無機化學實驗中探究性教學的探索

周祖新　　王愛民　　肖秀珍　　黃莎華　　程利平

（上海應(yīng)用技術(shù)學院化學與環(huán)境工程學院，上海200233）

?

無機化學實驗中探究性教學的探索

周祖新*王愛民肖秀珍黃莎華程利平

（上海應(yīng)用技術(shù)學院化學與環(huán)境工程學院，上海200233）

摘要：在引入一些重要知識點時，教師通過提問、設(shè)計相關(guān)情景、設(shè)置懸念等方法，讓學生自己設(shè)計并實施實驗，在實驗過程及結(jié)果中得到活的知識。應(yīng)用在實驗中得出的知識，解決一些問題，在整個過程中完善知識的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：無機化學實驗；探究性；教學

無機化學實驗是化工及相關(guān)專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，對我校及其他二本類、以培養(yǎng)一線工程師為主要任務(wù)的應(yīng)用技術(shù)型高校，其作用不亞于基礎(chǔ)理論課。通過對本專業(yè)高年級學生和畢業(yè)生的知識結(jié)構(gòu)以及對化學興趣程度的調(diào)研，本課題組不斷改進教學方法，將多個普通實驗改成探究性實驗，以培養(yǎng)學生對化學的持續(xù)興趣，并培養(yǎng)學生的實踐和創(chuàng)新能力［1］。

1　探索性實驗是時代的要求

1.1無機化學實驗現(xiàn)狀

無機化學實驗的教學改革雖然已進行多輪，做得最多的也只是增加實驗課時數(shù)，增加幾個相似的實驗，但教學方法基本還是沿襲幾十年的灌輸式程序。通常把實驗的內(nèi)容、各個具體步驟都規(guī)定死了，教師和學生只能按部就班，很難有自主性?？己朔椒▎我唬?，3］，對于制備實驗，最后教師稱取所制備產(chǎn)品的質(zhì)量及檢驗產(chǎn)品純度，對于性質(zhì)驗證、常數(shù)測定等實驗缺乏有效的考核方法。學生因為實驗前已有理論課的結(jié)論，對實驗缺乏新鮮度，往往按課本照方抓藥，草草了事。

另外，二本類學生實驗基礎(chǔ)普遍較差，有些來自邊遠地區(qū)的學生從未做過化學實驗，學習欲望又

1.2對我?；I(yè)畢業(yè)生的調(diào)研情況

本課題組對我校化工學院分析專業(yè)2000－2004級畢業(yè)生作了詳細的調(diào)研，結(jié)果顯示現(xiàn)仍從事化工及相關(guān)行業(yè)的人員不到原畢業(yè)生的三分之一，原因除了很多化工企業(yè)遠離市區(qū)、生活不便外，主要還是因為絕大多數(shù)學生對化工缺乏興趣。即使仍在化工類企業(yè)上班的畢業(yè)生，大部分也是按部就班地從事程序性的工作，如按操作程序組織工人生產(chǎn)，按程序進行化工過程和產(chǎn)品質(zhì)量分析，而且基本安于現(xiàn)狀。只有不到3%的學生從事產(chǎn)品研發(fā)。

造成上述狀態(tài)的原因除對化學缺乏興趣外，學生動手實踐能力差也是主要原因?，F(xiàn)在企業(yè)中以往的師徒關(guān)系已大為弱化，師傅對新來徒弟毫無保留的技術(shù)傳授已不多，技術(shù)大多需要自己摸索。而不少學生在大學中做實驗基本上是照方抓藥、按部就班，對生產(chǎn)上出現(xiàn)的問題缺乏解決能力，更談不上創(chuàng)新能力，久而久之，基本上等同于一個高級操作工，這與我們培養(yǎng)有創(chuàng)新能力技術(shù)人員的宗旨有很大差距。當前的迫切任務(wù)是通過實驗教學大大提高學生從事化學的興趣，并培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。

2　探究性實驗的實施

探究性實驗教學是一個對未知事物進行探究的科學活動，首先要提出欲探究的問題，設(shè)計探究的途徑，設(shè)計實驗證實或證偽該假設(shè)，最后通過實驗事實得出正確的結(jié)論［4］。

