李水清 (長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 荊州 434023)
綜合院校農(nóng)科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐
李水清(長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 荊州 434023)
[摘要]分析了長(zhǎng)江大學(xué)傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中存在地問(wèn)題,有針對(duì)性的提出了相應(yīng)的改革對(duì)策。實(shí)踐證明,該基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系能鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。
[關(guān)鍵詞]基礎(chǔ)化學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;創(chuàng)新能力
化學(xué)是實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,化學(xué)中很多新領(lǐng)域的發(fā)展源于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與捕捉,現(xiàn)有的化學(xué)理論與規(guī)律大部分也都是從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的[1,2]?;A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是涉農(nóng)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要學(xué)科基礎(chǔ)課程,包括無(wú)機(jī)及分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容?!秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010~2020年)》指出,高校應(yīng)全面提升教育教學(xué)質(zhì)量,在教學(xué)中著力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力[3,4]?;A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是農(nóng)科類(lèi)實(shí)踐課程重要的一部分,其在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新能力,提升學(xué)生的實(shí)踐技能,培養(yǎng)學(xué)生科研素養(yǎng)方面有著重要且不可替代的作用[5,6]。
長(zhǎng)江大學(xué)是由原江漢石油學(xué)院、湖北農(nóng)學(xué)院、荊州師范學(xué)院、湖北省衛(wèi)生職工醫(yī)學(xué)院合并組建而成的學(xué)科門(mén)類(lèi)齊全的綜合性大學(xué),為湖北省重點(diǎn)建設(shè)的骨干高校,建有湖北省基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。該中心具有較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件,承擔(dān)化學(xué)化工、環(huán)境、石油、地質(zhì)、地球化學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、植物保護(hù)、動(dòng)物科學(xué)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、園藝等專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。為充分利用基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的資源,提高涉農(nóng)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平,近年來(lái)對(duì)農(nóng)科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了一系列改革和實(shí)踐,并取得了良好的效果。
1傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中存在的問(wèn)題
通過(guò)對(duì)長(zhǎng)江大學(xué)所有涉農(nóng)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)授課時(shí)間和內(nèi)容進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)主要存在以下2個(gè)方面的問(wèn)題。一是授課時(shí)間不合理。如第3學(xué)期學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)理論課程,第4學(xué)期學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程,學(xué)生經(jīng)過(guò)一個(gè)寒假,很多理論知識(shí)都已遺忘,對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中所涉及的化學(xué)反應(yīng)原理理解起來(lái)顯得力不從心,從而不可避免地出現(xiàn)簡(jiǎn)單重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作、達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的和效果、更談不上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的局面;二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與理論課教學(xué)內(nèi)容不同步。如物理化學(xué)理論課與實(shí)驗(yàn)課同學(xué)期進(jìn)行,但理論課上還沒(méi)講到的內(nèi)容卻要求學(xué)生做實(shí)驗(yàn),學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理不理解,只是機(jī)械重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作,對(duì)數(shù)據(jù)的處理一知半解,最終不能從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中歸納總結(jié)出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
在無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中,部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過(guò)于簡(jiǎn)單,很多學(xué)生在高中階段就學(xué)習(xí)過(guò),不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,如電光分析天平的稱(chēng)量練習(xí),學(xué)生在高中階段就接觸過(guò),且現(xiàn)在的稱(chēng)量手段已迅速發(fā)展,化學(xué)實(shí)驗(yàn)中已普遍采用電子天平,仍將電光分析天平的稱(chēng)量練習(xí)作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,顯然與學(xué)科的發(fā)展不同步。
在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中,驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏多,綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)較少,各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立,前后實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無(wú)任何關(guān)聯(lián),不能體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的連貫性、綜合性,涉及當(dāng)今化學(xué)學(xué)科最新成果和發(fā)展趨勢(shì)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容就更少,學(xué)生做實(shí)驗(yàn)沒(méi)有壓力,敷衍了事,不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。如果將不同的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)起來(lái),此次實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物是下一次實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物,此次實(shí)驗(yàn)不成功直接影響下次實(shí)驗(yàn),因而會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生壓力,從而更認(rèn)真地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。另外,授課教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)定僅停留在表象,如對(duì)有機(jī)合成產(chǎn)物的鑒定僅僅是對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行看、聞,若能選取部分樣品通過(guò)紅外光譜或元素分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,這樣學(xué)生能直觀地感受到自己的實(shí)驗(yàn)成果。
