基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

黨玉麗，蘇 惠，范彩玲，萬(wàn)鄭凱，高光芹

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，河南 鄭州 450002）

隨著化學(xué)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與更新，化學(xué)學(xué)科理論講解占主導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)作輔助這種模式已不能滿足科技發(fā)展對(duì)現(xiàn)階段學(xué)生的培養(yǎng)，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)代教學(xué)的趨勢(shì)，提高學(xué)生觀察、分析、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及創(chuàng)新精神，已經(jīng)成為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要目標(biāo)。全國(guó)各大院校都進(jìn)行了積極的創(chuàng)新，把基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課作為一門獨(dú)立的必修課程,旨在培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考與動(dòng)手能力。

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)課融入思政教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的重要組成部分，它既配合了化學(xué)理論的教學(xué)，又有它的相對(duì)性和系統(tǒng)性。但是，學(xué)生重視性不強(qiáng)，不能從心理上真正認(rèn)識(shí)它的重要性，這就需要提高教師的政治素養(yǎng)和文化素養(yǎng)，不僅在專業(yè)知識(shí)點(diǎn)上講解到位外，還要借助課程思政這一有力的教學(xué)手段，在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中融入課程思政，提升教學(xué)的吸引力和感染力。

在平常的教學(xué)中，時(shí)刻以習(xí)近平總書記講話精神為指導(dǎo)，課下了解掌握國(guó)內(nèi)外熱點(diǎn)動(dòng)態(tài)，從中挖掘出適應(yīng)于教學(xué)的內(nèi)容，課上與學(xué)生交流溝通，尋找共同話題。比如，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用的各種化學(xué)試劑以及產(chǎn)生的廢液、耗材等，教學(xué)中可適當(dāng)引入環(huán)保的理念，如引用習(xí)近平總書記“綠水青山就是金山銀山”的思政觀點(diǎn)，介紹綠色化學(xué)概念，提高學(xué)生環(huán)保意識(shí)，還可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)揮學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中將安全知識(shí)培訓(xùn)結(jié)合思政教育也納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。根據(jù)要求，2021年化學(xué)實(shí)驗(yàn)又進(jìn)行了改革，將基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)第一課針對(duì)大一新生改到線上授課──實(shí)驗(yàn)安全教育新生培訓(xùn)，對(duì)化學(xué)藥品的存放、儀器設(shè)備使用及警示標(biāo)志、實(shí)驗(yàn)室用水、電、氣、火等安全知識(shí)以及各種安全消防設(shè)施放置和使用，全面培養(yǎng)學(xué)生安全意識(shí)。在線下實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，不斷引入安全隱患案例，針對(duì)性引導(dǎo)，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生安全教育和思想教育，積極引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的價(jià)值觀、人生觀和世界觀。因此，開(kāi)展思政課堂為實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了積極的促進(jìn)作用。

2 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，增加創(chuàng)新能力培養(yǎng)

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是一門實(shí)踐性課程，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生觀察、判斷、動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效手段。在人才培養(yǎng)上，突破傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，將實(shí)驗(yàn)課設(shè)置為三個(gè)層次：基礎(chǔ)—綜合—?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)性和獨(dú)立性，拓寬實(shí)驗(yàn)范圍，探索一條知識(shí)、能力、素質(zhì)三者相融合的發(fā)展道路，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

理學(xué)院基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，在內(nèi)容的制定上嚴(yán)密結(jié)合專業(yè)理論課內(nèi)容和接合農(nóng)業(yè)院校的特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)代化科技發(fā)展的需求，共設(shè)置了兩部分實(shí)驗(yàn)：一是以有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)為主題的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)部分，二是以色譜分析、滴定分析、光譜分析為主題的儀器分析實(shí)驗(yàn)部分。實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)突出了綜合運(yùn)用知識(shí)的鮮明特色，使學(xué)生掌握綜合了不同能力模塊的知識(shí)和技能（包括專業(yè)技術(shù)、與技術(shù)相關(guān)的專業(yè)理論、文化知識(shí)、與崗位相關(guān)的法規(guī)要求、與合作相關(guān)的人際規(guī)則等）。減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，逐步增加綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，增加一些與材料、制藥、環(huán)境、現(xiàn)代分析技術(shù)密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)這些綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，學(xué)生鞏固了化學(xué)基本知識(shí)和基本理論，積極性和認(rèn)真程度得到明顯提高，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研能力。

