关于基础无机化学实验教学的新策略研究

　　引言
　　实验教学在现代化高等学校教育体系中有着重要的地位和作用，实验教学环节是学生创新能力培养的重要载体，是培养学生动手能力的有效途径。我校作为广东省的重点工科院校，肩负着为泛珠江三角地区输送各类高级技术人才的重任。结合地方经济建设的需要和我校与广东崛起共成长为广东发展做贡献的办学目标，各专业的培养方向都在新的形势下不断调整。无机化学实验则是以上各专业学生最先接触的第一门化学实验，它在整个大学化学学习期间起着承上启下的作用。其实验方法和基本操作技能的培训为后续其他实验课奠定基础，并对学生后续专业课程及研究论文工作起到举足轻重的作用。
　　近年来，随着每年招生规模的不断扩大，每年无机化学实验室要承担各个专业近千人的繁重教学任务。如何能充分利用现有的资源，在有限的教学时间里顺利完成教学任务，同时保证教学质量。承担无机化学实验课程的相关教师经过多年的不断努力和实践，多方位、多角度探索新的教学策略。针对工科专业的学生，以技术要素为主线，重组了实验教学体系，编写了《微型无机化学实验》教材; 通过科学安排实验教学内容，同时运用现代化教学手段和开放实验室，全方位提升实验教学质量和水平，达到提高学生综合素质和创新能力培养的目的。
　　1 整合教学资源，改善实验教学条件和设施
　　为了应对和解决扩招后面临教学资源不足的状况，国内众多的高校都采取了一些积极措施。我校轻工化工学院的基础实验室从2004 年以来针对这种情况进行了全面改革，从全院整体实验教学和教学资源的充分利用出发，对各个实验室进行了合理分布。特别是抓住本科教学水平评估的契机，将无机化学实验分室、有机化学实验分室、基础分析实验分室、物理化学实验分室等共同使用的基础仪器，例如电子天平、分光光度计、酸度计、电导率仪等整合后，设立了天平室、分光光度计室、酸度计室等专门的基础实验分室。每个分室可以容纳50 多名学生同时实验。通过科学合理安排实验时间，基本能实现每位学生都能动手独立操作，解决了实验仪器设备数量少的问题。几年的实践表明，基本教学仪器设备统一管理，教学资源的利用率大大提高。在此基础上，根据基础实验的特点制定了各项规章制度，例如实验室守则、实验室安全制度、仪器设备使用与管理办法、药品放置与使用规定等。制定了教学辅助人员职责、实验指导教师岗位职责、学生的实验守则等等。做到每个实验室有开放记录本，每台仪器有使用登记本，每位实验管理人员有实验工作日志记录。各项工作有章可循，真正做到实验室和实验设备的有效科学管理，为实验改革有条不紊地进行提供保障，为人才培养奠定了良好的硬件设施和条件。
　　2 编写新教材、形成微型化实验教学体系
　　多年来，无机化学教研室的教师长期探索无机化学实验的微型化，编写出版了《微型无机化学实验》教材，逐步建立起了独具特色而教学应用效果显著的微型无机化学实验体系。至今的教学应用实践充分表明，该微型无机化学实验体系在减少实验试剂消耗、降低实验费用、减轻实验污染、提高实验安排的灵活性和实验室的利用率以及强化学生动手能力和培养认真细致科学作风等方面均具有非常显著的效果。
　　( 1) 确定试剂的可能最小用量。从节省试剂、减少废物和污染考虑，试剂用量愈少愈好。但实际上从实验中可以看到，无机化学实验试剂用量所能减少的程度是有限的，大多数无机化学实验的试剂用量可减少到常规量的1 /5  1 /10，仍可使实验现象明显、实验结果具有合理的精确性。实验微型化最显著的效果是大大降低实验费用，特别是应对扩招后的实验教学，这种效果非常显著。
　　( 2) 显著减轻实验污染。微型实验的试剂用量减少，产生的实验废物相应减少，环境污染减轻。实践表明，在有适当的通风条件下，原来在常规实验中有毒有害气体H2S、C12以及NO2等空气污染问题，在微型实验中排放很少。可以说通过微型化改进，无机化学实验室基本实现了无味化。
　　( 3) 有利于强化培养学生动手能力和认真细致的科学作风。由于微型实验仪器规格小，学生在进行实验时务必更加小心、认真细致操作。例如在Cu2 + 和氨水反应生成配离子的实验，常规实验一般取0. 5mL 0. 1 mol /L CuSO4溶液于试管中，需要加入0. 5   1. 0 mL 2. 0 mol /L氨水溶液，才能观察沉淀的生成和溶解。在微型实验中，CuSO4溶液的用量为2 滴，加入2 滴氨水时可观察到浅蓝色沉淀生成，再加2 滴氨水沉淀溶解。这就是说，与常规实验相比，微型实验要求更精确控制试剂加量才能观察到正确的实验现象。在粗盐的提纯、硫酸亚铁铵的制备等无机合成实验中，由于沾附过多、蒸发不足或过分等原因可能导致产率偏低或杂质含量偏高，因此，学生在实验过程中比常规实验更加用心、更加仔细，微型实验明显有利于强化培养学生动手能力和认真细致的科学作风。
