一、實(shí)驗(yàn)3.1
題目：
考慮線性方程組，，，編制一個(gè)能自動(dòng)選取主元，又能手動(dòng)選取主元的求解線性代數(shù)方程組的Gauss消去過(guò)程。
（1）取矩陣，，則方程有解。取計(jì)算矩陣的條件數(shù)。分別用順序Gauss消元、列主元Gauss消元和完全選主元Gauss消元方法求解，結(jié)果如何？
（2）現(xiàn)選擇程序中手動(dòng)選取主元的功能，每步消去過(guò)程都選取模最小或按模盡可能小的元素作為主元進(jìn)行消元，觀察并記錄計(jì)算結(jié)果，若每步消去過(guò)程總選取按模最大的元素作為主元，結(jié)果又如何？分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
（3）取矩陣階數(shù)n=20或者更大，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，觀察記錄并分析不同的問(wèn)題及消去過(guò)程中選擇不同的主元時(shí)計(jì)算結(jié)果的差異，說(shuō)明主元素的選取在消去過(guò)程中的作用。
（4）選取其他你感興趣的問(wèn)題或者隨機(jī)生成的矩陣，計(jì)算其條件數(shù)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，觀察記錄并分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
1.
算法介紹
首先，分析各種算法消去過(guò)程的計(jì)算公式，
順序高斯消去法：
第k步消去中，設(shè)增廣矩陣中的元素（若等于零則可以判定系數(shù)矩陣為奇異矩陣，停止計(jì)算），則對(duì)k行以下各行計(jì)算，分別用乘以增廣矩陣的第行并加到第行，則可將增廣矩陣中第列中以下的元素消為零；重復(fù)此方法，從第1步進(jìn)行到第n-1步，則可以得到最終的增廣矩陣，即；
列主元高斯消去法：
第k步消去中，在增廣矩陣中的子方陣中，選取使得，當(dāng)時(shí)，對(duì)中第行與第行交換，然后按照和順序消去法相同的步驟進(jìn)行。重復(fù)此方法，從第1步進(jìn)行第n-1步，就可以得到最終的增廣矩陣，即；
完全主元高斯消去法：
第k步消去中，在增廣矩陣中對(duì)應(yīng)的子方陣中，選取使得，若或，則對(duì)中第行與第行、第列與第列交換，然后按照和順序消去法相同的步驟進(jìn)行即可。重復(fù)此方法，從第1步進(jìn)行到第n-1步，就可以得到最終的增廣矩陣，即；
接下來(lái)，分析回代過(guò)程求解的公式，容易看出，對(duì)上述任一種消元法，均有以下計(jì)算公式：
2.
實(shí)驗(yàn)程序的設(shè)計(jì)
一、輸入實(shí)驗(yàn)要求及初始條件；
二、計(jì)算系數(shù)矩陣A的條件數(shù)及方程組的理論解；
三、對(duì)各不同方法編程計(jì)算，并輸出最終計(jì)算結(jié)果。
3.
計(jì)算結(jié)果及分析
（1）
先計(jì)算系數(shù)矩陣的條件數(shù)，結(jié)果如下，
可知系數(shù)矩陣的條件數(shù)較大，故此問(wèn)題屬于病態(tài)問(wèn)題，
b或A的擾動(dòng)都可能引起解的較大誤差；
采用順序高斯消去法，計(jì)算結(jié)果為：
最終解為x=(1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000001,
0.999999999999998,
1.000000000000004,
0.999999999999993,
1.000000000000012,
0.999999999999979,
1.000000000000028)T
使用無(wú)窮范數(shù)衡量誤差，得到=2.842170943040401e-14，可以發(fā)現(xiàn)，采用順序高斯消元法求得的解與精確解之間誤差較小。通過(guò)進(jìn)一步觀察，可以發(fā)現(xiàn)，按照順序高斯消去法計(jì)算時(shí)，其選取的主元值和矩陣中其他元素大小相近，因此順序高斯消去法方式并沒(méi)有對(duì)結(jié)果造成特別大的影響。
若采用列主元高斯消元法，則結(jié)果為：
最終解為x=(1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000)T
同樣使用無(wú)窮范數(shù)衡量誤差，有=0；
若使用完全主元高斯消元法，則結(jié)果為
最終解x=(1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000,
1.000000000000000)T
同樣使用無(wú)窮范數(shù)衡量誤差，有=0；
（2）
若每步都選取模最小或盡可能小的元素為主元，則計(jì)算結(jié)果為
最終解x=(1.000000000000000
1.000000000000000
1.000000000000000
1.000000000000001
0.999999999999998
1.000000000000004
0.999999999999993
1.000000000000012
0.999999999999979
1.000000000000028)T
使用無(wú)窮范數(shù)衡量誤差，有為2.842170943040401e-14；而完全主元消去法的誤差為=0。
從（1）和（2）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，列主元消去法和完全主元消去法都得到了精確解，而順序高斯消去法和以模盡量小的元素為主元的消去法沒(méi)有得到精確解。在后兩種消去法中，由于程序計(jì)算時(shí)的舍入誤差，對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響，但由于方程組的維度較低，并且元素之間相差不大，所以誤差仍比較小。
為進(jìn)一步分析，計(jì)算上述4種方法每步選取的主元數(shù)值，并列表進(jìn)行比較，結(jié)果如下：
第n次消元
順序
列主元
完全主元
模最小
1
6.000000000000000
8
8
6.000000000000000
2
4.666666666666667
8
8
4.666666666666667
3
4.285714285714286
8
8
4.285714285714286
4
4.133333333333333
8
8
4.133333333333333
5
4.064516129032258
8
8
4.064516129032258
6
4.031746031746032
8
8
4.031746031746032
7
4.015748031496063
8
8
4.015748031496063
8
4.007843137254902
8
8
4.007843137254902
9
4.003913894324853
8
8
4.003913894324853
10
4.001955034213099
0.015617370605469
0.015617370605469
4.001955034213099
從上表可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)這個(gè)方程組而言，順序高斯消去選取的主元恰好事模盡量小的元素，而由于列主元和完全主元選取的元素為8，與4在數(shù)量級(jí)上差別小，所以計(jì)算過(guò)程中的累積誤差也較小，最終4種方法的輸出結(jié)果均較為精確。
在這里，具體解釋一下順序法與模最小法的計(jì)算結(jié)果完全一致的原因。該矩陣在消元過(guò)程中，每次選取主元的一列只有兩個(gè)非零元素，對(duì)角線上的元素為4左右，而其正下方的元素為8，該列其余位置的元素均為0。在這樣的情況下，默認(rèn)的主元也就是該列最小的主元，因此兩種方法所得到的計(jì)算結(jié)果是一致的。
理論上說(shuō)，完全高斯消去法的誤差最小，其次是列主元高斯消去法，而選取模最小的元素作為主元時(shí)的誤差最大，但是由于方程組的特殊性（元素相差不大并且維度不高），這個(gè)理論現(xiàn)象在這里并沒(méi)有充分體現(xiàn)出來(lái)。
（3）
時(shí)，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程，各種方法的計(jì)算結(jié)果如下所示，在這里，仍采用無(wú)窮范數(shù)衡量絕對(duì)誤差。
順序高斯消去法
列主元高斯消去
完全主元高斯消去
選取模最小或盡可能小元素作為主元消去
X
1.000000000000000
1.000000000000000
1.000000000000000
1.000000000000001
0.999999999999998
1.000000000000004
0.999999999999993
1.000000000000014
0.999999999999972
1.000000000000057
0.999999999999886
1.000000000000227
0.999999999999547
1.000000000000902
0.999999999998209
1.000000000003524
0.999999999993179
1.000000000012732
0.999999999978173
1.000000000029102
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1.000000000000000
1.000000000000000
1.000000000000000
1.000000000000001
0.999999999999998
1.000000000000004
0.999999999999993
1.000000000000014
0.999999999999972
1.000000000000057
0.999999999999886
1.000000000000227
0.999999999999547
1.000000000000902
0.999999999998209
1.000000000003524
0.999999999993179
1.000000000012732
0.999999999978173
1.000000000029102
2.910205409989430e-11
2.910205409989430e-11
可以看出，此時(shí)列主元和完全主元的計(jì)算結(jié)果仍為精確值，而順序高斯消去和模盡可能小方法仍然產(chǎn)生了一定的誤差，并且兩者的誤差一致。與n=10時(shí)候的誤差比相比，n=20時(shí)的誤差增長(zhǎng)了大約1000倍，這是由于計(jì)算過(guò)程中舍入誤差的不斷累積所致。所以，如果進(jìn)一步增加矩陣的維數(shù)，應(yīng)該可以看出更明顯的現(xiàn)象。
（4）
不同矩陣維度下的誤差如下，在這里，為方便起見(jiàn)，選取2-條件數(shù)對(duì)不同維度的系數(shù)矩陣進(jìn)行比較。
維度
條件數(shù)
順序消去
列主元
完全主元
模盡量小
1.7e+3
2.84e-14
2.84e-14
1.8e+6
2.91e-11
2.91e-11
5.7e+7
9.31e-10
9.31e-10
1.8e+9
2.98e-08
2.98e-08
1.9e+12
3.05e-05
3.05e-05
3.8e+16
3.28e+04
3.88e-12
3.88e-12
3.28e+04
8.5e+16
3.52e+13
4.2e-3
4.2e-3
3.52e+13
從上表可以看出，隨著維度的增加，不同方法對(duì)計(jì)算誤差的影響逐漸體現(xiàn)，并且增長(zhǎng)較快，這是由于舍入誤差逐步累計(jì)而造成的。不過(guò)，方法二與方法三在維度小于40的情況下都得到了精確解，這兩種方法的累計(jì)誤差遠(yuǎn)比方法一和方法四慢；同樣地，出于與前面相同的原因，方法一與方法四的計(jì)算結(jié)果保持一致，方法二與方法三的計(jì)算結(jié)果保持一致。
4.
結(jié)論
本文矩陣中的元素差別不大，模最大和模最小的元素并沒(méi)有數(shù)量級(jí)上的差異，因此，不同的主元選取方式對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響在維度較低的情況下并不明顯，四種方法都足夠精確。
對(duì)比四種方法，可以發(fā)現(xiàn)采用列主元高斯消去或者完全主元高斯消去法，可以盡量抑制誤差，算法最為精確。不過(guò)，對(duì)于低階的矩陣來(lái)說(shuō)，四種方法求解出來(lái)的結(jié)果誤差均較小。
另外，由于完全選主元方法在選主元的過(guò)程中計(jì)算量較大，而且可以發(fā)現(xiàn)列主元法已經(jīng)可以達(dá)到很高的精確程度，因而在實(shí)際計(jì)算中可以選用列主元法進(jìn)行計(jì)算。
附錄：程序代碼
clear
clc;
format
long;
%方法選擇
n=input(＇矩陣A階數(shù):n=＇);
disp(＇選取求解方式＇);
disp(＇1
順序Gauss消元法，2
列主元Gauss消元法，3
完全選主元Gauss消元法，4
模最小或近可能小的元素作為主元＇);
a=input(＇求解方式序號(hào)：＇);
%賦值A(chǔ)和b
A=zeros(n,n);
b=zeros(n,1);
for
i=1:n
A(i,i)=6;
if
i>1
A(i,i-1)=8;
end
if
i
A(i,i+1)=1;
end
end
for
i=1:n
for
j=1:n
b(i)=b(i)+A(i,j);
end
end
disp(＇給定系數(shù)矩陣為：＇);
A
disp(＇右端向量為：＇);
b
%求條件數(shù)及理論解
disp(＇線性方程組的精確解：＇);
X=(A＼b)＇
fprintf(＇矩陣A的1-條件數(shù):
%f
＼n＇,cond(A,1));
fprintf(＇矩陣A的2-條件數(shù):
%f
＼n＇,cond(A));
fprintf(＇矩陣A的無(wú)窮-條件數(shù):
%f
＼n＇,cond(A,inf));
%順序Gauss消元法
if
a==1
A1=A;b1=b;
for
k=1:n
if
A1(k,k)==0
disp(＇主元為零，順序Gauss消元法無(wú)法進(jìn)行＇);
break
end
fprintf(＇第%d次消元所選取的主元：%g＼n＇,k,A1(k,k))
%disp(＇此次消元后系數(shù)矩陣為：＇);
%A1
for
p=k+1:n
l=A1(p,k)/A1(k,k);
A1(p,k:n)=A1(p,k:n)-l*A1(k,k:n);
b1(p)=b1(p)-l*b1(k);
end
end
x1(n)=b1(n)/A1(n,n);
for
k=n-1:-1:1
for
w=k+1:n
b1(k)=b1(k)-A1(k,w)*x1(w);
end
x1(k)=b1(k)/A1(k,k);
end
disp(＇順序Gauss消元法解為:＇);
disp(x1);
disp(＇所求解與精確解之差的無(wú)窮-范數(shù)為＇);
norm(x1-X,inf)
end
%列主元Gauss消元法
if
a==2
A2=A;b2=b;
for
k=1:n
[max_i,max_j]=find(A2(:,k)==max(abs(A2(k:n,k))));
if
max_i~=k
A2_change=A2(k,:);
A2(k,:)=A2(max_i,:);
A2(max_i,:)=A2_change;
b2_change=b2(k);
b2(k)=b2(max_i);
b2(max_i)=b2_change;
end
if
A2(k,k)==0
disp(＇主元為零，列主元Gauss消元法無(wú)法進(jìn)行＇);
break
end
fprintf(＇第%d次消元所選取的主元：%g＼n＇,k,A2(k,k))
%disp(＇此次消元后系數(shù)矩陣為：＇);
%A2
for
p=k+1:n
l=A2(p,k)/A2(k,k);
A2(p,k:n)=A2(p,k:n)-l*A2(k,k:n);
b2(p)=b2(p)-l*b2(k);
end
end
x2(n)=b2(n)/A2(n,n);
for
k=n-1:-1:1
for
w=k+1:n
b2(k)=b2(k)-A2(k,w)*x2(w);
end
x2(k)=b2(k)/A2(k,k);
end
disp(＇列主元Gauss消元法解為:＇);
disp(x2);
disp(＇所求解與精確解之差的無(wú)窮-范數(shù)為＇);
norm(x2-X,inf)
end
%完全選主元Gauss消元法
if
a==3
A3=A;b3=b;
for
k=1:n
VV=eye(n);
[max_i,max_j]=find(A3(k:n,k:n)==max(max(abs(A3(k:n,k:n)))));
if
numel(max_i)==0
[max_i,max_j]=find(A3(k:n,k:n)==-max(max(abs(A3(k:n,k:n)))));
end
W=eye(n);
W(max_i(1)+k-1,max_i(1)+k-1)=0;
W(k,k)=0;
W(max_i(1)+k-1,k)=1;
W(k,max_i(1)+k-1)=1;
V=eye(n);
V(k,k)=0;
V(max_j(1)+k-1,max_j(1)+k-1)=0;
V(k,max_j(1)+k-1)=1;
V(max_j(1)+k-1,k)=1;
A3=W*A3*V;
b3=W*b3;
VV=VV*V;
if
A3(k,k)==0
disp(＇主元為零，完全選主元Gauss消元法無(wú)法進(jìn)行＇);
break
end
fprintf(＇第%d次消元所選取的主元：%g＼n＇,k,A3(k,k))
%disp(＇此次消元后系數(shù)矩陣為：＇);
%A3
for
p=k+1:n
l=A3(p,k)/A3(k,k);
A3(p,k:n)=A3(p,k:n)-l*A3(k,k:n);
b3(p)=b3(p)-l*b3(k);
end
end
x3(n)=b3(n)/A3(n,n);
for
k=n-1:-1:1
for
w=k+1:n
b3(k)=b3(k)-A3(k,w)*x3(w);
end
x3(k)=b3(k)/A3(k,k);
end
disp(＇完全選主元Gauss消元法解為:＇);
disp(x3);
disp(＇所求解與精確解之差的無(wú)窮-范數(shù)為＇);
norm(x3-X,inf)
end
%模最小或近可能小的元素作為主元
if
a==4
A4=A;b4=b;
for
k=1:n
AA=A4;
AA(AA==0)=NaN;
[min_i,j]=find(AA(k:n,k)==min(abs(AA(k:n,k))));
if
numel(min_i)==0
[min_i,j]=find(AA(k:n,k)==-min(abs(AA(k:n,k:n))));
end
W=eye(n);
W(min_i(1)+k-1,min_i(1)+k-1)=0;
W(k,k)=0;
W(min_i(1)+k-1,k)=1;
W(k,min_i(1)+k-1)=1;
A4=W*A4;
b4=W*b4;
if
A4(k,k)==0
disp(＇主元為零，模最小Gauss消元法無(wú)法進(jìn)行＇);
break
end
fprintf(＇第%d次消元所選取的主元：%g＼n＇,k,A4(k,k))
%A4
for
p=k+1:n
l=A4(p,k)/A4(k,k);
A4(p,k:n)=A4(p,k:n)-l*A4(k,k:n);
b4(p)=b4(p)-l*b4(k);
end
end
x4(n)=b4(n)/A4(n,n);
for
k=n-1:-1:1
for
w=k+1:n
b4(k)=b4(k)-A4(k,w)*x4(w);
end
x4(k)=b4(k)/A4(k,k);
end
disp(＇模最小Gauss消元法解為:＇);
disp(x4);
disp(＇所求解與精確解之差的無(wú)窮-范數(shù)為＇);
norm(x4-X,inf)
end
二、實(shí)驗(yàn)3.3
題目：
考慮方程組的解，其中系數(shù)矩陣H為Hilbert矩陣：
這是一個(gè)著名的病態(tài)問(wèn)題。通過(guò)首先給定解（例如取為各個(gè)分量均為1）再計(jì)算出右端的辦法給出確定的問(wèn)題。
（1）選擇問(wèn)題的維數(shù)為6，分別用Gauss消去法（即LU分解）、J迭代法、GS迭代法和SOR迭代法求解方程組，其各自的結(jié)果如何？將計(jì)算結(jié)果與問(wèn)題的解比較，結(jié)論如何。
（2）逐步增大問(wèn)題的維數(shù)，仍用上述的方法來(lái)解它們，計(jì)算的結(jié)果如何？計(jì)算的結(jié)果說(shuō)明的什么？
（3）討論病態(tài)問(wèn)題求解的算法。
1.
