無機及分析化學設計性實驗的探索與實踐

摘要:結合長江大學實驗教學改革實踐， 從無機及分析化學設計性實驗的內涵、特點、內容、教學過程與方法，考核及開設效果等方面，對如何開設無機及分析化學設計性實驗進行了有益的探索。設計性實驗是培養學生動手能力、分析解決問題能力、科研思維和創新精神的重要手段

關鍵詞:無機及分析化學;設計性實驗;教學改革;創新能力

1開設設計性實驗的必要性

在傳統的無機及分析化學實驗教學過程中，學生總是先預習，總結操作要點和注意事項，然后老師課堂講解目的要求、實驗原理、分析實驗過程中可能出現的這樣和那樣的問題，最后由學生動手操作，老師巡回指導。這樣培養的學生雖然基本操作得到了訓練，但缺乏發現問題、分析問題和解決問題的能力，更缺乏開拓創新思維。他們一旦走向工作崗位或繼續深造，很難從容應對。其弊端具體表現在以下三個方面:(1)不利于體現以學生為主體的教學原則。傳統實驗教學模式，教師處于教學中心地位，是知識的傳播者和灌輸者，學生是知識的被動接受者和灌輸對象，不利于學生的學習積極性和主觀能動性的發揮。(2)不利于學生創新能力的培養。創新想法往往產生于學生主動獲取知識、發展能力的過程中。無機及分析化學設計性實驗為學生提供一種主動探尋的環境，提供一種原型啟發，學生在此基礎上進行積極的聯想，進而產生創新想法。傳統實驗教學模式，學生按照規定的步驟按部就班地操作，沒有主動探尋和獨立思考的過程，不利于創新能力的培養。(3)不利于學生實驗技能的提高。傳統教學模式從教學內容到教學方式沒有給學生留出足夠的發展空間。學生簡單地模仿、機械地操作，對教材和教師的依賴性很強，不積極思考，不利于學生個人潛能的發揮。

2設計性實驗的特點

無機及分析化學設計性實驗，是讓學生應用所學知識，根據指導教師提供的實驗題目，自主查閱參考資料，根據已有的實驗儀器和藥品，自主設計實驗方案，自擬實驗操作步驟，自己配制溶液和標定標準溶液，在規定的時間內完成實驗。學生做完實驗后，獨立處理實驗數據，分析實驗結果，最后以小論文的形式寫出完整的實驗報告，從而讓學生經歷一次科學實驗過程的基本訓練。

3設計性實驗的實踐操作

3.1 設計性實驗的開設內容

首先在實驗內容的安排上[1]，普通實驗與設計性實驗的比例為3:1 或4:1為宜。學生經過一定學時的普通實驗訓練后，基本掌握了有關理論基礎知識和實驗操作技能，在此基礎上進行設計實驗。整個設計性實驗的內容應遵從循序漸進，由淺入深，先易后難的原則。我院開設的設計性實驗分為3個層次:(1)基本設計性實驗。如混合堿或混合酸中各組分含量的測定，鮮牛奶酸度及鈣含量的測定，鈷、鎳混合液的離子交換分離及含量分析等。在這些實驗中，學生按自己的興趣，經歷了從失敗到成功的實踐體驗，增強了自信心，體會到了設計性實驗的樂趣，為更高層次的設計性實驗打下了基礎。(2 綜合設計性實驗。與第一層次相比，這是對學生實驗基礎和基本技能進行相對提高的訓練。如高錳酸鉀的制備及純度分析，三氯化六氨合鈷(Ⅲ)的制備及純度分析等。在這些實驗中，學生綜合應用無機合成和分析化學等基礎知識，提高了學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。(3)創新設計性實驗。這類實驗是在前兩個層次實驗的基礎上，為加強學生的創新能力開設的，屬于較高層次的設計性實驗，實驗題目可以從教師的科研課題轉化而來，也可從學生自己發現和感興趣的題目中來，實驗時間也應相對放寬松一些，一般是兩周。如三草酸合鐵(Ⅲ)酸鉀的制備及表征，復合金屬聚硅硫酸鹽的制備與性能研究等實驗。

