時間：2022-11-05 09:35:47
引言：易發(fā)表網(wǎng)憑借豐富的文秘實踐，為您精心挑選了九篇分析化學實驗報告范例。如需獲取更多原創(chuàng)內(nèi)容，可隨時聯(lián)系我們的客服老師。
一、實驗3.1
題目：
考慮線性方程組，，，編制一個能自動選取主元，又能手動選取主元的求解線性代數(shù)方程組的Gauss消去過程。
（1）取矩陣，，則方程有解。取計算矩陣的條件數(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)選擇程序中手動選取主元的功能，每步消去過程都選取模最小或按模盡可能小的元素作為主元進行消元，觀察并記錄計算結(jié)果，若每步消去過程總選取按模最大的元素作為主元，結(jié)果又如何？分析實驗的結(jié)果。
（3）取矩陣階數(shù)n=20或者更大，重復上述實驗過程，觀察記錄并分析不同的問題及消去過程中選擇不同的主元時計算結(jié)果的差異，說明主元素的選取在消去過程中的作用。
（4）選取其他你感興趣的問題或者隨機生成的矩陣，計算其條件數(shù)，重復上述實驗，觀察記錄并分析實驗的結(jié)果。
1.
算法介紹
首先，分析各種算法消去過程的計算公式，
順序高斯消去法：
第k步消去中，設增廣矩陣中的元素（若等于零則可以判定系數(shù)矩陣為奇異矩陣，停止計算），則對k行以下各行計算，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；重復此方法，從第1步進行到第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，當時，對中第行與第行交換，然后按照和順序消去法相同的步驟進行。重復此方法，從第1步進行第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，在增廣矩陣中對應的子方陣中，選取使得，若或，則對中第行與第行、第列與第列交換，然后按照和順序消去法相同的步驟進行即可。重復此方法，從第1步進行到第n-1步，就可以得到最終的增廣矩陣，即；
接下來，分析回代過程求解的公式，容易看出，對上述任一種消元法，均有以下計算公式：
2.
實驗程序的設計
一、輸入實驗要求及初始條件；
二、計算系數(shù)矩陣A的條件數(shù)及方程組的理論解；
三、對各不同方法編程計算，并輸出最終計算結(jié)果。
3.
計算結(jié)果及分析
（1）
先計算系數(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，故此問題屬于病態(tài)問題，
b或A的擾動都可能引起解的較大誤差；
采用順序高斯消去法，計算結(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。通過進一步觀察，可以發(fā)現(xiàn)，按照順序高斯消去法計算時，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有對結(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）的實驗結(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有得到精確解。在后兩種消去法中，由于程序計算時的舍入誤差，對最終結(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。
為進一步分析，計算上述4種方法每步選取的主元數(shù)值，并列表進行比較，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)，對這個方程組而言，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)量級上差別小，所以計算過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算結(jié)果完全一致的原因。該矩陣在消元過程中，每次選取主元的一列只有兩個非零元素，對角線上的元素為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，默認的主元也就是該列最小的主元，因此兩種方法所得到的計算結(jié)果是一致的。
理論上說，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），這個理論現(xiàn)象在這里并沒有充分體現(xiàn)出來。
（3）
時，重復上述實驗過程，各種方法的計算結(jié)果如下所示，在這里，仍采用無窮范數(shù)衡量絕對誤差。
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，此時列主元和完全主元的計算結(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時候的誤差比相比，n=20時的誤差增長了大約1000倍，這是由于計算過程中舍入誤差的不斷累積所致。所以，如果進一步增加矩陣的維數(shù)，應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，選取2-條件數(shù)對不同維度的系數(shù)矩陣進行比較。
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，不同方法對計算誤差的影響逐漸體現(xiàn)，并且增長較快，這是由于舍入誤差逐步累計而造成的。不過，方法二與方法三在維度小于40的情況下都得到了精確解，這兩種方法的累計誤差遠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算結(jié)果保持一致，方法二與方法三的計算結(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有數(shù)量級上的差異，因此，不同的主元選取方式對計算結(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，對于低階的矩陣來說，四種方法求解出來的結(jié)果誤差均較小。
另外，由于完全選主元方法在選主元的過程中計算量較大，而且可以發(fā)現(xiàn)列主元法已經(jīng)可以達到很高的精確程度，因而在實際計算中可以選用列主元法進行計算。
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：＇);
%賦值A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消元法無法進行＇);
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消元法無法進行＇);
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消元法無法進行＇);
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消元法無法進行＇);
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窮-范數(shù)為＇);
norm(x4-X,inf)
end
二、實驗3.3
題目：
考慮方程組的解，其中系數(shù)矩陣H為Hilbert矩陣：
這是一個著名的病態(tài)問題。通過首先給定解（例如取為各個分量均為1）再計算出右端的辦法給出確定的問題。
（1）選擇問題的維數(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？將計算結(jié)果與問題的解比較，結(jié)論如何。
（2）逐步增大問題的維數(shù)，仍用上述的方法來解它們，計算的結(jié)果如何？計算的結(jié)果說明的什么？
（3）討論病態(tài)問題求解的算法。
1.
算法設計
對任意線性方程組，分析各種方法的計算公式如下，
（1）Gauss消去法：
首先對系數(shù)矩陣進行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
，進行迭代計算，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
，進行迭代計算，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，進行迭代計算，直到誤差滿足要求。
2.
實驗過程
一、根據(jù)維度n確定矩陣H的各個元素和b的各個分量值；
二、選擇計算方法（
Gauss消去法，J迭代法，GS迭代法，SOR迭代法），對迭代法設定初值，此外SOR方法還需要設定松弛因子；
三、進行計算，直至滿足誤差要求（對迭代法，設定相鄰兩次迭代結(jié)果之差的無窮范數(shù)小于0.0001；
對SOR方法，設定為輸出迭代100次之后的結(jié)果及誤差值），輸出實驗結(jié)果。
3.
計算結(jié)果及分析
（1）時，問題可以具體定義為
計算結(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
使用無窮范數(shù)衡量誤差，可得=4.254160357319847e-10；
J迭代法
設定迭代初值為零，計算得到
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
設定迭代初值為零，計算得到GS法的迭代矩陣G的譜半徑為：0.999998＜1，故GS法收斂，經(jīng)過541次迭代計算后，結(jié)果為X=(1.001178105812706
0.999144082651860
0.968929093984902
1.047045569989162
1.027323158370281
0.954352032784608)T
使用無窮范數(shù)衡量誤差，有=0.047045569989162；
SOR迭代法
設定迭代初值為零向量，并設定，計算得到SOR法迭代矩陣譜半徑為0.999999433815223，經(jīng)過100次迭代后的計算結(jié)果為
X=(1.003380614145078
0.962420297458423
1.031857023134559
1.061814901289881
1.014037815827164
0.917673642493527)T；
使用無窮范數(shù)衡量誤差，有=0.082326357506473；
對SOR方法，可變，改變值，計算結(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，收斂相對較快。
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（取）
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
計算可得，矩陣H的條件數(shù)為>>1，所以這是一個病態(tài)問題。由上表可以看出，四種方法的求解都存在一定的誤差。下面分析誤差的來源：
LU分解方法的誤差存在主要是由于Hilbert矩陣各元素由分數(shù)形式轉(zhuǎn)換為小數(shù)形式時，不能除盡情況下會出現(xiàn)舍入誤差，在進行LU分解時也存在這個問題，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，對不同的，SOR方法的迭代速度會相應有變化，如果選用最佳松弛因子，可以實現(xiàn)更快的收斂；
（2）
考慮不同維度的情況，時，
算法
Gauss消去
J法
GS法
SOR法（w=0.5）
計算結(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，
算法
Gauss消去法
Jacobi法
GS法
SOR法（w=0.5）
計算結(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
算法
Gauss消去法
Jacobi法
GS法
SOR法（w=0.5）
計算結(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；但當維數(shù)達到15時，計算結(jié)果誤差已經(jīng)達到精確解的很多倍；
J法迭代不收斂，無論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，但是當維數(shù)達到15的時候，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，能夠在一定程度上滿足迭代求解的需求，不過迭代的速度很慢。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)過比較可以得出結(jié)論，如果求解較低維度的Hibert矩陣問題，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矩陣問題，只有采用SOR迭代法。
（3）
系數(shù)矩陣的條件數(shù)較大時，為病態(tài)方程。由實驗可知，Gauss法在解上述方程時，結(jié)果存在很大的誤差。而對于收斂的迭代法，可以通過選取最優(yōu)松弛因子的方法來求解，雖然迭代次數(shù)相對較多，但是結(jié)果較為精確。
總體來看，對于一般病態(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)問題；
GS迭代方法可以解決維數(shù)較低的病態(tài)問題，但其譜半徑非常趨近于1，導致迭代算法收斂速度很慢，維數(shù)較大的時候，GS法也不再收斂；
SOR方法較適合于求解病態(tài)問題，特別是矩陣維數(shù)較高的時候，其優(yōu)勢更為明顯。
2.
采用高精度的運算，如選用雙倍或更多倍字長的運算，可以提高收斂速度；
3.
可以對原方程組作某些預處理，從而有效降低系數(shù)矩陣的條件數(shù)。
4.