2.1調(diào)整實驗計劃

無機化學實驗的一般計劃是先做一些簡單的制備、提純實驗，以培養(yǎng)學生的基本操作能力，根據(jù)理論教學進度，再做一些化學基本原理、有關(guān)常數(shù)測定的實驗，最后做元素化學實驗。在探究性學習中，我們稍微調(diào)整了實驗計劃，先做一些培養(yǎng)學生基本操作的制備、提純實驗，然后趕在理論教學前做一些化學基本原理及常數(shù)測定的實驗，以免學生由于在理論教學中已得到結(jié)論、先入為主，對實驗探索失去新鮮感。接下來的元素化學實驗結(jié)束后，再做其他的制備、提純實驗，但提出比初做實驗時更高的要求。

2.2探究性實驗的設(shè)計

即使實驗總體安排按探究性實驗教學順序，每一個實驗也要按探究性教學精心設(shè)計。因此，引入一系列生動有趣的事例，創(chuàng)設(shè)探求問題的情境，營造探求氛圍，是探究性化學實驗教學的基礎(chǔ)。正式實驗前，提出一些問題，然后讓學生討論，提出假設(shè)或猜想。通過化學實驗對提出的猜想或假設(shè)進行驗證。以化學實驗驗證假說或猜想，要面向全體學生，讓每個學生都有體驗和經(jīng)歷用化學實驗驗證假說和猜想的機會。即使簡單練習基本操作的實驗，也應(yīng)創(chuàng)設(shè)一個學生感興趣的情景。

由于探究的循序漸進性，對實驗的講解并非只實驗前一次。如一組實驗完成后，后一組實驗要在前一組得出結(jié)論的基礎(chǔ)上進行。要再提一些問題和要求，讓學生再設(shè)計后一組的實驗步驟，以此往復(fù)，直到最后一組實驗。

2.3探究性實驗的考核和時間安排

探究性實驗是學生在教師指導(dǎo)下探索的過程，應(yīng)允許失敗，在失敗中找到原因，重新做好該實驗，這樣學生收獲會更大。故只要學生的實驗設(shè)計無危險性，都允許做。做完實驗，根據(jù)實驗結(jié)果作初步考核，然后讓學生討論、分析原因，部分實驗有創(chuàng)新點的學生獲額外加分，部分實驗有問題的學生重新設(shè)計實驗步驟，在晚上自修時間再做該實驗，得到考核結(jié)果。

由于是探究性實驗，經(jīng)常有三分之一左右的學生由于實驗結(jié)果不理想需重新做實驗，有些學生在實驗結(jié)束后的討論中又有了新的想法，也提出申請重做，我們均允許。每周有2個晚上安排教師在無機開放實驗室，根據(jù)學生重做實驗后的結(jié)果，給學生記錄新的實驗成績。

在實驗報告中，除記錄實驗步驟、現(xiàn)象、解釋和結(jié)論外，要求重點寫實驗討論部分，每次實驗的得失、實驗的探究過程一并記入實驗總成績。

3　探究性實驗實例

3.1實例一——粗食鹽的提純實驗

第一個實驗是以練習基本操作為主的粗食鹽的提純，教師先花2分鐘放映電影《白毛女》中楊白勞喝鹽鹵自殺的視頻，然后告訴學生這里有極大的藝術(shù)夸張成分，喝鹽鹵不至于致死，但鹽鹵對身體確實有害，再次通過視頻展示曬鹽場制備粗鹽的過程，告訴學生鹽鹵的成分是什么，以及如何去除粗食鹽中的Ca2+、Mg2+、SO42－、NO3－及其他雜質(zhì)。

學生根據(jù)中學有關(guān)沉淀的知識，分別提出加入Na2CO3、NaOH、BaCl2溶液以除去Ca2+、Mg2+、SO42－；至于NO3－，有少數(shù)學生提出因為氯化鈉與硝酸鹽的溶解度隨溫度變化有很大的不同，所以可通過把氯化鈉已絕大部分析出的熱飽和溶液快速過濾的方法去除硝酸鹽，至于加入沉淀劑的順序先不強調(diào)，讓學生按該思路設(shè)計實驗步驟，然后按要求操作，最后得到產(chǎn)品。

