基礎無(wú)機化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的新策略研究的論文
引言：實(shí)驗教學(xué)在現代化高等學(xué)校教育體系中有著(zhù)重要的地位和作用，實(shí)驗教學(xué)環(huán)節是學(xué)生創(chuàng )新能力培養的重要載體，是培養學(xué)生動(dòng)手能力的有效途徑。我校作為廣東省的重點(diǎn)工科院校，肩負著(zhù)為泛珠江三角地區輸送各類(lèi)高級技術(shù)人才的重任。結合地方經(jīng)濟建設的需要和我�！芭c廣東崛起共成長(cháng)為廣東發(fā)展做貢獻”的辦學(xué)目標，各專(zhuān)業(yè)的培養方向都在新的形勢下不斷調整。無(wú)機化學(xué)實(shí)驗則是以上各專(zhuān)業(yè)學(xué)生最先接觸的第一門(mén)化學(xué)實(shí)驗，它在整個(gè)大學(xué)化學(xué)學(xué)習期間起著(zhù)承上啟下的作用。其實(shí)驗方法和基本操作技能的培訓為后續其他實(shí)驗課奠定基礎，并對學(xué)生后續專(zhuān)業(yè)課程及研究論文工作起到舉足輕重的作用。
近年來(lái)，隨著(zhù)每年招生規模的不斷擴大，每年無(wú)機化學(xué)實(shí)驗室要承擔各個(gè)專(zhuān)業(yè)近千人的繁重教學(xué)任務(wù)。如何能充分利用現有的資源，在有限的教學(xué)時(shí)間里順利完成教學(xué)任務(wù)，同時(shí)保證教學(xué)質(zhì)量。承擔無(wú)機化學(xué)實(shí)驗課程的相關(guān)教師經(jīng)過(guò)多年的不斷努力和實(shí)踐，多方位、多角度探索新的教學(xué)策略。針對工科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，以技術(shù)要素為主線(xiàn)，重組了實(shí)驗教學(xué)體系，編寫(xiě)了《微型無(wú)機化學(xué)實(shí)驗》教材; 通過(guò)科學(xué)安排實(shí)驗教學(xué)內容，同時(shí)運用現代化教學(xué)手段和開(kāi)放實(shí)驗室，全方位提升實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量和水平，達到提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng )新能力培養的目的。
1 整合教學(xué)資源，改善實(shí)驗教學(xué)條件和設施
為了應對和解決擴招后面臨教學(xué)資源不足的狀況，國內眾多的高校都采取了一些積極措施。我校輕工化工學(xué)院的基礎實(shí)驗室從2004 年以來(lái)針對這種情況進(jìn)行了全面改革，從全院整體實(shí)驗教學(xué)和教學(xué)資源的充分利用出發(fā)，對各個(gè)實(shí)驗室進(jìn)行了合理分布。特別是抓住本科教學(xué)水平評估的契機，將無(wú)機化學(xué)實(shí)驗分室、有機化學(xué)實(shí)驗分室、基礎分析實(shí)驗分室、物理化學(xué)實(shí)驗分室等共同使用的基礎儀器，例如電子天平、分光光度計、酸度計、電導率儀等整合后，設立了天平室、分光光度計室、酸度計室等專(zhuān)門(mén)的基礎實(shí)驗分室。每個(gè)分室可以容納50 多名學(xué)生同時(shí)實(shí)驗。通過(guò)科學(xué)合理安排實(shí)驗時(shí)間，基本能實(shí)現每位學(xué)生都能動(dòng)手獨立操作，解決了實(shí)驗儀器設備數量少的問(wèn)題。
