無機化學(xué)實驗教學(xué)改革的探索與實踐

劉冬蓮，劉 爽，張 寧，王 偉

（唐山師范學(xué)院 化學(xué)系，河北 唐山 063000）

化學(xué)是一門實驗科學(xué)，無機化學(xué)實驗又是化學(xué)系學(xué)生學(xué)習(xí)的第一門專業(yè)實驗課程。它既對學(xué)生學(xué)習(xí)的無機化學(xué)理論知識進行驗證，又在理論的指導(dǎo)下進行實踐，開拓發(fā)展。它具有兩個顯著的特點：一是前置性，它是化學(xué)專業(yè)的第一門實驗課；二是基礎(chǔ)性，無機實驗的基本操作和實驗方法是各后續(xù)課程的基礎(chǔ)。此外，考慮到師院學(xué)生將來成為中學(xué)教師的特點，無機化學(xué)實驗顯得更為重要。

1 目前無機化學(xué)實驗課程存在的不完善之處

實驗教學(xué)以二級學(xué)科劃分。無機實驗課本來是化學(xué)專業(yè)的一門必修課，有其自身的特點和規(guī)律，具有理論教學(xué)不可替代的作用。但多年來實驗教學(xué)計劃是根據(jù)理論課來設(shè)置的，其內(nèi)容也完全成為理論課的附屬內(nèi)容。由于實驗課的從屬地位，在教學(xué)要求上低于理論課，使學(xué)生普遍存在重理論、輕實踐的現(xiàn)象。目前的無機化學(xué)實驗課程存在著一些不完善之處，主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）實驗教學(xué)模式單一?！跋戎v后做”是實驗教學(xué)中傳統(tǒng)又典型的教學(xué)模式，絕大部分實驗是“照方抓藥”式的，學(xué)生過于依賴課本，脫離書本便無所適從，遇到實際問題則茫然不知所措。這種單一的教學(xué)模式，“手把手教”的實驗方式和方法，最多只能達(dá)到驗證實驗的目的，不利于學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，更談不上創(chuàng)新意識和綜合能力的培養(yǎng)。

（2）實驗內(nèi)容知識體系比例不合理。以往的無機化學(xué)實驗課中各類實驗所占比例如表1所示。其中元素化學(xué)實驗和部分原理實驗屬于驗證性實驗，約占無機實驗內(nèi)容總學(xué)時的43%。該類型實驗占用了大量的學(xué)時，操作簡單，而學(xué)生的實驗基本操作技能和綜合思維的訓(xùn)練卻不足。

表1 無機化學(xué)實驗課的實驗比例

（3）實驗教學(xué)內(nèi)容重復(fù)。如“酸堿滴定”在無機、分析實驗中重復(fù)安排；生成熱的測定在無機和物化實驗中重復(fù)。

眾所周知，近幾年我國高等教育的改革與發(fā)展取得了令人矚目的成就，但是連續(xù)擴大招生數(shù)量的同時，也帶來了生源層次不齊、質(zhì)量下降等問題，對培養(yǎng)高質(zhì)量人才提出了挑戰(zhàn)。多年來實驗教學(xué)計劃是根據(jù)理論課來設(shè)置的，其內(nèi)容也完全成為理論課的附屬內(nèi)容。由于實驗課的從屬地位，在教學(xué)要求上低于理論課，使學(xué)生普遍存在重理論、輕實踐的現(xiàn)象。另外，無機化學(xué)實驗教材上詳細(xì)規(guī)定了實驗?zāi)康摹?nèi)容、所需儀器藥品和實驗步驟方法等內(nèi)容，實驗時學(xué)生根本不用思考，習(xí)慣于“照方抓藥”。這在很大程度上抑制了學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)揮和養(yǎng)成，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 無機化學(xué)實驗教學(xué)改革舉措

2.1 改革教學(xué)內(nèi)容，以化學(xué)實驗基本操作和技能為主線培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生

