基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(綜合)教學(xué)改革與實(shí)踐

肖小華 鄒小勇 張杰鵬 閆素君 邵光 林志強(qiáng) 陳六平

(中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 廣東廣州 510275)

20世紀(jì)90年代后期，國內(nèi)很多高校對(duì)素質(zhì)教育和創(chuàng)新性教育等教學(xué)改革和教育理念進(jìn)行了大討論，隨后化學(xué)專業(yè)逐步實(shí)行寬口徑的大專業(yè)教育，加強(qiáng)基礎(chǔ)、淡化專業(yè)；取消了二級(jí)學(xué)科專業(yè)課程和實(shí)驗(yàn)，代之以基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)-綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)多層次一體化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)新體系[1]。近年來，部分高校又進(jìn)一步改革化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，并將其與學(xué)生科研創(chuàng)新活動(dòng)結(jié)合，構(gòu)成了綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程與科研訓(xùn)練緊密結(jié)合的教學(xué)實(shí)踐系統(tǒng)[2]。

自2000年起，中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院按照由淺入深、循序漸進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，為化學(xué)類專業(yè)設(shè)置了基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)、綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)3門課程，創(chuàng)建了“一體化、多層次、開放式”的創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。其中，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(綜合)課程是基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)兩門課程之間的有效銜接，它既是無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的鞏固與提高，也是現(xiàn)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)課程的基礎(chǔ)訓(xùn)練，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)由基礎(chǔ)向?qū)I(yè)過渡中承前啟后的一個(gè)重要學(xué)習(xí)階段。

但在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(綜合)課程教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的投入不足、興趣不夠，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果不盡如人意。與基礎(chǔ)綜合實(shí)驗(yàn)課程相比，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)主要是為了規(guī)范和掌握基本實(shí)驗(yàn)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為簡(jiǎn)單，只需“照方抓藥”即可順利完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，這導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)缺乏足夠理解；另一方面，多數(shù)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)完成任務(wù)的心理較重，以敷衍的心態(tài)對(duì)待基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，這必然導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過后即忘、知識(shí)點(diǎn)斷裂等情況[3]。為此，我們對(duì)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了改革，在大二的第二學(xué)期開設(shè)了2學(xué)分(72學(xué)時(shí))的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(綜合)課程，體現(xiàn)了基礎(chǔ)—提高—綜合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)。在保證基本知識(shí)、基本操作和基本技能鞏固的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地開設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，從文獻(xiàn)查閱、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和綜合運(yùn)用化學(xué)知識(shí)的能力。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的主要內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(綜合)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容鞏固了學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本操作和基本技能，且更側(cè)重對(duì)學(xué)生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，并與教師的科研工作及實(shí)際問題相關(guān)，特色鮮明，從而可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。我們將無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等各個(gè)學(xué)科內(nèi)容橫向整合，每年為學(xué)生開設(shè)5～6個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)14.5學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)時(shí)間為12～14學(xué)時(shí)，剩余學(xué)時(shí)由師生一起討論實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題以及如何解決等。在開設(shè)的綜合性實(shí)驗(yàn)中，針對(duì)環(huán)境污染、食品安全等問題，結(jié)合氣體、固體樣品的前處理技術(shù)及滴定分析、光度法等分析技術(shù)，開設(shè)了室內(nèi)空氣中甲醛、肉制品中亞硝酸鹽含量測(cè)定等應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)；也有與教師科研方向結(jié)合緊密的實(shí)驗(yàn)，如三氯化六氨合鈷(Ⅲ)配合物的制備及組成測(cè)定；以及結(jié)合微量合成、分離和分析表征技術(shù)開設(shè)的苯佐卡因微量合成實(shí)驗(yàn)等。另外，我們還根據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展、分析條件的改善、研究對(duì)象的變化以及教師科研的進(jìn)展，每年更新1～2個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這樣就能在3～5年實(shí)現(xiàn)對(duì)所有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的循環(huán)更新，以保證實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有基礎(chǔ)性、綜合性、實(shí)用性和新穎性。

1.2 轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

為了使學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，我們進(jìn)行了以下幾方面的嘗試：

(1) 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)初始階段，只提供實(shí)驗(yàn)題目和簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)思路和講義，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)過程需要學(xué)生通過預(yù)習(xí)、查閱文獻(xiàn)資料，充分思考才能完成。強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的要求是：了解實(shí)驗(yàn)的原理、背景和研究方法進(jìn)展等資料，知道實(shí)驗(yàn)“做什么”、“為什么做”以及該“怎么做”，同時(shí)要把握“一詳一略”(即詳細(xì)列出實(shí)驗(yàn)所需試劑和器材，用簡(jiǎn)略的框圖或流程圖描述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要點(diǎn))，以督促學(xué)生條理清晰地預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。