由兩位教師負責稱量學生所制產(chǎn)品并當其面檢驗雜質(zhì)離子去除的程度。在一小半學生的產(chǎn)品溶液中，加入少量Na2CO3溶液后還有大量沉淀，讓學生討論沉淀物是什么、什么原因未除去，然后分析實驗步驟上的問題。問題出在先加Na2CO3、NaOH除去Ca2+、Mg2+，再加BaCl2除去硫酸根離子，Ba2+就留在了溶液中，這里有后加的試劑又帶入新的雜質(zhì)離子的問題，去除雜質(zhì)離子有個不同試劑加入的順序問題。教師進一步啟發(fā)，“教材中過濾去除沉淀的操作一共用了3次，我們能否提高效率，一步完成，但應(yīng)注意什么？”學生則根據(jù)實驗中出現(xiàn)的問題重新設(shè)計實驗步驟，在晚上的自修時間再一次做該實驗，均取得了理想的效果。

3.2實例二——弱電解質(zhì)及解離常數(shù)的測定

根據(jù)中學已學過的電解質(zhì)概念，實驗教師提供相同濃度（0.1 mol·L－1）的醋酸鈉、醋酸和酒精溶液，再提供帶同樣功率燈泡的通電裝置及pH計，讓學生通過實驗判斷這3種溶液是否是電解質(zhì)；通過實驗現(xiàn)象的差別進一步分析問題的實質(zhì)；再根據(jù)化學平衡原理測定平衡常數(shù)。

學生很快想到把醋酸鈉、醋酸和酒精溶液分別放入通電裝置的燒杯中，通過燈泡亮度的不同，得出了醋酸鈉、醋酸是電解質(zhì)，酒精是非電解質(zhì)的結(jié)論。教師馬上問電解質(zhì)導(dǎo)電的原因以及醋酸鈉、醋酸導(dǎo)電能力差異的原因。根據(jù)中學的物理知識，大部分學生提出差別在溶液中自由移動的離子濃度，即醋酸鈉溶液中有大量自由移動的離子，故導(dǎo)電能力最強；醋酸溶液中自由移動的離子較少，導(dǎo)電能力弱。教師接著提問，“自由移動的離子從哪兒來，為何相同濃度的醋酸和醋酸鈉離子濃度相差那么大？”學生認為離子自然是電解質(zhì)解離出來的，醋酸鈉解離出的離子多，醋酸解離出的離子少。再在教師的補充下，得出弱電解質(zhì)的概念。

醋酸解離不完全，是個可逆反應(yīng)，請大家設(shè)計測該反應(yīng)平衡常數(shù)的方法。隨著教師的提問，很多學生提出配制不同起始濃度的醋酸測溶液中H+濃度的方法；有些學生則想到平衡從正、逆反應(yīng)均可得到的知識，建議用鹽酸和醋酸鈉反應(yīng)后測H+濃度。學生很快就測出了醋酸解離的平衡常數(shù)，即弱電解質(zhì)的解離常數(shù)。有2位學生還提出，往醋酸溶液中加入其解離產(chǎn)物的一種，即加入醋酸根離子，其平衡常數(shù)也應(yīng)不變。實驗中加入醋酸鈉，解離常數(shù)果然沒變，再加入幾滴酸、堿（計量），解離常數(shù)也沒變，而且還發(fā)現(xiàn)溶液中H+濃度也基本不變。鼓勵學生再設(shè)計類似實驗，再根據(jù)平衡移動的簡單講解，意外地得到了緩沖溶液的知識。

3.3實例三——配位化合物的實驗

先讓學生在藍色的CuSO4溶液中加入濃氨水，直到出現(xiàn)的藍色沉淀溶解成深藍色溶液，然后讓學生來定性檢驗溶液中的銅離子。學生馬上想到加入沉淀劑NaOH溶液，加入幾滴后，并沒出現(xiàn)預(yù)料中的藍色沉淀。教師提問，“Cu2+究竟‘隱藏'到什么地方去了？”有的學生認為這些離子與水結(jié)合了，大部分學生認為硫酸銅溶液也有大量水，不可能與水有如此緊密的結(jié)合，以至掩蓋了Cu2+本來的性質(zhì)，一定是Cu2+和氨作了一定的結(jié)合，生成了一種較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，不再體現(xiàn)單個Cu2+的性質(zhì)，該結(jié)構(gòu)單元肯定很穩(wěn)定，然后在大家討論和教師補充下得出配合物的概念。

教師接著提問，“該結(jié)構(gòu)是不是牢不可破？”提示用銅難溶鹽的陰離子再試一下，學生根據(jù)查到的溶度積常數(shù)，加入Na2S溶液，立刻產(chǎn)生黑色的CuS沉淀；通過平衡原理，認識到配位單元類似弱電解質(zhì)，也存在部分解離的現(xiàn)象，并得到了配位平衡的計算公式。

