大學綜合設計性實驗對學生素質提升的拓展——以粗鹽提純實驗為例

畢文彥

(河南理工大學化學化工學院,河南 焦作 454000)

在國家大力發(fā)展素質教育的今天，全面提升學生的綜合素質和實踐創(chuàng)新能力已成為高等教育的重要功能[1-3]。而實驗教學相對于理論教學更具直觀性、實踐性、綜合性和創(chuàng)新性，是培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)造性思維能力的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要保證[4-9]，其中的綜合設計性實驗在培養(yǎng)學生綜合素質和創(chuàng)新能力等方面作用尤為突出。為實現這一目標，我們在一年級大學生的“大學化學實驗”中擬定了“粗鹽提純”綜合設計性實驗項目。本實驗綜合性強，內容涵蓋面廣，涉及多類型化學反應，如酸堿反應、沉淀反應等，且實驗步驟及實驗基本操作較多，有溶解、過濾、蒸發(fā)、濃縮、重結晶，還有產品的凈化、產品純度檢驗、產率計算及結果分析等，實驗過程的每一個環(huán)節(jié)、每一步驟等都是學生在實驗設計時及后續(xù)處理過程中要加以全面充分考慮的，而且不僅要做到知其然更要做到知其所以然(如pH值的控制、加熱火候的把握等)，只有這樣，才能真正把握實驗操作過程中的量和度。因此，綜合設計性實驗對實施素質教育具有重要意義，對全面提升學生的綜合素質和能力具有重要作用。

1 實驗過程

1.1 實驗原理

圖1 粗鹽提純實驗原理圖Fig.1 The experimental principle of raw salt purification

1.2 實驗用品

實驗儀器：電子天平，燒杯(100 mL)2個，量筒(10 mL，50 mL)各1個，蒸發(fā)皿，泥三角，石棉網，三腳架，坩堝鉗，酒精燈，普通漏斗，漏斗架，吸濾瓶，布氏漏斗，真空泵。

實驗藥品：BaCl2溶液(1 mol·L-1)，NaOH溶液(2 mol·L-1)，Na2CO3溶液(1 mol·L-1)，HCl溶液(2 mol·L-1)，(NH4)C2O4溶液(0.5 mol·L-1),鎂試劑。

實驗材料：pH試紙，濾紙。

1.3 實驗實施

利用所學基礎理論知識以及實驗室現有的儀器、材料和試劑，通過查資料和調研，自主設計實驗方案、獨立進行實驗裝置的安裝以及整個實驗過程的實施和控制(如果需要增加儀器、試劑，說明理由)。

須要完成以下實驗目標：

(1)通過對粗鹽進行提純制備出精鹽產品并計算其產率。

(2)對精鹽產品純度進行檢驗和分析。

2 本實驗的特點

2.1 學生自主設計實驗方案

學生根據擬定實驗項目的要求，積極查閱資料，結合所學理論知識，設計合理實驗方案，并在某些關鍵環(huán)節(jié)對擬采取的措施說明理由，做到有理有據，提交實驗教師審閱。

2.2 教師引導學生確立統(tǒng)一實驗方案

教師對學生提交的實驗設計方案進行認真審閱，在實驗實施之前對學生提交的實驗方案整體進行點評，特別是對共同存在的問題或是關鍵細節(jié)給予重點強調，并循循善誘，逐步引導學生完善出一個統(tǒng)一而且正確的實驗方案。在經歷了資料查閱、分析思考、設計實驗等過程，再加上教師深入細致的點評和引導，學生不但對實驗原理和過程理解深刻，并且能夠形成長期記憶，并內化成自身的素質。

2.3 使學生樹立產品質量和成本意識

本實驗中設計有產品純度檢驗和產率計算環(huán)節(jié)，初步使學生了解產品純度和質量間的關系，樹立起產品質量和產量意識；并根據目標產率和純度標準，要求學生對結果進行分析，查找總結成功和不足的原因；同時，在不同學生產品結果的比較中，會間接意識到成本的概念，為培養(yǎng)將來參加工作時一絲不茍、嚴謹工作的職業(yè)素養(yǎng)和工作態(tài)度打下良好基礎。

