無機與分析化學實驗課程教學改革

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摘要:無機與分析化學實驗課程與各專業(yè)課相互滲透，起著承上啟下的重要作用。教學效果直接影響學生基本操作技能好習慣的培養(yǎng)和形成。針對目前實驗教學中存在的諸多弊端，對無機與分析化學實驗教學進行了一些改革探索。通過改革教學內容，建立層次化教學體系，創(chuàng)建多元化教學模式，開放實驗教學平臺，按照綠色化理念調整實驗內容，把實驗串聯起來，開展循環(huán)實驗，采用科學考核方法等改革措施，使學生更好地掌握無機與分析化學實驗課程的精髓，達到提高實驗教學質量的目的，為國家培養(yǎng)更多符合社會需要的應用型人才。

關鍵詞:無機與分析化學實驗;層次化教學改革;多元化教學模式;綜合考核方法

實驗是理論教學的深化和延續(xù)［1］，是培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新能力的重要實踐環(huán)節(jié)，教學水平和質量對學生實驗能力起著非常重要的作用，其重要性不言而喻?！盁o機與分析化學實驗”單獨設課，是化學專業(yè)重要的基礎課，通過實驗獲得感性認識，加深并鞏固學生對基本理論和概念的理解。規(guī)范并熟練地掌握實驗基本操作技能，學會觀察實驗現象，正確使用與維護實驗儀器，了解化學試劑性能及特點，正確處理實驗數據及表達實驗結果。培養(yǎng)學生優(yōu)良的實驗素質，創(chuàng)新意識，科研論文寫作能力，激發(fā)學生學習主動性，建立團隊意識。但是，目前實驗教學中存在諸多弊端，如實驗內容陳舊，教學方法滯后，學生缺乏探究能力，操作技能和實踐能力訓練尤感不足，實驗成績評價體系單一。筆者在教授大一學生過程中，發(fā)現學生重理論輕實驗，實驗投入精力不足，不能運用所學理論知識，解釋觀察到的實驗現象，對實驗缺乏理解，達不到實驗目的。為此筆者根據十多年從教的教學體會，從教學內容設置，教學模式，實驗考核方式等幾個方面探討“無機與分析化學實驗”改革的思路和想法.

1改革教學內容，建立層次化教學體系

傳統(tǒng)實驗課為“注入式”教學模式，教師是教學活動主體，教師教什么，學生就學什么。教師按照實驗步驟講解，學生按照實驗要求完成，這種方式不能激發(fā)學生做實驗的主動性和積極性，學生學而不思，不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為此將實驗分為操作性實驗、驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗四個層次開設，盡量避免安排重復的實驗內容。

1．1嚴格規(guī)范操作技能訓練

操作性實驗著重強化學生實驗基礎知識和基本操作技能的嚴格規(guī)范訓練，這是“無機與分析化學實驗”教學的重要環(huán)節(jié)，為后續(xù)實驗課程、各專業(yè)實驗課、未來獨立從事科研乃至走向社會奠定堅實基礎。教師可以適當調整教學大綱，如以往老式半自動電光分析天平因磨損、老化被淘汰，引進電子天平，實驗操作簡單快速，稱量操作得到簡化。因此，稱量操作練習的課時應縮減。實驗基礎知識包括常用玻璃儀器(量筒和量杯、移液管和吸量管、容量瓶、錐形瓶、酸式滴定管和堿式滴定管)的洗滌和使用［2］，化學試劑規(guī)格和取用(固體試劑和液體試劑)，實驗室用水的要求、制備和檢驗等?；静僮骷寄馨ㄈ芤号渲?，固液分離，過濾(常壓過濾、減壓過濾和熱過濾)，沉淀洗滌、干燥和灼燒，蒸發(fā)和濃縮，結晶和重結晶，稱量等。教師邊演示邊講解并強調操作要點，如演示最簡便常用的常壓過濾(沉淀為微細結晶)。將濾紙整齊地對折，然后再對折(四折法折疊)。記住第二次不要折死，將錐體打開，放入漏斗，如上邊緣不密合可改變折疊的角度，使濾紙與漏斗密合，此時再折死。打開三層的一面對準漏斗出口短的一面，食指按緊三層的一面，用洗瓶吹入少量蒸餾水以潤濕濾紙，輕輕按濾紙，使濾紙錐體上部與漏斗間無氣泡，濾紙錐體下部與漏斗內壁形成縫隙。然后加水至濾紙邊緣，此時漏斗頸應全部充滿水并形成水柱(重點強調)。接著學生自己練習，教師巡視及時發(fā)現并糾正學生操作上存在的問題，然后請一位學生演示操作，其他學生點評，最后教師總結，定量轉移沉淀是保證測量結果正確可靠的關鍵，應注意以下五點:(1)每次轉移至漏斗中的溶液量不得超過漏斗容量的2/3，液面應低于濾紙邊緣1厘米左右。(2)溶液轉移完畢，容器壁上粘附的少量沉淀可用少量洗滌液并用小片濾紙或淀帚輕輕洗擦，直至確認全部洗凈為止。(3)對比較穩(wěn)定的沉淀必要時可略提高溶液溫度以增加濾速。(4)在保證不穿濾的情況下，可用減壓抽濾以提高濾速，但絕不允許翻動濾紙或用玻璃棒攪拌以提高濾速。(5)過濾時濾紙與漏斗壁間勿存有氣泡，以使支管內形成水柱而加大濾速。同時漏斗下支管管口緊貼在濾液容器壁上，這樣既可提高濾速，又可防止濾液迸濺而造成的損失。