部分無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)多,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)處理繁瑣,如磷的比色分析、燃燒熱的測(cè)定、粘度法測(cè)定高聚物的相對(duì)分子量、凝固點(diǎn)降低法測(cè)相對(duì)分子量等,實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需要通過(guò)電腦軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,從而鞏固理論課上所學(xué)的化學(xué)基本原理與基本方法。但很多學(xué)生數(shù)據(jù)處理軟件應(yīng)用能力較差,仍通過(guò)坐標(biāo)紙等原始、低端的手段進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效果差。
部分基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)授課教師授課時(shí)講解過(guò)于仔細(xì),包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)方法、反應(yīng)現(xiàn)象、反應(yīng)結(jié)果等,學(xué)生沒(méi)有自由發(fā)揮的空間,只是按照老師的示范要求按部就班地進(jìn)行實(shí)驗(yàn),這種機(jī)械式模仿的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法不能很好地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,甚至?xí)鸩糠謱W(xué)有余力的學(xué)生的反感。另外,實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、落后,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中故障多,儀器數(shù)量不足導(dǎo)致每組實(shí)驗(yàn)學(xué)生人數(shù)偏多,從而減少了學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì),而實(shí)驗(yàn)儀器種類(lèi)偏少又影響了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇。
2基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革對(duì)策
2013年,長(zhǎng)江大學(xué)組織各院系對(duì)2014級(jí)各專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)計(jì)劃進(jìn)行了全面修訂,化工學(xué)院對(duì)涉農(nóng)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)按照無(wú)機(jī)及分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)課程的內(nèi)在聯(lián)系將全部實(shí)驗(yàn)整合為3門(mén)課程,分別為基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)A(上、下)(96學(xué)時(shí))、基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)B(48學(xué)時(shí))及基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)D(40學(xué)時(shí))?;A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)A(上)是無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)A(下)是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,各占48學(xué)時(shí);基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)B既有無(wú)機(jī)及分析化學(xué),也有有機(jī)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,學(xué)時(shí)各占一半;基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)D是物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,只對(duì)部分專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè),如食品科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)、資源環(huán)境與利用專(zhuān)業(yè)等。各學(xué)院在修訂教學(xué)計(jì)劃時(shí)可根據(jù)學(xué)校對(duì)學(xué)時(shí)、學(xué)分的要求及各專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)要求進(jìn)行課程選擇及授課時(shí)間的選擇。盡量使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論課一致,以解決以往基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容與理論課教學(xué)不同步的問(wèn)題,這樣有利于提高教學(xué)質(zhì)量。
在3門(mén)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課中,每門(mén)課程在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇上應(yīng)既有基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,也有綜合設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,并且將4大基礎(chǔ)化學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到各基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中,體現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)綜合性、內(nèi)容交叉性的特點(diǎn),從而形成了“三層一線(xiàn)”(基礎(chǔ)層、綜合設(shè)計(jì)層及創(chuàng)新研究層,以提高實(shí)驗(yàn)技能為主線(xiàn))的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系。
基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)A(上、下)共96學(xué)時(shí)。48學(xué)時(shí)為無(wú)機(jī)及分析化學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,共12個(gè)實(shí)驗(yàn)。其中,粗食鹽的提純、電解質(zhì)溶液、分析天平稱(chēng)量練習(xí)、滴定練習(xí)、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及標(biāo)定、間接碘量法測(cè)定銅鹽中的銅含量、雙氧水含量的測(cè)定、水的總硬度測(cè)定、磷的比色分析為基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn),訓(xùn)練學(xué)生的基本操作技能,如稱(chēng)量、過(guò)濾、重結(jié)晶、滴定、溶液的配制等;可溶性氯化物中氯含量的測(cè)定、硫酸亞鐵銨的制備及分析為綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn);混合酸的電位滴定、混合堿的分析為創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)。另外48學(xué)時(shí)為有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,有12個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其中,薄層層析、熔點(diǎn)測(cè)定、環(huán)己烯的合成與性質(zhì)、從茶葉中提取咖啡因、1-溴丁烷的制備、煙堿的提取和性質(zhì)、正丁醚的合成為基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn),學(xué)生通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)可掌握混合物的分離與鑒定、蒸餾、分餾、回流、提取、升華、凝華、氣體吸收、水蒸氣蒸餾等技能;乙酰水楊酸的制備(微波法)、鑒定未知有機(jī)化合物為綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn);乙酰苯胺的合成(2種方法即醋酸法和乙酸酐法)、乙酸乙酯的制備、甲基橙的制備為研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。
