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绪论:在寻找写作灵感吗?爱发表网为您精选了8篇分析化学,愿这些内容能够启迪您的思维,激发您的创作热情,欢迎您的阅读与分享!
1根据分析原理
化学分析:用物质的化学反应作为基本原理进行分析,这种方法有着悠久的历史,是我们分析化学中的基本,是经典的分析方法。它通过物质的反应情况,来判定物质的化学组成部分。通过在化学反应中物质与生成物之间的数量关系来鉴别组分的相对含量。仪器分析:用物质的物理或化学性质为基本的分析方法,可以通过光化学、电化学、热磁、声等进行分析。使用仪器的话分析过程简单。分析的结过的准确度也比较高,但在物质的微量、痕量方面的分析准确度较低。
2化学分析与仪器分析的共同点
这两种分析方法都是可以定性或者定量的。化学分析法主要是作为含量相对来说高的分析方法,它的准确性很高,一般情况下可以到千分之几,而仪器分析而且它的精确度不低,但是精密性很低,因此只可以监测出常量还有半微量的含量,一般要高于5%以上,作为一般的常量分析中很不使用。
3化学分析与仪器分析的差异
两种方式的使用设置有不小的差别,化学分析普遍的监测被测分析物为常量或者是半微量,而且它的精确度不低,但是精密性很低,因此只可以监测出常量还有半微量的含量,监测微量成分的时候准确度很差乃至压根监测不到;使用这样的方法加以监测任务时需要它的误差不可以高于百分之零点一。仪器分析经常是对微量甚至痕微量展开分析,它的精确性不高但是精密度很好,可以设定或定性的准确监测部分,但是误差不小,通常都会高于百分之一。
4特点及两种方法的关系
仪器分析:仪器分析经常是对微量甚至痕微量展开分析,仪器分析的使用比较快捷灵敏,样品的需要量也很少,分析速度也很快。但它的精确性不高但是精密度很好,可以设定或定性的准确监测部分,但是误差不小,通常都会高于百分之一。在这两种分析方法中,仪器分析是建立在经典的化学分析的基础上,基本的仪器分析方法需要的样品之前的处理都是用化学分析的方法,有很多仪器在进行分析钱还要用化学分析的方法进行分离物质,仪器分析方法基本上可以作为相对的化学分析方法。大多数的分析仪器都有很高的灵敏度,但是仪器也有损坏不准确的适合,在现代社会,科技的进步速度越来越快,化学分析方法也慢慢变得更加现代化和智能化,从分析化学的可靠性和使用成本中来说,不能确切的说明哪种方法比哪种方法更好,化学分析有着合适的是使用范围,它所需的工具价格也不昂贵,而仪器分析方法也不能离开化学分析的方法来进行改正,所以仪器分析是无法代替化学分析方法的。在分析仪器的过程中,要选择合适的仪器进行配备是重要的问题。比如,某公司想要生产处高质量的产品,就要先建立分析实验室,才能保障产品质量安全,现在有部分企业因为一些分析仪器价格比较高昂,贪图小便宜,没有经过分析研究就上市,这就导致了现代社会中经常出现的“食品安全事故”和“破坏环境”等问题。所以无论是从一些小的产品还是我们每天的衣食住行中,如果没有这些分析,社会就无法进步,科学就无法向前发[4]。
5结束语
(赤峰学院医学院,内蒙古赤峰024000)
摘要:从分析化学理论课程名称与内容、实验课程名称与内容、实验类型、实验考核及实验效果检验等方面进行讨论,探讨分析化学的改革,为培养技能型人才积累经验.
关键词 :分析化学;改革;实验;技能型
中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1673-260X(2015)02-0018-02
基金项目:赤峰学院教学改革研究项目(JGXM201435)
不论是医学检验专业,还是药学专业的学生,在修完无机化学之后,均开始接触分析化学.无机化学是定性分析,而分析化学则是定量分析,无机化学实验主要是看实验现象,而分析化学实验则要求进行定量计算,此外还涉及到异常值的取舍、有效数字的运算和显著性检验等内容.对于药学专业的学生来说,学好分析化学尤其重要,因为它是其他专业课的基础.
在学院转型发展的大框架下,我们的培养目标发生了根本性的转变,因此我们的培养方案和课程体系也要相应地进行调整[1].作者准备对分析化学的理论课和实验课进行初步改革,将其与药物分析专业课进行整合,精简内容,节省学时,重点加强学生的实践能力的培养,为用人单位培养应用型人才.
2014年下半年,药学专业开始招收本科层次学生.作者意欲在本届学生中实施分析化学的改革.下面从分析化学理论课程名称和内容、实验课程名称和内容、实验类型、实验考核及实验效果检验等方面进行探讨,积累专业基础课改革的经验.