算法設(shè)計(jì)
對(duì)任意線性方程組，分析各種方法的計(jì)算公式如下，
（1）Gauss消去法：
首先對(duì)系數(shù)矩陣進(jìn)行LU分解，有，則原方程轉(zhuǎn)化為，令，則原方程可以分為兩步回代求解：
具體方法這里不再贅述。
（2）J迭代法：
首先分解，再構(gòu)造迭代矩陣，其中
，進(jìn)行迭代計(jì)算，直到誤差滿足要求。
（3）GS迭代法：
首先分解，再構(gòu)造迭代矩陣
，其中
，進(jìn)行迭代計(jì)算，直到誤差滿足要求。
（4）SOR迭代法：
首先分解，再構(gòu)造迭代矩陣
，其中，進(jìn)行迭代計(jì)算，直到誤差滿足要求。
2.
實(shí)驗(yàn)過(guò)程
一、根據(jù)維度n確定矩陣H的各個(gè)元素和b的各個(gè)分量值；
二、選擇計(jì)算方法（
Gauss消去法，J迭代法，GS迭代法，SOR迭代法），對(duì)迭代法設(shè)定初值，此外SOR方法還需要設(shè)定松弛因子；
三、進(jìn)行計(jì)算，直至滿足誤差要求（對(duì)迭代法，設(shè)定相鄰兩次迭代結(jié)果之差的無(wú)窮范數(shù)小于0.0001；
對(duì)SOR方法，設(shè)定為輸出迭代100次之后的結(jié)果及誤差值），輸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
3.
計(jì)算結(jié)果及分析
（1）時(shí)，問(wèn)題可以具體定義為
計(jì)算結(jié)果如下，
Gauss消去法
第1次消元所選取的主元是：1
第2次消元所選取的主元是：0.0833333
第3次消元所選取的主元是：0.00555556
第4次消元所選取的主元是：0.000357143
第5次消元所選取的主元是：2.26757e-05
第6次消元所選取的主元是：1.43155e-06
解得X=(0.999999999999228
1.000000000021937
0.999999999851792
1.000000000385369
0.999999999574584
1.000000000167680)T
使用無(wú)窮范數(shù)衡量誤差，可得=4.254160357319847e-10；
J迭代法
設(shè)定迭代初值為零，計(jì)算得到
J法的迭代矩陣B的譜半徑為4.30853＞1，所以J法不收斂；
GS迭代法
設(shè)定迭代初值為零，計(jì)算得到GS法的迭代矩陣G的譜半徑為：0.999998＜1，故GS法收斂，經(jīng)過(guò)541次迭代計(jì)算后，結(jié)果為X=(1.001178105812706
0.999144082651860
0.968929093984902
1.047045569989162
1.027323158370281
0.954352032784608)T
使用無(wú)窮范數(shù)衡量誤差，有=0.047045569989162；
SOR迭代法
設(shè)定迭代初值為零向量，并設(shè)定，計(jì)算得到SOR法迭代矩陣譜半徑為0.999999433815223，經(jīng)過(guò)100次迭代后的計(jì)算結(jié)果為
X=(1.003380614145078
0.962420297458423
1.031857023134559
1.061814901289881
1.014037815827164
0.917673642493527)T；
使用無(wú)窮范數(shù)衡量誤差，有=0.082326357506473；
對(duì)SOR方法，可變，改變值，計(jì)算結(jié)果可以列表如下
迭代次數(shù)
100
100
100
100
迭代矩陣的譜半徑
0.999999433815223
0.999998867083155
0.999996830135013
0.999982309342386
X
1.003653917714694
0.974666041209353
1.011814573842440
1.042837929171827
1.017190220902681
0.945462001336268
1.014676015634604
0.896636864424096
1.090444578936265
1.107070542628148
1.006315452225331
0.873244842279255
1.028022215505147
0.790604920509843
1.267167365524072
1.061689730857891
0.990084054872602
0.846005956774467
1.051857392323966
0.653408758549156
1.486449891152510
0.783650360698119
1.349665420488270
0.664202350634588
0.054537998663732
0.126755157720745
0.267167365524072
0.486449891152510
可以發(fā)現(xiàn)，松弛因子的取值對(duì)迭代速度造成了不同的影響，上述四種方法中，松弛因子=0.5時(shí)，收斂相對(duì)較快。
綜上，四種算法的結(jié)果列表如下：
算法
Gauss消去法
Jacobi法
GS法
SOR法（?。?/p>
迭代次數(shù)
--
不收斂
541
100
迭代矩陣的譜半徑
--
4.30853
0.999998
0.999999433815223
X
0.999999999999228
1.000000000021937
0.999999999851792
1.000000000385369
0.999999999574584
1.000000000167680
--
1.001178105812706
0.999144082651860
0.968929093984902
1.047045569989162
1.027323158370281
0.954352032784608
1.003380614145078
0.962420297458423
1.031857023134559
1.061814901289881
1.014037815827164
0.917673642493527
4.254160357319847e-10
--
0.047045569989162
0.082326357506473
計(jì)算可得，矩陣H的條件數(shù)為>>1，所以這是一個(gè)病態(tài)問(wèn)題。由上表可以看出，四種方法的求解都存在一定的誤差。下面分析誤差的來(lái)源：
LU分解方法的誤差存在主要是由于Hilbert矩陣各元素由分?jǐn)?shù)形式轉(zhuǎn)換為小數(shù)形式時(shí)，不能除盡情況下會(huì)出現(xiàn)舍入誤差，在進(jìn)行LU分解時(shí)也存在這個(gè)問(wèn)題，所以最后得到的結(jié)果不是方程的精確解
，但結(jié)果顯示該方法的誤差非常小；
Jacobi迭代矩陣的譜半徑為4.30853，故此迭代法不收斂；
GS迭代法在迭代次數(shù)為541次時(shí)得到了方程的近似解，其誤差約為0.05
，比較大。GS迭代矩陣的譜半徑為0.999998，很接近1，所以GS迭代法收斂速度較慢；
SOR迭代法在迭代次數(shù)為100次時(shí)誤差約為0.08，誤差較大。SOR迭代矩陣的譜半徑為0.999999，也很接近1，所以時(shí)SOR迭代法收斂速度不是很快，但是相比于GS法，在迭代速度方面已經(jīng)有了明顯的提高；另外，對(duì)不同的，SOR方法的迭代速度會(huì)相應(yīng)有變化，如果選用最佳松弛因子，可以實(shí)現(xiàn)更快的收斂；
（2）
考慮不同維度的情況，時(shí)，
算法
Gauss消去
J法
GS法
SOR法（w=0.5）
計(jì)算結(jié)果
0.999999999966269
1.000000001809060
0.999999976372676
1.000000127868103
0.999999655764116
1.000000487042164
0.999999653427125
1.000000097774747
--
0.997829221945349
1.037526203106839
0.896973261976015
1.020345136375036
1.069071166932576
1.051179995036612
0.996814757185364
0.926343237325536
1.012938972275634
0.939713836855171
0.988261805073081
1.064637090535154
1.083633345093974
1.045060177115514
0.970603024778469
0.880212649657655
迭代次數(shù)
--
--
356
100
譜半徑
--
6.04213
1
0.999999999208776
--
時(shí)，
算法
Gauss消去法
Jacobi法
GS法
SOR法（w=0.5）
計(jì)算結(jié)果
0.999999994751197
1.000000546746354
0.999985868343700
1.000157549468631
0.999063537004329
1.003286333127805
0.992855789229370
1.009726486881556
0.991930155925812
1.003729850349020
0.999263885025643
--
0.997442073306751
1.019069909358409
0.992278247786739
0.956441858313237
0.986420333361353
1.021301611956591
1.038701026806608
1.035942773498533
1.016693763149422
0.985716454946250
0.947181287500697
1.015776039786572
0.966429147064483
0.928674868157910
0.996931548482727
1.066737803913537
1.097792430596468
1.088030440855069
1.048110620811192
0.989919418572424
0.922840813704142
0.853252417221922
迭代次數(shù)
--
--
1019
100
譜半徑
--
8.64964
1
0.999999999999966
--
時(shí)
算法
Gauss消去法
Jacobi法
GS法
SOR法（w=0.5）
計(jì)算結(jié)果
0.999999968723799
1.000002417094896
0.999994922439769
0.998640261957706
1.025668111139297
0.781933485305194
2.066840925345890
-2.279036697492128
7.532393125791018
-7.355047567109081
7.380667063930484
-1.129041418095142
0.425748747257065
1.733284233971601
0.817952344733362
--
不收斂
1.004385740641590
1.046346067877554
0.907178347707729
0.905763455949053
0.972521802788457
1.043731445367903
1.091535169448764
1.110090020703944
1.103129684679768
1.077168651146056
1.038514736265176
0.992259990832041
0.942151390478003
0.890785366684065
0.839876442493220
迭代次數(shù)
--
--
262
100
譜半徑
--
6.04213
＞1
1.000000000000000
8.355047567109082
--
--
0.160123557506780
分析以上結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，隨著n值的增加，Gauss消去法誤差逐漸增大，而且誤差增大的速度很快，在維數(shù)小于等于10情況下，Gauss消去法得到的結(jié)果誤差較小；但當(dāng)維數(shù)達(dá)到15時(shí)，計(jì)算結(jié)果誤差已經(jīng)達(dá)到精確解的很多倍；
J法迭代不收斂，無(wú)論n如何取值，其譜半徑始終大于1，因而J法不收斂，所以J迭代法不能用于Hilbert矩陣的求解；
對(duì)于GS迭代法和SOR迭代法，兩種方法均收斂，GS迭代法是SOR迭代法松弛因子取值為1的特例，SOR方法受到取值的影響，會(huì)有不同的收斂情況。可以得出GS迭代矩陣的譜半徑小于1但是很接近1，收斂速度很慢。雖然隨著維數(shù)的增大，所需迭代的次數(shù)逐漸減少，但是當(dāng)維數(shù)達(dá)到15的時(shí)候，GS法已經(jīng)不再收斂。因此可以得出結(jié)論，GS迭代方法在Hilbert矩陣維數(shù)較低時(shí)，能夠在一定程度上滿足迭代求解的需求，不過(guò)迭代的速度很慢。另外，隨著矩陣維數(shù)的增加，
SOR法的誤差水平基本穩(wěn)定，而且誤差在可以接受的范圍之內(nèi)。
經(jīng)過(guò)比較可以得出結(jié)論，如果求解較低維度的Hibert矩陣問(wèn)題，Gauss消去法、GS迭代法和SOR迭代法均可使用，且Gauss消去法的結(jié)果精確度較高；如果需要求解較高維度的Hibert矩陣問(wèn)題，只有采用SOR迭代法。
（3）
系數(shù)矩陣的條件數(shù)較大時(shí)，為病態(tài)方程。由實(shí)驗(yàn)可知，Gauss法在解上述方程時(shí)，結(jié)果存在很大的誤差。而對(duì)于收斂的迭代法，可以通過(guò)選取最優(yōu)松弛因子的方法來(lái)求解，雖然迭代次數(shù)相對(duì)較多，但是結(jié)果較為精確。
總體來(lái)看，對(duì)于一般病態(tài)方程組的求解，可以采用以下方式：
1.
低維度下采用Gauss消去法直接求解是可行的；
Jacobi迭代方法不適宜于求解病態(tài)問(wèn)題；
GS迭代方法可以解決維數(shù)較低的病態(tài)問(wèn)題，但其譜半徑非常趨近于1，導(dǎo)致迭代算法收斂速度很慢，維數(shù)較大的時(shí)候，GS法也不再收斂；
SOR方法較適合于求解病態(tài)問(wèn)題，特別是矩陣維數(shù)較高的時(shí)候，其優(yōu)勢(shì)更為明顯。
2.
采用高精度的運(yùn)算，如選用雙倍或更多倍字長(zhǎng)的運(yùn)算，可以提高收斂速度；
3.
可以對(duì)原方程組作某些預(yù)處理，從而有效降低系數(shù)矩陣的條件數(shù)。
4.