實驗結(jié)論
（1）對Hibert矩陣問題，其條件數(shù)會隨著維度的增加迅速增加，病態(tài)性會越來越明顯；在維度較低的時候，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)問題，特別是矩陣維數(shù)較高的時候，其優(yōu)點更為明顯。從本次實驗可以看出，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：＇);
%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消去法無法進行＇);
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法計算結(jié)果為:＇);
xj(:,m2+1)
disp(＇解與精確解之差的無窮范數(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迭代法計算結(jié)果:＇);
xG(:,m3+1)
disp(＇解與精確解之差的無窮范數(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窮范數(shù)＇);
norm((x_star-x),inf)
end
pause
三、實驗4.1
題目：
對牛頓法和擬牛頓法。進行非線性方程組的數(shù)值求解
（1）用上述兩種方法，分別計算下面的兩個例子。在達到精度相同的前提下，比較其迭代次數(shù)、CPU時間等。
（2）取其他初值，結(jié)果又如何？反復選取不同的初值，比較其結(jié)果。
（3）總結(jié)歸納你的實驗結(jié)果，試說明各種方法適用的問題。
1.
算法設計
對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，需要取一個初值。
（2）擬牛頓法：（Broyden秩1法）
其中，
擬牛頓法不需要求解的導數(shù)，因此節(jié)省了大量的運算時間，但需要給定矩陣的初值，取為。
2.
實驗過程
一、輸入初值；
二、根據(jù)誤差要求，按公式進行迭代計算；
三、輸出數(shù)據(jù)；
3.
計算結(jié)果及分析
（1）首先求解方程組（1），在這里，設定精度要求為，
方法
牛頓法
擬牛頓法
初始值
計算結(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計算時間/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到同樣計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計算時間更長。
之后求解方程組（2），同樣設定精度要求為
方法
牛頓法
擬牛頓法
初始值
計算結(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計算時間/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到同樣計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算，牛頓法每次迭代的CPU計算時間較長。
（2）對方程組（1），取其他初值，計算結(jié)果列表如下，同樣設定精度要求為
初始值
方法
牛頓法
擬牛頓法
計算結(jié)果
0.905539609855914
1.085219168370031
0.672193668718305
9.211852562357894
-5.574005400255346
18.118173639381205
迭代次數(shù)
4
58
CPU計算時間/s
3.907164
4.818019
計算結(jié)果
0.905539609855914
1.085219168370031
0.672193668718305
9.211849682114591
-5.573999165383549
18.118182491302807
迭代次數(shù)
4
2735
CPU計算時間/s
8.127286
5.626023
計算結(jié)果
0.905539609855914
1.085219168370031
0.672193668718306
0.905539493347151
1.085218882394940
0.672193293825304
迭代次數(shù)
3
13
CPU計算時間/s
3.777815
2.739349
計算結(jié)果
0.905539609855914
1.085219168370031
0.672193668718306
0.905548384395773
1.085220084502458
0.672219278250136
迭代次數(shù)
4
188
CPU計算時間/s
3.835697
2.879070
計算結(jié)果
9.211852448563722
-5.574005155684773
18.118173976918605
Matlab警告矩陣接近奇異值，程序進入長期循環(huán)計算中
迭代次數(shù)
19
--
CPU計算時間/s
4.033868
--
計算結(jié)果
0.905539609857335
1.085219168371536
0.672193668734922
Matlab警告矩陣接近奇異值，程序進入長期循環(huán)計算中
迭代次數(shù)
13
--
CPU計算時間/s
12.243263
--
從上表可以發(fā)現(xiàn)，方程組（1）存在另一個在(9.2,
-5.6,
18.1)T附近的不動點，初值的選取會直接影響到牛頓法和擬牛頓法最后的收斂點。
總的來說，設定的初值離不動點越遠，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，會出現(xiàn)迭代次數(shù)增加直至無法收斂的情況；
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，甚至會出現(xiàn)奇異矩陣的情況），但由于牛頓法的求解比較復雜，計算時間較長；
同樣的，對方程組（2），取其他初值，計算結(jié)果列表如下，同樣設定精度要求為
初始值
方法
牛頓法
擬牛頓法
計算結(jié)果
0.500000000009699
0.000000001063428
-0.523598775570483
0.499999994673600
0.000000572701856
-0.523598762908871
迭代次數(shù)
4
12
CPU計算時間/s
2.722437
3.920195
計算結(jié)果
0.500000000011085
0.000000001215427
-0.523598775566507
0.331099293590753
-0.260080189442266
76.532092226437129
迭代次數(shù)
5
57
CPU計算時間/s
5.047111
5.619752
計算結(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計算時間/s
3.540668
3.387829
計算結(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計算時間/s
2.200571
2.640901
計算結(jié)果
0.500000000000005
0.000000000000503
-0.523598775598286
矩陣為奇異值，無法輸出準確結(jié)果
迭代次數(shù)
8
--
CPU計算時間/s
1.719072
--
計算結(jié)果
0.500000000002022
0.000000000221686
-0.523598775592500
矩陣為奇異值，無法輸出準確結(jié)果
迭代次數(shù)
149
--
CPU計算時間/s
2.797116
--
計算結(jié)果
矩陣為奇異值，無法輸出準確結(jié)果
矩陣為奇異值，無法輸出準確結(jié)果
迭代次數(shù)
--
--
CPU計算時間/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點時，牛頓法和擬牛頓法計算所得到的結(jié)果是基本相同的，雖然迭代次數(shù)有所差別，但計算總的所需時間相近。
（3）
牛頓法在迭代過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，對于矩陣的求逆過程比較簡單，所以在較大區(qū)間內(nèi)滿足映內(nèi)性的問題適合應用牛頓法進行計算。一般而言，對于函數(shù)單調(diào)或者具有單值特性的函數(shù)適合應用牛頓法，其對初始值敏感程度較低，算法具有很好的收斂性。
另外，需要說明的是，每次計算給出的CPU時間與計算機當時的運行狀態(tài)有關，同時，不同代碼的運行時間也不一定一致，所以這個數(shù)據(jù)并不具有很大的參考價值。
4.
實驗結(jié)論
對牛頓法和擬牛頓法，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；
在應用上，牛頓法和擬牛頓法各有優(yōu)勢。就迭代次數(shù)來說，牛頓法由于更加精確，所需的迭代次數(shù)更少；但就單次迭代來說，牛頓法由于計算步驟更多，且計算更加復雜，因而每次迭代所需的時間更長，而擬牛頓法由于采用了簡化的近似公式，其每次迭代更加迅速。當非線性方程組求逆過程比較簡單時，如方程組1的情況時，擬牛頓法不具有明顯的優(yōu)勢；而當非線性方程組求逆過程比較復雜時，如方程組2的情況，擬牛頓法就可以體現(xiàn)出優(yōu)勢，雖然循環(huán)次數(shù)有所增加，但是CPU耗時反而更少。