　　( 4) 大大减轻实验准备工作量。无机化学实验的一个主要特点是试剂品种多，有的实验需用试剂多达60 多种，全部实验需用试剂超过100 多种，实验准备工作量非常大。在常规实验中，大多数试剂需用125mL 试剂瓶盛装，平时存放于试剂柜中，每一实验前将所用试剂搬出摆放到试剂架上，实验后须及时将其搬回试剂柜中以便安排下一个实验。微型实验试剂用量大大减少，所用试剂可以用30 mL 或更小的试剂瓶盛装，通过配用一种两人共用的阶梯式试剂架，无机化学实验用到的主要试剂可一次性上架，大大减轻了实验准备工作量。根据我们的实践，原来采用常规实验体系时， 10 个班的无机化学实验需2 位实验员才能完成任务，而现在采用微型实验体系，40 个班的实验只需一位实验员即能完成任务。
　　( 5) 明显提高了实验安排的灵活性。进行常规实验时，由于试剂必须在实验前搬出，实验后搬回，因此每一个实验必须统一集中安排，这就限制了实验安排的灵活性和实验室的利用，并且导致实际上无法安排补做或插做实验。采用微型实验，试剂一次性上架，学生可随时到实验室做不同内容的实验，大大提高了实验安排的灵活性和实验室的利用率，有效地解决了补、插做实验的问题，并为实行开放式实验、深化实验教学改革创造了条件。
　　3 加强巩固基本技能训练
　　无机化学实验是大学生进入大学学习的第一门独立开设的实验课，很多学生是初次接触这些实验设备和仪器，为了减少学生操作失误引起设备故障或损坏，实验前指导教师都需要讲解清楚仪器设备的工作原理，并进行示范操作，然后学生才能开始动手实验。这样一来实验指导教师要重复讲解、示范多次，花费时间多，教学效率低，而且由于人数较多，仍有部分学生抱怨看不到、听不清老师的讲解，指导教师工作量大，教学效率低。
　　对于基本技能训练实验，我们采取了讲、做、演示多种教学手段相结合的教学方法。基本操作实验的内容的确很基础，因为这一层次的实验教学内容就是对学生进行严格的化学基本操作训练，如果实验操作不基础，基础训练不扎实，这就违背了我们实验教学改革的初衷。为了让学生正确掌握最基本的化学基本操作，达到操作规范，我们配备了无机化学实验基本操作的录像资料。学生动手实验前必须先预习相关知识，然后组织学生集中观看录像资料，放映期间，教师一边实际操作，一边讲解操作要点。在粗盐的提纯、硫酸亚铁铵的制备等无机合成实验课堂教学中，首先将学生分为若干学习小组，每组不超过5 人，由一位同学负责，组内学生在前面观看录像资料的基础上，自己动手练习基本的操作，大家互相监督、互相评价，规范基本的操作，加强基本操作训练。在实验过程中，实验指导老师随时抽查学生的掌握情况，遇到个别动手能力差的学生，进行个别指导，在实验过程中不断讲解、演示、操作、纠正、总结、再操作等环节逐步提高实验技能。在基本实验技能训练结束后，为了提高学生学习的兴趣，我院从2007 年开始承办每年一届的本科生基础化学化工实验技能大赛，从当初的校内竞赛扩展到现在的大学城际的大型基础化学化工实验技能大赛，实践结果表明，这种多种手段相结合、分组学习、分组强化基本操作的模式，使学生整体的基本实验技能得到普遍提高。
　　4 充分发挥学生在实验中的主观能动性
　　实验课程改革的目标是注重创新精神，加强能力培养。实验能力的培养和训练包括实验室作风的培养与训练、动手能力的培养与训练、分析问题和解决问题能力的培养与训练、创新意识和能力的培养与训练。学生作为实验教学的主体，在实验过程中不是消极、被动的参与者，而是应该表现出主动、积极、创造性。化学实验现象常常会因试剂用量、介质酸碱性、加入试剂的先后顺序、反应温度等条件的不同而变得非常复杂，有时甚至与理论预测的现象不符合，出现异常的实验现象。例如Cl -、CrO42 - 混合溶液与AgNO3溶液反应，学生记录的实验现象有3 种情况: ①生成黄色沉淀; ②生成红色沉淀; ③生成红色沉淀和黄色沉淀的混合物。对于大部分刚进实验室的同学来说，往往将实验的重点放在结果，而忽略中间过程现象的仔细观察。面对这种情况，指导教师组织引导学生就此实验进行讨论，让学生各抒己见，充分发挥学生主观能动性，培养学生独立解决问题的能力。学生完成实验后，处理实验结果，要对记录的实验现象进行分析，写出有结论、有分析、有体会的实验报告，培养学生综合运用知识分析和解决问题的能力。这样也可杜绝当前实验教学中存在的学生实验课前预习只是照抄实验讲义，实验中完全依靠实验老师示范和指导，实验报告只简单罗列实验结果，使学生能真正作为实验教学的主体，充分发挥学生在实验中的主观能动性。
　　5 结语
　　总之，实验教学是培养工科大学生动手能力、创新能力和综合素质的一个重要的实践性教学环节，实验改革是一项长期艰苦的工作，应常抓不懈，才能保证其长期健康发展。21 世纪我国高校招生规模不断扩大，社会竞争更加激烈，对每一个大学生都提出了更高的要求。在高等教育改革不断深入的今天，如何保证扩招形势下的实验课教学质量，解决实验教学面临的困难，使实验教学适应时代发展的需要，适应我国高等教育对人才培养的需要，是我们当前在教学实践中探索和努力的方向。