無機化學實驗教學中設(shè)計性實驗的開設(shè)模式探索

王峰+黃薇+朱洪龍+劉雪靜

＼[作者簡介＼]

王峰（1971），女，江蘇沛縣人。教授，碩士。主要研究方向為無機化學教學與研究。

＼[摘要＼]

無機化學實驗是化學化工類專業(yè)的第一門實驗課，承載著培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、正確規(guī)范的操作技能和良好的實驗習慣的教學任務(wù)，是學生從事專業(yè)研究必備的基本素質(zhì)。傳統(tǒng)的無機化學實驗大多是驗證性實驗，繁瑣無新意，學生缺乏主動性，而設(shè)計性實驗是激發(fā)學生探究意識和培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有效途徑。實踐證明，利用設(shè)計性實驗以學生為主、教師為輔的教學模式實施開放式實驗教學，充分發(fā)揮經(jīng)典無機化學實驗的魅力，由學生自行設(shè)計實驗方案、獨立完成實驗的全過程，調(diào)動了學生的學習興趣和積極性，培養(yǎng)了嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和良好的職業(yè)素養(yǎng)，發(fā)掘了學生的創(chuàng)造性思維，為后續(xù)課程的學習和今后的工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

＼[關(guān)鍵詞＼]

無機化學實驗;設(shè)計性實驗;教學方法;模式

＼[中圖分類號＼]G642.0

＼[文獻標識碼＼]A＼[文章編號＼]10054634（2015）03009404

無機化學實驗是化學化工類專業(yè)開設(shè)的第一門實驗課程，是溝通中學化學和大學化學知識和學習模式的橋梁，在無機化學實驗內(nèi)容本身的基礎(chǔ)上承載著培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、正確規(guī)范的操作技能和良好的實驗習慣的教學任務(wù)，在整個教學計劃中起著承上啟下的關(guān)鍵作用＼[1，2＼]。因此，無機化學實驗教學的好壞將直接影響到學生對本專業(yè)的興趣、實驗習慣及實驗技能的培養(yǎng)，也關(guān)系著后續(xù)專業(yè)實驗課的開設(shè)效果＼[3＼]。

1無機化學實驗的教學內(nèi)容和教學模式

無機化學實驗的教學內(nèi)容難度不大，但是知識范圍很廣，包含基礎(chǔ)知識和基本操作技能、基本化學原理、元素化學和無機化合物的制備等等。無機化學實驗所開設(shè)的實驗項目大部分是經(jīng)典實驗和驗證性實驗，甚至有很多都是在中學老師講過學生背過的，例如“氫氣的制備和銅相對原子質(zhì)量的測定”、“阿伏伽德羅常數(shù)的測定”、“硫酸銅結(jié)晶水含量的測定”、各族元素單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)等等，實驗結(jié)果都是已知的，每個實驗項目的教學時間是3～4個學時，在這樣一個很短時間內(nèi)要求學生掌握實驗原理、儀器原理、熟悉儀器的操作使用、實驗注意事項并完成實驗難度很大，沒有辦法只好在實驗教學過程中教師對實驗原理、實驗步驟、儀器操作方法等盡量交待清楚，很多學生“照方抓藥”完成實驗，走個過場，隨便寫個數(shù)據(jù)，或者抄抄實驗報告，自己思考的很少，其學習主動性無從發(fā)揮， 更談不上想象力和創(chuàng)新思維的實踐了，久而久之，還形成了一種不動腦思考，應付差事的壞習慣。

近年來，伴隨著中學化學教學改革的逐步開展，大部分高校都已經(jīng)意識到傳統(tǒng)實驗教學中存在的諸多問題， 并與中學化學教學一起都在進行著各式改革＼[47＼]，在整個實驗教學體系的改革中為了避免實驗操作的重復往往把更多的基本操作和基本技能實驗調(diào)整到了大一，或者刪減了一些驗證性實驗而增加了一些綜合性和應用性試驗，無機化學實驗也隨之更名為“普通化學實驗”或“基礎(chǔ)化學實驗”，其結(jié)果雖然強化了基礎(chǔ)、訓練了綜合實驗能力，但同時過多且集中的實驗基礎(chǔ)訓練容易導致枯燥乏味厭學;驗證性實驗的減少使學生缺少了第一手第一眼的實驗感性認識，從而在跨越到綜合應用性實驗時缺乏過渡相當于“拔苗助長”，增加了教和學的難度。

