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基礎(chǔ)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新策略研究的論文
引言：實(shí)驗(yàn)教學(xué)在現(xiàn)代化高等學(xué)校教育體系中有著重要的地位和作用，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要載體，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的有效途徑。我校作為廣東省的重點(diǎn)工科院校，肩負(fù)著為泛珠江三角地區(qū)輸送各類高級技術(shù)人才的重任。結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要和我�！芭c廣東崛起共成長為廣東發(fā)展做貢獻(xiàn)”的辦學(xué)目標(biāo)，各專業(yè)的培養(yǎng)方向都在新的形勢下不斷調(diào)整。無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)則是以上各專業(yè)學(xué)生最先接觸的第一門化學(xué)實(shí)驗(yàn)，它在整個(gè)大學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)期間起著承上啟下的作用。其實(shí)驗(yàn)方法和基本操作技能的培訓(xùn)為后續(xù)其他實(shí)驗(yàn)課奠定基礎(chǔ)，并對學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程及研究論文工作起到舉足輕重的作用。
近年來，隨著每年招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，每年無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室要承擔(dān)各個(gè)專業(yè)近千人的繁重教學(xué)任務(wù)。如何能充分利用現(xiàn)有的資源，在有限的教學(xué)時(shí)間里順利完成教學(xué)任務(wù)，同時(shí)保證教學(xué)質(zhì)量。承擔(dān)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的相關(guān)教師經(jīng)過多年的不斷努力和實(shí)踐，多方位、多角度探索新的教學(xué)策略。針對工科專業(yè)的學(xué)生，以技術(shù)要素為主線，重組了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，編寫了《微型無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材; 通過科學(xué)安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段和開放實(shí)驗(yàn)室，全方位提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平，達(dá)到提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目的。
1 整合教學(xué)資源，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件和設(shè)施
為了應(yīng)對和解決擴(kuò)招后面臨教學(xué)資源不足的狀況，國內(nèi)眾多的高校都采取了一些積極措施。我校輕工化工學(xué)院的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室從2004 年以來針對這種情況進(jìn)行了全面改革，從全院整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)和教學(xué)資源的充分利用出發(fā)，對各個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了合理分布。特別是抓住本科教學(xué)水平評估的契機(jī)，將無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)分室、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)分室、基礎(chǔ)分析實(shí)驗(yàn)分室、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)分室等共同使用的基礎(chǔ)儀器，例如電子天平、分光光度計(jì)、酸度計(jì)、電導(dǎo)率儀等整合后，設(shè)立了天平室、分光光度計(jì)室、酸度計(jì)室等專門的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)分室。每個(gè)分室可以容納50 多名學(xué)生同時(shí)實(shí)驗(yàn)。通過科學(xué)合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，基本能實(shí)現(xiàn)每位學(xué)生都能動(dòng)手獨(dú)立操作，解決了實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備數(shù)量少的問題。
幾年的實(shí)踐表明，基本教學(xué)儀器設(shè)備統(tǒng)一管理，教學(xué)資源的利用率大大提高。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)制定了各項(xiàng)規(guī)章制度，例如實(shí)驗(yàn)室守則、實(shí)驗(yàn)室安全制度、儀器設(shè)備使用與管理辦法、藥品放置與使用規(guī)定等。制定了教學(xué)輔助人員職責(zé)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師崗位職責(zé)、學(xué)生的實(shí)驗(yàn)守則等等。做到每個(gè)實(shí)驗(yàn)室有開放記錄本，每臺儀器有使用登記本，每位實(shí)驗(yàn)管理人員有實(shí)驗(yàn)工作日志記錄。各項(xiàng)工作有章可循，真正做到實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的有效科學(xué)管理，為實(shí)驗(yàn)改革有條不紊地進(jìn)行提供保障，為人才培養(yǎng)奠定了良好的硬件設(shè)施和條件。
2 編寫新教材、形成微型化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
多年來，無機(jī)化學(xué)教研室的教師長期探索無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化，編寫出版了《微型無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材，逐步建立起了獨(dú)具特色而教學(xué)應(yīng)用效果顯著的微型無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。至今的教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐充分表明，該微型無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系在減少實(shí)驗(yàn)試劑消耗、降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用、減輕實(shí)驗(yàn)污染、提高實(shí)驗(yàn)安排的靈活性和實(shí)驗(yàn)室的利用率以及強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力和培養(yǎng)認(rèn)真細(xì)致科學(xué)作風(fēng)等方面均具有非常顯著的效果。
( 1) 確定試劑的可能最小用量。