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
（1）對(duì)Hibert矩陣問(wèn)題，其條件數(shù)會(huì)隨著維度的增加迅速增加，病態(tài)性會(huì)越來(lái)越明顯；在維度較低的時(shí)候，Gauss消去法、GS迭代法和SOR迭代法均可使用，且可以優(yōu)先使用Gauss消去法；如果需要求解較高維度的Hibert矩陣問(wèn)題，只有SOR迭代法能夠求解。
（2）SOR方法比較適合于求解病態(tài)問(wèn)題，特別是矩陣維數(shù)較高的時(shí)候，其優(yōu)點(diǎn)更為明顯。從本次實(shí)驗(yàn)可以看出，隨著矩陣維數(shù)的增大，SOR方法所需的迭代次數(shù)減少，而且誤差基本穩(wěn)定，是解決病態(tài)問(wèn)題的適宜方法。
附錄：程序代碼
clear
all
clc;
format
long;
%矩陣賦值
n=input(＇矩陣H的階數(shù):n=＇);
for
i=1:n
for
j=1:n
H(i,j)=1/(i+j-1);
end
end
b=H*ones(n,1);
disp(＇H矩陣為：＇);
H
disp(＇向量b：＇);
b
%方法選擇
disp(＇選取求解方式＇);
disp(＇1
Gauss消去法，2
J迭代法，3
GS迭代法，4
SOR迭代法＇);
a=input(＇求解方式序號(hào)：＇);
%Gauss消去法
if
a==1;
H1=H;b1=b;
for
k=1:n
if
H1(k,k)==0
disp(＇主元為零，Gauss消去法無(wú)法進(jìn)行＇);
break
end
fprintf(＇第%d次消元所選取的主元是：%g＼n＇,k,H1(k,k))
for
p=k+1:n
m5=-H1(p,k)/H1(k,k);
H1(p,k:n)=H1(p,k:n)+m5*H1(k,k:n);
b1(p)=b1(p)+m5*b1(k);
end
end
x1(n)=b1(n)/H1(n,n);
for
k=n-1:-1:1
for
v=k+1:n
b1(k)=b1(k)-H1(k,v)*x1(v);
end
x1(k)=b1(k)/H1(k,k);
end
disp(＇Gauss消去法解為:＇);
disp(x1);
disp(＇解與精確解之差的無(wú)窮范數(shù)＇);
norm((x1-a),inf)
end
D=diag(diag(H));
L=-tril(H,-1);
U=-triu(H,1);
%J迭代法
if
a==2;
%給定初始x0
ini=input(＇初始值設(shè)定:x0=＇);
x0(:,1)=ini*diag(ones(n));
disp(＇初始解向量為:＇);
x0
xj(:,1)=x0(:,1);
B=(D^(-1))*(L+U);
f=(D^(-1))*b;
fprintf(＇(J法B矩陣譜半徑為：%g＼n＇,vrho(B));
if
vrho(B)
for
m2=1:5000
xj(:,m2+1)=B*xj(:,m2)+fj;
if
norm((xj(:,m2+1)-xj(:,m2)),inf)
break
end
end
disp(＇J法計(jì)算結(jié)果為:＇);
xj(:,m2+1)
disp(＇解與精確解之差的無(wú)窮范數(shù)＇);
norm((xj(:,m2+1)-diag(ones(n))),inf)
disp(＇J迭代法迭代次數(shù):＇);
m2
else
disp(＇由于B矩陣譜半徑大于1，因而J法不收斂＇);
end
end
%GS迭代法
if
a==3;
%給定初始x0
ini=input(＇初始值設(shè)定:x0=＇);
x0(:,1)=ini*diag(ones(n));
disp(＇初始解向量為:＇);
x0
xG(:,1)=x0(:,1);
G=inv(D-L)*U;
fG=inv(D-L)*b;
fprintf(＇GS法G矩陣譜半徑為：%g＼n＇,vrho(G));
if
vrho(G)
for
m3=1:5000
xG(:,m3+1)=G*xG(:,m3)+fG;
if
norm((xG(:,m3+1)-xG(:,m3)),inf)
break;
end
end
disp(＇GS迭代法計(jì)算結(jié)果:＇);
xG(:,m3+1)
disp(＇解與精確解之差的無(wú)窮范數(shù)＇);
norm((xG(:,m3+1)-diag(ones(n))),inf)
disp(＇GS迭代法迭代次數(shù):＇);
m3
else
disp(＇由于G矩陣譜半徑大于1，因而GS法不收斂＇);
end
end
%SOR迭代法
if
a==4;
%給定初始x0
ini=input(＇初始值設(shè)定:x0=＇);
x0(:,1)=ini*diag(ones(n));
disp(＇初始解向量為:＇);
x0
A=H;
for
i=1:n
b(i)=sum(A(i,:));
end
x_star=ones(n,1);
format
long
w=input(＇松弛因子:w=＇);
Lw=inv(D-w*L)*((1-w)*D+w*U);
f=w*inv(D-w*L)*b;
disp(＇迭代矩陣的譜半徑：＇)
p=vrho(Lw)
time_max=100;%迭代次數(shù)
x=zeros(n,1);%迭代初值
for
i=1:time_max
x=Lw*x+f;
end
disp(＇SOR迭代法得到的解為＇);
x
disp(＇解與精確解之差的無(wú)窮范數(shù)＇);
norm((x_star-x),inf)
end
pause
三、實(shí)驗(yàn)4.1
題目：
對(duì)牛頓法和擬牛頓法。進(jìn)行非線性方程組的數(shù)值求解
（1）用上述兩種方法，分別計(jì)算下面的兩個(gè)例子。在達(dá)到精度相同的前提下，比較其迭代次數(shù)、CPU時(shí)間等。
（2）取其他初值，結(jié)果又如何？反復(fù)選取不同的初值，比較其結(jié)果。
（3）總結(jié)歸納你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，試說(shuō)明各種方法適用的問(wèn)題。
1.
算法設(shè)計(jì)
對(duì)需要求解的非線性方程組而言，牛頓法和擬牛頓法的迭代公式如下，
（1）牛頓法：
牛頓法為單步迭代法，需要取一個(gè)初值。
（2）擬牛頓法：（Broyden秩1法）
其中，
擬牛頓法不需要求解的導(dǎo)數(shù)，因此節(jié)省了大量的運(yùn)算時(shí)間，但需要給定矩陣的初值，取為。
2.
實(shí)驗(yàn)過(guò)程
一、輸入初值；
二、根據(jù)誤差要求，按公式進(jìn)行迭代計(jì)算；
三、輸出數(shù)據(jù)；
3.
計(jì)算結(jié)果及分析
（1）首先求解方程組（1），在這里，設(shè)定精度要求為，
方法
牛頓法
擬牛頓法
初始值
計(jì)算結(jié)果X
x1
0.905539609855914
0.905539493347151
x2
1.085219168370031
1.085218882394940
x3
0.672193668718306
0.672193293825304
迭代次數(shù)
3
13
CPU計(jì)算時(shí)間/s
3.777815
2.739349
可以看出，在初始值相同情況下，牛頓法和擬牛頓法在達(dá)到同樣計(jì)算精度情況下得到的結(jié)果基本相同，但牛頓法的迭代次數(shù)明顯要少一些，但是，由于每次迭代都需要求解矩陣的逆，所以牛頓法每次迭代的CPU計(jì)算時(shí)間更長(zhǎng)。
之后求解方程組（2），同樣設(shè)定精度要求為
方法
牛頓法
擬牛頓法
初始值
計(jì)算結(jié)果X
x1
0.500000000009699
0.499999994673600
x2
0.000000001063428
0.000000572701856
x3
-0.523598775570483
-0.523598762908871
迭代次數(shù)
4
12
CPU計(jì)算時(shí)間/s
2.722437
3.920195
同樣地，可以看出，在初始值相同情況下，牛頓法和擬牛頓法在達(dá)到同樣計(jì)算精度情況下得到的結(jié)果是基本相同的，但牛頓法的迭代次數(shù)明顯要少，但同樣的，由于每次迭代中有求解矩陣的逆的運(yùn)算，牛頓法每次迭代的CPU計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。
（2）對(duì)方程組（1），取其他初值，計(jì)算結(jié)果列表如下，同樣設(shè)定精度要求為
初始值
方法
牛頓法
擬牛頓法
計(jì)算結(jié)果
0.905539609855914
1.085219168370031
0.672193668718305
9.211852562357894
-5.574005400255346
18.118173639381205
迭代次數(shù)
4
58
CPU計(jì)算時(shí)間/s
3.907164
4.818019
計(jì)算結(jié)果
0.905539609855914
1.085219168370031
0.672193668718305
9.211849682114591
-5.573999165383549
18.118182491302807
迭代次數(shù)
4
2735
CPU計(jì)算時(shí)間/s
8.127286
5.626023
計(jì)算結(jié)果
0.905539609855914
1.085219168370031
0.672193668718306
0.905539493347151
1.085218882394940
0.672193293825304
迭代次數(shù)
3
13
CPU計(jì)算時(shí)間/s
3.777815
2.739349
計(jì)算結(jié)果
0.905539609855914
1.085219168370031
0.672193668718306
0.905548384395773
1.085220084502458
0.672219278250136
迭代次數(shù)
4
188
CPU計(jì)算時(shí)間/s
3.835697
2.879070
計(jì)算結(jié)果
9.211852448563722
-5.574005155684773
18.118173976918605
Matlab警告矩陣接近奇異值，程序進(jìn)入長(zhǎng)期循環(huán)計(jì)算中
迭代次數(shù)
19
--
CPU計(jì)算時(shí)間/s
4.033868
--
計(jì)算結(jié)果
0.905539609857335
1.085219168371536
0.672193668734922
Matlab警告矩陣接近奇異值，程序進(jìn)入長(zhǎng)期循環(huán)計(jì)算中
迭代次數(shù)
13
--
CPU計(jì)算時(shí)間/s
12.243263
--
從上表可以發(fā)現(xiàn)，方程組（1）存在另一個(gè)在(9.2,
-5.6,
18.1)T附近的不動(dòng)點(diǎn)，初值的選取會(huì)直接影響到牛頓法和擬牛頓法最后的收斂點(diǎn)。
總的來(lái)說(shuō)，設(shè)定的初值離不動(dòng)點(diǎn)越遠(yuǎn)，需要的迭代次數(shù)越多，因而初始值的選取非常重要，合適的初值可以更快地收斂，如果初始值偏離精確解較遠(yuǎn)，會(huì)出現(xiàn)迭代次數(shù)增加直至無(wú)法收斂的情況；
由于擬牛頓法是一種近似方法，擬牛頓法需要的的迭代次數(shù)明顯更多，而且收斂情況不如牛頓法好（初值不夠接近時(shí)，甚至?xí)霈F(xiàn)奇異矩陣的情況），但由于牛頓法的求解比較復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)；
同樣的，對(duì)方程組（2），取其他初值，計(jì)算結(jié)果列表如下，同樣設(shè)定精度要求為
初始值
方法
牛頓法
擬牛頓法
計(jì)算結(jié)果
0.500000000009699
0.000000001063428
-0.523598775570483
0.499999994673600
0.000000572701856
-0.523598762908871
迭代次數(shù)
4
12
CPU計(jì)算時(shí)間/s
2.722437
3.920195
計(jì)算結(jié)果
0.500000000011085
0.000000001215427
-0.523598775566507
0.331099293590753
-0.260080189442266
76.532092226437129
迭代次數(shù)
5
57
CPU計(jì)算時(shí)間/s
5.047111
5.619752
計(jì)算結(jié)果
0.500000000000916
0.000000000100410
-0.523598775595672
1.0e+02
*
-0.001221250784775
-0.000149282572886
1.754185881622843
迭代次數(shù)
6
62
CPU計(jì)算時(shí)間/s
3.540668
3.387829
計(jì)算結(jié)果
0.500000000000152
0.000000000016711
-0.523598775597862
1.0e+04
*
0.000026556790770
-0.000020396841295
1.280853105748650
迭代次數(shù)
7
55
CPU計(jì)算時(shí)間/s
2.200571
2.640901
計(jì)算結(jié)果
0.500000000000005
0.000000000000503
-0.523598775598286
矩陣為奇異值，無(wú)法輸出準(zhǔn)確結(jié)果
迭代次數(shù)
8
--
CPU計(jì)算時(shí)間/s
1.719072
--
計(jì)算結(jié)果
0.500000000002022
0.000000000221686
-0.523598775592500
矩陣為奇異值，無(wú)法輸出準(zhǔn)確結(jié)果
迭代次數(shù)
149
--
CPU計(jì)算時(shí)間/s
2.797116
--
計(jì)算結(jié)果
矩陣為奇異值，無(wú)法輸出準(zhǔn)確結(jié)果
矩陣為奇異值，無(wú)法輸出準(zhǔn)確結(jié)果
迭代次數(shù)
--
--
CPU計(jì)算時(shí)間/s
--
--
在這里，與前文類似的發(fā)現(xiàn)不再贅述。
從這里看出，牛頓法可以在更大的區(qū)間上實(shí)現(xiàn)壓縮映射原理，可以在更大的范圍上選取初值并最終收斂到精確解附近；
在初始值較接近于不動(dòng)點(diǎn)時(shí)，牛頓法和擬牛頓法計(jì)算所得到的結(jié)果是基本相同的，雖然迭代次數(shù)有所差別，但計(jì)算總的所需時(shí)間相近。
（3）
牛頓法在迭代過(guò)程中用到了矩陣的求逆，其迭代收斂的充分條件是迭代滿足區(qū)間上的映內(nèi)性，對(duì)于矩陣的求逆過(guò)程比較簡(jiǎn)單，所以在較大區(qū)間內(nèi)滿足映內(nèi)性的問(wèn)題適合應(yīng)用牛頓法進(jìn)行計(jì)算。一般而言，對(duì)于函數(shù)單調(diào)或者具有單值特性的函數(shù)適合應(yīng)用牛頓法，其對(duì)初始值敏感程度較低，算法具有很好的收斂性。
另外，需要說(shuō)明的是，每次計(jì)算給出的CPU時(shí)間與計(jì)算機(jī)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，同時(shí)，不同代碼的運(yùn)行時(shí)間也不一定一致，所以這個(gè)數(shù)據(jù)并不具有很大的參考價(jià)值。
4.