另外，就方程組壓縮映射區(qū)間來說，一般而言，對于在區(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)適合應用牛頓法，其對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程中對矩陣求逆，而是利用差商替代了對矩陣的求導，所以即使初始誤差較大時，其倒數(shù)矩陣與差商偏差也較小，所以對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(＇請輸入初值＇);
a=input(＇第1個分量為：＇);
b=input(＇第2個分量為：＇);
c=input(＇第3個分量為：＇);
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(＇請輸入初值＇);
a=input(＇第1個分量為：＇);
b=input(＇第2個分量為：＇);
c=input(＇第3個分量為：＇);
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(＇請輸入初值＇);
a=input(＇第1個分量為：＇);
b=input(＇第2個分量為：＇);
c=input(＇第3個分量為：＇);
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(＇請輸入初值＇);
a=input(＇第1個分量為：＇);
b=input(＇第2個分量為：＇);
c=input(＇第3個分量為：＇);
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)＇);
關鍵詞： 藥學專業(yè) 分析化學實驗 考核方式
分析化學是藥學專業(yè)的重要專業(yè)基礎課，分析化學實驗知識、技能掌握對藥物分析實驗方法的學習具有至關重要的作用。分析化學實驗教學的任務不僅僅是訓練學生正確掌握實驗基本技能，更重要的是教會學生將所學的理論知識運用到解決實際問題中去。如何提高學生的實驗動手能力和實踐工作能力，是實驗教學改革中急待解決的問題之一，具有一定的普遍性。多年來的經(jīng)驗表明，實驗考核與評定在促進學生對實驗課的重視，激發(fā)學生的實驗興趣，調(diào)動學生的積極性，促進對學生實驗動手能力、分析和解決問題能力的培養(yǎng)方面可以起到舉足輕重的作用。我們根據(jù)多年實驗教學實踐，探索了一套切實可行的，與高等學校藥學專業(yè)分析化學實驗教學目標相適應的，更能反映學生實際實驗能力的學生實驗成績考核方式。
一、分析化學實驗考核方式改革的必要性
實驗考核方式是檢驗、評價學生實驗技能掌握程度的一個重要手段，科學合理的考核方式能促進學生在平時的實驗課程中認真實驗、勤奮思考，提高學生的動手能力、思維能力和創(chuàng)新能力。
從目前的分析化學教材與教學大綱上來看，基本上還是沿用傳統(tǒng)教授模式，以理論授課為主，實驗課程為輔，導致部分學生不重視實驗課的學習，只側(cè)重于實驗報告的書寫。為了得到好的實驗報告成績，可能出現(xiàn)修改數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。另外，單純的實驗報告不能完全反映學生的實驗能力和對基本實驗技能的掌握情況；僅僅依據(jù)學生的實驗報告，不能反映出學生具體的實驗完成情況，教師無法判斷實驗是否達到預期目的，從而無法完成考核對實驗教學的考查、指導作用，更不能幫助教師了解實驗內(nèi)容的設置和教學方法的采用是否合理。我們對學生進行了統(tǒng)計，在傳統(tǒng)滴定技術上，自認為可以勝任實驗結(jié)果分析的占74.5%，自認為可以勝任實驗操作的占50.3%；而在儀器分析技術上，自認為可以勝任實驗結(jié)果分析的占60.5%，自認為可以勝任實驗操作的僅占30.3%。由以上數(shù)據(jù)我們可以看出，學生對自己理論判斷能力還是有較高的自信心，而對于動手實踐的能力明顯信心不足，尤其是像儀器分析這種需用較先進儀器設備進行較復雜操作的技術，自認為掌握的僅僅占了30%左右，這充分表明了目前的理論教學基本成功，而實踐操作還任重而道遠［1］。
我們根據(jù)藥學專業(yè)分析化學實驗的實踐教學經(jīng)驗，提出了一套切實可行的實驗考核方案。把整個實驗考核分為三部分：平時成績、實驗報告和期末考核。實踐證明，此套考核方式取得了良好的效果。
二、分析化學實驗考核方式改革的實踐性探索
1.平時成績
平時成績是評價學生分析化學實驗能力的根本，也是分析化學實驗教學評價的基礎。在平時成績中要體現(xiàn)出學生對理論知識的理解和靈活運用能力，實驗操作的技能和水平，數(shù)據(jù)記錄的準確程度，以及對實驗結(jié)果的分析討論，等等。平時成績應該始終貫穿于學生的每一次實驗過程中。一般高等院校的平時成績基本都是教師自己給出的評價［2］，這種評價方式存在兩大弊端。一是按照現(xiàn)有的實驗條件，一個教師往往同時帶三十左右個學生進行實驗，教師精力有限，往往不能面面俱到，照顧到每一個學生的每一個操作，由此，給出的平時成績不是很科學合理。二是教師的評價，總是站在教師的角度上給出的，難免有失偏頗。針對這些問題，我們在對藥學專業(yè)的學生進行分析化學實驗平時成績考核的時候，從教師評價與學生的同伴評價、自我評價［3］三個方面平行展開。教師評價具體可以采取課堂提問、課堂巡視、請學生試講等多種手段展開，盡可能體現(xiàn)出學生在平時實驗具體操作的整體素質(zhì)。學生的同伴評價與自我評價也可以從上述方面展開。由于學生是實驗的主體，是化學實驗的真正實施者，充分的同伴評價和自我評價，不僅可以及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，而且可以充分調(diào)動學生的積極性，引導學生主動思考，啟迪學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的開拓創(chuàng)新能力。我們的分析化學實驗實踐證明，采取這種平時成績考核方式之后，學生的實驗前預習比以前更為充分，并且平時操作也比以前認真，對實驗現(xiàn)象的觀察更為仔細，學生對實驗的討論更為熱烈、更具有創(chuàng)新性，對實驗操作的掌握以及對相關知識的理解取得了前所未有的效果。
2.實驗報告
實驗報告是所有高等院校實驗考核所普遍采用的一種方式，它是一個實驗的完結(jié)，是將具體實驗事實從感性上升到理性的成果，是從實踐到理論的升華。它不僅僅可以直接反映出學生觀察分析和歸納總結(jié)問題的能力，還體現(xiàn)了學生對實驗基本原理的掌握程度，同時也培養(yǎng)了學生的科技論文寫作能力，是學生實驗綜合素質(zhì)的反映［4］。但是在具體的分析化學實驗教學實踐過程中，我們發(fā)現(xiàn)，學生在書寫實驗報告時，真正動腦思考的較少。尤其是實驗原理、實驗步驟，照抄照搬現(xiàn)象嚴重，大部分學生都是直接照搬課本，致使教師無法判斷學生對該實驗的理解及掌握情況。根據(jù)這一現(xiàn)象，我們要求學生在書寫實驗報告時，必須根據(jù)自己的理解，用最簡潔的話語將實驗原理及實驗步驟整理出來。否則，一旦發(fā)現(xiàn)照搬照抄現(xiàn)象，本次實驗報告成績以零分處理。教學實踐證明，此手段確實可以促進學生的主動性學習，以保證學生對所做實驗真正理解、真正掌握，在此基礎上再達到活學活用的目的。
另外，以往的分析化學實驗報告，大都以嚴謹為第一要素，對學生再三強調(diào)的往往都是要求學生必須記錄第一手實驗資料，強調(diào)學生絕對不可抄襲甚至偽造實驗數(shù)據(jù)。有的教師甚至提出要求學生在完成實驗時應將實驗成果與數(shù)據(jù)記錄同時拿至教師處，經(jīng)教師確認、簽字，并在上交實驗報告時將原始數(shù)據(jù)記錄一并附上方才有效［5―6］。當然，對于用這種手段確保實驗記錄的準確性，我們沒有任何異議。但是，我們認為，更重要的是要培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。所以，在我們的分析化學實驗報告中，強調(diào)的重點是“結(jié)果分析與討論”部分。只要用心觀察，每個實驗者都有與別人不同的經(jīng)驗，甚至對于同一個實驗，隔一段時間再做一遍也會有新的體驗。我們要求學生把實驗過程中所觀察到的所有現(xiàn)象，只要有意義，只要有討論的價值，都寫到實驗報告中去。這樣不僅可以督促學生認真實驗，培養(yǎng)學生敏銳的觀察能力，促進學生思考，而且可以促進師生之間、學生和學生之間的交流與學習。只有學生有自己的見解，甚至有困惑，這樣才能反映出學生活躍的思維和獨立思考問題的能力［7］。教師在評判實驗報告的時候，只要看看這部分內(nèi)容，就可以判斷出來，學生是否認真進行了本次實驗。對于好學生，要絕對做到不吝鼓勵與表揚，并給出很高的評價與報告分數(shù)。即使學生實驗數(shù)據(jù)不是很理想，只要進行了思考，認真分析失誤原因，也要給予肯定，并及時引導學生進行正確的實驗。我們的教學實踐表明，通過這個手段，學生的實驗興趣極大，潛在能力進一步被激發(fā)，經(jīng)常涌現(xiàn)出很多新點子、好點子，既促進了學生對技能的掌握、學生自身素質(zhì)的提高，又為教師以后的教學工作提供了大量的參考價值。
3.期末考核