因此，學院無機化學實驗教學中引入了設(shè)計性實驗的教學模式。

2設(shè)計性實驗內(nèi)容的選擇

2.1經(jīng)典的無機化學實驗

經(jīng)典的無機化學實驗包括化學常數(shù)測定和簡單無機化合物制備，較復雜化合物的制備一般在綜合化學實驗中開設(shè)。雖然大多數(shù)學生對經(jīng)典的無機化學實驗內(nèi)容和結(jié)果都比較熟悉，但真正操作卻是第一次。因此，筆者選擇這一部分實驗以設(shè)計性實驗的形式開設(shè)。

2.2元素化學中的驗證性實驗

元素及其化合物性質(zhì)實驗因為繁瑣、枯燥，歷史地位屢遭質(zhì)疑。目前，大多數(shù)高校已經(jīng)對其進行了大幅度壓縮甚至摒棄。但是它是無機化學實驗的重要組成部分，通過元素化學實驗可以獲得大量物質(zhì)變化的第一手的感性知識，加深對課堂上講授的基本原理和基礎(chǔ)知識的理解和掌握，進一步熟悉元素及其化合物的重要性質(zhì)和反應，這也是無機化學實驗的主要學習任務(wù)。因此，棗莊學院選擇將元素化學實驗內(nèi)容優(yōu)化整合而不是簡單地刪減，以小型的設(shè)計性試驗開設(shè)。

整合后的元素化學實驗內(nèi)容不拘泥于課堂教學內(nèi)容的系統(tǒng)性，而做為三種類型的設(shè)計性試驗開設(shè)。第一種類型做為典型的性質(zhì)實驗，例如ds區(qū)元素，是理論和實驗中很重要很典型的元素化合物;第二種類型做為無機化合物的制備和性質(zhì)檢測，例如鹵族元素碘的實驗“海帶（紫菜）中提取碘及碘的性質(zhì)”;第三種類型做為化學原理實驗，例如氧化還原反應、沉淀溶解平衡、配合物的性質(zhì)等，把常見單質(zhì)及化合物的性質(zhì)歸類實驗。三種類型的實驗盡可能囊括元素化學要求掌握的實驗內(nèi)容而不重復，同時這三種類型的實驗內(nèi)容并不是固定不變的，例如“KMnO4氧化劑在不同的酸堿性介質(zhì)中被還原產(chǎn)物不同”既可以做為錳化合物的性質(zhì)，也可以做為氧化還原反應原理實驗，又可以高錳酸鉀的制備實驗開出。

3設(shè)計性實驗的教學方法

3.1經(jīng)典的無機化學實驗

1） 實驗項目的提出。學期初實驗教師制定一學期的實驗計劃表，其中標出設(shè)計性實驗;在實驗開出的前兩周布置實驗題目，提出設(shè)計要求，根據(jù)實驗的性質(zhì)和難度要求學生由2～3人一組經(jīng)查閱文獻資料、小組討論后確定實驗設(shè)計方案。實驗設(shè)計方案包括實驗原理，所用儀器和藥品的種類、規(guī)格、濃度、用量、實驗步驟、操作方法和注意事項，實驗結(jié)果的文獻參考值，實驗中可能會出現(xiàn)的問題及處理方法等。

2） 查閱資料。大一新生還沒有學習過文獻檢索課程，很多學生不懂得怎樣查找資料，因此需要實驗教師提前指導學生查閱文獻，引導學生學習圖書館的專業(yè)資料和電子資源的使用方法，學會資料的篩選。

3） 教師批改實驗方案。提前一周，學生上交實驗方案給教師批閱。同一個實驗不同的學生會選擇不同的方法。例如，在設(shè)計“阿伏伽德羅常數(shù)的測定”實驗方案時學生分別選擇了電解法、單分子膜法、量氣法等。教師批改的時候針對每種方法應該注意的問題提問學生，學生根據(jù)教師意見修改、充實和完善實驗方案。第一次的實驗設(shè)計方案多數(shù)是學生在文獻資料中摘抄的，沒有自己的見解，比如單分子膜法中，學生習慣了實驗中直接用已經(jīng)配好的溶液，并沒有想到自己需要配制硬脂酸鎂的苯溶液，更沒有想到它的濃度是多少，在老師提問后才想到文獻中查找這個濃度，繼而想到這個濃度意味著什么、大或小對實驗結(jié)果的影響。

隨著設(shè)計性試驗的逐漸開出，學生不再只是簡單的查和抄，慢慢地學會分析判斷不同文獻資料不同實驗方法的優(yōu)缺點，融進自己的實驗經(jīng)驗，提出合理的實驗方案。