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
對(duì)牛頓法和擬牛頓法，都存在初始值越接近精確解，所需的迭代次數(shù)越小的現(xiàn)象；
在應(yīng)用上，牛頓法和擬牛頓法各有優(yōu)勢(shì)。就迭代次數(shù)來(lái)說(shuō)，牛頓法由于更加精確，所需的迭代次數(shù)更少；但就單次迭代來(lái)說(shuō)，牛頓法由于計(jì)算步驟更多，且計(jì)算更加復(fù)雜，因而每次迭代所需的時(shí)間更長(zhǎng)，而擬牛頓法由于采用了簡(jiǎn)化的近似公式，其每次迭代更加迅速。當(dāng)非線性方程組求逆過(guò)程比較簡(jiǎn)單時(shí)，如方程組1的情況時(shí)，擬牛頓法不具有明顯的優(yōu)勢(shì)；而當(dāng)非線性方程組求逆過(guò)程比較復(fù)雜時(shí)，如方程組2的情況，擬牛頓法就可以體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，雖然循環(huán)次數(shù)有所增加，但是CPU耗時(shí)反而更少。
另外，就方程組壓縮映射區(qū)間來(lái)說(shuō)，一般而言，對(duì)于在區(qū)間內(nèi)函數(shù)呈現(xiàn)單調(diào)或者具有單值特性的函數(shù)適合應(yīng)用牛頓法，其對(duì)初始值敏感程度較低，使算法具有很好的收斂性；而擬牛頓法由于不需要在迭代過(guò)程中對(duì)矩陣求逆，而是利用差商替代了對(duì)矩陣的求導(dǎo)，所以即使初始誤差較大時(shí)，其倒數(shù)矩陣與差商偏差也較小，所以對(duì)初始值的敏感程度較小。
附錄：程序代碼
%方程1，牛頓法
tic;
format
long;
%%初值
disp(＇請(qǐng)輸入初值＇);
a=input(＇第1個(gè)分量為：＇);
b=input(＇第2個(gè)分量為：＇);
c=input(＇第3個(gè)分量為：＇);
disp(＇所選定初值為＇);
x=[a;b;c]
%%誤差要求
E=0.0001;
%%迭代
i=0;
e=2*E;
while
e>E
F=[12*x(1)-x(2)^2-4*x(3)-7;x(1)^2+10*x(2)-x(3)-11;x(2)^3+10*x(3)-8];
f=[12,-2*x(2),-4;2*x(1),10,-1;0,3*x(2)^2,10];
det_x=((f)^(-1))*(-F);
x=x+det_x;
e=max(norm(det_x));
i=i+1;
end
disp(＇迭代次數(shù)＇);
i
disp(＇迭代次數(shù)＇);
x
toc;
%方程1，擬牛頓法
tic;
format
long;
%%初值
%%初值
disp(＇請(qǐng)輸入初值＇);
a=input(＇第1個(gè)分量為：＇);
b=input(＇第2個(gè)分量為：＇);
c=input(＇第3個(gè)分量為：＇);
disp(＇所選定初值為＇);
x0=[a;b;c]
%%誤差要求
E=0.0001;
%%迭代
i=0;
e=2*E;
A0=eye(3);
while
e>E
F0=[12*x0(1)-x0(2)^2-4*x0(3)-7;x0(1)^2+10*x0(2)-x0(3)-11;x0(2)^3+10*x0(3)-8];
x1=x0-A0^(-1)*F0;
s=x1-x0;
F1=[12*x1(1)-x1(2)^2-4*x1(3)-7;x1(1)^2+10*x1(2)-x1(3)-11;x1(2)^3+10*x1(3)-8];
y=F1-F0;
A1=A0+(y-A0*s)*s＇/(s＇*s);
x0=x1;
A0=A1;
e=max(norm(s));
i=i+1;
end
disp(＇迭代次數(shù)＇);
i
disp(＇迭代次數(shù)＇);
x0
toc;
%方程2，牛頓法
tic;
format
long;
%%初值
disp(＇請(qǐng)輸入初值＇);
a=input(＇第1個(gè)分量為：＇);
b=input(＇第2個(gè)分量為：＇);
c=input(＇第3個(gè)分量為：＇);
disp(＇所選定初值為＇);
x=[a;b;c]
%%誤差要求
E=0.0001;
%%迭代
i=0;
e=2*E;
while
e>E
F=[3*x(1)-cos(x(2)*x(3))-0.5;x(1)^2-81*(x(2)+0.1)^2+sin(x(3))+1.06;exp(1)^(-x(1)*x(2))+20*x(3)+(10*pi-3)/3];
f=[3,x(3)*sin(x(2)*x(3)),x(2)*sin(x(2)*x(3));2*x(1),-162*x(2)-81/5,cos(x(3));-x(2)*exp(1)^(-x(1)*x(2)),-x(1)*exp(1)^(-x(1)*x(2)),20];
det_x=((f)^(-1))*(-F);
x=x+det_x;
e=max(norm(det_x));
i=i+1;
end
disp(＇迭代次數(shù)＇);
i
disp(＇迭代次數(shù)＇);
x
toc;
%方程2，擬牛頓法
tic;
format
long;
%%初值
%%初值
disp(＇請(qǐng)輸入初值＇);
a=input(＇第1個(gè)分量為：＇);
b=input(＇第2個(gè)分量為：＇);
c=input(＇第3個(gè)分量為：＇);
disp(＇所選定初值為＇);
x0=[a;b;c]
%%誤差要求
E=0.0001;
%%迭代
i=0;
e=2*E;
A0=eye(3);
while
e>E
F0=[3*x0(1)-cos(x0(2)*x0(3))-0.5;x0(1)^2-81*(x0(2)+0.1)^2+sin(x0(3))+1.06;exp(1)^(-x0(1)*x0(2))+20*x0(3)+(10*pi-3)/3];
x1=x0-A0^(-1)*F0;
s=x1-x0;
F1=[3*x1(1)-cos(x1(2)*x1(3))-0.5;x1(1)^2-81*(x1(2)+0.1)^2+sin(x1(3))+1.06;exp(1)^(-x1(1)*x1(2))+20*x1(3)+(10*pi-3)/3];
y=F1-F0;
A1=A0+(y-A0*s)*s＇/(s＇*s);
x0=x1;
A0=A1;
e=max(norm(s));
i=i+1;
end
disp(＇迭代次數(shù)＇);
i
disp(＇迭代次數(shù)＇);
關(guān)鍵詞： 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn) 教學(xué)改革 教學(xué)實(shí)踐
分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高等院?；瘜W(xué)化工各專業(yè)人才培養(yǎng)的一門重要基礎(chǔ)課程，它既是一門獨(dú)立的課程又需要與分析化學(xué)理論課緊密結(jié)合。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的不僅是培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力，更重要的是提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考及研究能力，幫助學(xué)生樹(shù)立科學(xué)創(chuàng)新意識(shí)。
長(zhǎng)期以來(lái)，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在以下弊端：（1）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師教學(xué)任務(wù)重，一名指導(dǎo)教師在實(shí)驗(yàn)課要同時(shí)指導(dǎo)20多名學(xué)生，尤其在基本操作訓(xùn)練時(shí)，有一部分學(xué)生不能被照顧到；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，綜合和設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)少；直接滴定法實(shí)驗(yàn)教學(xué)多，其他滴定法實(shí)驗(yàn)少。（2）學(xué)生缺乏實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，實(shí)驗(yàn)課只求快速做完而不是做好，其次大多數(shù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作不規(guī)范，操作技能較差，機(jī)械地照教材實(shí)驗(yàn)步驟、看一步做一步，對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象和問(wèn)題未能進(jìn)行深入的探討，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的綜合能力較弱。
隨著教學(xué)改革的深入，為扎實(shí)學(xué)生基本功，提高學(xué)生的分析問(wèn)題、綜合和創(chuàng)新能力，在總結(jié)多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作出以下改革。
一、教學(xué)內(nèi)容上的改革
1.強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)基本功訓(xùn)練。在日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的訓(xùn)練，首先拍好關(guān)于分析天平稱量練習(xí)、溶液的精確配制、容量瓶和移液管的相對(duì)校準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)視頻，要求學(xué)生在課前除了寫好預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告外，還要反復(fù)看實(shí)驗(yàn)視頻材料，實(shí)驗(yàn)課堂上因?yàn)橐幻麑?shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師同時(shí)指導(dǎo)20多名學(xué)生，所以指導(dǎo)老師特意邀請(qǐng)一些實(shí)驗(yàn)基本功扎實(shí)的高年級(jí)學(xué)生進(jìn)行輔助指導(dǎo)，逐個(gè)指導(dǎo)，規(guī)范每一個(gè)學(xué)生的基本操作。
2.加強(qiáng)綜合實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生的基本技能達(dá)到一定熟練程度后，為培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，增加綜合性實(shí)驗(yàn)的比例。如“食用醋總酸度的測(cè)定”、“混合堿的分析”、“過(guò)氧化鈣的制備和含量分析”、“自來(lái)水鈣硬和鎂硬的測(cè)定”、“氯化物中氯含量的測(cè)定”、“鄰二氮菲光度法測(cè)定鐵”等。
3.增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是個(gè)挑戰(zhàn)，改變傳統(tǒng)的“照方抓藥”的實(shí)驗(yàn)方式，將實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，要求學(xué)生根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)任務(wù)書(shū)，查閱文獻(xiàn)資料，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器和藥品、獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，最后書(shū)寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在教學(xué)中增加如下幾個(gè)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)：碳酸鈉和磷酸鈉固體混合物中各組分含量的測(cè)定、硫酸與草酸混合溶液中各組分含量的分析、雞蛋殼中碳酸鈣含量分析、大豆中鈣鎂鐵含量的測(cè)定等。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)軡M足學(xué)生的求知愿望，有利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與能力的培養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際應(yīng)用能力，有利于增強(qiáng)學(xué)生的成就感和學(xué)習(xí)自信心。
二、教學(xué)方法上的改革
“教不嚴(yán)，師之惰”，“嚴(yán)師出高徒”。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)于學(xué)生的預(yù)習(xí)，要求其認(rèn)真觀看教學(xué)視頻，預(yù)習(xí)報(bào)告的書(shū)寫要求學(xué)生不照搬照抄實(shí)驗(yàn)教材，要求學(xué)生用自己的語(yǔ)言簡(jiǎn)明扼要地寫出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器與試劑、實(shí)驗(yàn)流程、數(shù)據(jù)記錄與處理表格；要求上課前推導(dǎo)號(hào)結(jié)果計(jì)算公式；了解實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵點(diǎn)在哪里；做好實(shí)驗(yàn)思考題。
為使每個(gè)學(xué)生得到充分的鍛煉，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中堅(jiān)持每人一套實(shí)驗(yàn)儀器，每人都獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課上，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行精心講解，通過(guò)提問(wèn)了解學(xué)生的預(yù)習(xí)狀況，對(duì)一些學(xué)生容易出現(xiàn)的不規(guī)范操作幾乎每節(jié)課都要演示，提出實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)達(dá)到的要求；在學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，指導(dǎo)老師要耐心、細(xì)心，不停巡視，對(duì)于每一個(gè)出現(xiàn)不規(guī)范操作的學(xué)生進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要求學(xué)生當(dāng)堂完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求學(xué)生對(duì)自己不規(guī)范的操作進(jìn)行及時(shí)總結(jié)，老師進(jìn)行面批實(shí)驗(yàn)報(bào)告，及時(shí)指出學(xué)生數(shù)據(jù)記錄的不規(guī)范。
尤其要注意的是有關(guān)可疑值。確知原因的可疑值應(yīng)棄去不用。操作過(guò)程中有明顯的過(guò)失，如稱樣時(shí)的損失、溶樣有濺出、滴定時(shí)滴定劑有泄漏、滴定明顯過(guò)量等，則該次測(cè)定結(jié)構(gòu)必是可疑值。復(fù)查測(cè)量結(jié)果時(shí)，對(duì)能找出原因的可疑值應(yīng)該棄去不用。不知原因的可疑值，應(yīng)按Q檢驗(yàn)法進(jìn)行判斷，決定取舍。
三、考核方式上的改革
改革考試方法后，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)（50%）、分析實(shí)驗(yàn)理論考試（30%）、操作考試（20%）組成。平時(shí)成績(jī)由實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（10%）、實(shí)驗(yàn)操作（20%）、打掃衛(wèi)生（5%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（15%）、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度（30%）和測(cè)量結(jié)果的精密度（20%）組成。學(xué)生既注重結(jié)果又注重過(guò)程，既注重操作技能又注重理論知識(shí)，真正體現(xiàn)考核評(píng)價(jià)的公平。另外，還可組織學(xué)生積極參加國(guó)家職業(yè)技能“化學(xué)檢驗(yàn)工”高級(jí)工的培訓(xùn)與鑒定，提高學(xué)生的操作技能程度。
筆者根據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的弊端，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式三個(gè)方面對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革與實(shí)踐，以期提高分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革說(shuō)起來(lái)容易，做起來(lái)難，關(guān)鍵是在實(shí)踐過(guò)程中不斷進(jìn)行探索和完善。
參考文獻(xiàn)：
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【關(guān)鍵詞】職業(yè)教育 分析化學(xué) 化學(xué)實(shí)驗(yàn) 教學(xué)改革
分析化學(xué)藥劑專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，其中實(shí)驗(yàn)占有較大的比例。學(xué)生要在實(shí)驗(yàn)技能方面取得成功，必須付出艱苦勞動(dòng)。通過(guò)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神，培養(yǎng)他們理論聯(lián)系實(shí)際的能力及創(chuàng)新精神，提高其分析和解決問(wèn)題的能力。但長(zhǎng)期以來(lái)，受傳統(tǒng)的重理論、輕實(shí)踐思想觀念的影響，實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直處于教學(xué)體系中的弱勢(shì)地位，傳統(tǒng)的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)論從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上還是教學(xué)方式上，都沒(méi)能使該學(xué)科的特點(diǎn)很好地顯現(xiàn)。當(dāng)今社會(huì)科技迅猛發(fā)展，為了使學(xué)生適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)的需要，必須改變傳統(tǒng)的分析化學(xué)的教學(xué)模式。筆者結(jié)合工作實(shí)際情況，在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、完善實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系等方面，對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提出了一系列設(shè)想，并逐步付諸實(shí)施。
1.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，編寫合適的校本教材
現(xiàn)行的中職學(xué)校分析化學(xué)教材大多是大學(xué)教材的簡(jiǎn)單縮寫，與中職學(xué)校學(xué)生的實(shí)際水平有許多不相符合的內(nèi)容。因此，編寫合適的校本教材尤為重要。編寫教材時(shí)要注重實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與社會(huì)實(shí)際相結(jié)合，為社會(huì)培養(yǎng)優(yōu)良的應(yīng)用型人才。衛(wèi)校藥劑專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后大部分走向醫(yī)院藥房、藥店，編寫教材時(shí)應(yīng)選取與實(shí)際相接近的綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。
2.轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，發(fā)揮學(xué)生主體、教師主導(dǎo)的作用
職業(yè)教育改革的教學(xué)原則之一就是要面向全體與個(gè)別指導(dǎo)相結(jié)合。要求教學(xué)面對(duì)全體學(xué)生，加強(qiáng)個(gè)別指導(dǎo)。要用正確的學(xué)生觀、人才觀看待學(xué)生，真誠(chéng)地期望每一個(gè)學(xué)生都能成功，為他們創(chuàng)造成功的機(jī)會(huì)并及時(shí)給予激勵(lì)，成為他們的知心朋友。職校教師應(yīng)把教學(xué)的重點(diǎn)定位于對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，教師的角色則由教學(xué)的中心轉(zhuǎn)變成教學(xué)的組織者、輔導(dǎo)者。因此，在新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，可形成以學(xué)生為中心的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生自我訓(xùn)練為主的教學(xué)方法和手段，能激發(fā)他們的求知和創(chuàng)新欲望。
3.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)重視教師的示范作用
首先是基礎(chǔ)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生掌握基本操作技術(shù)，熟練使用分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)常用的儀器，為綜合實(shí)驗(yàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生嚴(yán)格樹(shù)立“量”的概念，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作基本功的訓(xùn)練，是分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。因此，對(duì)分析天平的稱量，滴定管，容量瓶，移液管等定量容器的洗滌、使用、讀數(shù)必須按操作規(guī)程反復(fù)嚴(yán)格訓(xùn)練，以便讓他們養(yǎng)成尊重實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、尊重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)事求是和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與習(xí)慣，為今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此外，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，教師要不斷查看實(shí)驗(yàn)情況，嚴(yán)格要求學(xué)生，必要時(shí)要對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)加以演示。對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，教師演示是分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。這樣，通過(guò)教師的引導(dǎo)與示范，教會(huì)學(xué)生怎樣去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析解決問(wèn)題、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程。
4.更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，增加課堂的趣味性
分析天平的使用、容量器皿的操作、分光光度計(jì)的使用等基本操作的講解內(nèi)容多，時(shí)間緊張，有些操作需要展示操作細(xì)節(jié)，僅靠實(shí)驗(yàn)課在現(xiàn)場(chǎng)示范是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如果將這些內(nèi)容制成課件可以反復(fù)播放，對(duì)滴定終點(diǎn)的判斷可以緩慢展示變色過(guò)程，并呈現(xiàn)出逼真的終點(diǎn)顏色，這樣增加了課堂的直觀性，便于學(xué)生快速掌握要領(lǐng)。筆者講碘量法這節(jié)時(shí)，將用重鉻酸鉀作基準(zhǔn)物標(biāo)定硫代硫酸鈉溶液的實(shí)驗(yàn)中，依次出現(xiàn)的碘溶液的紅棕色、近終點(diǎn)的淺黃綠色、加淀粉后的藍(lán)色，以及終點(diǎn)鉻離子的亮綠色，通過(guò)動(dòng)畫這種直觀的形式加以演示，增加了課堂的趣味性，學(xué)生在輕松愉快的氛圍中接受了新知識(shí)，改善了教學(xué)效果。
5.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
作為學(xué)科教學(xué)的重要組成部分，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)大多是照方抓藥式的單純驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，鑒于學(xué)生普遍動(dòng)手能力差、缺乏創(chuàng)新意識(shí)，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行整合，精選驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加生活化、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。如除了測(cè)定自來(lái)水的水硬度、水中氯含量，還組織學(xué)生以小組合作的形式，對(duì)學(xué)生家里的井水、化肥的各項(xiàng)指標(biāo)、食用堿面中的微量鐵進(jìn)行測(cè)定。整個(gè)研究過(guò)程以這樣的模式進(jìn)行：?jiǎn)栴}―設(shè)計(jì)方案―實(shí)驗(yàn)―表達(dá)與交流―反思與評(píng)價(jià)。學(xué)生在所有的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中都表現(xiàn)出極大的熱情，這更能調(diào)動(dòng)他們的積極性、培養(yǎng)了其合作精神。學(xué)生一致認(rèn)為“收獲很大，希望今后能多組織此類實(shí)驗(yàn)?！贝祟悓?shí)驗(yàn)的開(kāi)展在一定程度上能彌補(bǔ)他們對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握的不足，為今后走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這種探究性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，可以提高學(xué)生獨(dú)立開(kāi)展科研工作的能力和創(chuàng)新意識(shí)。