期末考核是學生分析化學實驗效果如何的最終檢驗形式，因此，期末考核一定要避免流于形式。為了能夠真正檢驗學生的綜合實驗水平和創(chuàng)新能力，我們對藥學專業(yè)學生的期末考核不再呆板地只抽查學生做過的現(xiàn)成實驗，而是綜合整個分析實驗內(nèi)容，將其典型實驗操作、重要儀器的使用綜合在幾個小實驗之中。在期末考核前一個星期，將所有的實驗題目提交給學生，允許他們提前查閱文獻，進行實驗設計。這樣一改過去“照方抓藥”的實驗方式，通過學生真正獨立地設計并完成一個實驗，充分調(diào)動學生的實驗積極性，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，使得學生平時掌握的知識在具體的運用中得到進一步的鞏固與升華。在期末考核時，采用隨機抽簽的方式，對學生進行獨立考核。評分標準的制定，必須涵蓋整個實驗過程的始終，不僅要包含實驗操作的規(guī)范性，還要注意是眼前的準備工作、儀器的選擇、實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理、簡單的結(jié)果分析與討論，以及實驗最后的結(jié)尾工作。這些要求對于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶嶒炞黠L、認真細致的良好科學習慣起著重要的作用。例如我們對學生進行期末考核的實驗內(nèi)容之一為“藥用氫氧化鈉的測定”。此實驗題目主要是考核的是滴定分析法。因為滴定分析法準確度高，所用儀器簡單、操作方便、快速，在生產(chǎn)實踐和科學實驗中應用非常普遍［8］。考核內(nèi)容包括儀器及相關藥品的選用、精密電子天平的使用、容量瓶和移液管的使用，以及滴定管的具體操作方法，能比較全面地考查學生的基本操作技能，檢驗學生的實驗能力。考核評價過程對每一種儀器的操作要點進行了細化，具體的評分標準如下：
三、分析化學實驗考核方式改革的結(jié)果與討論
把這套方案應用于我校藥學專業(yè)分析化學實驗的考核之后，我們發(fā)現(xiàn)，這種新型的實驗課程考核模式較為客觀地反映了教與學的實際情況，學生的學習積極性有了很大的提高，動手能力明顯改觀，創(chuàng)新意識和團隊合作意識明顯增強。以往曠課逃學的現(xiàn)象沒有了，每個學生在實驗前都會做好充分的準備，實驗過程中認真仔細，在盡力規(guī)范自己操作的同時，還熱心為周圍同學進行指點與指正，學生的主觀能動性得到了極大的發(fā)揮。靈活的思路、熱烈的討論，開放了學生的思維，新點子、新方法不斷涌現(xiàn)，整個分析化學實驗過程氣氛熱烈，學生的創(chuàng)新能力和實踐能力有了全面的發(fā)揮與提高。實驗報告也不再是簡單地照搬照抄，每位同學的每個想法在分析與討論部分均有著具體的體現(xiàn)。由于學生平時的實驗積極性很高，相應的，最后的期末考核成績也很理想。一般的學生均能夠綜合運用平時學到的相關知識，獨立的設計實驗、規(guī)范操作、如實記錄、科學地進行數(shù)據(jù)分析與討論，從而保質(zhì)保量地完成最終的實驗考核內(nèi)容。
參考文獻：
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關鍵詞:無機及分析化學;生物專業(yè);實驗教學
生物技術革命被認為是第六次科技革命的核心內(nèi)容。現(xiàn)代生物學是在分子水平上建立的生物學，而化學是研究分子的科學，大化學革命是生命科學革命的重要基礎［1］。因此，對于生物科學等近化學專業(yè)的學生而言，學習無機及分析化學對于他們學習基礎知識和專業(yè)知識都是不可或缺的。國內(nèi)外農(nóng)學、生物、環(huán)境等一些近化學專業(yè)都陸續(xù)開設了這門課程，無機及分析化學實驗是與之相對應的實驗課程，是生命科學系學生進入大學學習的第一門實驗課［2］。由于這些基礎課程大部分是由化學學院講授這門課程，所以在課時、實驗內(nèi)容和銜接方面存在諸多改進的空間。具體表現(xiàn)在以下幾個方面:首先，學時少，目前只有24個學時實驗，同類院校最少也是32學時，這樣短的實驗安排并不利于實驗教學的開展;考核方法有待探討;針對性不強，目前無法做到實驗操作與生物科學專業(yè)學習的對接［3］。針對這些問題，有必要對這門實驗課程的教學方法和教學效果進一步探討，筆者結(jié)合自己多年的講授經(jīng)驗，主要在以下方面作了探索。
1注重培養(yǎng)良好的科學實驗素養(yǎng)
任何一門化學實驗課的開設目的不僅僅是讓學生掌握實驗技術本身，更關鍵的是學生在一次次的實驗中逐漸養(yǎng)成嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度和素養(yǎng)。這些非智力性的科學實驗思維對于學生在將來的職業(yè)生涯中樹立嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和實事求是的科學態(tài)度也大有裨益［4］。但大一新生剛剛告別中學學習階段，"重理論輕實驗"的思想根深蒂固，筆者為新生講授無機及分析化學實驗過程中，發(fā)現(xiàn)很多同學以"應付"的態(tài)度對待實驗課:預習報告按部就班的抄襲實驗教材，實驗過程中追求實驗速度不注重實驗細節(jié)，實驗報告數(shù)據(jù)涂改和雜亂等現(xiàn)象比較普遍。因此，從一開始就應該端正他們的實驗態(tài)度、培養(yǎng)嚴謹求實的科學實驗素養(yǎng)，這對于大一新生后續(xù)課程的學習尤為關鍵。在學期開始前，開設的每個實驗項目以書面形式傳達到每個實驗小組，上課前，每位學生要按照要求寫好預習報告，實驗原始數(shù)據(jù)要記錄在實驗報告上，實驗完成后老師簽字確認后才能離開。有些實驗根據(jù)教材上的內(nèi)容操作得不到預期的結(jié)果，其關鍵在于實驗細節(jié)的操作需要注意，這時候就需要教師要親自示范學生容易出現(xiàn)的錯誤操作，講解操作的要點和注意事項。有個別實驗的操作在實驗教材上沒有明確說明，而對實驗成敗非常關鍵的地方，我們在化學實驗的教育理念中，更注重從細節(jié)處入手。如預習報告，數(shù)據(jù)處理時要養(yǎng)成正確的“有效數(shù)字”概念;在化學試驗中，不但要有正確的分析方法和準確的實驗操作，對分析結(jié)果進行正確的記錄和處理對于學生養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度也是非常關鍵的。
2整合實驗內(nèi)容，注重與專業(yè)方向有所銜接
目前我校針對生命科學系學生開設的無機及分析化學實驗主要沿襲了無機化學實驗和分析化學實驗的內(nèi)容，目的是使近化學類專業(yè)學生熟悉化學實驗的基本知識，掌握化學實驗的基本操作技能。但化學實驗內(nèi)容與生物專業(yè)的銜接還顯得欠缺，學生的學習興趣不濃，導致填鴨式實驗課，整個實驗課程結(jié)束了，前面的實驗內(nèi)容也就忘得差不多了。在教學過程中，有些學生會問"這些實驗的目的是什么?"，"這些實驗能夠解決什么生物問題?"。其中一個原因是開設的實驗課原先是針對化學專業(yè)學生所開設的，并沒有很好地考慮專業(yè)銜接和融合。筆者認為加大化學實驗項目與生物專業(yè)融合的方法是開設一些化學實驗在生物學科中的應用性的實驗項目。如根據(jù)課時和教學計劃可以選擇性開設葡萄糖含量的測定(碘量法)，土壤中腐殖質(zhì)含量的測定(重鉻酸鉀法)，生理鹽水中氯化鈉含量的測定(銀量法)，禾本植物葉子中葉綠素含量的測定(分光光度法)，緩沖溶液的配置等這些既有化學應用又有生物因素的實驗項目。
3建立科學全面的成績評定
為了真實客觀地反映學生的實驗水平，建立具體可行的成績評定規(guī)則對于激發(fā)學生的學習積極性有很大幫助。實驗課的成績評定既要關注對基礎實驗知識的掌握，更要考慮體現(xiàn)出對于日常實驗過程的重視。所以，實驗課的成績評定有兩個方面的加權:所學實驗基礎知識筆試占40%，平時實驗過程的成績占60%。平時實驗過程的成績包括實驗報告評分、實驗操作、實驗態(tài)度等因素。為了讓學生養(yǎng)成獨立思考的能力，實驗報告中討論部分更加看重學生通過實驗課的心得和感受總結(jié)實驗過程，如果只是參考學習資料的答案而沒有結(jié)合自身實驗去寫討論部分將影響實驗報告最終成績。另外，特別注重平時的實驗過程也是非常必要的，記錄實驗數(shù)據(jù)時要求真實;實驗完成以后老師要檢查學生的實驗數(shù)據(jù)并簽字后才能離開實驗室。通過這些具體措施，學生撰寫實驗報告的態(tài)度有很大程度改觀，取得了良好的教學效果。總之，無機及分析化學實驗是新生的第一門實驗課，能否學好這門課程對后續(xù)課程有示范作用。通過端正學生實驗態(tài)度，整合實驗內(nèi)容以及建立激勵性考核辦法可以促進實驗教學改革的深入和達到推進素質(zhì)教育改革目標。
參考文獻
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關鍵詞： 分析化學實驗 教學改革 教學實踐
分析化學實驗是高等院校化學化工各專業(yè)人才培養(yǎng)的一門重要基礎課程，它既是一門獨立的課程又需要與分析化學理論課緊密結(jié)合。分析化學實驗教學的目的不僅是培養(yǎng)學生的基本實驗技能和動手能力，更重要的是提高學生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學生的獨立思考及研究能力，幫助學生樹立科學創(chuàng)新意識。