基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)B共48學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一半是無(wú)機(jī)及分析化學(xué),一半是有機(jī)化學(xué)。涉及無(wú)機(jī)及分析化學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)介紹及粗食鹽的提純、分析天平稱(chēng)量練習(xí)、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及標(biāo)定、混合堿的分析、水的總硬度測(cè)定、磷的比色分析;涉及有機(jī)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有熔點(diǎn)測(cè)定、薄層層析、1-溴丁烷的制備、煙堿的提取和性質(zhì)、乙酸乙酯的制備、乙酰苯胺的制備。
基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)D共40學(xué)時(shí),10個(gè)實(shí)驗(yàn)。其中,電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及應(yīng)用、最大氣泡法測(cè)溶液的表面張力、溶膠的制備及性質(zhì)、凝固點(diǎn)降低法測(cè)相對(duì)分子量、液體的飽和蒸汽壓的測(cè)定、燃燒熱的測(cè)定、溶解熱的測(cè)定為基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn);蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定、乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)測(cè)定、粘度法測(cè)定高聚物的相對(duì)分子量為綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。
在涉及有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇上,注重操作技術(shù)的前后關(guān)聯(lián),如在從茶葉中提取咖啡因的實(shí)驗(yàn)中要用到普通蒸餾裝置,在1-溴丁烷的合成實(shí)驗(yàn)中,既要用到普通蒸餾裝置,也要用到氣體吸收裝置,體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)技術(shù)漸進(jìn)性、綜合性的特點(diǎn)。另外,對(duì)有機(jī)合成的產(chǎn)物,每班選擇3~5組實(shí)驗(yàn)效果較好的產(chǎn)品,將樣品進(jìn)行紅外光譜鑒定,在下次課上對(duì)紅外光譜進(jìn)行解析,從而增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),提高學(xué)生成就感,進(jìn)而提升其學(xué)習(xí)興趣。
有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理相對(duì)簡(jiǎn)單,而部分無(wú)機(jī)及分析化學(xué)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理相對(duì)繁瑣,需要專(zhuān)用電腦軟件,如根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪圖、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析等??稍谟?jì)算機(jī)基礎(chǔ)的教學(xué)中適當(dāng)增加繪圖軟件、統(tǒng)計(jì)軟件使用方法的學(xué)習(xí),也可由基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)授課教師在實(shí)驗(yàn)前安排1學(xué)時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行繪圖軟件、統(tǒng)計(jì)軟件的專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)。實(shí)踐證明,該做法取得了很好的教學(xué)效果。
自長(zhǎng)江大學(xué)組建以來(lái),在學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、教務(wù)處及化工學(xué)院的高度重視下,長(zhǎng)江大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心每年舉行全校性的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能競(jìng)賽,分為專(zhuān)業(yè)組和非專(zhuān)業(yè)組,化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)和化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生為專(zhuān)業(yè)組,化工學(xué)院環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)、化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)、高分子材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)為非專(zhuān)業(yè)組Ⅰ組,涉農(nóng)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生為非專(zhuān)業(yè)組Ⅱ組。參賽學(xué)生首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)理論考試,入圍者再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作考試。競(jìng)賽優(yōu)勝者給予表?yè)P(yáng)與獎(jiǎng)勵(lì),計(jì)課外學(xué)分并推薦參加湖北省大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽。通過(guò)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽,學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)積極性顯著提高。
在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,應(yīng)注重儀器設(shè)備的投入,注重引入新的實(shí)驗(yàn)技術(shù),以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。2007年,長(zhǎng)江大學(xué)曾大規(guī)模更新、添置實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備,但這批儀器設(shè)備已運(yùn)行了8年,現(xiàn)今有的銹跡斑斑,有的運(yùn)行不平穩(wěn),影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,且大多已達(dá)到正常的使用壽命,應(yīng)及時(shí)淘汰并引進(jìn)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。如在用提勒管測(cè)定固體物質(zhì)的熔點(diǎn)實(shí)驗(yàn)中,在要求學(xué)生掌握經(jīng)典測(cè)定方法的同時(shí),還要求學(xué)生運(yùn)用顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀測(cè)定熔點(diǎn)。
3結(jié)語(yǔ)
培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需要的高素質(zhì)的實(shí)踐型、創(chuàng)新性人才是當(dāng)今高等學(xué)校責(zé)無(wú)旁貸的任務(wù)[7]。長(zhǎng)江大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革為我校涉農(nóng)專(zhuān)業(yè)學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了良好的平臺(tái),是增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力不可替代的重要手段。通過(guò)近幾年的改革,已取得了很好的教學(xué)效果,也得到了同類(lèi)高校和學(xué)生的普遍贊譽(yù)。
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[引著格式]李水清.綜合院校農(nóng)科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2015,12(27):89~92.
[中圖分類(lèi)號(hào)]G642.423
[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A
[文章編號(hào)]16731409(2015)27008904
[作者簡(jiǎn)介]李水清(1969-),男,博士,教授,主要從事有機(jī)化學(xué)、農(nóng)藥化學(xué)教學(xué)與研究,shuiqing2000@163.com。
[基金項(xiàng)目]長(zhǎng)江大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目(JY2014008)。
[收稿日期]2015-04-20