1分析化学理论课程名称和内容的改革
药物分析是采用分析化学的方法对药品的质量进行检验,因此分析化学是药物分析的工具,药物分析是分析化学的应用,二者相辅相成,缺一不可.以往的分析化学理论课程主要讲解各种分析方法,与药物分析的联系较少.为了凸显两门课程之间的这种基础与应用的密切关系[2],作者欲将分析化学课程更名为“药物分析基础”,在教学过程中,除了讲解各种分析方法之外,还要加入部分药物分析的内容,加深两门课程之间的联系.
以容量分析为例,在药物分析基础(即分析化学)课程的每一章内容中,首先详细介绍分析方法,然后讲解所用标准溶液的配制及标定,最后加入采用此分析方法进行定量分析的药物实例,其中必须包含标准溶液浓度和药物的含量测定计算,锻炼学生的计算能力.所选药物实例最好是一些经典药物,同时也应该是实验项目中的测定药物.这样从理论到实践,从基础到应用,环环相扣,使学生能更好地掌握所学内容,并付诸实践.
2分析化学实验课程名称和内容的改革
分析化学与药物分析互相补充,相辅相成,为了体现二者之间的密切关系,将分析化学实验与药物分析实验合并,称为“药物分析综合技能”.在药物分析综合技能中,前半部分主要进行分析化学基本操作及简单药物的含量测定,后半部分主要进行一些单方或复方制剂的质量检验,参考中国药典的质量检验方法,让学生提前熟悉法定药品标准.药物分析综合技能中的大部分学时用于锻炼学生的基本操作技能,同时加入部分综合型与设计型实验,培养学生的综合能力.
3实验类型的改革
目前的分析化学实验主要以验证型实验和操作型实验为主,鲜有综合型和设计型实验.这些实验无法锻炼学生的综合技能,使所培养学生的创新能力和综合能力较差.在学院转型发展的关键时期,我们准备将分析化学实验中加入部分综合型和设计型实验[3],培养学生分析问题、解决问题和理论联系实际的能力.为了让学生既掌握扎实的基本功,又能发展创新能力,可按不同比例安排不同类型的实验.操作技能型和验证型实验所占比例约为40%,综合型实验约占30%,设计型实验约占20%,另有10%可安排一些趣味性实验,增加实验的趣味性,寓教于乐,让学生快乐实验,而不是为了做实验而做实验.
譬如综合型实验以维生素C片为例,首先要求学生自行配制和标定碘标准溶液,然后测定维生素C片的含量,接下来可以让学生测一测日常生活中常见的含维生素C较多的蔬菜或水果,可将分析化学与药物分析及生活中的实际应用联系起来,使学生深刻体会到分析化学在各个学科领域及日常生活中的重要作用,从而更加认真刻苦地学习分析化学.
也可以让学生以水杨酸为原料,自己合成阿司匹林,精制后检测其质量,然后制成阿司匹林片,再检测片剂的质量及其中的杂质.整个实验中既涉及药物化学中的合成、分离及纯化技术,也包括药物分析的分离检测技术,此外还有药物制剂技术.通过这个综合实验,可以锻炼学生在各个相关学科的综合技能,为学生今后的实习和工作奠定坚实的基础.
再比如设计型实验,实验前一周,可以将普鲁卡因的结构式提供给学生,要求学生分析它的结构特点及性质,推测可用何种方法进行鉴别和含量测定,然后写出设计方案,方案中应包括试剂的配制、方法的选择、实验步骤的设计、数据的处理及结果的计算等.实验过程中,要求学生按照自己设计的方案配制试剂并进行实验,对实验数据进行处理和计算,最后得出合理的结论.在此过程中,不能保证每一个学生都能成功完成实验,可能会出现这样或那样的问题,引导学生分析问题产生的原因及解决办法,加深学生对实验目的及实验原理的理解,开阔学生的视野,锻炼他们应对不同问题的能力.
4实验考核的改革
我们以前从未在药学专业的学生中进行分析化学实验技能考核,因此也无从知道学生的实验效果.又因为实验类型主要以验证型实验为主,学生大多是“按方抓药”,实验过程中没有发现问题和解决问题的相关锻炼,没有自己思考的时间,无法将理论与实践进行有机结合,达不到应有的实验教学目的,因此作者准备将实验技能考核纳入考试中[5].