6.建立新的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)量與評(píng)價(jià)體系
分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ臏y(cè)評(píng)應(yīng)成為分析化學(xué)教學(xué)測(cè)量與評(píng)價(jià)的重要組成部分。如何客觀、公正、合理地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課成績(jī)，直接影響他們做實(shí)驗(yàn)的積極性，對(duì)其實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)技能也起著重要的導(dǎo)向作用。建立促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系，主要包括對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)與技能、實(shí)驗(yàn)探究能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀的評(píng)價(jià)。
【關(guān)鍵詞】分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；學(xué)生創(chuàng)新能力；培養(yǎng)策略
在研究化學(xué)課程的過(guò)程中，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)已成為研究的關(guān)鍵組成部分；在完成分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)可以提升學(xué)生的各方面能力，如：創(chuàng)新思維能力、綜合實(shí)踐能力和分析集中能力等。當(dāng)前的教育已越來(lái)越注重學(xué)生的素質(zhì)教育，要培養(yǎng)出綜合素質(zhì)較高的人才，不僅需要培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)理論功底，還需要在一定專業(yè)知識(shí)的指導(dǎo)下具備一定的動(dòng)手操作能力，這些能力都可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)來(lái)培養(yǎng)。
1.更改實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
在以往的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，老師是主導(dǎo)者，老師在教學(xué)時(shí)采取“一包到底”方式進(jìn)行知識(shí)傳授，“一包到底”指的是從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材和試劑到實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，都是老師講，學(xué)生做，學(xué)生的思維根本得不到發(fā)揮。這種“填鴨式”的傳統(tǒng)教學(xué)方式，讓學(xué)生成為了只會(huì)按照實(shí)驗(yàn)講義進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的群體。對(duì)于這種操作步驟機(jī)械化、教學(xué)內(nèi)容單一化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作沒(méi)有任何興趣、只一味的依靠老師、沒(méi)有主見(jiàn)，也沒(méi)有強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望和興趣，也沒(méi)有創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維[1]。所以，就要采取科學(xué)的教學(xué)方式及教學(xué)技巧來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和興趣，教學(xué)可以從兩個(gè)方面入手：首先，為學(xué)生建立一個(gè)開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，學(xué)生可以自己進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，自己獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，在操作過(guò)程中老師不參與其中。之后，老師可適量增加學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)操作的次數(shù)，如此一來(lái)，學(xué)生會(huì)提高學(xué)習(xí)的興趣和積極性，也會(huì)提升學(xué)生自己的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)操作能力；其次，對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，老師要要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)，讓學(xué)生提前了解一些要使用的實(shí)驗(yàn)儀器和試劑等相關(guān)知識(shí)，這樣可以使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作能更好的掌握和鞏固。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，老師可以要求學(xué)生采用自己所設(shè)計(jì)的儀器和試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生和學(xué)生之間也可以討論各自實(shí)驗(yàn)的方法和思路。這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生的創(chuàng)新動(dòng)手能力，也在學(xué)生交流討論過(guò)程中提升了學(xué)生的合作交流能力，學(xué)生在提前設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)儀器和試劑的過(guò)程中翻閱課本獲取知識(shí)也可以拓寬視野并對(duì)文獻(xiàn)靈活使用。這些能力的培養(yǎng)可以為日后相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2.為學(xué)生營(yíng)造問(wèn)題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式
在實(shí)驗(yàn)中，我們要結(jié)合現(xiàn)代教學(xué)的理念，突顯出學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體。要改變傳統(tǒng)的老師講，學(xué)生聽(tīng)的教學(xué)模式，為學(xué)生營(yíng)造出一個(gè)問(wèn)題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。以教師提問(wèn)―學(xué)生回答為主。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，就要在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、溶液的配制、藥品規(guī)范的稱量和試劑的使用等方面提出問(wèn)題；為了激勵(lì)學(xué)生的全方面綜合能力，就需要在綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中提出“做什么-怎么做-是什么-為什么”的問(wèn)題。在不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，老師要抓住每一個(gè)點(diǎn)向?qū)W生提出問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)在實(shí)驗(yàn)操作中努力觀察分析研究老師提出的問(wèn)題，從而得出對(duì)應(yīng)的答案[2]。問(wèn)題式教學(xué)不同于“注入式”教學(xué)，會(huì)讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，老師成為學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者。培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)事求是的求知欲望、主動(dòng)性、堅(jiān)持性，也讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加深了對(duì)理論知識(shí)的把握，提升了學(xué)生思考解決問(wèn)題的能力。與此同時(shí)，也有助于學(xué)生培養(yǎng)發(fā)展創(chuàng)新思維能力，讓學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)自身問(wèn)題并加以改正。
3.完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，全方位提升學(xué)生創(chuàng)新能力
3.1基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)選出，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)減少，設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)增加
基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生成為創(chuàng)新性人才的基礎(chǔ)，它主要是掌握一些基本實(shí)驗(yàn)儀器和試劑，了解熟悉基本操作技能，掌握基本的實(shí)驗(yàn)方法等。這類實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)，必須高度重視。但要壓縮驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的比例，并改經(jīng)典驗(yàn)證型的內(nèi)容為應(yīng)用型的內(nèi)容，所以測(cè)定樣品盡量選擇與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活密切相關(guān)的實(shí)際試樣讓學(xué)生測(cè)定，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性，增添學(xué)以致用的氣氛。教學(xué)過(guò)程中教師要注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)的興趣、引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生用分析化學(xué)的理論解釋實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，提高學(xué)生對(duì)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)步驟所涉及的理論問(wèn)題的辨析能力[3]。用實(shí)驗(yàn)來(lái)解決學(xué)生在理論學(xué)習(xí)思考中遇到的問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生的思維活動(dòng)大致為：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象-發(fā)現(xiàn)問(wèn)題-提出假設(shè)-研究問(wèn)題-解決問(wèn)題，這種思維活動(dòng)會(huì)提升學(xué)生主動(dòng)思考探索能力。學(xué)生創(chuàng)新思維能力的激發(fā)、全方位基本技能的鍛煉和提高、對(duì)理論知識(shí)的消化都?xì)w功于綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)和考核學(xué)生運(yùn)用基本知識(shí)分析、解決問(wèn)題的綜合能力為目標(biāo)，題目要求是教材中沒(méi)有的、盡量覆蓋幾種基本分析方法，且難度適中、能為學(xué)生留有自行設(shè)計(jì)空間，如柑橘中維生素C含量的測(cè)定、茶葉中微量元素的鑒定與分析、餅干中碳酸鈉和碳酸氫鈉含量的測(cè)定、葡萄糖注射液中葡萄糖含量的測(cè)定、蛋殼中碳酸鈣含量的測(cè)定、胃舒品藥片中Al2O3和MgO含量的測(cè)定等。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，老師只用提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，把?shí)驗(yàn)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，內(nèi)容包括方法、原理、使用儀器、藥品及測(cè)定條件等，讓學(xué)生的個(gè)人價(jià)值在實(shí)驗(yàn)中得到充分展示，實(shí)驗(yàn)中允許學(xué)生犯錯(cuò)誤，學(xué)生可以研究分析自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的不足并進(jìn)行改正，各式各樣的實(shí)驗(yàn)方案讓學(xué)生的創(chuàng)新思維得到認(rèn)可，學(xué)生可以更加有信心去設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)研究實(shí)驗(yàn)方法的能力，也加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的操作能力。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中學(xué)生解決問(wèn)題和理解問(wèn)題的能力提升了，對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣也增加了，對(duì)理論知識(shí)的理解也加深了，也提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)習(xí)了化學(xué)知識(shí)，初步領(lǐng)悟到了科研的方式，也在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得到了快樂(lè)，這種實(shí)驗(yàn)過(guò)程是：研究課題-設(shè)計(jì)方案-裝置組合-觀察現(xiàn)象-討論問(wèn)題等。
3.2健全的實(shí)驗(yàn)考核制度和先進(jìn)知識(shí)的推動(dòng)
分析化學(xué)的內(nèi)容主要有，不斷發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，不斷更新的新知識(shí)，不斷研究的新儀器和新方法。因此，為了讓學(xué)生生活在現(xiàn)代新知識(shí)的氛圍中，就要在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中向?qū)W生講授新理論知識(shí)，新技術(shù)方法，更要強(qiáng)調(diào)教學(xué)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。為了符合新時(shí)代學(xué)生的需求，教師就要開(kāi)展符合學(xué)校實(shí)際情況的教學(xué)活動(dòng)，來(lái)增強(qiáng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)技術(shù)含量和學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，新的知識(shí)適應(yīng)新的時(shí)代，不僅拓寬了學(xué)生視野，也增強(qiáng)了他們學(xué)習(xí)的信心和能力。
實(shí)驗(yàn)考核是研討教學(xué)規(guī)律，檢查教學(xué)質(zhì)量，改革教學(xué)內(nèi)容及方法的重要依據(jù)，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)成功的有力保障?？茖W(xué)的考核方式不僅能檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度和實(shí)際操作能力，更是促進(jìn)學(xué)生認(rèn)真做好實(shí)驗(yàn)、提高分析和解決問(wèn)題的能力、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的有效手段，同時(shí)也能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。實(shí)驗(yàn)考核是對(duì)學(xué)生進(jìn)行全方位考察的主要方法，實(shí)驗(yàn)考核本著“重在過(guò)程，不只是結(jié)果”的宗旨，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解程度、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思維能力以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性和正確性進(jìn)行評(píng)判[4]。為了能給學(xué)生一個(gè)公正的評(píng)價(jià)，教師應(yīng)在實(shí)驗(yàn)前檢查預(yù)習(xí)報(bào)告，并按預(yù)習(xí)效果打分，在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中隨時(shí)觀察學(xué)生的基本操作是否規(guī)范并及時(shí)加以改正，使學(xué)生的技能得到最大限度的訓(xùn)練，同時(shí)注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，要求學(xué)生如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)操作后，對(duì)自己所做實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果的總結(jié)，采用書(shū)面的形式向老師展現(xiàn)。它體現(xiàn)了學(xué)生三方面的能力，主要表現(xiàn)在：首先，體現(xiàn)了學(xué)生實(shí)事求是的態(tài)度和對(duì)自己工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度；同時(shí)，體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握并運(yùn)用程度；最后，體現(xiàn)了學(xué)生在分析和解決問(wèn)題的各方面能力。對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師除了提供一般的格式及提出報(bào)告的目的、要求外，要鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的見(jiàn)解，如：實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)收獲暢談等。每個(gè)實(shí)驗(yàn)者只要用心觀察，必然會(huì)有與別人不同的經(jīng)驗(yàn)，隔一段時(shí)間再做一遍也會(huì)有新的體驗(yàn)，把這些體驗(yàn)和心得如實(shí)書(shū)寫在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，這樣才能反應(yīng)出學(xué)生活躍的思維和獨(dú)立思考問(wèn)題的能力，通過(guò)實(shí)驗(yàn)后的分析總結(jié)并寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，使學(xué)生思維產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，從而獲得新知。此外，在通過(guò)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾?，可進(jìn)一步評(píng)價(jià)學(xué)生的科學(xué)思維能力、知識(shí)綜合運(yùn)用能力及創(chuàng)新能力。
4.結(jié)語(yǔ)
綜上所述，在科研道路上，創(chuàng)新思維和全面發(fā)展同步，創(chuàng)新思維和不斷進(jìn)步同步。研究化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)作為實(shí)踐教學(xué)的關(guān)鍵，使學(xué)生深刻熟悉了解到了一些基礎(chǔ)的分析實(shí)驗(yàn)方法，也可以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和堅(jiān)持不懈的實(shí)驗(yàn)精神，提高學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)操作能力和創(chuàng)新能力，這些優(yōu)秀品質(zhì)，使得學(xué)生在以后的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出更好的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。總而言之，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的運(yùn)用，讓學(xué)生的各方面能力都得到了提升，學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)生活中遇到問(wèn)題也會(huì)用認(rèn)真堅(jiān)持的態(tài)度解決。我們不僅要把分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)成一種提高化學(xué)操作的方法，更要把分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)成提高自身綜合素質(zhì)能力的有效途徑。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
[1]莫運(yùn)春，許金生，等.分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的優(yōu)化與實(shí)踐[J].大學(xué)化學(xué)，2006，（09）.
[2]趙建芬，李紅纓，韋壽蓮，等.淺談分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革[J].廣東化工，2008，（12）.
【關(guān)鍵詞】分化實(shí)驗(yàn) 重要環(huán)節(jié) 教學(xué)質(zhì)量
《分析化學(xué)》是全國(guó)高職高專學(xué)校的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)它也是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是分析化學(xué)課程的重要組成部分，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生思維能力、實(shí)際動(dòng)手能力和科研能力起著重要作用。分析化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，本文針對(duì)高職高專大學(xué)生分化實(shí)驗(yàn)的狀況，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，從加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方面，探討如何上好分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。筆者就如何加強(qiáng)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的問(wèn)題談幾點(diǎn)看法。
1. 精心準(zhǔn)備好每一節(jié)實(shí)驗(yàn)課
實(shí)驗(yàn)課是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、科研能力的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，是驗(yàn)證所學(xué)理論的方式，通過(guò)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不僅可以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)分析化學(xué)基本理論知識(shí)的理解和掌握，更重要的是學(xué)生親自動(dòng)手，進(jìn)行各種基本技能操作以及各種儀器的使用，培養(yǎng)、訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)技能，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。一次成功的實(shí)驗(yàn)，是建立在實(shí)驗(yàn)前的精心準(zhǔn)備上的，準(zhǔn)備的充分與否，直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。根據(jù)大綱的規(guī)定，結(jié)合本校的具體條件，認(rèn)真鉆研實(shí)驗(yàn)教材，設(shè)計(jì)教法；每一次實(shí)驗(yàn)前，充分準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需的儀器、藥品，反復(fù)做實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，把握好最佳試劑用量，使實(shí)驗(yàn)有更好的效果；對(duì)于現(xiàn)象不明顯的實(shí)驗(yàn)，積極找原因和查資料，直到得到滿意的結(jié)果為止；掌握實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及處理的方法。明確哪些操作是學(xué)生必須熟練掌握的，哪些是屬于初步訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)中有的放矢的講解。