4） 實驗。學生在實驗方案經(jīng)教師許可后，方可進入實驗室實驗。實驗時，教師不再需要過多的講解，學生自己完成實驗過程，包括實驗儀器的組裝、溶液的配制及標定等，在實驗過程中要求學生仔細觀察現(xiàn)象，記錄數(shù)據(jù)，教師來回巡視、檢查學生的實驗操作，學生遇到問題無法解決時教師及時與學生討論并加以引導;實驗進行中期組織同學討論：實驗原理設(shè)計成實驗步驟的思路、實驗儀器的使用方法、同一種方法應該注意的問題、不同方法之間的比較等等。每當此時，學生就會有種恍然大悟的感覺。例如，在第一次設(shè)計實驗“阿伏伽德羅常數(shù)的測定”中，有的同學因為熟悉選了電解法，有的同學因為簡單選了單分子膜法，還有的同學看到文獻中說速度快而選擇了量氣法。實驗后，大家分別就自己的方法，自己實驗中走過的經(jīng)驗和教訓一步一步總結(jié)過來，收效頗豐。有個同學甚至不好意思地說：“老師，這個實驗步驟不應該是這樣的，這是我在網(wǎng)上抄的，應該這樣修改?！?/p>

5） 實驗報告。在實驗完成后，經(jīng)老師審查實驗記錄和簽字后方可離開實驗室，在實驗課后進行實驗數(shù)據(jù)的處理和實驗過程分析并完成實驗報告，最后由實驗指導教師判定此次實驗的成績。

3.2元素化學中的驗證性實驗

一個元素化學實驗項目一般由多個具體的小實驗組成，涉及的化學反應類型、藥品種類和產(chǎn)生的實驗現(xiàn)象豐富多彩，但是實驗步驟簡單，需要精密儀器少，反應的發(fā)生完全依靠實驗人對實驗現(xiàn)象的觀察和判斷。例如，產(chǎn)物是溶解于溶液還是以沉淀形式存在，沉淀的形態(tài)是絮狀、膠狀或是顆粒狀的;產(chǎn)物的顏色比如碘溶解在水中、乙醇中和四氯化碳中的顏色辨別僅靠教材中的文字描述是無法判斷的，只有細細觀察和比較才能逐步積累經(jīng)驗。因此，元素化學實驗是培養(yǎng)學生化學觀察能力和感性認識的精髓。

元素化學實驗課程的開設(shè)時間基本上是在化學原理理論授課之后。在具體的教學過程中，要求學生預習實驗時要推測實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果，實驗中全面地觀察現(xiàn)象（顏色、形態(tài)、氣體或沉淀的生成等），如實記錄實驗現(xiàn)象并做出自己的判斷。元素化學實驗初期，教師根據(jù)已知的實驗步驟引導學生結(jié)合理論知識分析實驗要求、實驗條件的控制，得出實驗結(jié)論;逐漸過渡到要求學生設(shè)計出合理的實驗步驟驗證化合物的性質(zhì)，例如分析NaNO2的氧化性還原性強弱;利用分步沉淀的方法分離Cl-、I-;鑒定Fe2+是否已被氧化等等。

元素化學實驗既加深了理論課知識，又解決了以往只動手不動腦的機械性操作的問題，培養(yǎng)學生仔細觀察和尊重科學事實的良好習慣，特別是當實驗結(jié)果出現(xiàn)異常時更激發(fā)了學生討論探索的激情，從而進一步提高學生思考問題、分析問題和解決問題的綜合能力。

4設(shè)計性試驗的開設(shè)方式

4.1合理安排實驗項目，形成循序漸進的梯度

無機化學實驗是大學第一門實驗課，學生實驗能力有限，因此整個實驗項目的設(shè)置順序是按照由簡單到復雜、由基礎(chǔ)到綜合、由已知到未知的“梯度”循序漸進，讓學生逐步養(yǎng)成科學的實驗思維方法。在第一學期開出儀器的認領(lǐng)與洗滌、玻璃工、分析天平的使用、溶液的配制、粗鹽的提純和轉(zhuǎn)化法制備硝酸鉀等基礎(chǔ)操作實驗后，在每個實驗項目中安排一些小型的設(shè)計性試驗，例如，結(jié)合理論課的習題配制某種緩沖溶液并檢驗其緩沖能力、設(shè)計某種特定的原電池、檢驗氧化還原反應的介質(zhì)對于氧化還原反應的影響等，然后選擇性地開設(shè)硝酸鉀溶解度的測定、阿伏伽德羅常數(shù)的測定、二氧化碳相對分子質(zhì)量的測定、硫酸銅結(jié)晶水含量的測定等簡單的設(shè)計性實驗，主要訓練學生的查閱文獻、實驗設(shè)計能力，培養(yǎng)其科學的思維習慣;在第二學期安排了一部分綜合設(shè)計性實驗，如設(shè)計實驗驗證某種物質(zhì)化學性質(zhì)、未知物的鑒別、混合離子的分離與鑒定、常見無機物的制備及組成的定性、定量分析等。