考核过程中,首先需要制定一套实验考核标准.既要包括定量分析中的一些基本技能,也要有综合技能,可将容量分析法和仪器分析法均纳入考核标准中.标准中的每一个实验步骤应被赋予一定的分值,要求学生必须规范操作,否则不予计分.还要进行实验结果和实验报告的考核,主要考查学生运用分析化学的理论知识处理实验数据的能力,通过化学专业术语描述实验现象的能力,根据实验结果判断药品质量的能力以及对反常实验结果的分析、讨论和解决能力.考核结束后,要求学生必须将所用的实验用具清洗干净方可离开,此项操作也应赋予一定的分值,培养学生及时清洗实验器材的良好习惯.考核标准一定要内容全面,应从多方面考核学生的实验技能,不能仅仅拘泥于操作考核.可将出勤率、实验报告、平时操作和期末实验考核成绩赋予不同的比例,综合起来计算总分.
其次是在平常的实验课中加强对学生基本操作技能的训练[4].每次必须保证4学时以上的时间用于操作训练,为了保证实验质量,可以在实验过程中,随时抽查,及时纠正学生的错误操作,让学生重视每一次实验.然后将学生的错误操作制作成视频或幻灯片,所有实验完成后,抽出少量学时,让学生观看视频或幻灯片,找出错误操作,提出改进方法,加深学生对正确操作的印象.通过一段时间的训练,当学生已经掌握定量分析的基本操作技能后,可将班级学生进行分组,轮流为同学们准备每一次实验的耗材和试剂,在准备的过程中,锻炼学生根据实验内容准确选择实验器具,同时熟练掌握配制各种浓度试剂溶液的方法.比如,维生素B1的含量测定中,中国药典规定“取本品0.1g,精密称定”,在准备实验的过程中,有的学生可能准备的是托盘天平,还有的学生准备的是千分之一精度的分析天平,这就是对测量精度理解不准确造成的.发现这个现象后,教师可以启发学生对他们准备的实验用具进行探讨,让学生用心思考或查找资料、同学之间互相交流或找教师咨询,最后得出正确答案,在以后的实验过程中就能够正确选择实验用具.
最后抽出一部分学时组织学生进行实验考核.考核采取抽签制,实验类型以设计型和综合型为主,几个教室可同时进行,每一个教室采用不同的测定方法,测定的是不同的药物,这样可以防止学生透漏考题、互相抄袭.
5实验效果检验的改革
为了配合学校转型发展及培养技能型人才的目标,我们准备进行实验效果的检验.可以通过实时追踪学生的实习与就业情况,定期到实习基地和工作单位进行调查,了解学生的实习和工作动态,倾听实习单位和用人单位对学生的评价,即时检验实验效果,并及时调整实验体系和实验内容,进一步完善实验考核标准,真正培养出企业所需专业人才.
参考文献:
〔1〕汤新云.构建高职药学专业分析化学课程新体系[J].卫生职业教育,2007,25(9):135-136.
〔2〕钮松召,屈爱桃,卢菲.药学类《分析化学》新形势下教学改革与实践[J].西北医学教育,2014,22(1):123-125.
〔3〕蔡怀鸿,孟建新,杨培慧,等.药学专业实验课程整合的研究[J].广东化工,2014,41(总267):176-177.
[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。
参考文献:
[1]王巧峰,王全军,刘雪英.药学专业无机化学教学实践与体会[J].基础医学教育,2014,16(7):507-508.
[2]杜利月.高职高专药物化学教学探讨[J].中国中医药现代远程教育,2012,10(5):54-55.
[3]彭婷婷,安芸,董晓辉.高职高专药物分析专业课程改革探讨[J].齐齐哈尔医学院学报,2011,32(18):3010-3011.