2.認(rèn)真抓好實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)
實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)前把實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)提供給學(xué)生，要求學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并做好預(yù)習(xí)記錄，做到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容心中有數(shù)。以往有些同學(xué)實(shí)驗(yàn)前不預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)中不熟悉實(shí)驗(yàn)步驟，不知道從哪入手，做實(shí)驗(yàn)時(shí)才邊看書(shū)邊做實(shí)驗(yàn)，結(jié)果一個(gè)實(shí)驗(yàn)做結(jié)束，還不知道這次實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是什么？應(yīng)該掌握那些內(nèi)容？實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)那些現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)結(jié)果如何？嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，為此要抓好學(xué)生實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)這個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)預(yù)習(xí)，學(xué)生能夠明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，實(shí)驗(yàn)原理，操作步驟、注意事項(xiàng)，從而可使學(xué)生進(jìn)一步鞏固相關(guān)理論知識(shí)。并在實(shí)驗(yàn)中克服盲目性，以此來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的主動(dòng)性和自信心。同時(shí)，通過(guò)預(yù)習(xí)激發(fā)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣。教師為了掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，采用實(shí)驗(yàn)課前提問(wèn)或抽出查預(yù)習(xí)記錄，根據(jù)對(duì)學(xué)生的掌握程度，在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行有針對(duì)性的指導(dǎo)。
3.重演示操作的規(guī)范性
分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中接觸到許多儀器，如滴定管，移液管，分析天平都要求學(xué)生會(huì)進(jìn)行熟練操作。而學(xué)生以前大部份都沒(méi)有使用過(guò)，教師的演示操作是學(xué)生模仿的樣板，教師的操作演示是否標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，直接影響到學(xué)生的模仿練習(xí)。如酸式滴定管的使用方法，首先要給學(xué)生講清楚使用方法，注意事項(xiàng)，然后再進(jìn)行操作演示（包括使用方法，活塞轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活，檢察是否漏液，是否需要涂凡士林等），最后讓學(xué)生進(jìn)行操作練習(xí)。教師巡視，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤操作是及時(shí)指出并糾正，這樣就能使學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，熟練地掌握標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的操作方法。因此，教師必需苦練規(guī)范的操作技能，才能給學(xué)生做出正確的示范，使學(xué)生獲得正確的操作方法。
4.堅(jiān)持巡回輔導(dǎo)實(shí)驗(yàn)
在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，重視啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生積極思考，認(rèn)真觀察，教會(huì)學(xué)生怎樣去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，怎樣去分析解決問(wèn)題，培養(yǎng)他們獨(dú)立思考的能力，鼓勵(lì)學(xué)生大膽操作，積極動(dòng)手，嚴(yán)格規(guī)范操作，是做好實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵。每一次實(shí)驗(yàn)都要求學(xué)生掌握不同儀器的操作方法，因而教師要堅(jiān)持巡回輔導(dǎo)，要隨時(shí)注意學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)耐心講解，并及時(shí)糾正，從而提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的效果。例如，滴定分析儀器的使用練習(xí)實(shí)驗(yàn)，必須對(duì)學(xué)生逐個(gè)進(jìn)行輔導(dǎo)，觀察每一個(gè)學(xué)生的操作步驟，并要求學(xué)生能復(fù)述儀器的使用方法，直到每一個(gè)學(xué)生都能掌握。根據(jù)分析化學(xué)的特點(diǎn)，教師必需反復(fù)強(qiáng)調(diào)基本操作的規(guī)范，并讓學(xué)生反復(fù)練習(xí)，正確的基本操作才能在學(xué)生的思維中形成。但學(xué)生在開(kāi)始的幾次實(shí)驗(yàn)還是會(huì)常常出錯(cuò)，如酸式滴定管的使用方法，學(xué)生容易犯的錯(cuò)誤，如右手控制活塞，溶液放至刻度線以下無(wú)法讀數(shù)，若滴定管內(nèi)的溶液不到零刻度，用滴管往滴定管內(nèi)加滴定液至刻度；讀數(shù)時(shí)，不能取下滴定管。堿式滴定管不先排空氣就開(kāi)始滴定。使用分析天平稱時(shí)，開(kāi)著天平加減砝碼或稱量物品，升降樞還沒(méi)有開(kāi)到底就讀數(shù)等等。故實(shí)驗(yàn)中老師要認(rèn)真細(xì)致的觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)指正并正確的給學(xué)生示范，讓學(xué)生按規(guī)范反復(fù)練習(xí)操作，才能使學(xué)生形成規(guī)范的操作。通過(guò)教師輔導(dǎo)消除部分學(xué)生潛在的敷衍了事的心理，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度，從思想上樹(shù)立起嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍的學(xué)習(xí)作風(fēng)，為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精密性、準(zhǔn)確性打下良好的基礎(chǔ)。
5. 借助實(shí)驗(yàn)小結(jié)， 強(qiáng)化規(guī)范操作
關(guān)鍵詞：高等職業(yè)教育；化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革
一、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展，脫離了學(xué)生的社會(huì)生活實(shí)際，多數(shù)實(shí)驗(yàn)只重視學(xué)生的認(rèn)知性結(jié)果，忽視了學(xué)生的過(guò)程性體驗(yàn)，留給學(xué)生主動(dòng)探索的空間較小，故將部分使用內(nèi)容進(jìn)行改進(jìn)。如有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)刪除了一些有毒物質(zhì)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加了與生活比較貼近的應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)；如阿司匹林的制備、從茶葉中提取咖啡因等，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣。
構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系，如分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，分別開(kāi)設(shè)了基礎(chǔ)、應(yīng)用和提高層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)，如電子天平的稱量練習(xí)、滴定分析基本操作、容量操作等，通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以掌握分析化學(xué)的基本操作技能；應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，如混合堿的含量分析、維生素C的含量測(cè)定、枸櫞酸鈉的含量測(cè)定、水的硬度測(cè)定、食醋總酸量的測(cè)定等，通過(guò)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，并進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；提高實(shí)驗(yàn)主要是設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)，如福爾馬林中甲醛含量的測(cè)定，通過(guò)此類實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
二、改進(jìn)教學(xué)方法和手段
傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師在上課時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)講解并將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全部寫在黑板上，學(xué)生照方抓藥，機(jī)械完成實(shí)驗(yàn)，不注重能力的培養(yǎng)，不注重問(wèn)題的提出，不注重結(jié)果的分析。在教學(xué)中，學(xué)生始終處于被動(dòng)的狀態(tài)，教師在教學(xué)中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的基本操作始終有學(xué)生不能規(guī)范操作，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也是照搬課本。
隨著多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在現(xiàn)代教育中的不斷應(yīng)用，高職化學(xué)教學(xué)方法也面臨著深刻的變革。為了使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有形象的認(rèn)識(shí)和感知，教師可以將一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提前拍攝成視頻或圖片展示給學(xué)生；還有一些不方便在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)可以制作成動(dòng)畫提供給學(xué)生學(xué)習(xí)。部分使用教師難以在較短時(shí)間內(nèi)示范所用的規(guī)范操作，有時(shí)講解時(shí)間太長(zhǎng)，學(xué)生焦躁不安，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課流于形式。教師可在課前利用媒體將視頻上傳，在課堂上進(jìn)一步進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，在學(xué)生練習(xí)時(shí)，將操作視頻重復(fù)播放，便于學(xué)生及時(shí)查看，糾正自己的錯(cuò)誤或不規(guī)范操作，對(duì)于部分不能在課堂上完全消化的學(xué)生，還可供課后進(jìn)一步查看學(xué)習(xí)。
讓學(xué)生參與批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，平行班級(jí)互相批改，在批改之前教師講清批改的要點(diǎn)和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，教師對(duì)學(xué)生批改后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行復(fù)查。在批改中，學(xué)生普遍存在的問(wèn)題會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，留下很深的印象，以后在自己寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)會(huì)特別注意。分析化學(xué)中的有效數(shù)字一直是學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，批改時(shí)學(xué)生要審核報(bào)告中每個(gè)有效數(shù)字的記錄及結(jié)果的計(jì)算，經(jīng)歷這些過(guò)程后，多數(shù)學(xué)生對(duì)這些知識(shí)掌握較好，在后面的報(bào)告中出錯(cuò)少。另外，部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫非常認(rèn)真，條理清晰，過(guò)程完整，結(jié)果準(zhǔn)確，對(duì)于批改的學(xué)生起到很好的示范作用。
三、建立多維評(píng)價(jià)體系
傳統(tǒng)的考核方式過(guò)多地注重結(jié)果評(píng)價(jià)，忽視了過(guò)程評(píng)價(jià)。改進(jìn)后的評(píng)價(jià)方法包括過(guò)程評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)，同時(shí)增加過(guò)程評(píng)價(jià)的比例，由原來(lái)的過(guò)程評(píng)價(jià)和結(jié)果評(píng)價(jià)各占50%，更改為過(guò)程評(píng)價(jià)占60%，結(jié)果評(píng)價(jià)占40%。
實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是高質(zhì)量完成實(shí)驗(yàn)的前提，教師應(yīng)在課前分發(fā)學(xué)案，提出要求，引導(dǎo)學(xué)生規(guī)范化預(yù)習(xí)，并督促學(xué)生完成學(xué)案中的思考題；在課堂上通過(guò)提問(wèn)來(lái)檢測(cè)學(xué)生預(yù)習(xí)效果，同時(shí)解答學(xué)生在預(yù)習(xí)中不能解決的問(wèn)題。課堂參與部分體現(xiàn)在學(xué)生能否積極參與討論，主動(dòng)回答問(wèn)題，旨在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。操作過(guò)程主要關(guān)注學(xué)生操作的規(guī)范程度、獨(dú)立解決問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。數(shù)據(jù)記錄部分能夠體現(xiàn)學(xué)生書(shū)寫的規(guī)范性、記錄的及時(shí)性等。報(bào)告總結(jié)多設(shè)置開(kāi)放性題目，區(qū)別于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，充分體現(xiàn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。臺(tái)面整理也是實(shí)驗(yàn)考核必不可少的部分，能充分反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，是人才培養(yǎng)的重要組成部分。
Y果評(píng)價(jià)部分主要由期末考核成績(jī)形成，期末考試分別選取一個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和一個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證學(xué)生的基本操作能力和對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。
教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和構(gòu)建多維評(píng)價(jià)體系，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了良好的效果，對(duì)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量起到積極的推動(dòng)作用。學(xué)生改變了以往應(yīng)付、機(jī)械操作的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)了良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。同時(shí)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力有個(gè)一定的提高，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)課程奠定良好的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：分析化學(xué) 實(shí)驗(yàn)技能 激勵(lì)
Shallow disscuss on the skill operation training of analytical chemistry experiment
Liao Lixia1， Liao Xiaoli2， Fang Tao1， Chen Ligang1， Li Wei1， Liu Yuqi1
1. Northeast forestry university， Harbin， 150040， China 2.The first senior high school of Yingcheng， 432400， Xiaogan， China
Abstract： In view of the problems in analytical chemistry experiment learned by compulsory specialty undergraduates， several measures in fostering analytical experiment operation skill were brought forward. In the teaching activities， operation skill was improved by regulating and controlling teaching system unit elements， playing teacher’s role by giving guidance， incitement and supervision， emancipating ideas of "stress results， despise process". In these methods， some beneficial attempts have been employed， which adopts correct attitude towards the recognition of experimental operation skill， improves experiment skill of undergraduates to a certain degree.
Key words： analytical chemistry； experiment skill； incitement
分析化學(xué)是一門重要課程，已經(jīng)被我?；瘜W(xué)、化工、應(yīng)化、食品、環(huán)境、高分子、輕化及林化等專業(yè)列為必修課。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是分析化學(xué)課程的重要組成部分，在分析化學(xué)教學(xué)中起著課堂講授所不能取代的特殊作用[1]。實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)設(shè)，可以加深學(xué)生對(duì)分析化學(xué)基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)的理解。正確和熟練掌握分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能和基本操作，可以提高學(xué)生觀察、分析和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，使學(xué)生具備較高的科研素質(zhì)[2]。
目前，關(guān)于分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究較多，一般側(cè)重于以下3個(gè)方面[3-5]：（1）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；（2）改革教學(xué)方法和模式；（3）改革成績(jī)考核方式。以上研究對(duì)增強(qiáng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力是非常必要的。但是，很多學(xué)生動(dòng)手能力較差，在后續(xù)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)、研究生階段自主學(xué)習(xí)及工作中暴露出很大的問(wèn)題。一方面是學(xué)生的規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作意識(shí)不強(qiáng)，沒(méi)有意識(shí)到實(shí)驗(yàn)操作技能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度的影響至關(guān)重要；另一方面“重結(jié)果，輕過(guò)程”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)方法在一定程度上遏制了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性和興趣，容易產(chǎn)生輕視分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能的思想。因此我們應(yīng)該從內(nèi)因和外因兩方面入手加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)技能不規(guī)范，創(chuàng)新能力再?gòu)?qiáng)，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論也不可靠。
1 深化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能重要性的認(rèn)識(shí)
分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)在我校很多專業(yè)于大一下學(xué)期或大二上學(xué)期開(kāi)設(shè)，是在完成或部分完成無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)之后進(jìn)行的。無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)一般是定性實(shí)驗(yàn)，側(cè)重于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，例如物質(zhì)狀態(tài)、顏色的變化等，因此學(xué)生定量意識(shí)不強(qiáng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作技能的規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)性重視程度不高。此外，在高中學(xué)習(xí)階段，迫于考試升學(xué)的壓力，學(xué)生對(duì)理論的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)踐操作，這些都給分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)造成一定的影響。對(duì)于從事分析化學(xué)教學(xué)的工作者來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能重要性的認(rèn)識(shí)教育，提高實(shí)驗(yàn)操作的積極性和主動(dòng)性，是從根本上提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的重要措施。我們認(rèn)為深化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能重要性的認(rèn)識(shí)可以從以下兩個(gè)方面入手：
1.1 課堂教育
實(shí)驗(yàn)課一般是在理論課部分完成或者全部完成后進(jìn)行的。我們?cè)诶碚撜n教學(xué)中，要有意識(shí)地向?qū)W生灌輸實(shí)驗(yàn)技能操作對(duì)分析化學(xué)學(xué)習(xí)的重要性。規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作技能是進(jìn)行一切科研探究活動(dòng)的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)后續(xù)各學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的保障。我們?cè)诜治龌瘜W(xué)課堂教學(xué)中經(jīng)常將分析化學(xué)中的定量概念與實(shí)驗(yàn)操作聯(lián)系起來(lái)，例如，講到誤差時(shí)，列舉不規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響，引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作技能的重視。
1.2 課外教育
