况严重时甚至导致事故的发生。如食品和生物样品中，物质成分含量等条件的微量改变就有可能引发疾病，甚至人员伤亡。尤其一些样品具有一定的毒性、易燃易爆性、腐蚀性、放射性等，如果不注意控制条件，一个很小的疏忽和遗漏就会导致较大的误差，在生产实际中会造成巨大的经济损失，对生命财产安全具有极大的危害。因此，为了保证正常的生产并考虑核算成本和经济效益，工业分析实验要求学生在实验过程中必须严格按照操作标准和规范进行，保障反应条件、使用条件、保存条件以及应用条件等实验过程的安全，时刻警醒，把安全放在第一位；要求学生必须目的明确，充分了解产品的缺陷和优势，能够判断实验结果的优劣对错，为生产实际提供可靠有效的结论；要求学生必须认真细致，思维严谨，不畏繁杂，改正原始数据胡乱记录的陋习，得出的结论具有可重复性。另外，由于一些检测方法在企业实际生产过程中无法实现，这就要求学生能够根据实际情况对现有方法进行改进并进一步校准，对于新方案的合理性和重复性进一步验证，培养学生的创造力、风险意识和责任感。
4.4、培养科学素养
工业分析实验课程坚持以培养技能型人才为目标，除了需要及时更新教学内容和教学方法，提高学生的安全责任意识，还要培养学生增强自信力，树立严谨的科学精神、创新精神及团队精神。
首先，这门课程可以增强学生自信力。课程要求学生独立完成实验，学习实验方案的制订与实施，并将配制溶液、溶样、制样、测试、结果分析报告、实验废弃物处理等流程从头到尾全部操作一遍，思考每个实验过程的可行性和合理性。对于一些大型仪器的操作，学生担心损坏仪器，不愿意单独尝试操作。鉴于这些顾虑，学院给予了大量的经费支持，及时更换损坏的仪器设备，采用多次授课的形式，使得每一个学生能够进行实际操作。通过规范化的教学模式，使学生可以体会到实验成果的获得感和实验成功的满足感。对于失败的实验也能够深入思考，查找失误原因，吸取经验教训，让学生更能体会到实验的有趣有用，提高了学生的学习兴趣和自信心。
其次，这门课程培养学生严谨的科学精神。随着快速检测技术在工业分析中发挥着越来越重要的作用，要求采样、分析的数据要准确无误，因此学生要对自己的每一份检测报告都有敬畏心，今后的工作中要对整个工厂的安全担负起责任。这不仅需要学校加强实验教学管理力度，同时，指导教师也要严格遵守纪律和规矩，给学生做出表率，从而有效引导学生学以致用，培养学生严谨的科学态度和实事求是的科学精神。
再次，这门课程可以培养学生的创新能力。例如以往学生在预习时只是一味的抄书，对于实验过程中的细节问题没有深入思考。工业分析实验课程要求学生熟悉操作流程，根据实验内容进行一定的拓展，将实验过程中可能用到的仪器、试剂都列入预习，通过流程图的形式，将繁杂的实验步骤清晰地整理出来，并标注出关键点、重点，对于一些不合理的操作进行改进和创新，找出可以替代的方式方法，培养学生的创新能力和灵活应变能力。
最后，这门课程可以培养学生的团结精神。工业分析实验综合性和复杂性较强，有些分析实验不可能独立完成，这就要求学生团结协作共同实施，既节约时间，又提高效率，增强了实效性。通过实验还可以培养学生的协调能力和团队精神，围绕共同的目标努力，最终实现共赢。
总结
本文分析了工业分析实验课程的特点和现状，从革新教学内容、改进教学方法、提高责任安全意识、培养科学素养等四个方面进行整改，提高学生的主体地位及精益操作的实践能力，培养系统分析问题和解决问题的综合能力与创新能力。进一步规范学生职业道德、社会责任，努力将其培养成为高素质技能型人才。
参考文献
[1] 刘淑娟，张燮. 工业分析化学实验[M]. 北京: 化学工业出版社, 2017.
[2] 王涛. 《工业分析》课程“互联网＋课程思政”的设计与实践[J]. 轻工科技，2020, 36(8): 162-163.
[3] 李爱华，邓仕英. 《工业分析化学》课程教学改革初探[J]. 广州化工，2018, 46(8): 132-134.
[4] 未本美，汪海波，秦振华，等. 新工科背景下应用化学专业实验教学体系探究[J]. 山东化工，2020, 49(14): 235-236.
[5] 程治良. 工业分析技术课程实验视频化辅助教学的探索与实践[J]. 山东化工，2016, 45(12): 154-155, 157.
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