幾年的實(shí)踐表明，基本教學(xué)儀器設備統一管理，教學(xué)資源的利用率大大提高。在此基礎上，根據基礎實(shí)驗的特點(diǎn)制定了各項規章制度，例如實(shí)驗室守則、實(shí)驗室安全制度、儀器設備使用與管理辦法、藥品放置與使用規定等。制定了教學(xué)輔助人員職責、實(shí)驗指導教師崗位職責、學(xué)生的實(shí)驗守則等等。做到每個(gè)實(shí)驗室有開(kāi)放記錄本，每臺儀器有使用登記本，每位實(shí)驗管理人員有實(shí)驗工作日志記錄。各項工作有章可循，真正做到實(shí)驗室和實(shí)驗設備的有效科學(xué)管理，為實(shí)驗改革有條不紊地進(jìn)行提供保障，為人才培養奠定了良好的硬件設施和條件。
2 編寫(xiě)新教材、形成微型化實(shí)驗教學(xué)體系
多年來(lái)，無(wú)機化學(xué)教研室的教師長(cháng)期探索無(wú)機化學(xué)實(shí)驗的微型化，編寫(xiě)出版了《微型無(wú)機化學(xué)實(shí)驗》教材，逐步建立起了獨具特色而教學(xué)應用效果顯著(zhù)的微型無(wú)機化學(xué)實(shí)驗體系。至今的教學(xué)應用實(shí)踐充分表明，該微型無(wú)機化學(xué)實(shí)驗體系在減少實(shí)驗試劑消耗、降低實(shí)驗費用、減輕實(shí)驗污染、提高實(shí)驗安排的靈活性和實(shí)驗室的利用率以及強化學(xué)生動(dòng)手能力和培養認真細致科學(xué)作風(fēng)等方面均具有非常顯著(zhù)的效果。
( 1) 確定試劑的可能最小用量。
從節省試劑、減少廢物和污染考慮，試劑用量愈少愈好。但實(shí)際上從實(shí)驗中可以看到，無(wú)機化學(xué)實(shí)驗試劑用量所能減少的程度是有限的，大多數無(wú)機化學(xué)實(shí)驗的試劑用量可減少到常規量的1 /5 ～1 /10，仍可使實(shí)驗現象明顯、實(shí)驗結果具有合理的精確性。實(shí)驗微型化最顯著(zhù)的效果是大大降低實(shí)驗費用，特別是應對擴招后的實(shí)驗教學(xué)，這種效果非常顯著(zhù)。
( 2) 顯著(zhù)減輕實(shí)驗污染。
微型實(shí)驗的試劑用量減少，產(chǎn)生的實(shí)驗廢物相應減少，環(huán)境污染減輕。實(shí)踐表明，在有適當的通風(fēng)條件下，原來(lái)在常規實(shí)驗中有毒有害氣體H2S、C12以及NO2等空氣污染問(wèn)題，在微型實(shí)驗中排放很少�？梢哉f(shuō)通過(guò)微型化改進(jìn)，無(wú)機化學(xué)實(shí)驗室基本實(shí)現了“無(wú)味化”。
( 3) 有利于強化培養學(xué)生動(dòng)手能力和認真細致的科學(xué)作風(fēng)。
由于微型實(shí)驗儀器規格小，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗時(shí)務(wù)必更加小心、認真細致操作。例如在Cu2 + 和氨水反應生成配離子的實(shí)驗，常規實(shí)驗一般取0. 5mL 0. 1 mol /L CuSO4溶液于試管中，需要加入0. 5 ～ 1. 0 mL 2. 0 mol /L氨水溶液，才能觀(guān)察沉淀的生成和溶解。在微型實(shí)驗中，CuSO4溶液的用量為2 滴，加入2 滴氨水時(shí)可觀(guān)察到淺藍色沉淀生成，再加2 滴氨水沉淀溶解。這就是說(shuō)，與常規實(shí)驗相比，微型實(shí)驗要求更精確控制試劑加量才能觀(guān)察到正確的實(shí)驗現象。在粗鹽的提純、硫酸亞鐵銨的制備等無(wú)機合成實(shí)驗中，由于沾附過(guò)多、蒸發(fā)不足或過(guò)分等原因可能導致產(chǎn)率偏低或雜質(zhì)含量偏高，因此，學(xué)生在實(shí)驗過(guò)程中比常規實(shí)驗更加用心、更加仔細，微型實(shí)驗明顯有利于強化培養學(xué)生動(dòng)手能力和認真細致的科學(xué)作風(fēng)。
( 4) 大大減輕實(shí)驗準備工作量。