教师作为课程教学改革活动的实施者与组织者,他们的教学方式、教育思想直接影响着教学改革是否能顺利开展并有效实施。教师应该在深刻认识到传统教学中存在问题的基础上树立新的教学理念,从以传授知识为主的应试型教育,转变为以培养学生实践动手操作能力、职业素养、创新精神为主要目标的“理实一体化”教学模式,从以教师为课堂教学中心的注入式教育,转变为以教师主导作用和学生主体作用有机结合的素质教育,从培养应试教育人才,转变为培养素质教育人才。“理实一体化”教学模式借助现代化科技手段的新型教学模式,并且结合本校实际情况,重新确定了分析化学课程所需掌握的基础理论知识,并强调了基础教育改革课程理念在化学分析课程教学中的渗透,同时增加了综合型问题、研究型问题与创新型问题等课程内容的教学,对课堂教学内容进行优化重组,进而形成“基础型-综合型-创新型”的教学新体系。例如,在分析化学实验教学中,分别设计以基础技能为主的实验、知识与技能综合性验、具有开放性的创新型实验,在基础技能实验中,教师精心挑选出化学分析课程的精髓,如分析天秤称量练习、滴定分析法操作,重点训练学生的基本操作技能,并且理解“量”的具体含义。在综合性实验中,设计了如鸡蛋壳中钙含量的测定、自来水中氯离子含量的测量、奶粉质量中重要指标的测定等创新性实验,让学生学会对知识的迁移能力,以及能够灵活地运用分析化学的理论知识、化学实验仪器,解决实际问题,有利于学生创新思维能力的培养。这样让学生在做中教,教中学,加强学生在校学习内容与实际工作之间的联系与一致性,进而实现理实一体化教学模式。
2重组教学内容,课程设计模块化分析化学课程
“理实一体化”教学模式,是将理论知识讲解与实践教学、实验教学有机融合的一种模式,其在教学内容上的构建上,应以“实用为主,够用为度,应用为本”为选择依据,改变原来课程的教学顺序与教学体系,对教学重难点进行重组整合,分为若干个项目模块,同时结合分析化学课程专业岗位技能要求,重点挑选出常见的化学分析方法、实验原理、实现现象,弱化理论知识的推导验证,加强分析化学实验与实际应用教学的比例,以突显出岗位的需求。并将理论知识的教学巧妙地融入到实践教学中去,然后以实践应用为主,理论知识为辅,组织课堂教学知识点,设计出从浅入深、从简到难的课程项目。当前分析化学课程教学,多年来局限于传统的教学模式,学生的实验操作技能和实践能力培养已经不能满足行业于企业的要求,为此,我们通过对化工行业与企业的调研,与企业共同解析化工生产和分析检验的主要环节,针对每个项目的技能关键点设计技能模块,按照技能模块组织教学。主要分为分析天秤与称量技术、误差与分析数据处理技术、滴定分析常用仪器操作技术、酸碱滴定技术、氧化还原滴定技术、配位滴定技术、沉淀滴定技术、电位分析技术、紫外可见光谱技术、原子吸收技术、气相色谱技术、高效液相色谱技术共12个项目。这些项目基本包含了分析化学中所常见的四大分析方法与实验仪器分析,为了突出课程的实用性,在项目开始前,教师将所涉及知识点通过统一讲解与学生自学的方式,让学生掌握基本的理论条件,然后再进行实验项目。让学生在完成项目的过程中,学习新知识,边做边学,进而提高学生在分析化学方面的职业技能水平与实践能力。
3改变教学方式,模块教学现场化
分析化学课程传统的实践教学由于受到经费、条件、环境等方面的限制,难以适应教学改革与应用型人才培养的实际需求。为此,在“理实一体化”教学模式下,应打破传统教学中的课堂讲解方式,将分析化学的专业知识与专业技能融合教学,以“课堂-工作间”的方式,把教室搬到车间、实验室、化验室进行现场教学,学生边学边做,让学生完全参与到生产实践过程中去,打破以往传统的黑板上讲解分析化学的抽象、脱离实际、空洞的教学方式,推行理实一体化课堂,将专业知识与专业技能教学有机结合,让学生在做中学,在学中做,形成教、学、做合一,让学生完全地参与到实践生产中去。课外教学实践是帮助学生熟悉职场环境、掌握工作技能的重要途径,通常采用任务式教学模式,让学生们在自主探索中发现问题,并且不断地总结出完成任务的方法。例如,可以让学生几人一组,成立调查小组,分别调查在某一养鸡场内,其土壤与饲料中重金属离子是否超标,含量、分布情况。不同的学生会对于同一个问题分析的角度不同,课外教学实践有利于拓宽学生的视野范围,增强学生的团队协作能力、人际交往能力。此外,学校还可以与企业、实验室进行长期的合作,为学生提供实习基地,这样实现产、学、研三方面的综合,不仅为学生创造了良好的实践机会,促进了学生适应工作环境能力,而且学生在理论联系实际中发现了问题,可以有效地为企业提供技术支持,帮助他们解决企业生产中的问题。如与某水检测实验室建立合作,学生参与到水质监测、样本采集、数据分析等工作;与某农业局建立合作,学生参与到土质土壤的pH值、有机物质、含氮量、含磷量等项目的分析监测工作。通过实践教学现场化,有利于强化学生的自主学习能力、社会适应能力、沟通能力、心理承受能力与实践动手应用能力。
4以培养创新型人才为导向,构建科学考核体系
分析化学课程理实一体化教学改革,应以培养应用型、创新型人才为价值导向,构建科学的考核体系。将课程考核分为理论知识与实践操作两部分,学生总成绩考核体系组成:40%化学理论知识考核+20%平时成绩+40%实践操作技能。实践操作技能部分,主要从学生实验操作规范性与熟练性、实验数据处理、实验报告撰写等方面进行考核,平时成绩根据学生的日常学习态度、上课考勤记录、课堂参与度、课后作业等方面给予综合评分,要让学生通过分析化学课程的学习,提高自身的化学检验、化学分析等方面的能力,使其专业技能达到国家所颁布的化学分析工种的职业要求标准。
5结语
综上所述,“理实一体化”教学模式在分析化学课程改革中的应用,通过对课程教学内容进行合理重组,创新教学体系,课程设计模块化,项目设计现场化,同时采取丰富的教学手段与方式,有效地弥补了传统分析化学课堂教学中的不足,调动了学生的学习热情与兴趣,提高课堂教学效果的同时,为满足社会、企业发展需求培养出具有高素质、高水平、创新型、应用型的人才,为学生将来的就业奠定坚实基础,符合当前本科教学改革发展要求。
作者:孙强强 单位:商洛学院化学工程与现代材料学院
参考文献
[1]王琳娜,陈璟.高职分析化学课程理实一体化教学实践探索[J].科技创新导报,2016,13(12):116-117.