為適應(yīng)我校教育發(fā)展，提高實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量，根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、專業(yè)的變化及發(fā)展的需求，不斷更新教材，做到與時(shí)俱進(jìn)，并結(jié)合本校專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行了個(gè)性化、立體化的教材改革—活頁(yè)形式的紙質(zhì)教材。在不斷探索與研究中，課程體系也在不斷更新，學(xué)時(shí)已有原來(lái)的90學(xué)時(shí)壓縮到64學(xué)時(shí)，在總學(xué)時(shí)減少的情況下，對(duì)教材的要求更精細(xì)化。而《新編基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》正是根據(jù)農(nóng)科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)大綱的要求，結(jié)合河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成果而編寫的一部全國(guó)高等農(nóng)林院?！笆濉币?guī)劃教材。其主要特點(diǎn)是對(duì)學(xué)生的要求在掌握化學(xué)基本操作技能的基礎(chǔ)上，注重加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代分析技術(shù)的掌握和利用，并將這些實(shí)驗(yàn)技能轉(zhuǎn)化為解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，教材壓縮了一些重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，精選有代表性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，首次開(kāi)設(shè)了若干虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，有助于更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，將虛擬設(shè)計(jì)余實(shí)驗(yàn)證明有機(jī)結(jié)合起來(lái)，教材改革的形式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為單元，操作上由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，內(nèi)容上由淺到深，打破了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論課內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)的附屬局面。為方便學(xué)生記錄，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)包括實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、操作要點(diǎn)、原因解釋等都進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，并要求對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的偏差或失敗進(jìn)行原因分析等，同時(shí)，在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后并增加預(yù)習(xí)知識(shí)部分，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的必備知識(shí)要素作為背景知識(shí)供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)自學(xué)、參閱，還有與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的儀器設(shè)備、試劑輔材等相關(guān)內(nèi)容方面的索引，盡量做到“典型、實(shí)用、先進(jìn)”。使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能看、能查、能記、能寫，特別是實(shí)驗(yàn)記錄部分，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的同時(shí)，又讓他們找出出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因，既鍛煉學(xué)生觀察問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，又提高了他們的動(dòng)手能力。

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新，在一定程度上提高了學(xué)生的積極性，比如“固體酒精的制備及性能實(shí)驗(yàn)”，讓學(xué)生了解到，固體酒精并不是固體狀態(tài)的酒精（酒精的熔點(diǎn)是-117.3℃），而是固化劑與酒精形成的凝膠。由于液體酒精攜帶不便，易流出容器造成危險(xiǎn)，所以將酒精制成塊狀固體，然后將其儲(chǔ)存在鐵罐中。在制備過(guò)程中，了解了酒精的性質(zhì)后，還有掌握原材料的制備，硬脂酸與氫氧化鈉混合后發(fā)生下列反應(yīng)：

C17H35COOH+NaOH=C17H35COONa+H2O

反應(yīng)生成的硬脂酸鈉是一個(gè)長(zhǎng)碳鏈的極性分子，室溫下不易溶于酒精，在較高的溫度下可以均勻地分散在液體酒精中，而冷卻后則形成凝膠體系，呈不流動(dòng)狀態(tài)，形成了固體狀態(tài)的酒精。

另一種制備方法，乙酸鈣易溶于水而難溶于酒精，當(dāng)向乙酸鈣飽和水溶液中加入酒精后，乙酸鈣在酒精中形成凝膠析出，液體逐漸從渾濁到稠厚，最后凝聚為一整塊固體，也能形成固體酒精。