無(wú)機化學(xué)實(shí)驗的一個(gè)主要特點(diǎn)是試劑品種多，有的實(shí)驗需用試劑多達60 多種，全部實(shí)驗需用試劑超過(guò)100 多種，實(shí)驗準備工作量非常大。在常規實(shí)驗中，大多數試劑需用125mL 試劑瓶盛裝，平時(shí)存放于試劑柜中，每一實(shí)驗前將所用試劑搬出擺放到試劑架上，實(shí)驗后須及時(shí)將其搬回試劑柜中以便安排下一個(gè)實(shí)驗。微型實(shí)驗試劑用量大大減少，所用試劑可以用30 mL 或更小的試劑瓶盛裝，通過(guò)配用一種兩人共用的階梯式試劑架，無(wú)機化學(xué)實(shí)驗用到的主要試劑可一次性上架，大大減輕了實(shí)驗準備工作量。根據我們的實(shí)踐，原來(lái)采用常規實(shí)驗體系時(shí)， 10 個(gè)班的無(wú)機化學(xué)實(shí)驗需2 位實(shí)驗員才能完成任務(wù)，而現在采用微型實(shí)驗體系，40 個(gè)班的實(shí)驗只需一位實(shí)驗員即能完成任務(wù)。
( 5) 明顯提高了實(shí)驗安排的靈活性。
進(jìn)行常規實(shí)驗時(shí)，由于試劑必須在實(shí)驗前搬出，實(shí)驗后搬回，因此每一個(gè)實(shí)驗必須統一集中安排，這就限制了實(shí)驗安排的靈活性和實(shí)驗室的利用，并且導致實(shí)際上無(wú)法安排補做或插做實(shí)驗。采用微型實(shí)驗，試劑一次性上架，學(xué)生可隨時(shí)到實(shí)驗室做不同內容的實(shí)驗，大大提高了實(shí)驗安排的靈活性和實(shí)驗室的利用率，有效地解決了補、插做實(shí)驗的問(wèn)題，并為實(shí)行開(kāi)放式實(shí)驗、深化實(shí)驗教學(xué)改革創(chuàng )造了條件。
3 加強鞏固基本技能訓練
無(wú)機化學(xué)實(shí)驗是大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)學(xué)習的第一門(mén)獨立開(kāi)設的實(shí)驗課，很多學(xué)生是初次接觸這些實(shí)驗設備和儀器，為了減少學(xué)生操作失誤引起設備故障或損壞，實(shí)驗前指導教師都需要講解清楚儀器設備的工作原理，并進(jìn)行示范操作，然后學(xué)生才能開(kāi)始動(dòng)手實(shí)驗。這樣一來(lái)實(shí)驗指導教師要重復講解、示范多次，花費時(shí)間多，教學(xué)效率低，而且由于人數較多，仍有部分學(xué)生抱怨看不到、聽(tīng)不清老師的講解，指導教師工作量大，教學(xué)效率低。
對于基本技能訓練實(shí)驗，我們采取了講、做、演示多種教學(xué)手段相結合的教學(xué)方法�；静僮鲗�(shí)驗的內容的確很“基礎”，因為這一層次的實(shí)驗教學(xué)內容就是對學(xué)生進(jìn)行嚴格的化學(xué)基本操作訓練，如果實(shí)驗操作不“基礎”，基礎訓練不扎實(shí)，這就違背了我們實(shí)驗教學(xué)改革的初衷。為了讓學(xué)生正確掌握最基本的化學(xué)基本操作，達到操作規范，我們配備了無(wú)機化學(xué)實(shí)驗基本操作的錄像資料。
學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗前必須先預習相關(guān)知識，然后組織學(xué)生集中觀(guān)看錄像資料，放映期間，教師一邊實(shí)際操作，一邊講解操作要點(diǎn)。在粗鹽的提純、硫酸亞鐵銨的制備等無(wú)機合成實(shí)驗課堂教學(xué)中，首先將學(xué)生分為若干學(xué)習小組，每組不超過(guò)5 人，由一位同學(xué)負責，組內學(xué)生在前面觀(guān)看錄像資料的基礎上，自己動(dòng)手練習基本的操作，大家互相監督、互相評價(jià)，規范基本的操作，加強基本操作訓練。在實(shí)驗過(guò)程中，實(shí)驗指導老師隨時(shí)抽查學(xué)生的掌握情況，遇到個(gè)別動(dòng)手能力差的學(xué)生，進(jìn)行個(gè)別指導，在實(shí)驗過(guò)程中不斷講解、演示、操作、糾正、總結、再操作等環(huán)節逐步提高實(shí)驗技能。