[2]蔡怀鸿,孟建新,杨培慧,等.应用型人才培养模式下的本科分析化学实验教学改革初探[J].广东化工,2014,41(1):176-177.
[3]袁东.应用型人才培养模式下的分析化学实践教学研究[J].齐鲁师范学院学报,2016,31(5):39-43.
一、分析化学在本科教学中出现的问题
学校分析化学课程安排时课时安排不够。分析化学较无机化学相比有以下特点:原理和仪器结构复杂、抽象、难懂;概念多、抽象、计算复杂、公式多难记忆。这就在客观上造成了分析化学的教学中老师教学难,学生学习难,教学效果不太好现象。而学校安排的课时不太宽裕,老师要在规定的课时内完成教学任务,只能摘重点讲,按着PPT一页页的往下翻,不管学生听懂没,只按教学计划讲,因为时间紧凑,只能在一节课安排更多内容才能完成教学安排。基本上没有习题课与答疑课,这就导致学生很难理解课程内容,也跟不上老师进度。学生在学习分析化学课时自信心不足,也不够重视。原理和仪器结构复杂、抽象、难懂;概念多、抽象、计算复杂、公式多难记忆。学生理解起来难度较大,加之老师讲课快,自己学习时间用的也不多,导致学生不懂得地方越积越多,而且有些知识点联系紧密,就会出现这一节还没听懂,下一节又开始了,更不知道老师在讲什么了。自信心与积极性受到了严重打击,加之觉得学这门课没有用,老师讲的比较枯燥,自己以后也不会干跟分析化学有关的工作,考试过了就行,便产生放松甚至放弃的态度。于是便出现了逃课,课堂上睡觉、聊天、玩手机等不合适的行为,如此恶性循环,不懂的地方越来越多,学习兴趣越来越少。老师讲课枯燥无味,课堂要求不严,缺乏与学生沟通。原理和仪器结构复杂、抽象、难懂;概念多、抽象、计算复杂、公式多难记忆,给老师备课带来不小难度。很多老师上课很枯燥,没有创新,引发不了学生兴趣。学生课堂表现不积极,老师上课积极性也就不高了,照着PPT读,一节课说个不停,与学生没有互动,上课方式很机械,一点也不灵活。有的代课老师把主要精力都放在了科研上,轻视了理论教学,这也是教学效果不好的一个重要原因。平时课堂要求不严,期末考核较松,考前划重点,有时甚至把考题范围都给了,学生学习压力不大,自然不会太用心。实验安排的不合理。分析化学实验大部分是验证型实验,做了一次又一次没有太大变化。实验讲义太细致,实验步骤详细,所需要药品溶液都已经提前被准备好了,学生做实验时只需按着讲义机械的做就行,不能彻底理解实验原理以及为什么做这个实验。有的老师在实验开始后便离开了,根本没做到用心指导。有的学生根本不动手做,老师在监督方面做得不到位。实验结束后进行数据处理,有的学生也不认真处理,抄完就算完事了,能力一点也没有提升。
二、关于分析化学教学与考核模式的探索
关键词:分析化学实验;教学改革;分析化学理论;反哺
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)22-0281-02
分析化学是化学类专业本科生的重要的必修专业基础课程,分析化学的教学质量的好坏在培养化学类专业本科生方面具有举足轻重的作用。分析化学实验是以实验操作为主的技能课程,其在分析知识的灵活应用和分析技术的训练方面起到重要的作用,是理论联系实际的桥梁。经过学习分析化学实验课程,学生能加深对基本知识如“量”与误差的理解,熟练掌握分析化学实验技能和基本操作,提高观察、分析和解决问题的能力,养成良好的实验习惯、严谨的科学态度和实事求是的工作作风。
我校分析化学于2007年获得硕士学位授权并开始招生,近年来分析化学方向获得过省部级奖励3次,承担国家自然科学基金项目9项、省部级项目6项、厅级项目10多项,申请专利10多项,100多篇。针对我校十三五发展规划,即从教学为主的高校逐步转向以教学研究为主的高校,改革教学质量的任务也迫在眉睫。因此,笔者在在分析化学实验教学的实践中进行了包括实验教材、实验内容、教学方法、考核方法等方面的大量探索,以强化了学生的理论知识和实际动手能力,同时通过实验教学反哺分析化学理论课程的教学改革和建设,全方位提升分析化学实验和理论课程教学质量。
一、精心选择实验教材,理论主讲教师参加实验课教学
分析化学理论教材和实验教材均选自武汉大学编著、高等教育出版社出版的《分析化学》(第五版)和《分析化学实验》(第五版),是高等教育出版社百门精品课程教材之一。笔者作为分析化学理论主讲教师,一直参加实验课教学,从而便于开展理论联系实际的教学方法,便于发现学生理论学习和实践操作方面的问题并及时解决问题。比如笔者根据学生用间接碘量法测铜合金中铜含量和络合滴定法测定自来水硬度的实验,将分析化学理论课内容穿插在在实验内容中,使学生对相关知识的掌握理解加深,同时通过实验课教学,使学生认识到树立“量”的正确概念的必要性和正确性。