1．2選擇現象明顯經典的驗證性實驗

驗證性實驗重復內容較多［3］，尤其是元素部分，很難調動學生積極性，不利于學生創(chuàng)造能力和綜合素質的提高。因此，精選驗證性實驗十分必要，實驗重點應包含化學原理、常數測定及少數重點元素化合物。要求學生預習時將實驗步驟設計成實驗流程方框圖，清清楚楚，一目了然，元素實驗采用啟發(fā)式，通過小改進使得現象更加明顯，激發(fā)學生學習興趣。如比較EΘ(Fe3+/Fe2+)、EΘ(Br2/Br－)和EΘ(I2/I－)電對電極電勢的相對大小，指出最強的氧化劑和最強的還原劑。實驗內容:(1)取一支試管加入1mL0．1mol/L的KI溶液和5滴0．1mol/L的FeCl3溶液，有何現象?(2)取一支試管加入1mL0．1mol/L的KBr溶液和5滴0．1mol/L的FeCl3溶液，能否發(fā)生反應?因FeCl3溶液本身就是紅棕色(或棕紅色)，實驗很難判斷是否有紅棕色(或棕紅色)的I2析出，經改進的實驗內容為:取一支試管加入1mL0．1mol/L的KI溶液和5滴0．1mol/L的FeCl3溶液，有何現象?再加入1mL淀粉溶液，振蕩試管，溶液顏色有何變化?因I2遇淀粉溶液變藍，所以就能很清楚地判斷出是否有I2析出。

1．3增加綜合性實驗

為提高學生綜合素質和能力，有必要增加綜合性實驗，它與基本操作實驗和驗證性實驗相比有一定難度，目的是訓練學生對所學化學知識和實驗技能的綜合應用，綜合性實驗涉及化合物制備、含量測定和結構表征。物質制備綜合性實驗有:工業(yè)硫酸銅提純和等級檢驗、硫酸亞鐵銨制備和質量鑒定、三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀制備和配離子組成測定等。含量測定綜合性實驗有:電位滴定法測定H3PO4的Ka1和Ka2、水泥熟料中SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO和MgO含量的測定、高錳酸鹽指數的測定(酸性法和堿性法)等。物質制備訓練了學生的稱量、溶解、加熱、攪拌、沉淀、分離、過濾(常壓過濾和減壓過濾)、蒸發(fā)濃縮、結晶和干燥等基本操作實驗技能。如減壓過濾要點:(1)濾紙略小于漏斗內徑，但又能蓋沒全部瓷孔。(2)布氏漏斗下端斜口應朝向吸濾瓶支管。(3)臨用前先潤濕濾紙，抽氣使慢慢貼緊，再往漏斗內轉移溶液。(4)先拔去連接吸濾瓶的橡皮管，再關掉連接水泵的開關。(5)盡量抽干樣品，可壓緊漏斗內樣品。物質含量測定訓練學生的標準溶液配制、滴定分析(酸堿滴定、沉淀滴定、配位滴定、氧化還原滴定)(直接滴定、返滴定、差減滴定)、指示劑正確選擇和滴定終點判斷掌握、比色法中標準曲線繪制和含量定量分析等分析方法綜合實驗技能。學會運用有效數字處理實驗結果，對實驗結果進行互動式和啟發(fā)式教學討論，與學生共同探討實驗成敗的關鍵，分析其結果偏高或偏低的原因，最后撰寫實驗報告。實踐證明，綜合性實驗雖然花費較多時間(有的學生為了得到滿意結果，多次重復操作)，但學生收獲很大，真正體會到大學實驗課與中學化學實驗的不同。