學(xué)生工作部門要加強(qiáng)學(xué)生對(duì)高中與大學(xué)學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的教育，改變長(zhǎng)期形成的重理論輕實(shí)踐的思想觀念，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手意識(shí)。學(xué)校教學(xué)部門應(yīng)積極推動(dòng)教學(xué)單位與負(fù)責(zé)學(xué)生工作的職能部門聯(lián)合，建立相關(guān)的活動(dòng)機(jī)制，出臺(tái)引導(dǎo)性措施。加強(qiáng)學(xué)生與專業(yè)教師的聯(lián)系，積極參加科研項(xiàng)目，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課及實(shí)驗(yàn)操作技能的重視程度。
2 激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技能的積極性
在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)展前，讓學(xué)生觀看優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)錄像和多媒體動(dòng)畫，給他們展示指示劑在不同pH值溶液中所呈現(xiàn)的顏色變化，由此吸引學(xué)生，提高學(xué)生對(duì)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性。音像教學(xué)生動(dòng)、形象、感染力較強(qiáng)，易于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，活躍學(xué)生的思維，使他們轉(zhuǎn)變“要我做實(shí)驗(yàn)”為“我要做實(shí)驗(yàn)”“我想做實(shí)驗(yàn)”的認(rèn)識(shí)。此外，還有助于學(xué)生的技能訓(xùn)練和智力發(fā)展，從而大大提高教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以利用分析化學(xué)與人類生活的緊密關(guān)系，提供與生活緊密相關(guān)的實(shí)驗(yàn)樣品，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。如采用配位滴定法測(cè)定自來(lái)水中鈣的含量時(shí)，顏色變化應(yīng)該為酒紅色到純藍(lán)色，即便滴定過(guò)量，錐形瓶中的顏色也不會(huì)像酸堿滴定實(shí)驗(yàn)?zāi)菢影l(fā)生顏色變化。若我們向錐形瓶中加入少量自來(lái)水，溶液顏色立即變?yōu)樽仙ň萍t色與純藍(lán)色的中間色），即驗(yàn)證了學(xué)生實(shí)驗(yàn)滴定終點(diǎn)控制得較好，若加入較多的自來(lái)水仍不變色，表明滴定終點(diǎn)控制得不好，過(guò)量太多。借此可為學(xué)生提供一種便捷的檢驗(yàn)方法，也激發(fā)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的主動(dòng)思考，提高了實(shí)驗(yàn)的積極性。
3 加強(qiáng)教師指導(dǎo)作用
分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱前面幾個(gè)實(shí)驗(yàn)都是基本操作技能練習(xí)，從分析天平的稱量練習(xí)，玻璃器皿的洗滌，滴定操作練習(xí)到標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制，這些基本操作技術(shù)看似簡(jiǎn)單，但做起來(lái)卻不容易，要做到準(zhǔn)確、規(guī)范、熟練必須耐心地、循序漸進(jìn)地加以訓(xùn)練。作為教師，我們認(rèn)為可以從如下幾個(gè)方面加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)：
3.1 采用韻語(yǔ)教學(xué)
韻語(yǔ)教學(xué)，便于學(xué)生熟練掌握實(shí)驗(yàn)操作的基本要點(diǎn)和關(guān)鍵操作技術(shù)。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中包含基本操作技術(shù)較多，涉及分析天平的使用、儀器洗滌、滴定操作技術(shù)、移液管和容量瓶的使用和重量分析等操作技術(shù)。每項(xiàng)操作技術(shù)中涉及的操作要點(diǎn)又很多，實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)時(shí)畢竟是有限的，為便于學(xué)生記住操作要領(lǐng)，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中采用韻語(yǔ)教學(xué)的形式。例如在酸式滴定管的滴定操作技術(shù)中，其滴定操作韻語(yǔ)如下：用右手 搖錐瓶，用左手 把活塞；拇食中 包塞拿，不能推 輕拉拉；先快滴 后慢滴；半開(kāi)塞 掛半滴。
3.2 巡回指導(dǎo)，多鼓勵(lì)，少批評(píng)
對(duì)于剛做完定性無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，要很快接受分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作手法，是一個(gè)很困難的過(guò)程。嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)操作要遵循由易到難、循序漸進(jìn)的原則。教師要規(guī)范地為學(xué)生演示每一個(gè)步驟，耐心講解每一個(gè)操作要領(lǐng)，不能讓學(xué)生有“操作差不多”的思想。教師要正確對(duì)待學(xué)生的錯(cuò)誤操作，在進(jìn)行言語(yǔ)指導(dǎo)的同時(shí)，要有足夠的耐心，重點(diǎn)指導(dǎo)，手把手地教，不能一味地批評(píng)。學(xué)生對(duì)操作有進(jìn)步時(shí)，要適時(shí)給予肯定，增強(qiáng)他們的自信心，消除緊張心理，以免學(xué)生產(chǎn)生抵觸情緒。
3.3 前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果考核要“重過(guò)程，輕結(jié)果”
對(duì)前期幾個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，不必太追求實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精密度、準(zhǔn)確性等，否則導(dǎo)致學(xué)生為獲取較好的數(shù)據(jù)，贏得較高實(shí)驗(yàn)成績(jī)，而忽視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取過(guò)程，甚至篡改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，影響了學(xué)生實(shí)事求是科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。作為教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生偏差的具體原因，并盡可能糾正，以便學(xué)生盡快掌握操作技能。
3.4 認(rèn)真批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，重視課前總結(jié)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度與可信度不僅與規(guī)范的操作技術(shù)有關(guān)，而且與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、結(jié)果的計(jì)算和報(bào)告的書(shū)寫相關(guān)。教師在批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，要指出數(shù)據(jù)的記錄、結(jié)果的計(jì)算、報(bào)告的書(shū)寫是否規(guī)范，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作技能的掌握情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)教師自身要做好相關(guān)的記錄，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作中存在問(wèn)題的學(xué)生重點(diǎn)輔導(dǎo)，實(shí)時(shí)幫助校正。
另外，在實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，教師要對(duì)實(shí)驗(yàn)課所學(xué)操作技術(shù)進(jìn)行演示，對(duì)注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)，并指出不足，使學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的每一個(gè)操作細(xì)節(jié)都可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)作風(fēng)和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。
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4 將操作技能考核融入分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定中
分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門操作性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中要將操作技能作為評(píng)定成績(jī)的依據(jù)。要求教師將實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)涉及的各項(xiàng)操作要領(lǐng)細(xì)化，融入實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定中，并將其公示，這樣可以提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作技能的認(rèn)識(shí)程度，使他們目標(biāo)明確地規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作。表1給出了我們平時(shí)實(shí)驗(yàn)中各項(xiàng)操作的考核項(xiàng)目、要點(diǎn)及具體分值。
表1 基本操作評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（總分100分）
5 開(kāi)展分析實(shí)驗(yàn)技能大賽
以分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱為依據(jù)，定期舉行分析實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽，可以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的重視程度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，掌握科學(xué)的研究方法，形成認(rèn)真細(xì)致的思維方式。
6 結(jié)束語(yǔ)
教學(xué)質(zhì)量是教學(xué)工作的出發(fā)點(diǎn)，也是檢驗(yàn)工作成效的落腳點(diǎn)，分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)之一是培養(yǎng)操作規(guī)范的科研工作者。實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)看似簡(jiǎn)單，做起來(lái)絕非容易，必須耐心、循序漸進(jìn)地加以練習(xí)。在教學(xué)過(guò)程中要有張有弛，教師在嚴(yán)格要求學(xué)生的同時(shí)，寬容對(duì)待學(xué)生的失誤，鼓勵(lì)學(xué)生積極糾正，增強(qiáng)學(xué)生規(guī)范操作技能的意識(shí)，主動(dòng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練。
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一、理論教學(xué)
1.教學(xué)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)針對(duì)性
本課程采用國(guó)家及規(guī)劃教材，武漢大學(xué)主編的《分析化學(xué)》第五版。在分析化學(xué)教學(xué)大綱中，強(qiáng)調(diào)四大滴定地位和作用，而在實(shí)際教學(xué)中往往忽視試樣的采集、制備、分解、分離和富集等內(nèi)容，直接影響分析結(jié)果的代表性、準(zhǔn)確性，而且也是分析過(guò)程中最困難和復(fù)雜的步驟。所以在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)試樣的采集、制備、分解、分離和富集等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，為學(xué)生以后從事工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2.改革理論教學(xué)方法
第一，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，采用多元化教學(xué)模式，增強(qiáng)情感教學(xué)?，F(xiàn)代教育理論認(rèn)為，教學(xué)活動(dòng)不僅是教與學(xué)的雙邊活動(dòng)，而且是一種帶有情感的活動(dòng)。傳統(tǒng)的教學(xué)以教師的講解，學(xué)生上課聽(tīng)講為主，形成了灌輸性教學(xué)模式。在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)和社會(huì)和諧發(fā)展的前景下，在課程教學(xué)中以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，采用多元化教學(xué)模式，如發(fā)現(xiàn)教學(xué)法、多媒體教學(xué)、探究式教學(xué)和談?wù)撌浇虒W(xué)等方法和模式，增強(qiáng)情感教學(xué)，通過(guò)具體的實(shí)例激發(fā)學(xué)生的求知欲望，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)積極的思考、學(xué)習(xí)，便于學(xué)生接受和掌握課程內(nèi)容。
第二，老教師“傳、幫、帶”，培養(yǎng)年輕教師的業(yè)務(wù)水平。我國(guó)著名心理學(xué)家林崇德提出“優(yōu)秀教師=教學(xué)過(guò)程＋反思”的成長(zhǎng)公式。教學(xué)反思不僅表現(xiàn)為一種能力，一種良好的心理素質(zhì)，也是教師自身發(fā)展的一個(gè)過(guò)程，是教師職業(yè)成長(zhǎng)的重要途徑。老教師作為教學(xué)中的骨干，在長(zhǎng)期的教學(xué)活動(dòng)中累積了豐富的經(jīng)驗(yàn)，老教師對(duì)年輕教師充分發(fā)揮“傳、幫、帶”作用，提高了年輕教師的教學(xué)能力和教學(xué)水平，形成了高、中、低職稱搭配教學(xué)模式。
第三，在教學(xué)中引入專業(yè)英語(yǔ)詞匯，適當(dāng)嘗試進(jìn)行雙語(yǔ)教學(xué)。專業(yè)外語(yǔ)對(duì)于一個(gè)科技工作者很重要，而且學(xué)習(xí)外語(yǔ)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，為了提高學(xué)生的專業(yè)外語(yǔ)水平，可在教學(xué)中適當(dāng)?shù)囊雽I(yè)英語(yǔ)詞匯，讓學(xué)生盡量掌握專業(yè)詞匯，在教學(xué)過(guò)程的適當(dāng)階段，可嘗試進(jìn)行雙語(yǔ)教學(xué)，對(duì)提高學(xué)生外語(yǔ)水平具有重要的作用。
第四，以考研為目標(biāo)，作業(yè)中適當(dāng)增加名校考研真題，拓寬知識(shí)面，提高應(yīng)試能力。傳統(tǒng)的分析作業(yè)都是教材上的習(xí)題，內(nèi)容陳舊，缺乏新穎性和實(shí)用性。改革后的作業(yè)以教材為基礎(chǔ)，以考研為目標(biāo)，適當(dāng)增加名校考研題，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，為打算考研的學(xué)生鋪平道路。比如在分析化學(xué)重點(diǎn)章節(jié)酸堿滴定、絡(luò)合滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定和分析化學(xué)中數(shù)據(jù)處理，作業(yè)中增加近幾年來(lái)名校的考研真題，拓寬學(xué)生知識(shí)面。提高學(xué)生應(yīng)試能力。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)
1.自編實(shí)驗(yàn)教材，以適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展
為適應(yīng)新時(shí)代分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程要求和化學(xué)化工系課程設(shè)置，化學(xué)化工系分析教研室以教授牽頭，博采眾家之長(zhǎng)于一身，以國(guó)內(nèi)外該課程經(jīng)典實(shí)驗(yàn)教材為基礎(chǔ)，結(jié)合分析化學(xué)的學(xué)科發(fā)展、化學(xué)化工系實(shí)驗(yàn)室基本情況和本學(xué)生的自身的素質(zhì)和特點(diǎn)，優(yōu)化了分析實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)和數(shù)量，主編了適合本系學(xué)生的分析實(shí)驗(yàn)教材。該教材在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷的修改，提升，經(jīng)過(guò)幾次循環(huán)實(shí)踐檢驗(yàn)，該分析實(shí)驗(yàn)教材重、難點(diǎn)突出，理論基礎(chǔ)翔實(shí)準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)單易行，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果很好，深受學(xué)生的喜歡。
2.搭配教學(xué)，提高青年教師教學(xué)能力
分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用高、中、低職稱搭配教學(xué)模式，改變了傳統(tǒng)的以年輕教師為主的教學(xué)模式。年青教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，積極、主動(dòng)的向資歷深的教師請(qǐng)教、探討分析化學(xué)的理論基礎(chǔ)、實(shí)踐、學(xué)科前沿等有關(guān)問(wèn)題，以每次實(shí)驗(yàn)通過(guò)學(xué)生的反饋效果，及時(shí)總結(jié)和反思，善于找到自身的不足和缺點(diǎn)，并及時(shí)彌補(bǔ)和改正，不斷提高年輕教師業(yè)務(wù)能力和教學(xué)水平，以適應(yīng)社會(huì)、學(xué)院的發(fā)展。
3.采用多元化教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生求知欲望
通過(guò)各種教學(xué)方法和模式，首先使學(xué)生樹(shù)立正確的人生觀和價(jià)值觀；其次了解學(xué)生對(duì)分析實(shí)驗(yàn)課的意見(jiàn)和建議，對(duì)所做的實(shí)驗(yàn)提出問(wèn)題，共同探討、分析、解決。該方法可使學(xué)生以現(xiàn)有化學(xué)理論、無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，獨(dú)立設(shè)計(jì)、開(kāi)展綜合性分析實(shí)驗(yàn)，可提高學(xué)生的思維能力和動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生求知欲望。總之，采用多元式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，旨在端正學(xué)生對(duì)人生態(tài)度，提高學(xué)生的思考能力和語(yǔ)言表達(dá)能力，力求使學(xué)生思想更加活躍，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴望。
4.學(xué)生分組操作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神
在分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，注重學(xué)生之間的相互合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。以光度法測(cè)定鹽酸中鐵為例，可將4～5名學(xué)生分為一小組，組內(nèi)學(xué)生自主協(xié)商分工，小組內(nèi)討論、分析、思考在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題，動(dòng)手實(shí)踐操作，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。此方法注重學(xué)生之間的相互協(xié)作，相互討論，共同進(jìn)步，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生畢業(yè)后能夠勝任集體工作的能力。
三、課程教學(xué)答疑和實(shí)驗(yàn)答疑應(yīng)與查閱資料相結(jié)合。培養(yǎng)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)的能力
以“學(xué)用結(jié)合，以用促學(xué)”教學(xué)原則來(lái)指導(dǎo)和組織本分析課程和實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，與化學(xué)化工文獻(xiàn)檢索課學(xué)習(xí)相輔相成、互為促進(jìn)。如在教學(xué)中的疑問(wèn)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一些相關(guān)問(wèn)題，在教學(xué)中不急于回答，培養(yǎng)學(xué)生先獨(dú)立去查閱相關(guān)化學(xué)化工文獻(xiàn)資料，找出相關(guān)答案，在教師的指導(dǎo)下，發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，共同探討、分析相關(guān)的問(wèn)題。此方法力求鍛煉學(xué)生思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的方法，培養(yǎng)學(xué)生查閱化學(xué)化工文獻(xiàn)的能力，為以后工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1.理論課程評(píng)價(jià)方法
目前分析化學(xué)理論課考試形式單一，題量大，難度大，考點(diǎn)內(nèi)容局限于基本知識(shí)和基本技能，并且試題中重復(fù)試題多，造成了“平時(shí)放松，考前抓緊，考后全忘”的現(xiàn)象。理論課成績(jī)的評(píng)定分為兩部分，平時(shí)成績(jī)占20％，理論考試成績(jī)80％。平時(shí)成績(jī)考核內(nèi)容包括出勤率、作業(yè)完成情況等，理論考試考核是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)一出題，側(cè)重于基礎(chǔ)知識(shí)實(shí)際應(yīng)用，采用閉卷進(jìn)行考試。
2.實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)方法
實(shí)驗(yàn)課成績(jī)的評(píng)定也分為兩部分，平時(shí)成績(jī)占30％，實(shí)驗(yàn)操作考試占70％。平時(shí)成績(jī)包括實(shí)驗(yàn)出勤率、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況、實(shí)驗(yàn)態(tài)度是否端正。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī)直接與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度掛鉤。實(shí)驗(yàn)操作考試題目由每學(xué)期開(kāi)設(shè)過(guò)的實(shí)驗(yàn)中衍生
出，有3～5個(gè)實(shí)驗(yàn)操作題目，學(xué)生通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)抽簽確定操作考試題目，然后立即完成操作題目，教師通過(guò)學(xué)生在操作過(guò)程中的表現(xiàn)給出操作考試成績(jī)，提高學(xué)生的基本操作技能。
總之，通過(guò)上述課程教學(xué)改革，徹底打破了傳統(tǒng)的分析化學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)學(xué)習(xí)，如讓學(xué)生做畢業(yè)論文或接受一個(gè)新課題時(shí)，首先要了解這一課題的歷史、現(xiàn)狀、基本原理、基本方法和基本技術(shù)，獨(dú)立、主動(dòng)查閱相關(guān)國(guó)內(nèi)外原始文獻(xiàn)，了解該課題的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，分析該課題的現(xiàn)實(shí)意義，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生的潛在能力得以最大限度的發(fā)揮，造就與時(shí)俱進(jìn)的、具有獨(dú)立思考、實(shí)踐能力高和競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)的高層次創(chuàng)新人才。
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[13]余向春.化學(xué)文獻(xiàn)及查閱方法[M].第四版，北京：科學(xué)出版社，2009.