3.2 實驗方案必須嚴格把關

面對同一個實驗題目，全班學生肯定存在多種不同的實驗方案，這時指導老師必須認真審查，充分肯定那些科學性較強，設計較合理，實驗路線較短，成本較低，原料轉化率高，產品易分離提純的實驗方案，并且定時給予指導，及時反饋這些同學的實驗經驗或教訓。而對于那些實驗方案一般，設計的科學性不強，甚至存在一些缺陷的方案，指導老師必須及時與學生溝通，幫助他們查閱有關知識資料，重新設計實驗方案，引導學生充分發揮自己的知識潛能，注重培養學生的創造能力。

3.3 教師的角色定位

在普通的無機及分析化學實驗中，教師處于絕對主導地位。學生在教師的指導下按部就班進行實驗，學生沒有發揮的余地，師生之間的交流主要是圍繞實驗操作正確與否、實驗現象是否明顯等問題。教師處于中心地位，是指導者的角色。而設計性實驗從內容、形式和要求等方面都不同于基礎實驗，不僅僅對學生要求高，對教師的要求更高。教師在實驗中的角色由傳統教學中的指導者轉變為助手、監督者和指導者。助手是指教師在整個實驗過程中，學生處于中心地位，教師要全心全意為學生服務，給學生提供各種設計和實驗的條件，如文獻查閱、儀器藥品的準備等，隨時與學生進行討論等。監督者是指學生在設計性實驗的整個進行過程中，從實驗原理-查閱資料-方案設計-儀器藥品的準備-溶液配制-標準溶液的標定-樣品的合成-樣品成分分析-樣品的表征-數據處理-結果分析-實驗報告的書寫等過程，老師都必須進行嚴格的督促，否則，相當一部分學生會流于形式，敷衍了事，達不到預期的目標。指導者則是指在學生整個實驗過程中，教師在學生進行不順利，特別是在原理和方案設計階段，能夠給予必要的指導。

3.4 開放實驗室

學生在獨立完成設計性實驗期間， 實驗室對學生完全開放，由學生自行安排實驗時間，獨立完成實驗設計的實施，指導教師和實驗員配合學生， 巡回指導， 解答問題。根據實驗進程，隨時發現或提出針對性問題，啟發學生認真觀察、記錄并分析實驗現象，提高學生善于思考、發現問題、解決問題的科研能力和創新精神。

3.5 實驗報告的改革

實驗報告是教師了解學生掌握實驗的狀況和進行成績評定的重要依據。實驗報告的寫作是提高大學生寫作能力、科研能力的一個重要手段。但傳統的實驗報告，一般都有固定的格式。 多數學生書寫實驗報告流于形式，依據實驗教材照抄， 不能取得應有的效果。我院對設計性實驗的實驗報告改革進行了多年[2]，實驗報告完全按論文格式書寫。教師對論文式實驗報告作必要的說明，包括前言、原理、方案設計、儀器和藥品(材料)、實驗操作步驟、數據記錄與處理、結果討論以及必要的參考文獻。學生按要求書寫論文式實驗報告，提高了學生的科研能力和論文寫作水平。

3.6 設計性實驗的考核方法

對設計性實驗的考核，教師必須全面考察、綜合分析、客觀地評價一個學生的實驗水平。可從實驗方案的科學性、實驗操作過程與結果的正確性及實驗報告的寫作水平等三個方面入手。

4設計性實驗的開設效果

在設計性實驗完成過程中，學生通過查閱文獻、設計實驗方案、選擇實驗儀器和試劑、獨立完成實驗操作、分析實驗數據和結果、提交論文報告等教學環節，自己發現問題、研究問題、解決問題，提高了實驗操作技能，進一步鞏固了專業所需的基礎理論、基本知識和實驗技能，充分發揮了主動性、積極性和創造性，培養了創新意識和科研精神。同時設計性實驗也豐富和完善了實驗教學體系，提高了教師的教學水平。

參考文獻

[1] 龔銀香.無極及分析化學實驗[M].武漢:武漢大學出版社，2009

[2] 李克華. 基礎化學設計性實驗報告改革探討[J].長江大學學報(自然科學版)，2009，6(4):359～360