從節(jié)省試劑、減少廢物和污染考慮，試劑用量愈少愈好。但實(shí)際上從實(shí)驗(yàn)中可以看到，無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)試劑用量所能減少的程度是有限的，大多數(shù)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的試劑用量可減少到常規(guī)量的1 /5 ～1 /10，仍可使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有合理的精確性。實(shí)驗(yàn)微型化最顯著的效果是大大降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，特別是應(yīng)對擴(kuò)招后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這種效果非常顯著。
( 2) 顯著減輕實(shí)驗(yàn)污染。
微型實(shí)驗(yàn)的試劑用量減少，產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)廢物相應(yīng)減少，環(huán)境污染減輕。實(shí)踐表明，在有適當(dāng)?shù)耐L(fēng)條件下，原來在常規(guī)實(shí)驗(yàn)中有毒有害氣體H2S、C12以及NO2等空氣污染問題，在微型實(shí)驗(yàn)中排放很少�？梢哉f通過微型化改進(jìn)，無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室基本實(shí)現(xiàn)了“無味化”。
( 3) 有利于強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和認(rèn)真細(xì)致的科學(xué)作風(fēng)。
由于微型實(shí)驗(yàn)儀器規(guī)格小，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)務(wù)必更加小心、認(rèn)真細(xì)致操作。例如在Cu2 + 和氨水反應(yīng)生成配離子的實(shí)驗(yàn)，常規(guī)實(shí)驗(yàn)一般取0. 5mL 0. 1 mol /L CuSO4溶液于試管中，需要加入0. 5 ～ 1. 0 mL 2. 0 mol /L氨水溶液，才能觀察沉淀的生成和溶解。在微型實(shí)驗(yàn)中，CuSO4溶液的用量為2 滴，加入2 滴氨水時(shí)可觀察到淺藍(lán)色沉淀生成，再加2 滴氨水沉淀溶解。這就是說，與常規(guī)實(shí)驗(yàn)相比，微型實(shí)驗(yàn)要求更精確控制試劑加量才能觀察到正確的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在粗鹽的提純、硫酸亞鐵銨的制備等無機(jī)合成實(shí)驗(yàn)中，由于沾附過多、蒸發(fā)不足或過分等原因可能導(dǎo)致產(chǎn)率偏低或雜質(zhì)含量偏高，因此，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中比常規(guī)實(shí)驗(yàn)更加用心、更加仔細(xì)，微型實(shí)驗(yàn)明顯有利于強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和認(rèn)真細(xì)致的科學(xué)作風(fēng)。
( 4) 大大減輕實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作量。
無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)主要特點(diǎn)是試劑品種多，有的實(shí)驗(yàn)需用試劑多達(dá)60 多種，全部實(shí)驗(yàn)需用試劑超過100 多種，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作量非常大。在常規(guī)實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)試劑需用125mL 試劑瓶盛裝，平時(shí)存放于試劑柜中，每一實(shí)驗(yàn)前將所用試劑搬出擺放到試劑架上，實(shí)驗(yàn)后須及時(shí)將其搬回試劑柜中以便安排下一個(gè)實(shí)驗(yàn)。微型實(shí)驗(yàn)試劑用量大大減少，所用試劑可以用30 mL 或更小的試劑瓶盛裝，通過配用一種兩人共用的階梯式試劑架，無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)用到的主要試劑可一次性上架，大大減輕了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作量。根據(jù)我們的實(shí)踐，原來采用常規(guī)實(shí)驗(yàn)體系時(shí)， 10 個(gè)班的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)需2 位實(shí)驗(yàn)員才能完成任務(wù)，而現(xiàn)在采用微型實(shí)驗(yàn)體系，40 個(gè)班的實(shí)驗(yàn)只需一位實(shí)驗(yàn)員即能完成任務(wù)。
( 5) 明顯提高了實(shí)驗(yàn)安排的靈活性。
進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于試劑必須在實(shí)驗(yàn)前搬出，實(shí)驗(yàn)后搬回，因此每一個(gè)實(shí)驗(yàn)必須統(tǒng)一集中安排，這就限制了實(shí)驗(yàn)安排的靈活性和實(shí)驗(yàn)室的利用，并且導(dǎo)致實(shí)際上無法安排補(bǔ)做或插做實(shí)驗(yàn)。采用微型實(shí)驗(yàn)，試劑一次性上架，學(xué)生可隨時(shí)到實(shí)驗(yàn)室做不同內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)，大大提高了實(shí)驗(yàn)安排的靈活性和實(shí)驗(yàn)室的利用率，有效地解決了補(bǔ)、插做實(shí)驗(yàn)的問題，并為實(shí)行開放式實(shí)驗(yàn)、深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革創(chuàng)造了條件。
3 加強(qiáng)鞏固基本技能訓(xùn)練
無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)的第一門獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課，很多學(xué)生是初次接觸這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器，為了減少學(xué)生操作失誤引起設(shè)備故障或損壞，實(shí)驗(yàn)前指導(dǎo)教師都需要講解清楚儀器設(shè)備的工作原理，并進(jìn)行示范操作，然后學(xué)生才能開始動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。這樣一來實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師要重復(fù)講解、示范多次，花費(fèi)時(shí)間多，教學(xué)效率低，而且由于人數(shù)較多，仍有部分學(xué)生抱怨看不到、聽不清老師的講解，指導(dǎo)教師工作量大，教學(xué)效率低。