長期以來，分析化學實驗教學存在以下弊端：（1）實驗指導教師教學任務重，一名指導教師在實驗課要同時指導20多名學生，尤其在基本操作訓練時，有一部分學生不能被照顧到；驗證性實驗多，綜合和設計的實驗少；直接滴定法實驗教學多，其他滴定法實驗少。（2）學生缺乏實事求是、嚴肅認真的科學態(tài)度，實驗課只求快速做完而不是做好，其次大多數(shù)學生實驗基本操作不規(guī)范，操作技能較差，機械地照教材實驗步驟、看一步做一步，對實驗中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象和問題未能進行深入的探討，應用所學知識解決問題的綜合能力較弱。
隨著教學改革的深入，為扎實學生基本功，提高學生的分析問題、綜合和創(chuàng)新能力，在總結(jié)多年教學經(jīng)驗的基礎上，我們對分析化學實驗教學作出以下改革。
一、教學內(nèi)容上的改革
1.強化實驗基本功訓練。在日常實驗教學中加強對學生的訓練，首先拍好關于分析天平稱量練習、溶液的精確配制、容量瓶和移液管的相對校準的實驗視頻，要求學生在課前除了寫好預習實驗報告外，還要反復看實驗視頻材料，實驗課堂上因為一名實驗指導老師同時指導20多名學生，所以指導老師特意邀請一些實驗基本功扎實的高年級學生進行輔助指導，逐個指導，規(guī)范每一個學生的基本操作。
2.加強綜合實驗。在學生的基本技能達到一定熟練程度后，為培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，提高學生的綜合素質(zhì)，增加綜合性實驗的比例。如“食用醋總酸度的測定”、“混合堿的分析”、“過氧化鈣的制備和含量分析”、“自來水鈣硬和鎂硬的測定”、“氯化物中氯含量的測定”、“鄰二氮菲光度法測定鐵”等。
3.增加設計型實驗。設計性實驗對學生來說是個挑戰(zhàn)，改變傳統(tǒng)的“照方抓藥”的實驗方式，將實驗的主動權交給學生，要求學生根據(jù)給定的實驗任務書，查閱文獻資料，自行設計實驗方案、準備實驗儀器和藥品、獨立實驗，最后書寫實驗報告，總結(jié)實驗結(jié)果。在教學中增加如下幾個設計型實驗：碳酸鈉和磷酸鈉固體混合物中各組分含量的測定、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定等。設計性實驗能滿足學生的求知愿望，有利于學生創(chuàng)新意識與能力的培養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學生的動手能力和實際應用能力，有利于增強學生的成就感和學習自信心。
二、教學方法上的改革
“教不嚴，師之惰”，“嚴師出高徒”。在實驗教學中，對于學生的預習，要求其認真觀看教學視頻，預習報告的書寫要求學生不照搬照抄實驗教材，要求學生用自己的語言簡明扼要地寫出實驗目的、實驗原理、實驗儀器與試劑、實驗流程、數(shù)據(jù)記錄與處理表格；要求上課前推導號結(jié)果計算公式；了解實驗成功的關鍵點在哪里；做好實驗思考題。
為使每個學生得到充分的鍛煉，在實驗教學中堅持每人一套實驗儀器，每人都獨立完成實驗。實驗課上，對實驗進行精心講解，通過提問了解學生的預習狀況，對一些學生容易出現(xiàn)的不規(guī)范操作幾乎每節(jié)課都要演示，提出實驗應當達到的要求；在學生實驗時，指導老師要耐心、細心，不停巡視，對于每一個出現(xiàn)不規(guī)范操作的學生進行個別指導；實驗結(jié)束后要求學生當堂完成實驗報告，要求學生對自己不規(guī)范的操作進行及時總結(jié)，老師進行面批實驗報告，及時指出學生數(shù)據(jù)記錄的不規(guī)范。
尤其要注意的是有關可疑值。確知原因的可疑值應棄去不用。操作過程中有明顯的過失，如稱樣時的損失、溶樣有濺出、滴定時滴定劑有泄漏、滴定明顯過量等，則該次測定結(jié)構(gòu)必是可疑值。復查測量結(jié)果時，對能找出原因的可疑值應該棄去不用。不知原因的可疑值，應按Q檢驗法進行判斷，決定取舍。
三、考核方式上的改革
改革考試方法后，分析化學實驗成績由平時成績（50%）、分析實驗理論考試（30%）、操作考試（20%）組成。平時成績由實驗預習（10%）、實驗操作（20%）、打掃衛(wèi)生（5%）、實驗報告（15%）、測量結(jié)果準確度（30%）和測量結(jié)果的精密度（20%）組成。學生既注重結(jié)果又注重過程，既注重操作技能又注重理論知識，真正體現(xiàn)考核評價的公平。另外，還可組織學生積極參加國家職業(yè)技能“化學檢驗工”高級工的培訓與鑒定，提高學生的操作技能程度。
筆者根據(jù)長期以來分析化學實驗教學中存在的弊端，從教學內(nèi)容、教學方式、考核方式三個方面對分析化學實驗教學進行了改革與實踐，以期提高分析化學實驗教學質(zhì)量，提高學生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。分析化學實驗教學改革說起來容易，做起來難，關鍵是在實踐過程中不斷進行探索和完善。
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一門課程的開設，首先就是選定教材和制訂教學大綱。臨床藥學學生不僅要掌握藥的知識，還要合理分析臨床用藥。隨著新藥品、新儀器、新技術、新方法在臨床用藥上的不斷涌現(xiàn)，為了讓學生能更快、更直接地接觸學科前沿，跟上時展的步伐，根據(jù)高校教學計劃所規(guī)定的人才培養(yǎng)總體要求、重慶醫(yī)科大學的培養(yǎng)目標，主要參考了《分析化學實驗指導》（第三版），趙懷清主編，人民衛(wèi)生出版社，《基礎分析化學實驗》（第三版），北京大學化學系分析化學教學組，《分析化學實驗》（第五版），武漢大學主編，在保證知識科學、系統(tǒng)和完整性的基礎上，選用藥學專業(yè)常用、實用的《分析化學實驗指導》作為教材，以教材為依據(jù)重新編寫教學大綱，制定實驗設計方案，修正分析化學實驗教材[3，4]。在編寫過程中，參照不同學校的教學大綱，吸取不同學校、不同版本的分析化學實驗教學大綱的優(yōu)點，確保教學大綱突出專業(yè)特色，同時力求體現(xiàn)所用教材的優(yōu)勢。
二、注重專業(yè)需要，精選實驗教學內(nèi)容
重編實驗大綱時，考慮專業(yè)設置和課程特點，精選實驗內(nèi)容，這是課程組教學改革的一個重大突破。分析化學實驗是實現(xiàn)分析化學知識應用的一個重要途徑，具有鮮明的學科特點：涉及知識面廣，操作要求嚴格，實驗數(shù)據(jù)較多，處理過程復雜，對精密度、準確度要求高，均要求學生細心處理。更為突出的是在實驗設計、基本實驗技能訓練中，培養(yǎng)嚴謹求實的科學態(tài)度和分析、解決問題的能力等方面，分析化學實驗都具有其明顯的課程特色。臨床藥學專業(yè)有鮮明的專業(yè)特點，既要學習藥學的相關知識，又要學習臨床知識，相對學習任務繁重，分析化學實驗課時為36學時，學時數(shù)有限，為了更好地體現(xiàn)專業(yè)需要，課程組多次調(diào)整了教學計劃，積極探索，順利地完成了專業(yè)從無到有的良好過渡和不斷完善的本科教學[5]。順應學科發(fā)展，精簡了化學分析部分的內(nèi)容，突出天平稱量、溶液準確配制、滴定分析基本操作、電化學分析、分光光度計使用等。相對大藥學專業(yè)，刪去了部分酸堿滴定、非水滴定、絡合滴定、氧化還原滴定實驗。另外專門為學生實驗購置新儀器，豐富儀器分析部分的實驗內(nèi)容，如氣相色譜法，高效液相色譜法、熒光分光光度法等，與臨床應用相呼應。極大提高了學生的學習興趣，改良了學習效果，突出了專業(yè)培養(yǎng)目標。
三、重視實踐應用，加強實驗能力培養(yǎng)
實驗教學重視基本技能，嚴格訓練，以培養(yǎng)學生良好的實驗素質(zhì)和創(chuàng)新能力。教學主要分為三個重要過程，即課前預習、課堂指導、課后總結(jié)。課前預習是保障實驗課程效率的重要前提，每一次實驗前請學生務必提前預習。要求學生做到結(jié)合理論知識，認真了解實驗內(nèi)容、實驗原理、實驗方法、實驗步驟和實驗的重點與難點，查閱與實驗相關的文獻，寫出簡明實驗預習報告。進入實驗室前，指導老師逐一檢查學生預習報告，掌握預習情況。通過課堂提問、討論、請學生講解、演示等方式抽查預習效果。在學生做好預習的基礎上，指導老師在課堂上進一步詳細講解，確定學生能在自己的意識中形成可行的實驗方案后，方可開始實驗。在實驗進行時，老師切實關注每一個學生，爭取做到逐一輔導，保持在實驗室來回巡視，觀察和評價每個學生的基本實驗操作，糾正不當操作，幫助學生對不同實驗結(jié)果給出解釋，隨時解答學生的問題，隨時發(fā)現(xiàn)和處理實驗突發(fā)問題。實驗完成后，指導教師要對學生的實驗操作記錄、原始數(shù)據(jù)記錄及儀器使用情況等進行檢查，初步分析實驗數(shù)據(jù)，對平行結(jié)果不太理想的同學，認真溝通，引導學生分析原因，提醒其注意問題，及時讓其重做或補充一些數(shù)據(jù)。學生再把原始數(shù)據(jù)給老師檢查，經(jīng)教師簽字確認后方可離開實驗室。課后，要求學生及時書寫實驗報告，分析總結(jié)實驗成敗的關鍵所在，做好課后思考題。在下次實驗開始前，教師根據(jù)實驗過程中和實驗報告里反映出的重要的、共同的問題進行分析。
四、關注教學效果，實施全面科學考核
為了全面了解實驗教學效果，分析化學實驗曾經(jīng)進行單獨考核，由于臨床藥學專業(yè)僅有36學時，課程組論證決定，充分利用有限學時進行課堂教學，放棄獨立考核，改革考核方式，突出關注每堂實驗教學效果，實驗成績由每次實驗操作基本情況及實驗報告的結(jié)果和內(nèi)容進行評分。每次實驗課成績評定（共100分）：預習成績10%，實驗操作45%，實驗報告45%。期末時綜合每次實驗成績，給出總評。考核評分標準都做到量化，考核結(jié)果公正、公開、合理。經(jīng)過改革，每一次實驗，學生都能積極認真地爭取做到最好，而不單單是為了做好最后一次考核，這便于良好實驗習慣、科學思維方式的養(yǎng)成。