1.1實(shí)驗(yàn)室之美
寬敞明亮的實(shí)驗(yàn)室、擺放有序的儀器設(shè)備、整潔一新的實(shí)驗(yàn)室臺(tái)面、地面，在環(huán)境優(yōu)美的實(shí)驗(yàn)室完成學(xué)習(xí)任務(wù)，都能給予學(xué)生美的享受。但實(shí)際上大部分化學(xué)實(shí)驗(yàn)室都有著令人不悅的異常氣味，這就需要教師先引導(dǎo)學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)室，了解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，了解異常氣味產(chǎn)生的來(lái)源;再啟發(fā)學(xué)生通過(guò)科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，嚴(yán)格遵循實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)規(guī)程，減少實(shí)驗(yàn)對(duì)化學(xué)試劑的使用以及“三廢”的產(chǎn)生和排放。實(shí)驗(yàn)完畢后，再將個(gè)人使用的儀器刷洗干凈，擺放整齊，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)面、地面打掃干凈，以保持實(shí)驗(yàn)室的整潔之美。
1.2實(shí)驗(yàn)儀器之美
分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用的玻璃儀器較多，如滴定管、容量瓶等，造型各異，本身就具有直線美、曲線美及造型美。教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中要求學(xué)生按照“從左到右，自下而上”的原則組裝儀器，儀器裝畢干凈利落、勻稱協(xié)調(diào)，充分展現(xiàn)出儀器美的均衡性。而教師要求學(xué)生規(guī)范的使用儀器，如通過(guò)控制滴定管活塞的開(kāi)關(guān)，就可隨時(shí)控制反應(yīng)速度以及反應(yīng)的終止。使學(xué)生體會(huì)到儀器美不僅在“外表”，還有“內(nèi)在”的性能美。
1.3實(shí)驗(yàn)技術(shù)之美
隨著科技的進(jìn)步，化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)也愈顯其美的價(jià)值和特征。如鄰二氮菲分光光度法測(cè)定鐵的實(shí)驗(yàn)，往屆學(xué)生使用的是手動(dòng)波長(zhǎng)的721型分光光度計(jì)，用于可見(jiàn)光區(qū)的測(cè)定，按鈕式、手動(dòng)波長(zhǎng)設(shè)置，波長(zhǎng)精度10nm，操作繁瑣，儀器穩(wěn)定性能也較差?，F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)使用UV762型全自動(dòng)掃描分光光度計(jì)，通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)全部操作，測(cè)量波長(zhǎng)范圍寬，可用于紫外和可見(jiàn)光的測(cè)定，波長(zhǎng)精度為2nm，可進(jìn)行自動(dòng)波長(zhǎng)掃描，大大提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效率。讓學(xué)生體驗(yàn)到現(xiàn)代分析儀器技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展美。
1.4實(shí)驗(yàn)操作之美
實(shí)驗(yàn)演示時(shí)，教師先以規(guī)范、優(yōu)美、嫻熟的動(dòng)作給學(xué)生做出示范，從儀器的用法到試劑的用量處處體現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)操作之美，增強(qiáng)學(xué)生獲得鮮明的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的信心。當(dāng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師再巡回指導(dǎo)，解惑答疑，讓學(xué)生切身體驗(yàn)到滴定終點(diǎn)將到時(shí)，一滴或半滴試劑的滴下就能改變顏色而獲得準(zhǔn)確實(shí)驗(yàn)結(jié)果的操作樂(lè)趣，既是培養(yǎng)學(xué)生良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的手段，也是美的欣賞和熏陶的途徑。
1.5實(shí)驗(yàn)思維之美
“化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程不僅是感性活動(dòng)過(guò)程，而且更是理論思維活動(dòng)過(guò)程，它本質(zhì)上是理論思維的物化?！笨茖W(xué)之美在于發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榭茖W(xué)的發(fā)現(xiàn)就是透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)，尋找其深刻的內(nèi)在規(guī)律，這是人們從事科學(xué)研究的目的所在。如常見(jiàn)陽(yáng)離子混合液的定性分析實(shí)驗(yàn)時(shí)，在酸性試液中加入稀HCl溶液，可得到白色沉淀，經(jīng)分析可確定白色沉淀是由AgCl/Hg2Cl2/PbCl2組成，從而體現(xiàn)出Ag+、Hg2+2的Pb2+的共性。接著將除去氯化物的酸性離心液中加入硫代乙酰胺(TAA)溶液并加熱，可得到第二組陽(yáng)離子的硫化物沉淀，離心分離;再將離心液pH值調(diào)為9.0，并加入TAA加熱，可得到第三組陽(yáng)離子的硫化物沉淀。實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生細(xì)致觀察現(xiàn)象從中發(fā)現(xiàn)實(shí)質(zhì)之美。上述現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)是其硫化物溶解度的差異，第二組陽(yáng)離子相應(yīng)的硫化物的溶解度小，因此在酸性試液中可生成沉淀，從而與其它離子分離;而第三組陽(yáng)離子相應(yīng)的硫化物的溶解度比第二組的大，所以在堿性試液中才能沉淀完全。由此可見(jiàn)，使離子完全沉淀的條件選擇依據(jù)是離子生成相應(yīng)化合物的溶解度。教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)一系列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與思考，使他們深深領(lǐng)悟該原理在思維上的動(dòng)態(tài)之美與和諧之美。
1.6實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之美
一個(gè)體現(xiàn)出科學(xué)性、可行性、安全性、簡(jiǎn)約性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，不僅是科學(xué)設(shè)計(jì)，而且是美的設(shè)計(jì)。居里夫人說(shuō):“科學(xué)的探討本身就含著美，其本身給人的愉悅就是報(bào)酬?！比缪芯啃驮O(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)“Cu2+、Zn2+混合溶液各自含量的測(cè)定”，有學(xué)生會(huì)考慮利用Cu2+、Zn2+與EDTA絡(luò)合性能的差異，采用控制酸度法測(cè)定。即在pH為5～6時(shí)，以二甲酚橙(XO)為指示劑，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Zn2+的含量，然后調(diào)節(jié)溶液的酸度pH為4，以1－(2－吡啶偶氮)－2萘酚(PAN)為指示劑，加熱80～90℃情況下，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定Cu2+的含量。但是，這種方法的結(jié)果誤差較大且滴定終點(diǎn)的顏色突變不明顯。如何解釋和解決這個(gè)問(wèn)題，就要考慮Cu2+、Zn2+兩種金屬離子和EDTA、XO的絡(luò)合性的差異，盡管在pH為5～6時(shí)，Cu2+與XO不絡(luò)合，但與EDTA會(huì)有絡(luò)合反應(yīng)，從而造成較大的測(cè)定誤差。為此，師生共同探究解決方案，最后結(jié)合預(yù)實(shí)驗(yàn)給出可行的實(shí)驗(yàn)方案，即以硫脲掩蔽Cu2+先測(cè)定Zn2+含量(要求嚴(yán)格控制溶液的酸度、硫脲與其它試劑的加入順序);再取一份試液，測(cè)定總量時(shí)，首先以Cu2+標(biāo)準(zhǔn)溶液多次實(shí)驗(yàn)，確定正確的滴定終點(diǎn)顏色，從而提出正確合理的設(shè)計(jì)方案。
1.7實(shí)驗(yàn)報(bào)告之美
實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)全過(guò)程的記錄、歸納和升華。教師除了要求學(xué)生把實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、過(guò)程現(xiàn)象、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析等簡(jiǎn)要地記錄下來(lái)，形成常規(guī)格式的書(shū)面報(bào)告外;還要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生需獨(dú)立完成并且實(shí)事求是的記錄數(shù)據(jù)和描述現(xiàn)象，不可臆造、篡改或抄襲。如滴定分析實(shí)驗(yàn)，需要求學(xué)生在三次平行實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)極差應(yīng)在0.08mL以內(nèi)(以每次消耗滴定液體積20mL計(jì)算)才算合格;若不合格，必須再進(jìn)行操作直到得到三次合格的數(shù)據(jù)為止。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行創(chuàng)造性設(shè)計(jì)，繪制美觀、整潔、比例適當(dāng)?shù)木€條圖、著色圖、裝置圖等，就像一幅精美的繪畫那樣令學(xué)生自我陶醉，培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)“想象－創(chuàng)造”，用化學(xué)語(yǔ)言和簡(jiǎn)明符號(hào)來(lái)表達(dá)化學(xué)之美的能力，從中體會(huì)到獲得成功的創(chuàng)造美感。
1.8實(shí)驗(yàn)教師之美
在美育和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的滲透、結(jié)合與促進(jìn)中，教師起著媒介、橋梁的作用，所以實(shí)驗(yàn)教師不僅要以美施教，從心靈到儀表都要成為美的化身，以美好的形象和言行垂范于學(xué)生，以自己的人格魅力影響學(xué)生，同時(shí)要以高超精湛的教學(xué)藝術(shù)使學(xué)生感到上課就是一種愜意的審美享受。實(shí)驗(yàn)教師著裝樸素得當(dāng)、教態(tài)端莊自然，使內(nèi)在學(xué)識(shí)修養(yǎng)與外在形象和諧統(tǒng)一，就會(huì)令學(xué)生感到愉快，提高聽(tīng)課情緒，有利于知識(shí)的傳遞。而實(shí)驗(yàn)教師在課堂教學(xué)傳遞知識(shí)信息時(shí)使用的準(zhǔn)確、生動(dòng)、富有啟發(fā)性的語(yǔ)言，吐字清晰，發(fā)音標(biāo)準(zhǔn)，都能讓學(xué)生體驗(yàn)和感受到輕重緩急、高低強(qiáng)弱等眾多的語(yǔ)言變化美。從而使師與生、教與學(xué)之間呈現(xiàn)一種融洽暢達(dá)的氛圍，形成一種師生心靈相通、情感和諧的美。
2分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的審美化
如何在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分展示上述美育內(nèi)容，就需要教師了解美學(xué)原理以及將美學(xué)原理與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的原則，改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為審美化教學(xué)，使學(xué)生在欣賞、體驗(yàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)美的同時(shí)習(xí)得知識(shí)、陶冶情操;達(dá)到提高教學(xué)效率，又培養(yǎng)學(xué)生審美素質(zhì)的目的。
2.1教學(xué)目標(biāo)審美化
教學(xué)目標(biāo)審美化就是改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中單純的驗(yàn)證性、知識(shí)傳授性模式，將知識(shí)傳授和審美修養(yǎng)結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生能將化學(xué)知識(shí)變?yōu)閷徝缹?duì)象，在親身實(shí)踐中體驗(yàn)到分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)里的儀器美、操作美、現(xiàn)象美、思維美，提高其審美欣賞、創(chuàng)造和表現(xiàn)能力。同時(shí)通過(guò)審美模仿與遷移，培養(yǎng)學(xué)生積極向上的生活態(tài)度。
2.2教學(xué)內(nèi)容審美化
分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容豐富且涉及面廣，但各知識(shí)點(diǎn)間并非孤立無(wú)關(guān)，而是有規(guī)可尋。教學(xué)內(nèi)容審美化就是要發(fā)掘這其中的內(nèi)在邏輯美，即讓教學(xué)內(nèi)容邏輯清晰化?？刹扇∫灾R(shí)點(diǎn)為紐結(jié)，知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系為線，再以多條線形成面，以多個(gè)面構(gòu)成“點(diǎn)線面體”的立體知識(shí)系統(tǒng)和跨學(xué)科知識(shí)聯(lián)系，按照“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)—綜合實(shí)驗(yàn)—研究實(shí)驗(yàn)”三個(gè)層次組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的審美轉(zhuǎn)化。如在酸堿滴定法的基礎(chǔ)、綜合實(shí)驗(yàn)完成后，安排HCl－NH4Cl、HCl－MgCl2－NaCl中各組分含量的測(cè)定這兩個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)。為了設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生需查閱相關(guān)理論書(shū)、分析化學(xué)手冊(cè)以獲得各種有用的常數(shù)和溶液的配制方法，寫出完整規(guī)范的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，再在實(shí)驗(yàn)室里完成實(shí)驗(yàn)。通過(guò)完成這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)強(qiáng)酸、弱酸和極弱酸的概念性質(zhì)以及滴定過(guò)程的特性有了深入的理解;同時(shí)，對(duì)于幾種指示劑的變色范圍、選擇原則等更加熟悉，今后遇到同類問(wèn)題都會(huì)迎刃而解。在絡(luò)合滴定法基礎(chǔ)、綜合性實(shí)驗(yàn)完成后，則安排Fe3+－Al3+、Cu2+－Zn2+混合液中各自含量測(cè)定的兩個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中充分了解各種離子性質(zhì)(絡(luò)合、水解等)、酸效應(yīng)曲線的應(yīng)用以及各種金屬離子指示劑的變色、適用酸度范圍及其正確應(yīng)用等，得到的效果是傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的編排所無(wú)法取得的。
2.3教學(xué)過(guò)程審美化
教學(xué)過(guò)程審美化就是教師將實(shí)驗(yàn)課的預(yù)習(xí)、授課、演示、提問(wèn)、啟發(fā)、討論等環(huán)節(jié)藝術(shù)化，引導(dǎo)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)、記錄、實(shí)驗(yàn)條件控制等科學(xué)方法及分析、比較、抽象概括等邏輯思維方法得出正確結(jié)論，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，體驗(yàn)到研究科學(xué)問(wèn)題的思維過(guò)程美、理性美。
2.4教學(xué)手段審美化
教學(xué)手段審美化就是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分利用直觀教具與多媒體等現(xiàn)代教學(xué)手段，向?qū)W生展示直觀、形象、和諧、愉悅化學(xué)美的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量和效率，銳化學(xué)生審美感觀。如分析天平的稱量實(shí)驗(yàn)，就可先播放相關(guān)視頻，再輔以教師講解，最后進(jìn)行實(shí)際操作練習(xí)。
2.5教學(xué)評(píng)價(jià)審美化
教學(xué)評(píng)價(jià)審美化即采取多樣化的評(píng)價(jià)方法，以積極的態(tài)度看待學(xué)生個(gè)體差異，給予肯定評(píng)價(jià)。如在研究型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中對(duì)提出有新意和創(chuàng)新性的方案的學(xué)生要及時(shí)肯定、積極鼓勵(lì)，以贊美的評(píng)語(yǔ)使學(xué)生感到成功和進(jìn)步，激發(fā)學(xué)生新的積極行為。
3結(jié)語(yǔ)
1 改革教學(xué)內(nèi)容，使其層次化
將課程實(shí)驗(yàn)分為操作性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)幾個(gè)層次開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課。
1）操作性實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)著重對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)、基本操作技能訓(xùn)練，是化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于該類實(shí)驗(yàn)，我們首先明確該門實(shí)驗(yàn)課中學(xué)生應(yīng)掌握的實(shí)驗(yàn)基本操作；基本操作所屬的具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)講授、演示和與學(xué)生的交流討論，向?qū)W生傳授實(shí)驗(yàn)基本原理、基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)基本要點(diǎn)與關(guān)鍵步驟，對(duì)學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范化操作的指導(dǎo)和訓(xùn)練，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正學(xué)生在實(shí)驗(yàn)基本操作上存在的問(wèn)題。
2）綜合性實(shí)驗(yàn)主要指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，運(yùn)用基本實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)手段和技能完成給定化合物的合成、組成測(cè)定及結(jié)構(gòu)表征，使學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)各類化合物的合成原理與方法，學(xué)習(xí)運(yùn)用近代分析儀器的方法。綜合性實(shí)驗(yàn)突出訓(xùn)練學(xué)生對(duì)所學(xué)化學(xué)知識(shí)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能的綜合應(yīng)用，通過(guò)一個(gè)物質(zhì)或產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)過(guò)程、成分分析等，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新意識(shí)的目的。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵問(wèn)題、安全要求、基本裝置的規(guī)范安裝和基本操作等內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的講解，而對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的結(jié)果，則由老師引導(dǎo)學(xué)生分析和思考，并要求學(xué)生進(jìn)行討論，這種啟發(fā)式和互動(dòng)式教學(xué)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性。
3）設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)突出培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力、判斷推理能力、研究創(chuàng)新能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指在給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和在?shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件下，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)相比，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)突出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主體性，讓學(xué)生主動(dòng)思考、主動(dòng)實(shí)踐，這對(duì)于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力等綜合素質(zhì)十分有利。對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，我們首先指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，與學(xué)生共同討論實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、數(shù)據(jù)處理則由學(xué)生自行弄懂。實(shí)驗(yàn)完畢后，與學(xué)生共同探討實(shí)驗(yàn)的成敗。
2 改革實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，使得實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及課后輔導(dǎo)一體化
2.1 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)
在實(shí)驗(yàn)前要求學(xué)生對(duì)將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行預(yù)習(xí)，寫出預(yù)習(xí)報(bào)告。預(yù)習(xí)報(bào)告主要包括實(shí)驗(yàn)的基本原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)藥品、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、課后問(wèn)題等內(nèi)容。通過(guò)預(yù)習(xí)學(xué)生可對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、所用儀器、藥品、操作步驟等內(nèi)容有一定的了解，可提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的效果。
2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
在實(shí)驗(yàn)課上，教師和學(xué)生針對(duì)本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行充分的討論。通過(guò)教師講解和學(xué)生的討論，使學(xué)生能掌握實(shí)驗(yàn)基本原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)的處理方式、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)等。
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要求學(xué)生要按照正確的操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，要及時(shí)正確地觀察與記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行結(jié)果處理。教師要對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本操作進(jìn)行具體指導(dǎo)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)基本操作上存在的問(wèn)題并及時(shí)糾正。
2.3 課后輔導(dǎo)
實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師要對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行認(rèn)真、詳細(xì)的批改，指出實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的錯(cuò)誤，記錄實(shí)驗(yàn)報(bào)告中反映出來(lái)的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，并與學(xué)生進(jìn)行及時(shí)交流。
3 改革教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量
3.1 重視現(xiàn)代現(xiàn)代教育技術(shù)在課程教學(xué)中的應(yīng)用
任課教師將該課程的教學(xué)課件放到每個(gè)教師的教師社區(qū)中，學(xué)生可根據(jù)課件的要求進(jìn)行預(yù)習(xí)、自學(xué)和課后討論。同時(shí)將把實(shí)驗(yàn)中的基本操作以多媒體的形式放到學(xué)院的網(wǎng)站上，學(xué)生在網(wǎng)上可進(jìn)行基本操作的網(wǎng)絡(luò)練習(xí)，使學(xué)生在正式操作練習(xí)前就有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)代教學(xué)手段用于課程教學(xué)中，改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)單一的教學(xué)形式，使現(xiàn)代教育技術(shù)手段與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。
3.2 對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，自主選題和教師擬題相結(jié)合
對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，教師擬定一些題目，學(xué)生從中選題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也鼓勵(lì)同學(xué)根據(jù)自己所掌握的知識(shí)自主擬題。學(xué)生針對(duì)選擇的題目查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)操作，撰寫出完整的科學(xué)研究報(bào)告。通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力逐步提高，創(chuàng)新意識(shí)得到加強(qiáng)，創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。
3.3 注重科研與教學(xué)結(jié)合
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