通過(guò)兩種方法的制備，讓他們從中分析制備成本的高低，節(jié)省原材料，還可以加入石蠟等物料作為黏結(jié)劑，用于提高固體酒精的穩(wěn)定性，同時(shí)還可以加入硝酸銅是為了燃燒時(shí)改變火焰的顏色，提高其觀賞價(jià)值，學(xué)生看到了實(shí)驗(yàn)的成果又增長(zhǎng)了知識(shí)，使他們興趣盎然，更激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣以及實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作的積極性。

3 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)多元化教學(xué)

教學(xué)是一個(gè)多層次、多渠道、多方位傳播知識(shí)的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是如此。實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)不僅要讓學(xué)生學(xué)到一定的知識(shí),更重要的是要讓學(xué)生能夠自己去探索知識(shí)、發(fā)現(xiàn)知識(shí),具有自我教育的能力，具有分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，讓他們?cè)诓粩鄧L試，不斷錯(cuò)誤和不斷修正錯(cuò)誤的過(guò)程中進(jìn)行知識(shí)的探索。但是，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖然在教學(xué)過(guò)程中也能很好地完成教與學(xué)的任務(wù)，師生之間互動(dòng)性較強(qiáng)，但是速度慢，規(guī)模小，受時(shí)間和空間的影響較大。因此，對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)我們一方面汲取了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師講解、演示、巡回檢查、指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即糾正的教學(xué)方法，嚴(yán)格要求學(xué)生規(guī)范、熟練操作，另一方面，我們引進(jìn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，把有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的操作視頻、知識(shí)背景、電子教案等搬到網(wǎng)絡(luò)上，使學(xué)生隨時(shí)可以上網(wǎng)預(yù)習(xí)、觀看、模擬，減少了操作的盲目性，更有利于激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，使學(xué)生主動(dòng)獲取化學(xué)知識(shí)，這對(duì)于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，收集、分析和利用信息的能力，實(shí)踐和創(chuàng)新的能力等都能起到很好的促進(jìn)作用。

改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)多元化教學(xué)（紙質(zhì)教材、多媒體教材、網(wǎng)絡(luò)教材）已成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的趨勢(shì)。以先進(jìn)的教學(xué)方法與教學(xué)工具為手段，不斷更新教育教學(xué)觀念，積極開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)，用文字、聲音、圖像、動(dòng)畫的效果對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行仿真演示，分解儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，模擬操作過(guò)程，既節(jié)省了大量?jī)x器、試劑又解決了傳統(tǒng)教學(xué)中出現(xiàn)的有毒、高危害、現(xiàn)有條件不能滿足等而無(wú)法開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。保證每個(gè)學(xué)生都能參與到實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)動(dòng)手操作加深對(duì)理論知識(shí)的理解，結(jié)合線上線下實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)河南農(nóng)大理學(xué)院還建設(shè)有省級(jí)高等學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和基礎(chǔ)化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，多渠道、多方位傳播知識(shí)，改變了傳統(tǒng)教學(xué)在時(shí)間、空間的限制。針對(duì)實(shí)踐教學(xué)的要求，新校區(qū)建設(shè)了多媒體實(shí)驗(yàn)教室，制作了基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課件，優(yōu)化化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)。同時(shí)，為保證實(shí)驗(yàn)課程的順利進(jìn)行，不斷擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)室面積，保證實(shí)驗(yàn)器材，做到每個(gè)學(xué)生都能動(dòng)手參與。化學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室還在校內(nèi)和校外都建立了實(shí)訓(xùn)機(jī)構(gòu)，通過(guò)實(shí)訓(xùn)來(lái)提高教學(xué)水平，提高學(xué)生理論和實(shí)踐相結(jié)合的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