1．4增加設計性實驗

設計性實驗營造研究氛圍的實驗課堂［4］，讓學生體驗科研工作的艱辛，這對提高學生的創(chuàng)新實踐能力和科研素質十分有利。教師根據教學大綱要求并結合實驗室現有條件給出題目，2～4個學生組成實驗小組，運用已掌握的基本知識和實驗技能，自己查閱文獻資料，擬定實驗項目，設計實驗方案并獨立完成。這對學生的培養(yǎng)是多方面的，尤其是學生科學思維和創(chuàng)新意識等綜合能力，大大激發(fā)學生求知欲望，學以致用，學習態(tài)度由被動轉為主動。在實驗過程中，學生是主體，教師起著引導、解惑、答疑和監(jiān)督作用。教師必須清楚學生實驗過程中遇到的各種問題和解決方案，學生在實驗過程中隨時與教師討論溝通。要求學生實驗報告按照科研論文格式完成，傳統(tǒng)學生完成實驗報告，大部分都是將教材內容重抄一遍。設計性實驗沒有現成的實驗步驟參考，學生要查閱相關文獻資料，并學會引用他人文獻。設計出規(guī)范的實驗路線、方案步驟，通過實驗驗證方案的可行性，發(fā)現問題及時調整實驗方案。最終完成實驗報告，也培養(yǎng)了學生的科研寫作能力，學生的成就感極大提升。另外，幾個學生組成實驗小組，學生之間的溝通交流能力和團隊合作意識都得到加強鍛煉。設計性實驗多多益善、值得推廣，在提升學生科研素質的同時，教師也得到進一步拓展。設計性實驗形式多樣，可以是教師的科研課題，讓優(yōu)秀學生參與部分課題研究。也可以對經典實驗方法或步驟或條件進行改進，寫出改進后的優(yōu)點，鼓勵學生以論文形式發(fā)表，增強學生的科研自信心。也可以根據學生自己興趣自擬研究課題，如維生素C(瓜果和蔬菜)提取和含量測定、雞蛋殼中鈣含量測定等。同時開展多種形式的課外科技活動，如“ASC杯”大學生科技節(jié)趣味化學競賽，將專業(yè)知識與實際生活相結合，讓學生真正體會學習樂趣。

2改進教學模式，提高教學質量

2．1將傳統(tǒng)實驗模式改革為多元化教學

改變傳統(tǒng)單一教學模式，采用多元化教學方式［5－6］，將現代多媒體技術與傳統(tǒng)板書教學優(yōu)勢互補。教師將基本操作制成多媒體教學課件放在網上，讓學生提前預習，獲得感性認識，效果顯著。使實驗由抽象變形象，由復雜變具體，提高教學質量。污染嚴重，對人體有毒有害的驗證性實驗，如鉛、鉻、銀、鎘和汞重金屬元素及相應化合物性質，可拍攝錄制視頻多媒體課件向學生播放。這樣既保證理論知識的系統(tǒng)性，又使學生對實驗步驟、現象、污染程度等各方面知識更充分理解。這種教學方式使枯燥的實驗變得形象生動，充分調動學生的積極性和好奇心，不僅節(jié)省時間，還避免傳統(tǒng)板書的單調枯燥。還可利用便捷豐富的網絡共享視頻向學生展示實驗儀器設備、實驗步驟、以及目前無法達到實驗條件的實驗，該模式，保證實驗安全性和趣味性，有效提高實驗教學質量。注重教學與科研有機結合，鼓勵教師將最新學科發(fā)展前沿，科研成果與技術融入實驗教學內容中，每年更新實驗內容，至少開出2個新實驗，新實驗主要來自教師在研項目或科研成果。

2．2實行開放式實驗教學模式

《教育部普通高等學校本科教學工作水平評估方案》已明確把“實驗室開放時間長、開放范圍及覆蓋面廣，效果好”作為實驗室建設目標［7］。因此要調動實驗教師開放實驗室的積極性，充分利用實驗室重要場所。在保證日常教學任務完成情況下，對本專業(yè)學生，可根據實驗室和學生課余時間，安排一系列開放性實驗供學生選擇，學生可以以班級或小組為單位，按照自己水平和興趣從中選擇。這種開放式實驗教學模式的教學理念，更有效促進實驗教學改革發(fā)展，凝練學科特色和提高實驗教學質量。開放性實驗促使學生主動思考，引導學生思維縱向和橫向深發(fā)展，激發(fā)興趣，培養(yǎng)獨立思考、分析問題和解決問題能力。對全校學生可以利用周末、節(jié)假日或寒暑假進行開放，學生必須提前申請(個人、小組或班級均可)，申請時說明時間、實驗目的、實驗所需儀器及藥品，獲得申請許可的學生，在指導教師陪同下，進入實驗室進行大學生科技創(chuàng)新綜合性實驗(科技制作，科研訓練，學科競賽，研究性、探討性、創(chuàng)新性、設計性實驗)。實驗室利用現有科研儀器設備，為學生提供開放式實驗教學平臺，不僅達到開放式實驗教學目的，而且提高了儀器設備使用率，避免儀器設備浪費，真正實現實驗資源有效共享。

