新視野下對《無機化學實驗》課程改革的探討

楊旦旦 王 妍 張新利 王冬梅 范 勇 胡登衛(wèi)

(1.寶雞文理學院化學化工學院，陜西 寶雞 721013；2.吉林大學化學學院，吉林 長春 130012)

隨著科技的高速發(fā)展和高等教育規(guī)模的擴大，高效率的培養(yǎng)高質量、高水準的應用創(chuàng)新型人才功在當代、利在千秋?！稛o機化學實驗》課程是化學類專業(yè)學生的首門專業(yè)基礎實驗課，是提高學生實踐能力的重要途徑，學生可通過實驗充分理解、鞏固復雜的化學現(xiàn)象和知識[1]?！稛o機化學實驗》的課程改革不僅是培養(yǎng)應用創(chuàng)新型人才的客觀要求和必要途徑，而且有助于形成“崇尚一技之長，不唯學歷憑能力”的社會氛圍。由圖1可知，從1995—2018年中國知網發(fā)表有關無機化學實驗課程改革的研究論文數量處于穩(wěn)定增長的趨勢，可見《無機化學實驗》課程的改革問題一直是備受高校關注的熱點課題之一。

圖1 1995—2018年中國知網《無機化學實驗》課程改革研究的論文數量

通過對不同版本的《無機化學實驗》教材進行簡單的對比分析，針對《無機化學實驗》課程內容設置方面存在的問題，我們對《無機化學實驗》課程改革提出以下幾點建議：調整實驗內容配比、推進實驗改進創(chuàng)新、增設趣味研究實驗，并以“金字塔”圖呈現(xiàn)了規(guī)劃設想，以期為《無機化學實驗》課程改革拋磚引玉。

1 教材分析

根據近幾年無機化學實驗教學改革的實踐和教材的使用情況，本文選取了六種版本的《無機化學實驗》教材，具體如表1所示。為了清楚的展示和有效的對比不同版本的編排結構和框架設置，本文同時列出了六種版本教材的內容框架，具體見表2。

表1 《無機化學實驗》教材版本

表2 《無機化學實驗》教材版本內容框架對比

范勇等編寫的《基礎化學實驗》(無機化學實驗分冊)在近年來化學研究和實驗教學改革的基礎上進行了兩次改版，分開編寫各門化學實驗以期更利于與化學基礎理論課程銜接；增設的新型開放性、綜合性和設計性實驗項目有利于培養(yǎng)學生的綜合能力，本教材編寫全面，設計實驗部分突出了一定的創(chuàng)新性。

寧光輝等編寫的《無機化學實驗》除精選了無機化學中的常規(guī)實驗外，加入部分綜合性和趣昧性實驗，一方面能體現(xiàn)出無機化學學科的生活性和綜合性；另一方面將無機實驗與生活相聯(lián)系，用于解決生活中的現(xiàn)象和問題，有助于提高學生的動手能力，激發(fā)學生學習無機化學知識及相關學科的熱情。此外新增有關化學學科發(fā)展的實驗，有益于學生養(yǎng)成嚴謹求實、批判創(chuàng)新的科研態(tài)度。內容呈現(xiàn)方式由文字性變?yōu)楸砀裥裕医o出了相應的實驗流程圖，更加明確地展示了實驗內容和操作過程，使學生能夠高效地掌握和進行實驗。

中山大學等校編寫的《無機化學實驗》經過三次改版，根據實驗內容的特點要求和教學規(guī)律，將全書分為既相對獨立又互相聯(lián)系的五部分，各部分實驗內容的編排符合學生的學習規(guī)律和教學原則，一方面使得學生掌握基本理論和基本操作，另一方面在潛移默化中培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科研能力。此外在原有基礎上新編入立德粉生產、氯堿工業(yè)、廢水處理等與生產實際相關的實驗，以及增加化學實驗課中出彩的系列實驗和設計實驗，不僅密切了實驗教學和生產實際的聯(lián)系，而且極大地調動了學生對科研的積極性和主動性。

牟文生主編的《無機化學實驗》(第三版)在第二版的基礎上精選實驗內容，削減驗證性實驗，在實驗內容的比例調配上，增加綜合性、設計性、研究性實驗和微型化學實驗的比重；改變傳統(tǒng)“照方抓藥”的教學模式，注重培養(yǎng)學生分析解決問題的能力和創(chuàng)新能力；刪繁就簡，使實驗原理簡明扼要，使實驗流程清晰明確，培養(yǎng)學生嚴謹的科研品質和工匠精神。