為適應(yīng)教育信息化環(huán)境下的新要求，2018～2020年，在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)所有老師的努力下，利用python技術(shù)，設(shè)計(jì)出“氧化還原滴定學(xué)習(xí)軟件”“大學(xué)化學(xué)之沉淀滴定學(xué)習(xí)軟件”等教學(xué)輔助工具軟件，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與現(xiàn)代化信息技術(shù)深度融合，將生活中的實(shí)例引入軟件，比如廢水中化學(xué)需氧量的測(cè)定，軟件中引入COD的檢測(cè)，使學(xué)生在安全且不受時(shí)空限制的條件下，進(jìn)行模擬和完成實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)了理論學(xué)習(xí)與實(shí)際應(yīng)用之間的聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不僅多元化，教學(xué)方式上也應(yīng)如此。根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，應(yīng)盡量減少化學(xué)試劑的使用，多采用儀器法。因此，在實(shí)驗(yàn)操作上，也進(jìn)行了一系列的改革。第一學(xué)期是基本操作實(shí)驗(yàn)，即常規(guī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課；第二學(xué)期是儀器操作實(shí)驗(yàn)，即儀器分析實(shí)驗(yàn)課。充分利用大型儀器操作減少各種試劑的用量，如利用原子分光光度計(jì)測(cè)定自來(lái)水中Ca和Mg的含量，利用紅外光譜儀、紫外分光光度計(jì)、熒光分光光度計(jì)、可見(jiàn)分光光度計(jì)等根據(jù)光吸收定律，進(jìn)行定性和定量分析，如鑒定塑料包裝袋的成分、食品中防腐劑的用量、蔬菜水果中農(nóng)藥的殘留、各種谷物中蛋白質(zhì)含量的測(cè)定，以及保健品、藥物、茶飲中主要成分的分析等，通過(guò)改革，既節(jié)約了試劑，又減少了試劑對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)又掌握了分析技術(shù)的儀器化和微型化操作。通過(guò)這些改革措施，讓學(xué)生不僅掌握了各種實(shí)驗(yàn)技能，在思想上又加深了環(huán)保意識(shí)，增強(qiáng)了綠色化學(xué)發(fā)展理念，課程思政效果得到了體現(xiàn)。

4 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式，加強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為獨(dú)立的一門學(xué)科，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理中也作了很大的改革，將實(shí)驗(yàn)成績(jī)分為兩大部分，在兩個(gè)學(xué)期內(nèi)完成。在嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱教學(xué)的同時(shí)，對(duì)學(xué)生掌握的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行考察檢驗(yàn)，第一學(xué)期設(shè)置總學(xué)時(shí)40學(xué)時(shí)，保證了每周授課和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)一次，讓學(xué)生充分將理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合；第二學(xué)期設(shè)置總學(xué)時(shí)24學(xué)時(shí)，保證了學(xué)生能學(xué)到用到實(shí)驗(yàn)中所常見(jiàn)的儀器和設(shè)備，為以后的科研和工作奠定了基礎(chǔ)。兩個(gè)學(xué)期的平時(shí)成績(jī)綜合才是這門學(xué)科的總成績(jī)，為了確保學(xué)生對(duì)每一次實(shí)驗(yàn)的重視，每一次實(shí)驗(yàn)課又做了成績(jī)的細(xì)分，分環(huán)節(jié)打分的模式，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的每一個(gè)步驟都能夠在學(xué)生的成績(jī)中有所體現(xiàn)。其中實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)占10%，實(shí)驗(yàn)操作占30%，實(shí)驗(yàn)記錄占30%，結(jié)論與思考占30%等，實(shí)驗(yàn)成績(jī)以百分制計(jì)算，每個(gè)操作的特定項(xiàng)都有具體的量化標(biāo)準(zhǔn)，這種考核方式可以較好地反映學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的具體掌握情況，便于指導(dǎo)教師客觀評(píng)判學(xué)生成績(jī)。經(jīng)過(guò)多年的不斷完善和改進(jìn)，逐步形成了一套較為科學(xué)、公正的實(shí)驗(yàn)課程考核機(jī)制，使學(xué)生既重視平時(shí)的積累，又提高了實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)效果?？己酥笜?biāo)的量化，促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的積極性。

總之，我們只有在實(shí)踐中不斷摸索和總結(jié)，在重視理論教學(xué)的同時(shí)，必須加強(qiáng)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，不斷提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力，培養(yǎng)出高水平的實(shí)驗(yàn)人才。