由于中學(xué)實驗條件的限制，大多數(shù)中學(xué)生是“聽”或“看”實驗，沒有親自動手進行實驗操作的經(jīng)驗，更談不上實驗技能了。進入大學(xué)后，無機化學(xué)實驗是開設(shè)的第一門實驗課，學(xué)生進入實驗室做實驗，常感到手忙腳亂。因此無機化學(xué)實驗課還要為中學(xué)化學(xué)補課。在實際教學(xué)時，我們按照教學(xué)大綱的要求并根據(jù)學(xué)生的具體情況對教學(xué)內(nèi)容作了適當(dāng)整合，如增加“儀器的認(rèn)領(lǐng)、洗滌和干燥”及看實驗教學(xué)錄像的實驗內(nèi)容，因為許多儀器，如吸濾瓶、布氏漏斗和移液管儀器以及其它化學(xué)儀器的洗滌和干燥方法，學(xué)生中學(xué)里都沒有學(xué)過或?qū)W得不牢，在大學(xué)里需要重新認(rèn)識并在后面的實驗中使用。

針對以往無機化學(xué)實驗課程中驗證性實驗所占比例過大的情況，我們對實驗教學(xué)內(nèi)容進行了增減處理，減少了常數(shù)測定和元素性質(zhì)實驗的比例，增加了實驗基本技能操作課時，加強訓(xùn)練，使學(xué)生規(guī)范、熟練地掌握有關(guān)基本技能，并在此基礎(chǔ)上適當(dāng)加大訓(xùn)練難度，增設(shè)了一些綜合性設(shè)計性實驗，如陰陽離子混合溶液的檢驗及植物中某些元素的鑒定實驗（比例增加到了30%）。強化了基本操作訓(xùn)練，突出了無機化學(xué)實驗的基礎(chǔ)作用。從適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的角度出發(fā)，我們同時增加了無機物的提取與制備和設(shè)計實驗的比例，我們要求學(xué)生從實驗原理、實驗技能、儀器選擇、產(chǎn)品制備以及檢驗都作較詳細(xì)的預(yù)先準(zhǔn)備工作，并且對每一個學(xué)生自始至終進行成績考核評定。這一部分的重點是培養(yǎng)訓(xùn)練學(xué)生的綜合能力，運用理論知識指導(dǎo)實驗的能力。實踐證明，每次制備學(xué)生都能完成，為了得到所需的合格產(chǎn)品，有的學(xué)生甚至重作達(dá)三次之多。學(xué)生認(rèn)為，雖然花費的時間較多，但收獲很大，真正體會到大學(xué)實驗課與中學(xué)的不同，對實驗課的態(tài)度也由過去的被動式而轉(zhuǎn)為自主式。

另外，進行教學(xué)時考慮到與理論課的連結(jié)問題，安排實驗時，盡可能理論教學(xué)同步，讓學(xué)生能夠?qū)W以致用，使理論教學(xué)實驗教學(xué)相互促進。

2.2 改革教學(xué)形式和方法

2.2.1 增加實驗預(yù)習(xí)檢查評分

實驗前是否認(rèn)真預(yù)習(xí)，是實驗?zāi)芊瘾@得良好效果的關(guān)鍵。實踐證明，只有預(yù)習(xí)充分，對實驗的目的要求明確，對實驗原理、操作步驟及注意事項有全面的了解，學(xué)生實驗時才能順利地做好實驗。為了使學(xué)生養(yǎng)成課前先預(yù)習(xí)的習(xí)慣，減少實驗過程中的盲目性，我們在教學(xué)中采取了兩項措施：一是要求學(xué)生每次實驗前要寫預(yù)習(xí)報告，課前檢查，對不預(yù)習(xí)的學(xué)生，不讓其進實驗室，預(yù)習(xí)好了再做實驗；二是在教學(xué)過程中，根據(jù)實驗內(nèi)容，有針對性地提出一些問題，對學(xué)生預(yù)習(xí)情況進行考評，記錄平時成績，有效減少學(xué)生課堂“照方抓藥”的情況。

2.2.2 精講多練，加強課間的巡視指導(dǎo)

每次實驗，教師僅作適當(dāng)?shù)闹v解，對實驗原理、儀器使用和實驗裝置等作扼要講解或提問學(xué)生，著重講述實驗的成敗關(guān)鍵和注意事項，每次講課一般不超過30分鐘，讓學(xué)生有更多練習(xí)時間，從而加強學(xué)生實際操作技能的訓(xùn)練。同時，在涉及實驗安全和關(guān)鍵處，教師作必要的示范，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，降低學(xué)生的畏懼心理，提高學(xué)生對實驗成功的信心。