二、合理设计实验教学内容,体现层次性和实用性
以实验教材为基础,根据高等教育改革方向要求和我校教学研究型学校的发展要求,建立了“基础型实验、综合设计型实验、开放创新型实验”的多层次实验教学内容体系,激发学生学习兴趣,提高学生分析技能,突出创新能力和实践能力的培养。
基础型实验是夯实学生实验基础、培养学生实验基本操作实施能力的关键,因此针对基础型实验,教师应对学生的基本操作训练进行全程指导,在天平称量、溶液配制、滴定和重量分析等基本操作方面对学生进行专题训练。让每个学生都能规范和熟练地掌握上述基本操作。
综合设计型的实验是以综合性、设计性分析化学实验为主,结合分析化学的前沿技术和方法,体现系统性、前沿性和全面性,要求学生结合多种实验操作技能、前沿技术和多个理论知识制定详细的研究方案,设计具体的实验路线,选择合适的实验操作仪器,以期提升学生对分析化学实验中问题的分析能力和解决能力,注重学生的能力培养,以养成良好的科学素质,基本掌握化学研究的一般方法。我们在综合型实验中开设了如“混合碱组成的测定”和“食用米醋中总酸量和氨基酸氮含量的测定”等实验项目,联系生产生活实际,既让学生真切体会到化学实验和生活息息相关,又培养了其利用理论知识解决实际问题的能力。
开放创新型实验通过“挑战杯选拔赛”和教师的科研课题而设计,依托学校开放实验室平台实现,引导学生进入学术领域,促进学生的本科教学课程知识与学科科研的互动,调动学生学习该课程的主动性和积极性。通过“挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛华东交通大学选拔赛”平台,学生根据自己的兴趣和指导老师的科研课题情况,自主撰写项目申请书、项目方案设计和完成项目实验内容,从而启发、激励学生的创新思维,使学生进一步夯实分析化学理论基础和实验技能基础,同时也使学生的创新思维和创新能力得到发展。指导老师在评审挑战杯项目申请书时,主要侧重项目申请书有无独特的见解、有无新颖的设计思路和有无现实可行性等,筛选出优秀的挑战杯项目参加“挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛华东交通大学选拔赛”。例如筛选的层层组装法构筑碳纳米管修饰电极及其应用和无试剂型分子印迹电化学传感器的研制和应用均获得“挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛江西赛区”三等奖。同时,笔者以科研为驱动力,带动学科建设和实验教学,每年从科研工作中抽取部分成果编写实验项目,确保实验内容与时俱进且具有较高的创新性。
三、建立闭环量化考核体系,提高教学效果
为充分调动学生积极性、自觉性、提高教学质量,并使成绩能够客观地反映学生对知识和操作技能的掌握程度,我们建立了“实验学习前(预习考核)+实验学习中(平时考核)+实验学习后(期末考核)”的闭环量化考核体系,并对各个环节的考核进行了具体量化(如表1所示)。
实验预习考核能督促学生了解实验的原理,明确实验的难点、关键步骤,做到“有备而来”,带着问题上课,发挥学生的主观能动性。平时考核占比达到50%,注重延伸和累计效果,有利于培养学生严谨的态度。期末考核由笔试和操作考核两部分组成,笔试主要考查分析化学实验原理、实验后的问题解决和重要实验条件的把控等内容,这些内容与分析化学理论教学紧密相关,反哺理论教学;操作设计考核在考查学生基本实验方案设计、操作能力、数据处理能力和实验报告撰写能力的同时还通过附带思考题的方式考查学生的创新科研能力。
四、结语
实践表明,分析化学实验教学不仅是培养学生的基本实验操作能力、解决实验问题的思维能力和设计新型实验项目的创新能力的重要环节,也是帮助学生牢固掌握分析化学理论,反哺理论教学的重要手段。通过实验教学的改革,我们能明显地感觉到学生在实验积极性、理论知识掌握及实验动手能力和创新能力方面的很大提高。为适应学校发展方向和社会发展需要,我们将不断探索如何将分析化学实验教学与理论教学、前沿科学、实际生产和现实生活需要更紧密结合,有效激发了学生学习兴趣和热情,提高学生综合素质、创新实践和科研能力。
参考文献:
[1]俞汝勤,梁逸增.分析化学教学的发展[J].大学化学,2000,15(1):1-4.