五、引導綜合發(fā)展，拓展開放性實驗教學
在基礎能力得到培養(yǎng)的基礎上，課程組老師與實驗中心和實驗指導教師協(xié)商，在條件允許的情況下積極對學生開放實驗室。開放實驗教學將以教師為中心轉(zhuǎn)變成以學生為中心的教學模式。現(xiàn)在采取開放實驗室的方式主要是興趣實驗設計和創(chuàng)新實驗等，學生利用所學知識，自行立題，一般難度不大，說明所選實驗意義，制定出實驗方案，與老師協(xié)商，評估論證可行性后，自己獨立完成實驗。2014年上半年學校的開放性實驗已初顯成效，少數(shù)學生完成了個別實驗。通過讓學生自主選擇實驗內(nèi)容和實施時間，可以擴大學生的知識面，可以充分調(diào)動學生的積極性，真正成為分析化學實驗教學的主體，積極思考，啟發(fā)思維，能極大地提高學生獨立從事科學研究的能力，讓學生得到全面、綜合的培訓。
六、提高教師素質(zhì)，從源頭保障教學效果
教師作為教學活動的主體，是保障良好教學效果的源頭。目前課程組承擔分析化學實驗教學的五位教師，其中三位畢業(yè)于綜合性大學的分析化學專業(yè)，另外兩位教師畢業(yè)于醫(yī)藥院校的藥學專業(yè)，自身都沒有臨床藥學專業(yè)教育和實踐的經(jīng)歷，或多或少地缺乏臨床藥學實習經(jīng)歷。課程組要求分析化學專業(yè)畢業(yè)的教師閱讀醫(yī)藥相關書籍，多聽醫(yī)藥相關專業(yè)課，如藥理學，多開展藥物分析方面的科學研究工作，熟悉分析手段和應用，以實現(xiàn)實驗教學的靈活應用性；而藥學專業(yè)畢業(yè)的教師，則可以多了解臨床藥學的最新發(fā)展，開拓實驗教學與臨床實踐應用的互補。課程組加大力度推行課程試講，組織聽課，開設公開課，并請學校和學院督導組老師進行輔導，提出切實可行的教學改進意見。同時學校每學期還選送青年教師去國內(nèi)知名的醫(yī)藥專業(yè)院校進修，如選送教師去華中科技大學同濟醫(yī)學院進修，組織課程組教師去第三軍醫(yī)大學聽課等，學習兄弟院校在教學科研上的優(yōu)勢，彌補自身的不足。這些措施在很大程度上提高了青年教師的專業(yè)能力和業(yè)務水平，促進了臨床藥學專業(yè)教學上的可持續(xù)發(fā)展，從源頭保障教學效果。
關鍵詞：分析化學；教學問題；解決措施
1分析化學實驗課程教學現(xiàn)狀
目前，我國的分析化學教學中存在著很多的問題。首先是資源的問題，分析化學實驗需要涉及到眾多的設備儀器才能順利的完成。然而我國的眾多高校設備儀器不夠完善，國家對教育方面的投資較少，導致許多高校資金短缺，沒有充足的資金用于儀器的購買，實驗環(huán)境的建設等。許多學校分析化學實驗器材簡陋，實驗室不達標，使得很多的實驗無法進行。加之教師的資源有限，學生數(shù)目眾多，班級規(guī)模較大，很難達到良好的教學效果。目前的分析化學教學流程主要以教材為模版，學生課前完成實驗預習，教師在課堂講解實驗的實驗原理以及實驗的操作方式和注意事項等。由學生完成實驗，課后完成實驗報告。這樣的學習方式存在著很大的局限性，抑制了學生獨立思考能力的培養(yǎng)，學生只需要按部就班的完成實驗過程即可，這對提高學生的創(chuàng)新能力以及動手能力沒有什么益處。加之學生做實驗完全是參照教材步驟進行，實驗過程沒有融入自身的思考，對提高學生自身解決問題的能力沒有起到相應的作用。真正的分析化學實驗不應當僅僅是一個驗證實驗理論的過程，更應該是學生在此過程中積極思考，培養(yǎng)分析問題、解決問題能力以及提高動手能力的過程。
2當前中職學校分析化學課程實驗教學中存在的主要問題
2.1教學理論與實驗教學脫離
在中職院校分析化學實驗教學中，理論教學與實驗教學進度不符是最為常見的問題。這主要是由于中職院校師資力量較為薄弱，生源質(zhì)量也較低造成的。由于理論知識的教學進度跟不上實驗課內(nèi)容的教學進度，盡管教師在做實驗之前會在向?qū)W生簡單的介紹實驗原理，但是由于課程學時的限制，往往比較粗略，這導致了學生在上實驗課時沒有掌握相關的理論知識，盡管參與了實驗，但是并沒有通過實驗過程使理論知識更加鞏固，這就使得實驗教學喪失了意義。造成理論教學與實驗教學脫離的主要原因有兩方面。一方面是由于任課教師的教學方式的問題，教學方式不當使得課程內(nèi)容安排不夠合理；另一方面是學生對實驗課缺乏足夠的重視，課前的預習工作做的不夠到位。
2.2中職院校實驗條件落后
由于中職院校的教育經(jīng)費等因素的限制，大多數(shù)中職院校不夠重視分析化學實驗課程的教學，資金投入力度不大，導致各項實驗條件比較落后。這主要表現(xiàn)在首先相關的實驗設施不夠完善，中職院校的實驗設施大都比較陳舊，甚至都到了被淘汰的地步，實驗設備不夠完善導致實驗結(jié)果誤差較大甚至導致實驗失敗；其次，實驗室的建設不夠完善，實驗室缺乏配套的保障系統(tǒng)，實驗室沒有良好的通風以及消防系統(tǒng)，這留下了巨大的安全隱患。
3中職學校分析化學課程實驗教學探討
3.1改善實驗條件，充分發(fā)揮實驗課程作用
只有良好的實驗條件才能發(fā)揮分析化學實驗課程應有的作用。中職院校應當做到以下幾點。首先，加大對實驗室建設的投資力度，加大校企合作辦學的力度，保障實驗室器材的完備，及時更換不合格以及老舊的實驗設備，保障實驗室的條件能夠滿足實驗的需求；其次，加大在實驗室安全措施方面的投資，為實驗室配備合理的消防系統(tǒng)以及通風、用電系統(tǒng)，生命安全無小事，安全有了保障，師生才能在安全的條件下完成教學活動；最后，加大對設備儀器的保養(yǎng)力度，實驗器材的保養(yǎng)工作往往被忽視，加強對設備儀器的保養(yǎng)力度有助于延長實驗器材的使用壽命，避免發(fā)生由于保養(yǎng)措施不到位而造成器材無法使用。
3.2改進教學方式
傳統(tǒng)的分析化學教學方式被固定在教師講課學生按照步驟完成實驗的模式。這種教學模式很難激發(fā)學生的學習積極性，對教學目標的實現(xiàn)也沒有益處。因此，為了提高分析化學實驗課程的教學效果，就必須要從改變教學方式開始。教學要改變單一的授課模式，可以采用新穎的教學手段例如實驗錄像放映以及幻燈片放映等方式，將實驗中應注意的重點全面的展示給學生。教師還應該加強對學生的指導與監(jiān)督力度，對學生操作中出現(xiàn)的不規(guī)范之處及時指正，除此以外，做好實驗報告的批改工作，指導學生規(guī)范的完成實驗報告，提高學生對實驗結(jié)果的反思、數(shù)據(jù)的處理以及文字描述等方面的能力。
3.3建立科學的考評制度
在中職院校，很多學生都忽視了實驗的內(nèi)容，更加重視實驗的成績，這種思想不利于學生自身的學習。因此，中職院校應當建立起科學合理的考核制度，通過學生的實際知識掌握請款以及實際動手能力公平的評定學生的實驗成績。科學合理的考評制度不僅能夠提高學生的重視度，還能夠充分激發(fā)學生的學習興趣，引導學生融入到實驗過程中去。總的來說，合理的考評制度應當包括實際操作、出勤率、實驗報告以及原理掌握等幾個方面，教師不能單純的以學生最后的實驗結(jié)果作為評判依據(jù)，將多個環(huán)節(jié)加以考慮。
4小結(jié)
分析化學作為前沿性的學科，在醫(yī)學、藥學領域發(fā)揮了積極的作用。為了促進醫(yī)藥衛(wèi)生領域的發(fā)展，中職院校應當重視分析化學實驗課程的教學，充分培養(yǎng)學生的實驗能力以及分析解決問題的能力，只有這樣才能為醫(yī)藥領域培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的人才。
參考文獻：
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【關鍵詞】職業(yè)教育 分析化學 化學實驗 教學改革
分析化學藥劑專業(yè)學生必修的一門專業(yè)基礎課，是一門實踐性很強的學科，其中實驗占有較大的比例。學生要在實驗技能方面取得成功，必須付出艱苦勞動。通過分析化學實驗的學習，可以培養(yǎng)學生實事求是的科學精神，培養(yǎng)他們理論聯(lián)系實際的能力及創(chuàng)新精神，提高其分析和解決問題的能力。但長期以來，受傳統(tǒng)的重理論、輕實踐思想觀念的影響，實驗教學一直處于教學體系中的弱勢地位，傳統(tǒng)的分析化學實驗教學無論從實驗內(nèi)容上還是教學方式上，都沒能使該學科的特點很好地顯現(xiàn)。當今社會科技迅猛發(fā)展，為了使學生適應當代社會的需要，必須改變傳統(tǒng)的分析化學的教學模式。筆者結(jié)合工作實際情況，在分析化學實驗教學內(nèi)容、實驗教學方法、實驗教學手段、完善實驗評價體系等方面，對分析化學實驗教學改革提出了一系列設想，并逐步付諸實施。
1.優(yōu)化實驗教學內(nèi)容，編寫合適的校本教材
現(xiàn)行的中職學校分析化學教材大多是大學教材的簡單縮寫，與中職學校學生的實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。編寫教材時要注重實驗內(nèi)容與社會實際相結(jié)合，為社會培養(yǎng)優(yōu)良的應用型人才。衛(wèi)校藥劑專業(yè)學生畢業(yè)后大部分走向醫(yī)院藥房、藥店，編寫教材時應選取與實際相接近的綜合實驗和設計實驗。
2.轉(zhuǎn)變實驗教學方式，發(fā)揮學生主體、教師主導的作用
職業(yè)教育改革的教學原則之一就是要面向全體與個別指導相結(jié)合。要求教學面對全體學生，加強個別指導。要用正確的學生觀、人才觀看待學生，真誠地期望每一個學生都能成功，為他們創(chuàng)造成功的機會并及時給予激勵，成為他們的知心朋友。職校教師應把教學的重點定位于對學生能力的培養(yǎng)，教師的角色則由教學的中心轉(zhuǎn)變成教學的組織者、輔導者。因此，在新的實驗教學模式下，可形成以學生為中心的開放式實驗教學模式，實現(xiàn)以學生自我訓練為主的教學方法和手段，能激發(fā)他們的求知和創(chuàng)新欲望。