3 本實驗對學生素質及能力的提升作用

本實驗項目既具有一般綜合設計性實驗的共性，同時也具有自身的特點，因而它對學生能力和素養(yǎng)的作用及提升也具有其獨特性，具有較大的提升空間。

3.1 提升學生理論聯系實際、學以致用的能力

通過本實驗，促使學生把課堂上所學的理論知識進行系統(tǒng)性分析，并用于實際產品的制備；促使學生的學習境界提升，不再覺得所學知識只是空中樓閣，而是切切實實與我們的生活生產實際相聯系，增強學生學有所用和學以致用的能力，進一步激發(fā)學生學習興趣及學習的自覺性、主動性。

3.2 培養(yǎng)學生探索和創(chuàng)新能力

給定了原料和目標產物，如何實現他們之間的轉化？這不僅要求學生有扎實的理論基礎，還要有一定的創(chuàng)新精神。要勇于獨辟蹊徑，嘗試不同方法，或者在某一關鍵環(huán)節(jié)進行改進，或節(jié)約成本，或提高產率，或提升質量等，而每一種嘗試都是提升學生創(chuàng)新能力的階梯，這正是本實驗擬定的初衷。

3.3 培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和人文素養(yǎng)

綜合設計實驗最重要一步就是學生對實驗方案的自主設計，它需要學生充分的資料查詢(信息檢索能力)、調研分析歸納、系統(tǒng)思維等才能完成，而這些正是科學研究的前提和基礎。而且，粗鹽提純實驗步驟較多，且一環(huán)緊扣一環(huán)，每一步稍有不慎，就會影響到產率和產品的純度，這就要求學生在實驗過程中必須樹立嚴謹的科學態(tài)度和一絲不茍的精神以及不怕失敗和愈挫愈勇的探索精神，在失敗和成功的經驗中成長。另一方面，實驗方案的設計、實驗過程的記錄、實驗結果的描述以及實驗報告的撰寫等用語是否準確、嚴謹、生動且易于理解，這正是文學素養(yǎng)的基本的需求，也正是大學教育所要追求的目標之一。

3.4 提升學生的團結協(xié)作意識

綜合設計性實驗是鍛煉和考核學生綜合分析應用能力的平臺，往往涉及多方面的知識、不同的操作需求等，為完成這一復雜的任務，學生之間必須以一定的形式組合起來，形成一個團隊，團隊成員既要根據分工各司其職，同時更要發(fā)揚團隊精神，學會與別人溝通交流，獻計獻策，凝心聚力，共同為達成目標而努力，這種團結協(xié)作意識的提升，既是科學精神提升的需要，也是人文素養(yǎng)提升的需要。

4 結 語

綜合設計性實驗的實際要義是學生在實驗教師擬定實驗項目前提下，自主查找資料、設計實驗方案并付諸實施；實驗教師主要負責學生實驗結果的評價，重點引導學生對實驗結果進行分析，揚長避短。對實驗成功的地方，如何進一步強化和拓展，實驗不足的地方，查找分析原因，如何避免類似問題再次出現。通過自我行動、自我分析和自我反思，實現創(chuàng)新性的獨立分析和解決實際問題。但到目前為止，由于各方面的原因，實驗教師顧慮較多，主要是對學生的能力信心不足，擔心如果對學生完全放開，完全自主，實驗結果難以預料，所以常常是先統(tǒng)一了實驗方案后再行實施，即學生的自主性、創(chuàng)造性及創(chuàng)新性并沒有得到充分的體現。這是實驗教師應該反思和改進之處，“問渠哪得清如許，為由源頭活水來”，教師不要擔心學生出錯，只有讓他們大膽地去嘗試，在實踐中去探求、去創(chuàng)新，才能充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造力，才能真正跟上時代的脈搏，體會到在實驗中創(chuàng)新的意義。