[2]李秀华.优化分析化学实验教学的探索[J].福建师范大学学报:自然科学版,2011,(5):30-33.
[3]张华山.分析化学国家精品课程的建设及课程开放思考[J].中国大学教学,2013,(3):54-56.
关键词:纳米通道; ; 单分子检测; DNA测序; 综述
1引言
自20世纪70年代以来,随着光学、微机电加工(MEMS)、纳米科技等的飞速进展,已经发展了一些可以使工作者在单分子水平上探索生命体系的新工具。它们主要包括原子力显微镜(AFM)、基于荧光的技术、光磁镊等,这些技术已经可以使人们探讨生命体系的结构与功能。结合传统的分析技术(例如,X射线晶体学、NMR与凝胶电泳等),单分子技术已经在探索神秘的生命体系及其过程中(例如,DNA的复制、ATP的合成、不同物质穿越细胞等)展现了曙光[1]。
生物体内存在各种各样的及纳米通道,它们是连接内部与外部并进行能量、物质交换的途径[2]。科学家们受细胞膜上离子通道的启发制备了多种人工体系,例如蛋白与人工固态等, 不仅促进了新型生物传感器、纳流控装置、分子过滤设备、单分子检测等方面的快速发展,而且极大地加快了第三代DNA测序研究的进步[3]。目前主要是从这些装置的形状上区分和纳米通道:被简单定义为直径在1~100 nm之间,且直径(d)≥其深度(l)的孔;如果孔的深度远远大于其直径,则称这种结构为纳米通道。目前已构建的纳米尺度装置包括生物(通道)(由各类蛋白质分子镶在磷脂膜上组成)、固态(通道)(包括各种硅基材料、SiNx、碳纳米管、石墨烯、玻璃纳米管等)及上述两类相结合的杂化(通道)。基于这些纳米尺度装置的,均将其简称为(Nanopore analytical chemistry)或分析学(Nanopore analytics)或学(Nanoporetics)。基于的传感技术可能是最年轻的单分子技术,该技术无需标记、无需放大[4]。2简介
在的发展历程中,有几项工作是至关重要的。Coulter于20世纪40年代末提出了基于孔(Porebased)传感的概念,并发明了库尔特粒度仪(Coulter counter)[5]。库尔特粒度仪的测量原理相对简单(见图1a),将一个带有小孔(_SymbolmA@_m~mm)的绝缘膜分开两个电解质槽,分别插入两根电极后测量离子通过小孔时电导(电流)的变化。Coulter的发明不仅能够测定小的粒子,更重要的是可以对细胞进行分筛和计数,是历史上为数不多的、对于临床诊断与检测具有革命性意义的发明。
另外,1976年Neher和Sakamann采用微米玻璃管所发明的膜片钳技术,测量膜电势、研究膜蛋白及离子通道,对于研究进程具有重要的意义,两人于1991年获得生理与医学诺贝尔奖[6]。1977年Deblois和Bean采用径迹蚀刻法使库尔特粒度仪的孔径缩小到亚微米,这样可以检测纳米颗粒与病毒[7]。对于基于孔传感概念的真正的第是1996年Kasianowicz等[8]采用从金黄色葡萄球菌分泌得到的崛苎兀ㄡHemolysin)镶嵌于磷脂膜上,用于检测单链DNA(ssDNA)(图1b)。他们不仅将孔径从m(mm)降到nm级,而且将分析对象从细胞扩展到离子与生物分子。另外,还引入了一个与化学紧密相关的问题 ―― 纳米尺度界面问题(所有分析物与或通道均有相互作用),突显了化学的重要性。该工作不仅宣布了学()的诞生,更重要的是它提供了快速、廉价DNA测序的可能性,使的研究得到了各国政府、各大公司及学术界的高度关注与投入。2001年, 物理学家们也加入到的研究中,Golovchenko等[9]采用离子束在SiN薄膜上制备固态孔。其优点显而易见,主要是经久耐用,易于集成化。近年来将生物与固态孔相结合,形成了杂化孔,有望结合两者的优点[10];另外,还将玻璃纳米管[11,12],单层石墨烯用来制备[13]。的研究是典型的交叉学科研究,目前朝气蓬勃、方兴未艾[14,15]。图2列出了一些目前研究中采用的。