實驗基本操作規(guī)范化是實驗成功和實驗安全的保障，是順利完成師范學(xué)業(yè)和日后從事化學(xué)教學(xué)工作的可靠基礎(chǔ)。老師在簡要地講解了實驗內(nèi)容并作必要的示范后，還要在實驗的過程中對學(xué)生進行隨機的指導(dǎo)，并且這種指導(dǎo)要有計劃性和針對性。若發(fā)現(xiàn)操作中有共性的錯誤并影響到實驗結(jié)果時，教師要及時通知學(xué)生暫停操作，指出錯誤的地方并向?qū)W生正確示范，確保實驗任務(wù)的順利完成，以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度。對有危險性或有毒的實驗，教師更要監(jiān)督，以免出現(xiàn)安全事故。

積極探索元素化學(xué)實驗教學(xué)改革。目前所用實驗教材寫得過細(xì)，且實驗課教師講得過多，給學(xué)生“照方抓藥”提供了極大的方便，加上教師希望學(xué)生一次做好實驗，“只許”成功“不許”失敗，學(xué)生實驗時只能忙于應(yīng)付，滿足于看到現(xiàn)象寫出反應(yīng)式，而對于實驗本身的問題（如藥品用量、濃度、反應(yīng)條件、異?，F(xiàn)象）則沒有認(rèn)真考慮。為了有好的預(yù)習(xí)及實驗效果，培養(yǎng)學(xué)生以科研性、探索性態(tài)度對待元素化學(xué)實驗，我們從2007-2008學(xué)年第二學(xué)期開始元素性質(zhì)實驗不再允許學(xué)生帶實驗課本進實驗室，改變“先講后做”的教學(xué)模式，加強預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，由學(xué)生先在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗，然后教師提問總結(jié)。在完成當(dāng)天的實驗課內(nèi)容后，支持和鼓勵學(xué)生按照自己的想法和問題進行有關(guān)實驗，不論學(xué)生提出的問題正確與否，只要條件允許，教師就支持學(xué)生通過實驗來驗證自己的想法。

2.2.3 加強綠色化學(xué)教學(xué)，推廣微型化學(xué)實驗

綠色化學(xué)是近年來才被人們認(rèn)識和開展研究的一門新興學(xué)科，是針對傳統(tǒng)化學(xué)化工的資源利用率低、環(huán)境污染嚴(yán)重提出的[1]，用綠色化學(xué)的新理念對化學(xué)實驗進行改革，正逐漸成為化學(xué)工作者的共識[2,3]。綠色化學(xué)實驗教學(xué)主張使用綠色化學(xué)技術(shù)對生態(tài)環(huán)境破壞最少、經(jīng)濟效益和社會效益有機統(tǒng)一、盡量減少教學(xué)活動對教學(xué)資源的浪費，將教學(xué)對環(huán)境的污染降到最低。無機化學(xué)實驗尤其是元素化學(xué)實驗所需試劑藥品種類多，廢液多，將綠色化學(xué)理念融入其中，實現(xiàn)無機化學(xué)實驗綠色化，不僅能節(jié)約大量實驗試劑藥品，降低實驗成本，而且使學(xué)生一開始就在潛移默化中受到綠色化學(xué)的教育，這對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的環(huán)境觀、資源觀，提高他們的環(huán)保緊迫感和責(zé)任感，樹立綠色化學(xué)的意識都有相當(dāng)重要的意義。

比如，無機化學(xué)實驗中沉淀溶解平衡實驗中沉淀組分的形態(tài)變化使沉淀溶解實驗，沉淀離子及沉淀劑大部分使用的是Pb(NO3)2和K2CrO4。采用這些沉淀離子及沉淀劑雖然現(xiàn)象比較明顯，但是，Pb、Cr是有毒重金屬，實驗廢棄物排放到水中，會對水資源造成嚴(yán)重污染。所以將其刪除只保留CuSO4與 S2-的實驗，同樣達(dá)到了實驗?zāi)康?，而且減少了有毒物質(zhì)的使用和排放，實現(xiàn)了無機化學(xué)實驗的綠色化。

回收利用實驗產(chǎn)物是實現(xiàn)無級化學(xué)實驗綠色化的一個途徑，如硫酸亞鐵銨的制備，實驗產(chǎn)物是硫酸亞鐵銨，如果將它廢棄，不僅污染環(huán)境，而且是一種浪費。實際教學(xué)中，先開設(shè)了硫酸亞鐵銨的制備，并將實驗產(chǎn)物回收保存，然后用作三草酸合鐵酸鉀的合成原料，這樣的結(jié)果是不僅節(jié)約了實驗藥品，而且減少了實驗廢棄物的排放量，實現(xiàn)了無機化學(xué)實驗的綠色化。