3.在實驗教學中應重視教師的示范作用
首先是基礎訓練實驗，要求學生掌握基本操作技術，熟練使用分析化學實驗常用的儀器，為綜合實驗奠定堅實的基礎。分析化學實驗要求學生嚴格樹立“量”的概念，加強學生實驗操作基本功的訓練，是分析化學實驗的關鍵。因此，對分析天平的稱量，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)程反復嚴格訓練，以便讓他們養(yǎng)成尊重實驗現(xiàn)象、尊重實驗數(shù)據(jù)、實事求是和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與習慣，為今后的工作打下堅實的基礎。此外，學生實驗操作時，教師要不斷查看實驗情況，嚴格要求學生，必要時要對相關實驗加以演示。對于初學者來說，教師演示是分析化學實驗必不可少的一個環(huán)節(jié)。這樣，通過教師的引導與示范，教會學生怎樣去發(fā)現(xiàn)問題、分析解決問題、優(yōu)化實驗操作過程。
4.更新實驗教學手段，增加課堂的趣味性
分析天平的使用、容量器皿的操作、分光光度計的使用等基本操作的講解內(nèi)容多，時間緊張，有些操作需要展示操作細節(jié)，僅靠實驗課在現(xiàn)場示范是遠遠不夠的。如果將這些內(nèi)容制成課件可以反復播放，對滴定終點的判斷可以緩慢展示變色過程，并呈現(xiàn)出逼真的終點顏色，這樣增加了課堂的直觀性，便于學生快速掌握要領。筆者講碘量法這節(jié)時，將用重鉻酸鉀作基準物標定硫代硫酸鈉溶液的實驗中，依次出現(xiàn)的碘溶液的紅棕色、近終點的淺黃綠色、加淀粉后的藍色，以及終點鉻離子的亮綠色，通過動畫這種直觀的形式加以演示，增加了課堂的趣味性，學生在輕松愉快的氛圍中接受了新知識，改善了教學效果。
5.優(yōu)化實驗教學內(nèi)容
作為學科教學的重要組成部分，分析化學實驗大多是照方抓藥式的單純驗證性實驗，鑒于學生普遍動手能力差、缺乏創(chuàng)新意識，我們對實驗項目進行整合，精選驗證性實驗，增加生活化、設計性實驗。如除了測定自來水的水硬度、水中氯含量，還組織學生以小組合作的形式，對學生家里的井水、化肥的各項指標、食用堿面中的微量鐵進行測定。整個研究過程以這樣的模式進行：問題―設計方案―實驗―表達與交流―反思與評價。學生在所有的實驗探究活動中都表現(xiàn)出極大的熱情，這更能調(diào)動他們的積極性、培養(yǎng)了其合作精神。學生一致認為“收獲很大，希望今后能多組織此類實驗。”此類實驗的開展在一定程度上能彌補他們對理論知識的理解與掌握的不足，為今后走向工作崗位打下堅實基礎。這種探究性實驗的開設，可以提高學生獨立開展科研工作的能力和創(chuàng)新意識。
6.建立新的分析化學實驗測量與評價體系
分析化學實驗能力的測評應成為分析化學教學測量與評價的重要組成部分。如何客觀、公正、合理地評價學生的實驗課成績，直接影響他們做實驗的積極性，對其實驗態(tài)度、實驗技能也起著重要的導向作用。建立促進學生全面發(fā)展的實驗評價體系，主要包括對分析化學實驗知識與技能、實驗探究能力、情感態(tài)度與價值觀的評價。
關鍵詞：分析化學；實驗；問題；對策
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）46-0265-02
一門學科的定位是與時俱進的。分析化學實驗既是實踐教學的重要組成部分，也是提高學生動手能力的重要途徑。它與分析化學和儀器分析理論課程的教學緊密結(jié)合。其中所涉及的基本原理和方法不僅是分析科學的基礎，也是從事環(huán)境、生物、醫(yī)藥、化學其它分學科及化學教育等相關工作的基礎。分析化學實驗有利于使學生初步掌握科學研究的技能并初步具備科學研究的綜合素質(zhì)，對培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力有著重要影響。
一、實驗教學中存在的問題
很多學者對分析化學實驗中存在的問題做了相關研究和探討，這些研究主要集中在教學內(nèi)容、教學方法與手段、考核方式等方面。本文在此基礎上，又從實驗預習、教學過程、培養(yǎng)學生實驗興趣方面提出了自己的看法。
1.教學內(nèi)容缺少新意和針對性。這是指現(xiàn)有的知識體系落后，實驗乏味，實用性、趣味性實驗過少，不能與生活、實踐相結(jié)合。不僅如此，本門實驗之前先修課程為無機化學實驗，某些實驗的操作與分析化學實驗很相似，導致學生覺得內(nèi)容重復，缺乏新鮮感，無法激發(fā)學生的學習興趣。
2.教學方法與教學手段陳舊。這是指教師的教學方法和模式單一，老師主宰著課堂，實行“一言堂”、“壟斷”和“封閉式”教學，忽視了學生為主體。一般由老師講解示范，然后學生“照葫蘆畫瓢”，減少了學生的動腦機會，扼殺了學生的創(chuàng)新、創(chuàng)造力。
3.考核方式過于簡單。普通的考核方式，并沒有以平時的實驗操作為核心，而是對學生們的實驗報告、預習報告和考勤情況進行成績評估，更多注重實驗報告，而非整個實驗過程。導致某些學生不去認真做實驗，反而把實驗報告寫的很完整，甚至為了成績篡改實驗數(shù)據(jù)。這種考核方式不能全面地反應學生的真實水平，也不利于培養(yǎng)學生的綜合能力。
4.對預習報告重視程度不夠。這體現(xiàn)在教師和學生兩個方面：教師往往只是一句話帶過，沒有在這方面做好引導；而學生在做實驗之前只是對教材簡單的一次不漏的照搬照抄，沒有去認真預習。實際情況經(jīng)常是，很多學生根本不知道自己所抄寫的內(nèi)容，更不用說實驗目的、原理和步驟。實驗中，老師將步驟完整寫在黑板上，而學生完全等著聽老師講解。這樣做的結(jié)果就是，學生在做實驗時，根本無需提前預習，而只需做個簡單的“傻瓜式”實驗。
5.教師重實驗結(jié)果忽視實驗過程。教師在引導實驗教學的過程中有一定的缺陷：忽視了學生的基本操作、記錄觀察、失敗分析、數(shù)據(jù)記錄等實驗步驟，只是審查實驗的結(jié)果。因此學生在實驗過程中養(yǎng)成了不注重規(guī)范操作、現(xiàn)象觀察和數(shù)據(jù)記錄等壞習慣。
6.學生對實驗了無興趣。從學生方面來說，以上幾個因素的存在，導致學生對實驗失去了應有的興趣，而且養(yǎng)成了學生嚴重的思維惰性和依賴心理。學生只求快速做完實驗，缺乏探索精神，缺乏相應嚴謹?shù)目茖W態(tài)度；做實驗時態(tài)度馬虎，根本無法發(fā)現(xiàn)實驗過程中的異常現(xiàn)象，更有甚者，當實驗出現(xiàn)了異常現(xiàn)象時不放在心上，不做記錄；還有些同學由于預習不充分，實驗時缺乏整體意識，只低頭忙于實驗，看一眼做一步，而不去想為什么這么做。
二、分析化學實驗教學改革的對策
針對以上對實驗教學中存在問題的分析，提出以下教學改革的對策：
1.優(yōu)化教學內(nèi)容，及時更新實驗。使實驗內(nèi)容與生活密切結(jié)合，更加實用化，更加趣味化。如，考慮學生的興趣，選取水果（飲料）中抗壞血酸含量的測定實驗，結(jié)合黃山市環(huán)境監(jiān)測站選取生活污水樣品的采集、處理、污水水質(zhì)檢測實驗，結(jié)合學生生活和食品科學選取食品中蛋白質(zhì)含量測定（取樣及樣品處理）、食品中蛋白質(zhì)含量測定，光度法檢測食品中亞硝酸鹽含量（取樣及樣品處理）、光度法檢測食品中亞硝酸鹽含量等。這類實驗不僅可以充分調(diào)動學生的積極性，還能使學生掌握包括樣品采集、處理和測定的完整實驗過程。
2.改革教師教學方法。可以由學生進行講解，然后教師做適當?shù)母脱a充，并由學生做示范，教師再做更正。在講解過程中，提示學生思考每個步驟的原因。如：基準試劑需要做什么樣的處理？指示劑溶液如何配制？試劑加入順序是否可以顛倒？稱量時的質(zhì)量比書上的值偏大或偏小太多有什么缺點？移取某種液體時應使用量筒還是移液管？這種潛移默化的教學可以使學生養(yǎng)成思考問題的習慣，并最終具備簡單的科研能力。
3.改變考核方式。有學者對此做過相關探索。其最終目的是使學生的成績能真正和能力掛鉤，真實的反應學生水平。采取考核方式的原則是增加基本操作分值，加強其規(guī)范性；嚴格把關實驗結(jié)果，如數(shù)據(jù)的及時正確記錄，正確分析；加強實驗過程的監(jiān)督，如失敗或異常現(xiàn)象分析，良好的實驗習慣，實事求是的科學態(tài)度等。
4.重視預習報告的作用。加強對預習報告的引導，使學生從思想上真正意識到預習的重要性，從而改變抄書的陋習。通過預習，領會實驗原理，了解實驗內(nèi)容、步驟和注意事項，設計出要記錄和處理的實驗數(shù)據(jù)表格，對實驗起到指導作用，養(yǎng)成勤于、善于思考的習慣。教師可以通過隨堂提問來檢查學生預習的質(zhì)量，還可以讓同學輪流參與準備實驗，增加練習的機會，了解一些實驗操作中很少用到的指示劑的配制，基準試劑的烘干等過程，并對整個實驗的完整流程有所了解。
5.重視實驗過程。觀察指導學生嚴格按照規(guī)范的操作要求進行實驗，如洗滌、潤洗、移液、定容等；正確的數(shù)據(jù)記錄方式，如實驗現(xiàn)象的及時記錄、讀數(shù)是否正確、是否如實讀數(shù)等；良好的實驗習慣，如臺面是否整潔、儀器是否及時清洗、試劑是否及時放歸原位等。實驗過程中，應根據(jù)每個學生的實際情況加強對學生的實驗指導，并對出現(xiàn)的問題及時進行總結(jié)和歸納，以強化記憶；著重使學生樹立“量”的意識；使學生養(yǎng)成愛思考的實驗習慣，能有意識的去觀察、思考、發(fā)現(xiàn)問題，分析原因，并提出自己的解決方案。