4.2適當開放實驗室，實施開放式實驗教學

實驗課是一個訓練的過程，不同的學生動手能力不同，完成實驗的時間也不相同。在有限的學時內(nèi)，基礎(chǔ)差的學生可能做不完實驗，有些學生急于實驗任務(wù)無暇仔細觀察實驗現(xiàn)象，有些學生可能會得到不理想的實驗結(jié)果。因此，為使學生得到充分的基本技能訓練和科研素質(zhì)培養(yǎng)，棗莊學院化學化工與材料科學學院實行開放式實驗教學。根據(jù)學生實驗課時和實驗室的具體情況，制定實驗室的放時間，安排實驗教師進行指導。一方面，對在課堂內(nèi)做得不夠的或考查不合格的進行著重訓練，做到人人過關(guān); 另一方面，對一部分好的學生進行一些實驗的選做或?qū)φn堂實驗進行進一步的探討，對實驗裝置和實驗方法的探索和創(chuàng)新，鍛煉他們的實驗操作技能，初步培養(yǎng)他們的科研能力。

4.3考查

在每學期的無機化學實驗考核中安排一次設(shè)計實驗考查，設(shè)計實驗的評價結(jié)果占總評成績的30%。第一學期為化學常數(shù)測定實驗，考察學生在查閱資料、方案設(shè)計、實驗操作、實驗結(jié)果、協(xié)作精神、安全環(huán)保和研究報告等方面的表現(xiàn)。第二學期為元素化學實驗，當堂抽簽完成，考察學生在方案設(shè)計、實驗操作、現(xiàn)象觀察與實驗結(jié)論總結(jié)等方面的表現(xiàn)。

5總結(jié)

無機化學實驗教學中的設(shè)計性實驗并不必須是綜合性實驗，而是做為探究式教學方法的一種形式，把簡單實驗看作是一項科學研究，尤其是讓經(jīng)典實驗再現(xiàn)經(jīng)典而不是簡單地重復驗證前人的結(jié)果，引導學生收集相關(guān)實驗資料、制定實驗方案、自己動手實驗，指導學生分析實驗現(xiàn)象并自行概括得出結(jié)論，在實驗結(jié)果的驗證過程中提高實驗能力。因此，在無機化學實驗中開設(shè)設(shè)計性實驗，從大學實驗的起步階段重視培養(yǎng)學生的科學思維能力，不僅激發(fā)了學生學習化學的興趣、積極性和主動性，更重要的是培養(yǎng)了學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和良好的職業(yè)素養(yǎng)，發(fā)掘了學生的創(chuàng)造性思維，為后續(xù)課程的學習和今后的工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

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Exploration of designing experiments establishing mode in

Inorganic Chemistry experiments teaching

WANG Feng，HUANG Wei，ZHU Honglong，LIU Xuejing

（College of Chemistry，Chemical Engineering and Materials Science，Zaozhuang University，

Zaozhuang， Shandong277160，China）

Abstract

Inorganic chemistry experiment is the first experiment course in chemistry or chemical engineering speciality.It is teaching tasks of inorganic chemistry experiment to cultivate the rigorous scientific attitude，correct standard operation skills and good experimental habits，and which is also the students′ essential basic qualities in the professional field.The classical inorganic chemistry experiment items are mostly verification experiments， tedious，no new meaning，and so maybe lead to student′s lack of initiative. While，designing experiments is the effective ways to inspire students′ explore consciousness and train students′ innovative ability.To carry out open experimental teaching using design experiments in a studentcentered and teachersupplemented teaching mode，the charm of classic inorganic chemistry experiment will be given full play.Experimental programs designed by the students themselves and independently complete the whole process of the experiment，which will stimulate study interest of students，develop a rigorous scientific attitude and good professionalism，explore the students′ creative thinking，and establish found for subsequent courses of study and future work.

Key words

inorganic chemistry experiment;designing experiments;teaching method;mode