對于基本技能訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)，我們采取了講、做、演示多種教學(xué)手段相結(jié)合的教學(xué)方法�；静僮鲗�(shí)驗(yàn)的內(nèi)容的確很“基礎(chǔ)”，因?yàn)檫@一層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容就是對學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)格的化學(xué)基本操作訓(xùn)練，如果實(shí)驗(yàn)操作不“基礎(chǔ)”，基礎(chǔ)訓(xùn)練不扎實(shí)，這就違背了我們實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的初衷。為了讓學(xué)生正確掌握最基本的化學(xué)基本操作，達(dá)到操作規(guī)范，我們配備了無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作的錄像資料。
學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)前必須先預(yù)習(xí)相關(guān)知識，然后組織學(xué)生集中觀看錄像資料，放映期間，教師一邊實(shí)際操作，一邊講解操作要點(diǎn)。在粗鹽的提純、硫酸亞鐵銨的制備等無機(jī)合成實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中，首先將學(xué)生分為若干學(xué)習(xí)小組，每組不超過5 人，由一位同學(xué)負(fù)責(zé)，組內(nèi)學(xué)生在前面觀看錄像資料的基礎(chǔ)上，自己動(dòng)手練習(xí)基本的操作，大家互相監(jiān)督、互相評價(jià)，規(guī)范基本的操作，加強(qiáng)基本操作訓(xùn)練。在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師隨時(shí)抽查學(xué)生的掌握情況，遇到個(gè)別動(dòng)手能力差的學(xué)生，進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)，在實(shí)驗(yàn)過程中不斷講解、演示、操作、糾正、總結(jié)、再操作等環(huán)節(jié)逐步提高實(shí)驗(yàn)技能。
在基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練結(jié)束后，為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，我院從2007 年開始承辦每年一屆的本科生基礎(chǔ)化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)技能大賽，從當(dāng)初的校內(nèi)競賽擴(kuò)展到現(xiàn)在的大學(xué)城際的大型基礎(chǔ)化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)技能大賽，實(shí)踐結(jié)果表明，這種多種手段相結(jié)合、分組學(xué)習(xí)、分組強(qiáng)化基本操作的模式，使學(xué)生整體的基本實(shí)驗(yàn)技能得到普遍提高。
4 充分發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主觀能動(dòng)性
實(shí)驗(yàn)課程改革的目標(biāo)是注重創(chuàng)新精神，加強(qiáng)能力培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)和訓(xùn)練包括實(shí)驗(yàn)室作風(fēng)的培養(yǎng)與訓(xùn)練、動(dòng)手能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練、分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練、創(chuàng)新意識和能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練。
學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，在實(shí)驗(yàn)過程中不是消極、被動(dòng)的參與者，而是應(yīng)該表現(xiàn)出主動(dòng)、積極、創(chuàng)造性�；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象常常會因試劑用量、介質(zhì)酸堿性、加入試劑的先后順序、反應(yīng)溫度等條件的不同而變得非常復(fù)雜，有時(shí)甚至與理論預(yù)測的現(xiàn)象不符合，出現(xiàn)“異常”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。例如Cl -、CrO42 - 混合溶液與AgNO3溶液反應(yīng)，學(xué)生記錄的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有3 種情況: ①生成黃色沉淀; ②生成紅色沉淀; ③生成紅色沉淀和黃色沉淀的混合物。對于大部分剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)來說，往往將實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)放在結(jié)果，而忽略中間過程現(xiàn)象的仔細(xì)觀察。面對這種情況，指導(dǎo)教師組織引導(dǎo)學(xué)生就此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論，讓學(xué)生各抒己見，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力。
學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，要對記錄的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，寫出有結(jié)論、有分析、有體會的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識分析和解決問題的能力。這樣也可杜絕當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的學(xué)生實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)只是照抄實(shí)驗(yàn)講義，實(shí)驗(yàn)中完全依靠實(shí)驗(yàn)老師示范和指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告只簡單羅列實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使學(xué)生能真正作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體，充分發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主觀能動(dòng)性。
5 結(jié)語
總之，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)工科大學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)改革是一項(xiàng)長期艱苦的工作，應(yīng)常抓不懈，才能保證其長期健康發(fā)展。21 世紀(jì)我國高校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，社會競爭更加激烈，對每一個(gè)大學(xué)生都提出了更高的要求。在高等教育改革不斷深入的今天，如何保證擴(kuò)招形勢下的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量，解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的困難，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，適應(yīng)我國高等教育對人才培養(yǎng)的需要，是我們當(dāng)前在教學(xué)實(shí)踐中探索和努力的方向。
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