趙新華主編的《無機化學實驗》(第四版)采用了板塊結構進行編寫，在原有基礎上結合近幾年來高等學校無機化學實驗教學的新進展和改革成果，增減和整合了原教材的實驗內容，在結構上按照“基礎—綜合—研究”三層次進行建設，體現(xiàn)出夯實基礎、加強綜合、引入研究和經典實驗、與學科前沿實驗內容相結合的特點，讓學生可以充分發(fā)揮其潛力和興趣，最終強化學生的綜合實驗能力。

華東理工大學編寫的《無機化學實驗》(第四版)，在各部分實驗選擇中突出應用性、先進性，并滿足多層次教學的需要；合理地精簡和調整實驗內容，使學生高效掌握必備實驗技能和方法；綜合性與設計性實驗的比重增加，使教材內容更加豐富厚實，使用范圍更加廣泛。

通過對比分析不同版本的無機化學實驗教材，我們可以看出，盡管各個版本教材章節(jié)部分的編排結構有所不同，但主體框架都是由基礎理論、基本操作和實驗內容這三個基本要素組成的，三者之間的聯(lián)系概括起來如圖2所示：基礎理論是基本操作的前提，基礎理論知識指導基本操作，基本操作又可以反饋基礎理論；基于基本操作能使實驗內容得以有效開展實施，而實驗內容又是對基本操作的提高總結。

圖2 《無機化學實驗》教材主體框架間關系

“大同之中有小異”，各個版本的無機化學實驗教材除了主體框架一致外，都相對不同程度地增加了綜合性實驗、設計性實驗和開放性實驗的比重，而這部分實驗內容在全書中所占的比重卻因書而異，到底這部分實驗內容在全書中的比例分配應占據多少才是最為飽和的狀態(tài)，這是一個值得思考的問題。還需要引起注意的是這六本教材都未涉及改進創(chuàng)新實驗和研究性實驗等內容。此外趣味實驗內容的編排比重參差不齊，新課改的學生觀提出要“以人為本”，即一切為了每一位學生的發(fā)展，而趣味實驗就是化學實驗釋放魔法與光芒的最佳舞臺，我相信每一個學生都不會抗拒趣味實驗帶給他們的美妙絕倫的視聽感受，據此在每一個學生的身上所引發(fā)的后續(xù)反應更是值得期待的。

2 無機化學實驗教材改革的設想

2.1 調整實驗內容配比

傳統(tǒng)實驗教學的最大弊病，就是開設大量為理論教學服務的驗證性實驗，缺乏培養(yǎng)工程應用能力的實驗。驗證性實驗有利于鞏固學生的基本操作技能，加強學生對基礎知識的理解，可以為接受性學習保駕護航，但過多的驗證性實驗內容易導致學生的認知僵化和片面，導致學生實驗興趣和認知興趣的疲勞，這樣的實驗往往只是一個“裝配”實驗，培養(yǎng)的也只是裝配工，不能培養(yǎng)和鍛煉學生解決問題的能力。實驗與理論教學相輔相成，與純理論教學相比，實驗教學在吸引力上有著自己獨特的優(yōu)勢，多接觸綜合實驗，有助于學生實驗能力的培養(yǎng)。

在傳承經典實驗的基礎上，增加綜合性實驗內容，不局限于驗證理論知識的實驗，合理選擇并調整實驗內容比例分布,增加綜合實驗和設計實驗的比重，合并簡化簡單的驗證性實驗，使無機化學實驗內容更為系統(tǒng)化和科學化。如在硫酸亞鐵銨的制備實驗中[8]，除了產物的制備之外，可以用現(xiàn)代表征手段繼續(xù)對硫酸亞鐵銨的性質及結構進行表征：如運用X 射線衍射儀(XRD)測定晶體的晶格常數、組成以及定量計算和模擬等；使用掃描電鏡能譜儀(EDS)定性定量分析樣品中的元素。教師根據實驗內容安排課時，通過綜合實驗的訓練，學生對現(xiàn)代表征手段和現(xiàn)代儀器有了初步的認識，從而為以后的綜合實驗打好基礎，這樣的綜合實踐操作很好的契合了新視野。