“盡可能小劑量實驗”[4]是指實驗者為達(dá)到一定的實驗?zāi)康?，在可能的實驗條件下采用盡可能少的化學(xué)試劑進行的實驗。如試管實驗用盡可能少的試劑來進行實驗（一般3~5滴液體試劑），在化學(xué)反應(yīng)速率和活化能的測定實驗中，我們將試劑用量改為常規(guī)的1/10、1/4、1/2。為便于比較，同時安排部分學(xué)生仍按原來常規(guī)量方法進行實驗，實驗結(jié)果與常規(guī)實驗結(jié)果相符，用較少的實驗經(jīng)費完成了實驗教學(xué)，達(dá)到了實驗?zāi)康摹?/p>

2.2.4 增加實驗結(jié)果的檢查和儀器整理

我們規(guī)定，學(xué)生做完實驗，要實事求是地記錄現(xiàn)象和有關(guān)數(shù)據(jù)。同時，有關(guān)實驗記錄交教師簽字后，方可離開實驗室。若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不合要求，或有異?，F(xiàn)象時，及時引導(dǎo)學(xué)生進行誤差分析。實驗課結(jié)束后，要求學(xué)生首先整理好自己的儀器和實驗臺，再把公用的實驗用品整理歸位。長期要求不僅使學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，而且也學(xué)會實驗室的一般管理和儀器、藥品分類保管和存放等知識。

2.2.5 開放實驗室，開展課外探究性實驗，加強綜合設(shè)計能力

開放化學(xué)實驗室也是當(dāng)代高校實驗的一個趨向。化學(xué)實驗室的開放性要求實驗盡量拓寬教學(xué)空間、尋找多種信息來源和開展創(chuàng)作性的科技活動。開放化學(xué)實驗室的主要目標(biāo)，不但更加注重學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、生動性和活潑性，挖掘?qū)W生的潛能，同時培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、探索能力、創(chuàng)新能力和合作能力，全面提高學(xué)生的素質(zhì)。

在目前的管理和教學(xué)體制下完全開放實驗室還不可能，但是部分開放實驗室則不僅必要而且是可以做到的。如讓學(xué)生補做失敗的實驗，學(xué)生自己設(shè)計實驗驗證學(xué)過的一些化學(xué)現(xiàn)象，甚至為自己的小論文做幾個實驗，等等。我們從2007- 2008學(xué)年第二學(xué)期開放了實驗室，讓學(xué)生自己設(shè)計實驗方案并有指導(dǎo)教師審核后進入實驗室進行試驗，實驗完成后提交小論文，如含銀廢液中銀的回收，固體酒精的制備、海帶中碘的鑒定及提取等實驗。開放實驗室能夠為學(xué)生自覺學(xué)習(xí)提供更廣闊的天地，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

2.3 嚴(yán)格成績考核

實驗是一門實踐性很強的學(xué)科，它要求學(xué)生既掌握一定的基本操作技能，又要有一定的觀察、分析、解決問題的能力和勤于思考的習(xí)慣，所有這些決定了無機化學(xué)實驗有其獨特的靈活的考試方法。為了全面、客觀、公正地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，實驗成績由平時成績、實驗考試成績和實驗操作考試成績組成，總成績（以100分計）中平時成績占50%，實驗考試占25%，實驗操作考試占25%。平時實驗成績主要由預(yù)習(xí)報告、出勤率、實驗態(tài)度、實驗操作規(guī)范、實驗成功率以及實驗報告的優(yōu)劣等內(nèi)容組成。實驗操作考核主要是檢查學(xué)生動手操作能力以及分析實驗現(xiàn)象解決實際問題等，由教師設(shè)計幾套多種形式的實驗試題，讓學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)獨立完成操作，并當(dāng)場交出實驗報告。最后根據(jù)操作是否規(guī)范、實驗結(jié)果是否正確兩個方面綜合評分。

通過幾個學(xué)期的教學(xué)改革與實踐探索，學(xué)生對該實驗課的學(xué)習(xí)積極性顯著提高，學(xué)生由被動接受實驗任務(wù)向積極參與實驗，認(rèn)真分析設(shè)計實驗，獨立完成自己選定的實驗轉(zhuǎn)變，責(zé)任感也顯著增強，學(xué)生的實驗素養(yǎng)明顯提高。