(2) 引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)過程。實(shí)驗(yàn)過程既是對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果的檢驗(yàn)，也是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)操作技能的鍛煉，需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的全過程手腦并用、精力集中?；瘜W(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)課程與理論課程聯(lián)系緊密。化學(xué)實(shí)驗(yàn)從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)儀器選擇、實(shí)驗(yàn)操作到實(shí)驗(yàn)結(jié)果報(bào)告，幾乎每個(gè)環(huán)節(jié)都可以通過“安全”、“量”等關(guān)鍵詞從理論上找到相對(duì)合理的解釋。因此，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，注意淡化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)的關(guān)注，引導(dǎo)學(xué)生盡量做到知其然并知其所以然。如在做間接碘量法滴定時(shí)，為何硫代硫酸鈉的標(biāo)定只能一份一份做，而不能將3份平行樣品先行準(zhǔn)備好；在做微量合成實(shí)驗(yàn)時(shí)，如何通過薄層色譜法(TLC)監(jiān)控反應(yīng)進(jìn)程；以及如何選擇合適的方法和儀器測(cè)定氯化鈷配合物的組成。

(3) 剖析實(shí)驗(yàn)問題?；A(chǔ)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)一般涵蓋樣品采集制備、合成、分離和分析表征等較長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)過程，如果學(xué)生預(yù)習(xí)不到位、實(shí)驗(yàn)時(shí)思路混亂或?qū)嶒?yàn)不認(rèn)真，就容易出現(xiàn)各種各樣的問題?？梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的這些問題引導(dǎo)學(xué)生明了實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)，逐步分析問題出現(xiàn)的可能原因，并通過適當(dāng)?shù)闹貜?fù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)并加以解決，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。例如學(xué)生在做甲醛測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，其線性擬合方程為A=0.04353c+0.0283，R=0.9989。學(xué)生對(duì)這個(gè)結(jié)果比較滿意，但實(shí)際上該曲線所有樣品的吸光度均偏低比較嚴(yán)重，線性方程的斜率明顯偏低。針對(duì)這種情況，我們將一份正常標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)與其對(duì)照，引導(dǎo)學(xué)生從甲醛儲(chǔ)備液濃度確定、甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液配制、標(biāo)準(zhǔn)色列配制到標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制的每一環(huán)節(jié)，分析問題產(chǎn)生的原因。然后通過重復(fù)實(shí)驗(yàn)，從比色皿污染以及甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液配制有誤兩方面加以核實(shí)驗(yàn)證，最終確定是甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度有誤所致。

1.3 改革考核方式

考核的目的主要是檢驗(yàn)教與學(xué)的效果，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)方法。我們?cè)诳己诉^程中力圖關(guān)注實(shí)驗(yàn)前期、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的各個(gè)方面，引導(dǎo)學(xué)生由被動(dòng)的“學(xué)習(xí)、考試”型學(xué)習(xí)向“學(xué)習(xí)、思考、提高”型學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)自身綜合素質(zhì)的提高。

(1) 根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過程(包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、動(dòng)手能力、現(xiàn)象觀察、提出問題、分析問題和解決問題等表現(xiàn))、實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及實(shí)驗(yàn)建議和感想等方面對(duì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，各部分所占分值分別為20%、20%、50%和10%。

(2) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告采用論文格式進(jìn)行撰寫，引導(dǎo)學(xué)生由簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)記錄向采用化學(xué)科研思維講述一個(gè)完整的科研故事方面轉(zhuǎn)變。

(3) 允許同組合作實(shí)驗(yàn)的同學(xué)經(jīng)過充分討論后共同完成一篇實(shí)驗(yàn)論文，實(shí)驗(yàn)論文部分成績(jī)相等；但每位學(xué)生需另外提交一份實(shí)驗(yàn)建議和感想。對(duì)建議的撰寫形式和內(nèi)容不做限定，鼓勵(lì)學(xué)生暢所欲言，共同為完善實(shí)驗(yàn)課程獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施效果

自2008年開始，經(jīng)過課程組教師的努力和連續(xù)幾屆學(xué)生的教學(xué)實(shí)踐，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(綜合)課程的教學(xué)改革措施得到不斷完善，并逐漸為學(xué)生所接受和喜愛。在中山大學(xué)教務(wù)處組織的學(xué)生評(píng)價(jià)中，本課題組教師的教學(xué)評(píng)分逐年提高。同時(shí)，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(綜合)課程整合了多學(xué)科內(nèi)容，擴(kuò)展了基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的深度和廣度，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與理論課程的相關(guān)性，將綜合能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，激發(fā)了學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣，使學(xué)生體會(huì)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，提高了學(xué)生動(dòng)手能力和發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度以及良好的化學(xué)思維。

3 結(jié)語

近幾年的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(綜合)教學(xué)改革已取得一定成效，但也面臨一定的壓力和挑戰(zhàn)。首先，學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視不夠，無視或無法正視實(shí)驗(yàn)教學(xué)中儀器、經(jīng)費(fèi)的正常需求以及教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)尤其是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中投入的時(shí)間及精力；其次，在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(綜合)課程教學(xué)中已凸顯出學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能較低，如何從基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)開始就培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)興趣、夯實(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，并在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)課程中進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，這些需要學(xué)院通盤考慮，妥善安排并調(diào)動(dòng)各個(gè)層次教師共同參與；此外，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師之間的教學(xué)交流與經(jīng)驗(yàn)共享，組織包括實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽在內(nèi)的各種活動(dòng)，以加強(qiáng)學(xué)生的參與度，使學(xué)生真正理解化學(xué)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張逢星,李珺,郭慧林.大學(xué)化學(xué),2009,24(3):18

[2] 呂占霞,賀維軍,高珍,等.大學(xué)化學(xué),2011,26(1):14

[3] 張樹永,張劍榮,陳六平.大學(xué)化學(xué),2009,24(4):24