2.2 推進實驗改進創(chuàng)新

無機化學實驗的開展實施以基本理論為前提，基本理論和實驗原理相對固定，隨著科技的高速發(fā)展，化學實驗方法和儀器更新相對更快，要善于挖掘新方法技術替代無機化學實驗普通器皿和實驗裝置，巧妙利用實驗過程中出現(xiàn)的突發(fā)狀況開展實驗改進活動。目前我們的教材中仍有天平的使用這節(jié)內容，但課本中所介紹的天平仍是老式天平，而現(xiàn)在實驗室使用的是電子天平。此外，在純水的制備中使用的方法還是原來的離子交換法，沒有采用具有時代性的超濾和膜過濾等方法。新視野下學生求知欲和科技感都很強，這就需要我們的實驗內容要緊隨時代的發(fā)展節(jié)奏。

具體來說，我們可以使用連續(xù)去離子技術(EDI)、超濾和膜過濾等新的方法，制備純水乃至超純水。此外，我們也可以結合當前研究熱點和教師的科研項目開設創(chuàng)新性實驗。創(chuàng)新性實驗是一個很好的平臺，可以利用這個平臺，加強學生對研究性實驗的認知，根據學校的實際情況抽取不同課題組的科研項目將其納入實驗內容中，凸顯實驗課的時代特色，將無機實驗從傳統(tǒng)模式向創(chuàng)新模式轉變，調動學生對化學科研的熱情和主動性，形成崇尚科研的精神。

2.3 增設趣味研究實驗

針對實驗內容通俗化，可以增加實驗內容的趣味性。興趣是最好的老師，趣味化學實驗的設置可以激發(fā)學生的求知欲，能更好的實現(xiàn)教學目標?；瘜W實驗的“魔力”在于與生活密切相關，可增設“彩色溫度計的制作”、“自制鏡子”和“小木炭跳舞”“水面鞭炮”等趣味化學實驗。當然，這些實驗主要是微型化實驗、聯(lián)合實驗和綠色實驗。微型化學實驗不是常規(guī)實驗的簡單比例縮小，而是采用微型化的儀器裝置進行的化學實驗[9]。

研究性實驗內容對教師和學生的要求相對最高，難度也最大，增加研究性實驗內容，一方面可以將前沿科研成果融入實驗課程，進而更新實驗教學內容；另一方面，研究性實驗的開展可以增強學生對先進儀器的操作能力。例如，在研究性實驗中可以用X 射線衍射、熱重、紅外等對物質結構、性質等方面進行表征。此外，教師在設計實驗時，要充分考慮實驗前后的關聯(lián)性，實驗項目的選取不僅要符合教學大綱的要求，還需重視實驗過程的環(huán)境友好性，盡可能地選擇綠色實驗。在實際操作過程中，怎么留存學生的樣品，如何應對實驗過程中的突發(fā)狀況，這些都是實驗老師在實際教學環(huán)節(jié)中所要考慮的問題，這也是對老師統(tǒng)籌規(guī)劃和應變組織能力的一次實戰(zhàn)考核。

3 課程改革設置展望

我們用一個金字塔結構圖簡單概括對未來無機化學實驗課程的設置，如圖3所示，基本操作實驗是基礎，所占比重最大，有利于培養(yǎng)和鞏固學生扎實的基本操作技能，是后繼高階段實驗的基礎。在此基礎上增加綜合實驗進一步提高學生的基本操作技能。綜上，各實驗所占比重分別設為：基本操作實驗40%、綜合實驗30%、改進創(chuàng)新實驗15%、趣味性實驗10%和研究性實驗5%。前兩部分各高?；旧弦褜崿F(xiàn)，改進創(chuàng)新實驗這部分難度較大，有待增設，用以充分考查學生的科研思維能力和應變能力。少量的研究性實驗可將前沿科研成果融入課程，使課程與時俱進。

圖3 《無機化學實驗》課程改革設置構想

4 結術語

為了使《無機化學實驗》教材更好的服務于學生，使學生在層次分明、豐富多彩的實驗中感受到學習的樂趣并提高個人的科學素養(yǎng)，取得理想的教學影響和效果，我們需對無機化學實驗課程進行深層次的研究，不斷適應時代發(fā)展的潮流。