区域和放大器电容噪声大于40 kHz的区域。首先讨论1f区域,当无外加电压时噪声是平的,主要是由热扰动引起的;当有外加电压时噪声与频率的负二次方成正比。另外,1f的斜率值与离子穿越的流量有关。第二区域是高频区域,随着频率的增加,噪音增高。在该区域,膜电容主导电流噪音平方谱,随着测量频率带宽的增大,噪音增强。通常采用模拟或数字低通滤波器来减少高频带宽所引起的噪音,但同时,测量的时间分辨率将会受到较大影响,也会影响测量信号及掩蔽分子穿越的一些重要特性,特别是掩蔽DNA测序中的结构信息及单碱基分辨率。近年来,大量的工作在于改进分子穿越的信号质量,例如,通过改进支撑膜的物质的介电性质,优化屏蔽效果可以减小膜电容;优化的设计、选择适当的支持电解质和控制外加电压等均可改进测量信号。更加详细的有关噪音的工作可参考近期的一些工作及综述[16~19]。
由于实验考核是阶段性的,目的是检查学生阶段学习之后的知识和技能的综合运用能力。因此,实验考核应结合前段所学的内容,并尽可能反映出实验操作质量的实验。例如:在定性分析实验中,选择几种常见阴阳离子混合液的分离和鉴定。将分析化学实验的实验一和二中的已知改为未知,但可以指定一定范围,适当降低实验考核难度。再如:在分析天平与称量的实验中,可以将笔试与称量练习相结合,既考核学生的理论知识掌握情况,又注重学生的实际操作技能的培养。笔试知识点可以选择:
①分析天平的性能测定(分析天平的结构、主要部件的名称和作用,天平性能的检测方法,天平的使用和保管规则共三部分的内容);
②分析天平常见故障及排除方法;
③分析天平的使用规则(包括天平室的规则和分析天平的使用规则);
④分析天平的称量方法(直接称量法、递减称量法和固定质量称量法三种基本方法);
⑤进入实验实训环节,完成“实验四分析天平的称量练习”;⑥课后两天上交完整规范的实验实训报告。实验考核的内容应该从一般的简单实验到较难的综合实验慢慢过渡,逐步提高。
二、公布实验考核的内容和要求
笔者认为,实验考核应让学生在有准备的情况下进行,事先将实验考核的内容和具体的要求印发给学生,等到考试时,再临时抽签,以确定每个人的具体实验考核项目。一般是在相近的分组内容中,相邻或相对的实验台选择不同的试题。例如:在定量分析中,从四大滴定中,各选择一组实验题。将分析化学实验的实验六至二十三作为内容。教师从基本操作技能,仪器的使用、药品的配制与取用,实验步骤的安排、书写,关键注意事项,实验数据的记录,误差处理,实验报告的正确书写,课后实验思考题的完成情况等几大方面进行详细要求。
三、仪器药品的准备及收集结果
为了保证每个学生的实验考核处于等同的条件下进行,实验用品必须做好充分的准备。这样根据实验结果所作出的评定,才能反映各人完成实验的能力。依据公平原则制定统一的评定标准。让每位教师最多看两名学生,只有这样的纪律保证,才能使学生的实验努力完成。例如:在定量分析中,误差是评定实验结果这一成绩的重要指标。实验完成后,及时收集“实验结果”。实验数据的记录必须做到及时、准确、清楚,坚持实事求是的科学态度,严禁随意拼凑和伪造数据,尽可能采用列表法做原始记录。实验原始数据经监考教师检查签字后方可有效。而且允许学生实验报告回去再做,然后统一交来。对实验中出现的现象与问题,应加以分析和讨论,总结经验和教训。特别要在实验过程中注重培养学生和年轻教师提高分析问题和解决问题的能力。
四、成绩评定
这是一项综合的、较复杂的工作,要制定出合理的科学的评分标准,可参照分析化学实验附录三:分析化学实验基本技能考核项目与评分细则,宜采用等级制评分(5分制)。从分析天平的称量操作,容量瓶、移液管的使用与定容、移取溶液的操作,滴定管的使用与滴定操作,分析天平、分光光度计、酸度计等精密仪器的操作。这四大方面,制定评分细则,超时扣分,应采用百分制较公平。对于定性分析、定量分析和仪器分析三部分内容的评分细则,逐条逐项给出评分标准,并在今后的实验考核中逐步完善。这样,既突出了考核内容的整体性,又把握了评分标准的可操作性。
五、考核后的分析讲评