2．3樹立綠色化學理念，更新優(yōu)化完善實驗內容

學校要將綠色化學教育融入到化學實驗中，改進以前只重視實驗有效性，而忽視實驗對環(huán)境造成的嚴重污染［8］。應從調整完善實驗內容、更新實驗形式、消除實驗生成物的危害三個方面著手，促使綠色化實驗進程。首先，調整完善實驗內容，科學安排綠色化學實驗。在不影響培養(yǎng)學生實驗操作能力前提下，優(yōu)化實驗內容，改進實驗方案，盡量選擇綠色化學實驗，刪除毒性較大的實驗，以減少環(huán)境污染，讓實驗向著綠色化方向靠攏。同時，合理安排實驗順序，把實驗串聯起來，將上一個實驗產生的生成物(產品)能成為下一個實驗的反應物(原料)，實現廢物利用，減少環(huán)境污染。如硫酸亞鐵制備及質量鑒定→硫酸亞鐵提純和等級檢驗→硫酸亞鐵銨制備和質量鑒定→三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀制備和配離子組成測定。以鐵屑和稀硫酸為原料制備硫酸亞鐵。接著以自己制備的硫酸亞鐵為原料，進行下一個實驗，硫酸亞鐵提純和等級檢驗。接著再以自己提純的硫酸亞鐵為原料，加入等物質量的硫酸銨，進行下一個實驗，硫酸亞鐵銨制備和質量鑒定。最后以自己制得的硫酸亞鐵銨為原料，先加草酸制得草酸亞鐵(沉淀反應)，然后在過量草酸根存在下用過氧化氫(氧化還原反應)氧化制得三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀。通過微型化學實驗更新實驗形式，以推進綠色化發(fā)展，微型化學實驗以較少的化學試劑用量完成實驗，它在減少環(huán)境污染、節(jié)省實驗開支和學時方面都具有較大的優(yōu)勢。如試管驗證性實驗，取樣量均為1～2mL，現改為點滴板實驗，取樣量均為1滴。微型化學實驗無形中提高了學生的操作規(guī)范和水平，因為它有更高要求的實驗水平。

3建立科學考核方法的具體思路

通過多年無機與分析化學實驗教學發(fā)現，沿用以往實驗報告70%，期末考試30%為依據的考核方法，不能全面、客觀和合理地評價學生的真實水平、操作技能和動手能力。該考核方法會導致學生不重視實驗課(不認真做實驗)，只要實驗報告寫好就能取得好成績，甚至抄襲，完全達不到實驗目的。為此，必須調整考核方法［9－10］，應將實驗過程考核貫穿于整個體系中，考核應該全方位、客觀和合理的評價學生。建議具體考核方法如下:實驗成績由平時成績40%、實驗過程30%和期末考試成績30%三部分組成。平時成績由“日?？记凇嶒烆A習、課堂發(fā)言、儀器整理、衛(wèi)生、實驗報告”六個方面的綜合表現給出。實驗過程由“查閱資料、實驗操作方案設計、實驗技能(操作過程和熟練程度)、數據記錄與分析”組成。期末考試由“理論筆試和現場實際操作”構成。理論筆試命題主要是實驗原理、方法、現象和反應方程式，側重點與平時講課內容相匹配，重點內容重點考核，一般了解性內容也占一定比例?，F場實際操作考察學生實際操作技能，為學生準備多個實驗題目，學生抽簽選題來完成相關實驗操作及報告。該考核方法從實驗教學的每個環(huán)節(jié)出發(fā)，細節(jié)量化且落實到實處。學生最終實驗成績的評定更為公平合理，避免學生產生心理誤區(qū)，培養(yǎng)學生認真嚴謹的實驗習慣和工作作風，重視無機與分析化學實驗，提高實驗教學質量。

4結語

“無機與分析化學實驗”教學改革，沒有固定教學模式，各個學校的發(fā)展不同而各有特色。應堅持不斷探索和嘗試，總結和完善，使“無機與分析化學實驗”改革達到預期效果。在實驗教學中要敢于創(chuàng)新與實踐探索，通過改革培養(yǎng)更多符合社會實際需要的應用型人才，為進一步深化教學改革貢獻自己的綿薄之力。

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作者：高明慧 單位：南京航空航天大學材料科學與技術學院