在基本實(shí)驗技能訓練結束后，為了提高學(xué)生學(xué)習的興趣，我院從2007 年開(kāi)始承辦每年一屆的本科生基礎化學(xué)化工實(shí)驗技能大賽，從當初的校內競賽擴展到現在的大學(xué)城際的大型基礎化學(xué)化工實(shí)驗技能大賽，實(shí)踐結果表明，這種多種手段相結合、分組學(xué)習、分組強化基本操作的模式，使學(xué)生整體的基本實(shí)驗技能得到普遍提高。
4 充分發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗中的主觀(guān)能動(dòng)性
實(shí)驗課程改革的目標是注重創(chuàng )新精神，加強能力培養。實(shí)驗能力的培養和訓練包括實(shí)驗室作風(fēng)的培養與訓練、動(dòng)手能力的培養與訓練、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的培養與訓練、創(chuàng )新意識和能力的培養與訓練。
學(xué)生作為實(shí)驗教學(xué)的主體，在實(shí)驗過(guò)程中不是消極、被動(dòng)的參與者，而是應該表現出主動(dòng)、積極、創(chuàng )造性�；瘜W(xué)實(shí)驗現象常常會(huì )因試劑用量、介質(zhì)酸堿性、加入試劑的先后順序、反應溫度等條件的不同而變得非常復雜，有時(shí)甚至與理論預測的現象不符合，出現“異�！钡膶�(shí)驗現象。例如Cl -、CrO42 - 混合溶液與AgNO3溶液反應，學(xué)生記錄的實(shí)驗現象有3 種情況: ①生成黃色沉淀; ②生成紅色沉淀; ③生成紅色沉淀和黃色沉淀的混合物。對于大部分剛進(jìn)實(shí)驗室的同學(xué)來(lái)說(shuō)，往往將實(shí)驗的重點(diǎn)放在結果，而忽略中間過(guò)程現象的仔細觀(guān)察。面對這種情況，指導教師組織引導學(xué)生就此實(shí)驗進(jìn)行討論，讓學(xué)生各抒己見(jiàn)，充分發(fā)揮學(xué)生主觀(guān)能動(dòng)性，培養學(xué)生獨立解決問(wèn)題的能力。
學(xué)生完成實(shí)驗后，處理實(shí)驗結果，要對記錄的實(shí)驗現象進(jìn)行分析，寫(xiě)出有結論、有分析、有體會(huì )的實(shí)驗報告，培養學(xué)生綜合運用知識分析和解決問(wèn)題的能力。這樣也可杜絕當前實(shí)驗教學(xué)中存在的學(xué)生實(shí)驗課前預習只是照抄實(shí)驗講義，實(shí)驗中完全依靠實(shí)驗老師示范和指導，實(shí)驗報告只簡(jiǎn)單羅列實(shí)驗結果，使學(xué)生能真正作為實(shí)驗教學(xué)的主體，充分發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗中的主觀(guān)能動(dòng)性。
5 結語(yǔ)
總之，實(shí)驗教學(xué)是培養工科大學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng )新能力和綜合素質(zhì)的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節，實(shí)驗改革是一項長(cháng)期艱苦的工作，應常抓不懈，才能保證其長(cháng)期健康發(fā)展。21 世紀我國高校招生規模不斷擴大，社會(huì )競爭更加激烈，對每一個(gè)大學(xué)生都提出了更高的要求。在高等教育改革不斷深入的今天，如何保證擴招形勢下的實(shí)驗課教學(xué)質(zhì)量，解決實(shí)驗教學(xué)面臨的困難，使實(shí)驗教學(xué)適應時(shí)代發(fā)展的需要，適應我國高等教育對人才培養的需要，是我們當前在教學(xué)實(shí)踐中探索和努力的方向。
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