教師接著講，“既然配位劑能把金屬離子穩(wěn)定地結(jié)合起來，請大家利用該原理，設(shè)計在生產(chǎn)、生活上應(yīng)用的方案?！睂W生分別設(shè)計出用配位劑采集貴重金屬，用配位劑鎖定并收集有害金屬離子、減少有害排放，用配位劑分離金屬離子等方案。根據(jù)實驗的難易程度，有些實驗安排在課上或課后做，有些作為大學生的科創(chuàng)項目（上海市科創(chuàng)杯和陳嘉庚青少年發(fā)明獎項目）。

4　教學實踐的效果

教研室和實驗室教師已進行了近5年的探索性實驗教學實踐。通過學生對探究性實驗接受能力的反饋和對學生后續(xù)化學課程學習情況的了解，對教學方法不斷總結(jié)改進，已將十幾個性質(zhì)及制備實驗設(shè)計成探究性實驗。幾年來，收到了明顯的效果。

4.1學生學習化學的興趣提高

由于探究性實驗沒有現(xiàn)成的答案，具有一定的挑戰(zhàn)性，許多學生期待通過自己的探索，取得好的實驗結(jié)果并獲得相關(guān)知識。通過自己設(shè)計的實驗獲得知識、獲得老師的贊許后，反過來又促進了學習化學的興趣。每次做探究性實驗時，學生都提早到實驗室準備，實驗結(jié)束后還在討論；盡管每年增加名額，每周2個晚上的探究性實驗學生總是報滿，現(xiàn)正準備再增加時間。

4.2學生實驗技能和創(chuàng)新能力提高

由于是探究性實驗，預(yù)先不知道實驗結(jié)果，任何操作的不規(guī)范都有可能引起結(jié)果的不同，故學生更加注重實驗過程，對每一個操作細節(jié)都很細致、認真，實驗操作能力普遍提高；由于實驗由自己設(shè)計，遇到異常情況自己設(shè)法處理，學生的創(chuàng)新能力也由此得到了培養(yǎng)，很多參加探究性實驗的學生報名參加了上海市“挑戰(zhàn)杯”和陳嘉庚青少年發(fā)明獎大賽，累計有二十多人分別獲得二等獎和三等獎。

4.3促進了教師教學能力的提高

教學相長，教師在把知識點設(shè)計成探究性實驗的同時，自己對知識點的理解也在加深，教學技巧也在形成并不斷強化。對于以往較難講深、講透的一些知識點，教師可通過師生的探究性實驗過程把有關(guān)的概念、原理詮釋得淋漓盡致。在每年學生評教時，我們無機化學教研室總是名列第一，每兩年學生評心目中的好老師時，也是我們教研室的教師得票最高?？梢哉f，通過探究性實驗教學，打造出一支優(yōu)秀的教學團隊。

參考文獻

［1］洛桑，李偉，周勇.大學教育，2014，No.5，39.

［2］周祖新，王愛民，程利平，郭曉明.化學教育，2014，No.4，31.

［3］高盤良，姚天揚.大學化學，2000，No.2，26.

［4］張長江.中學化學教學技術(shù)指導(dǎo).上海:上海教育出版社，2005:541－542，2010:125－126.

中圖分類號：O6；G64

doi:10.3866/PKU.DXHX201506019

*通訊作者，Email:zhouzuxin@sit.edu.cn不是很強烈，有時僅僅是為了完成任務(wù)而應(yīng)付實驗。這不利于引導(dǎo)學生的知識構(gòu)建，削弱了有想法、有創(chuàng)意學生的積極性。

Exploration in the Teaching of Inorganic Chemistry Laboratory Course

ZHOU Zu-Xin*WANGAi-MinXIAO Xiu-ZhenHUANG Sha-HuaCHENG Li-Ping
（School of Chemical and Environmental Engineering，Shanghai Institute of Technology，Shanghai 200233，P.R.China）

Abstract:In the inorganic chemistry laboratory teaching，we use a series of ways to improve the teaching effects.Questions and scenario design are used when introducing some key knowledge points.Students are guided and encouraged to set up and carry out chemical experiments by themselves.By these approaches and the experimental results in the laboratory class，students can have a deep understanding of the related knowledge learned in the course.

Key Words:Inorganic chemistry laboratory；Exploration；Teaching