6.培養(yǎng)學生實驗興趣。讓學生了解分析化學實驗在日常生活中的重要性，從農(nóng)業(yè)農(nóng)藥檢測到工業(yè)質(zhì)量控制，從醫(yī)學檢驗檢疫到生命科學技術，都離不開分析化學這犀利的“眼睛”。結(jié)合目前大學生科研項目，大學生創(chuàng)新項目，學生畢業(yè)論文，教師科研課題等，激發(fā)學生的學習興趣，使學生能主動從實驗，甚至生活中發(fā)現(xiàn)分析化學問題，變“要我做”為“我要做”。
總之，只有靈活運用各種方法和手段，才能從根本上提高分析化學實驗的教學質(zhì)量，為學習后續(xù)課程及將來的科技工作打下良好基礎。
參考文獻：
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關鍵詞：分析化學；實驗教學；改革分析
化學實驗和分析化學都是化學專業(yè)的主要基礎課之一，兩者雖然各有側(cè)重卻相輔相成。化學實驗不僅有利于學生理解和鞏固課堂上學習到的分析化學理論知識，更重要的是可以培養(yǎng)其科學的邏輯思維方式，提高其分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生良好的科學素質(zhì)，為其將來的深造和就業(yè)打下良好的基礎[1]。如何充分發(fā)揮實驗教學作用，達到素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)的目的，已成為分析化學實驗教學必須思考的重要問題。目前，隨著現(xiàn)代分析技術的不斷進步與發(fā)展，分析化學相關的知識和內(nèi)容也越來越豐富。所以，以往的實驗教學在教學方法、教學內(nèi)容以及學生成績評價等方面已經(jīng)不能適應社會發(fā)展的需求[2]。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因在于傳統(tǒng)教學模式在很多地方已經(jīng)不能適應新的教學對象：一方面?zhèn)鹘y(tǒng)教學形式與教課手段漸漸無法適應時代的進步，以往老師通常在實驗課前預先將實驗所需要的化學試劑準備好，課堂中將實驗目的、實驗原理、實驗所需的試劑和儀器、具體實驗操作的步驟等內(nèi)容板書好，并且多數(shù)采取以老師講解為主的教學形式，難以激發(fā)學生學習的興趣，無法有效調(diào)動其做實驗的積極主動性，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和意識。另一方面，與理論課相比，一些學生并不重視實驗課，認為實驗課是理論課的附屬品，易產(chǎn)生單調(diào)乏味的心理，導致實驗教學效果差。在這樣的教學方式下培養(yǎng)出來的學生很難具有獨立創(chuàng)新的意識，其綜合素質(zhì)難以得到提高。我們對于實驗教學中存在的一些問題，認為需要對目前的教學方法進行改革，把做實驗的主觀能動到學生的手里，充分調(diào)動其積極性，發(fā)掘其自主創(chuàng)新意識。在此，我們就如何對分析化學實驗教學進行改革，培養(yǎng)出具有高素質(zhì)的綜合型化學人才等方面進行了探討。
一、改進教學方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識
以往的實驗課多采用“注入式”的教學方式，通常由老師講解實驗目的、實驗原理及實驗操作步驟，然后學生只需按照講述的內(nèi)容來進行實驗，這使得實驗課的內(nèi)容枯燥乏味，不能有效調(diào)動學生的興趣和主動性。分析化學理論有許多抽象和難以理解的問題，在課堂上老師會以PPT、動畫等多媒體形式來對這些難理解的內(nèi)容進行展現(xiàn)，利用生動畫面形象直觀地解釋化學理論中抽象的內(nèi)容，有利于學生對課本知識的理解。我在教學當中，體會到了運用現(xiàn)代化教育方式的益處。例如在講到酸堿滴定基本操作時，我們做了動態(tài)的PPT，非常生動地展示了選用不同指示劑時的滴定終點及對應的滴定曲線。目前，我們以任務和問題為導向，講述實驗的原理、提出實驗成敗的關鍵操作以及注意事項等要點。同時適時的提出問題啟發(fā)學生去思考，讓學生帶著問題做實驗，通過觀察實驗現(xiàn)象回答這些問題，讓學生成為實驗的主體，從而達到提高學生的綜合素質(zhì)和能力的目的。另外，實驗中出現(xiàn)實驗現(xiàn)象與預期不一致的問題，老師不直接給出答案，而是采取啟發(fā)的方式去引導學生運用課堂上所學的知識分析，通過同學間的相互討論發(fā)現(xiàn)解決問題的方法，使得學生對課本理論知識的理解更加深刻，加強了綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。實驗課中，老師要求每位同學都獨立完成實驗，既培養(yǎng)了學生的實驗技能，又增強了其獨立工作的能力。要求學生在課堂上完成實驗結(jié)果的記錄，避免學生在課后抄襲實驗報告，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度。隨著科技的不斷進步，我們也采用了多媒體的教學方式。例如，將天平的稱量練習、滴定管的使用方法及滴定操作、移液管的使用、容量瓶的使用、玻璃器皿的洗滌等基本操作內(nèi)容通過錄像及動畫形式直觀演示出來，使得教學內(nèi)容更為豐富，從而提高了教學水平，加深了學生對理論知識的理解和掌握，從而激發(fā)了學生的興趣，得到了學生的一致好評。
二、改革實驗內(nèi)容，提高創(chuàng)新能力
實驗教學作為學科教學的重要組成部分，不能僅僅滿足于驗證分析化學相關理論這個層面上，要改變一些學生認為化學實驗只是單純驗證理論知識的印象。實驗教學內(nèi)容的組織直接影響教學質(zhì)量的好壞，進而影響學生學習的積極性和主動性。考慮到多數(shù)學生動手能力不高，實驗技能掌握不熟練，缺乏創(chuàng)新意識，我們對傳統(tǒng)的實驗教學內(nèi)容進行了改革，實驗內(nèi)容安排由基礎到應用，再到設計和創(chuàng)新。在完成基本操作技能的訓練和驗證性實驗之后，適當增加了綜合性及設計性實驗。基礎實驗包括電子天平的稱量練習、酸堿滴定、氧化還原滴定、自來水硬度的測定、硫酸銅鹽中銅含量的測定和重量分析操作等。這些實驗包含了分析化學實驗的基本知識、基本技能，主要強化學生的實驗技術。學生經(jīng)過實驗課上的鍛煉后能夠熟練地掌握基本的分析化學實驗操作技能，達到培養(yǎng)學生良好的科學素質(zhì)的教學效果。對于設計實驗，老師給出具體的題目，學生課后進行資料搜集，設計出相應的實驗方案，然后獨立進行實驗，觀察實驗現(xiàn)象，解決實驗中出現(xiàn)的問題，分析和處理實驗數(shù)據(jù)后得出結(jié)果，完成實驗報告。學生運用課堂上學到的理論知識與實驗技能去解決實驗中遇到的問題，提高了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。同時，針對不同的專業(yè)因材施教，為本科生開設了兩門不同的實驗課程，如為化學專業(yè)學生開設的分析化學實驗課程（64學時，4學分，30名學生/班），為制藥工程及環(huán)境工程開設的分析化學實驗課程（36學時，2學分，30名學生/班）。這兩門課程在基本操作技能的訓練方面是一樣的，但為工科學生增加了儀器分析實驗，比如，白酒中醇系物分析和啤酒總酸度的測定。實驗課程的安排從易到難、循序漸進，一步步地培養(yǎng)學生獨立從事分析化學相關工作和研究的基本技能以及綜合素質(zhì)。
三、改革考核方式
如何客觀地考核實驗課成績同樣是實驗教學重要的組成部分。全面客觀地評價學生實驗能力，對于促進學生實驗技能的掌握起著重要的作用，同時對于調(diào)動學生的學習積極性也起著重要的導向作用。我們在過去考核方法的基礎上進行了改進，以往的實驗考核通常是由教師根據(jù)學生平時的實驗報告來評價的，這種考核方式不易調(diào)動學生實驗的主觀能動性。因此，我們對實驗課成績的考核方法進行了改革。實驗課的成績由平時成績與期末實驗考試成績組成，其中平時成績占60%，制定評定標準并對各項要求進行量化打分。平時成績包括預習報告是否完成、是否遵守實驗紀律、實驗操作是否標準、實驗數(shù)據(jù)記錄及結(jié)果是否準確、實驗過程中自己實驗臺面的清潔、考勤以及課后實驗報告的評定。期末考試期末實驗考試成績占40%，主要是考查學生的實際操作能力。題目由老師給出，讓學生提前查閱有關資料，設計實驗方案，進行實驗數(shù)據(jù)分析，并于課堂上提交實驗報告，這種考查的形式有利于培養(yǎng)學生良好的科學素質(zhì)。過往很多學生不重視分析化學實驗，實驗時比較馬虎，應付對待。目前學生在實驗中開始注重自己動手操作，書寫實驗報告更加認真細致。其次，學生學習的主動性和積極性大為提高。考核方法的改革，提高了整體化學實驗的效果，增加了學生的積極性和對實驗教學的重視度，培養(yǎng)了學生獨立思考問題的能力，提高了動手操作能力以及解決問題的能力，從而達到提高分析化學實驗教學質(zhì)量的目的。總之，我們需要在教學實踐中進行不斷的探索，才能形成合理的實驗教學模式。同時改進后的教學模式也會在實行的過程中出現(xiàn)一些新的問題，因此有待我們進一步的去完善。因此，我們將繼續(xù)通過不斷的實踐，為全面培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)及實踐能力探索出一條新路。
參考文獻：
[1]俞汝勤.漫談分析化學教學改革與課程建設[J].大學化學,2008,(5):1-6.
