無機化學實驗教學改革的探索與實踐

劉冬蓮，劉 爽，張 寧，王 偉

（唐山師范學院 化學系，河北 唐山 063000）

化學是一門實驗科學，無機化學實驗又是化學系學生學習的第一門專業實驗課程。它既對學生學習的無機化學理論知識進行驗證，又在理論的指導下進行實踐，開拓發展。它具有兩個顯著的特點：一是前置性，它是化學專業的第一門實驗課；二是基礎性，無機實驗的基本操作和實驗方法是各后續課程的基礎。此外，考慮到師院學生將來成為中學教師的特點，無機化學實驗顯得更為重要。

1 目前無機化學實驗課程存在的不完善之處

實驗教學以二級學科劃分。無機實驗課本來是化學專業的一門必修課，有其自身的特點和規律，具有理論教學不可替代的作用。但多年來實驗教學計劃是根據理論課來設置的，其內容也完全成為理論課的附屬內容。由于實驗課的從屬地位，在教學要求上低于理論課，使學生普遍存在重理論、輕實踐的現象。目前的無機化學實驗課程存在著一些不完善之處，主要體現在以下方面：

（1）實驗教學模式單一。“先講后做”是實驗教學中傳統又典型的教學模式，絕大部分實驗是“照方抓藥”式的，學生過于依賴課本，脫離書本便無所適從，遇到實際問題則茫然不知所措。這種單一的教學模式，“手把手教”的實驗方式和方法，最多只能達到驗證實驗的目的，不利于學生科學實驗能力的培養，更談不上創新意識和綜合能力的培養。

（2）實驗內容知識體系比例不合理。以往的無機化學實驗課中各類實驗所占比例如表1所示。其中元素化學實驗和部分原理實驗屬于驗證性實驗，約占無機實驗內容總學時的43%。該類型實驗占用了大量的學時，操作簡單，而學生的實驗基本操作技能和綜合思維的訓練卻不足。

表1 無機化學實驗課的實驗比例

（3）實驗教學內容重復。如“酸堿滴定”在無機、分析實驗中重復安排；生成熱的測定在無機和物化實驗中重復。

眾所周知，近幾年我國高等教育的改革與發展取得了令人矚目的成就，但是連續擴大招生數量的同時，也帶來了生源層次不齊、質量下降等問題，對培養高質量人才提出了挑戰。多年來實驗教學計劃是根據理論課來設置的，其內容也完全成為理論課的附屬內容。由于實驗課的從屬地位，在教學要求上低于理論課，使學生普遍存在重理論、輕實踐的現象。另外，無機化學實驗教材上詳細規定了實驗目的、內容、所需儀器藥品和實驗步驟方法等內容，實驗時學生根本不用思考，習慣于“照方抓藥”。這在很大程度上抑制了學生創造力的發揮和養成，不利于學生創新能力的培養。

2 無機化學實驗教學改革舉措

2.1 改革教學內容，以化學實驗基本操作和技能為主線培養和訓練學生

由于中學實驗條件的限制，大多數中學生是“聽”或“看”實驗，沒有親自動手進行實驗操作的經驗，更談不上實驗技能了。進入大學后，無機化學實驗是開設的第一門實驗課，學生進入實驗室做實驗，常感到手忙腳亂。因此無機化學實驗課還要為中學化學補課。在實際教學時，我們按照教學大綱的要求并根據學生的具體情況對教學內容作了適當整合，如增加“儀器的認領、洗滌和干燥”及看實驗教學錄像的實驗內容，因為許多儀器，如吸濾瓶、布氏漏斗和移液管儀器以及其它化學儀器的洗滌和干燥方法，學生中學里都沒有學過或學得不牢，在大學里需要重新認識并在后面的實驗中使用。

針對以往無機化學實驗課程中驗證性實驗所占比例過大的情況，我們對實驗教學內容進行了增減處理，減少了常數測定和元素性質實驗的比例，增加了實驗基本技能操作課時，加強訓練，使學生規范、熟練地掌握有關基本技能，并在此基礎上適當加大訓練難度，增設了一些綜合性設計性實驗，如陰陽離子混合溶液的檢驗及植物中某些元素的鑒定實驗（比例增加到了30%）。強化了基本操作訓練，突出了無機化學實驗的基礎作用。從適應學科發展的角度出發，我們同時增加了無機物的提取與制備和設計實驗的比例，我們要求學生從實驗原理、實驗技能、儀器選擇、產品制備以及檢驗都作較詳細的預先準備工作，并且對每一個學生自始至終進行成績考核評定。這一部分的重點是培養訓練學生的綜合能力，運用理論知識指導實驗的能力。實踐證明，每次制備學生都能完成，為了得到所需的合格產品，有的學生甚至重作達三次之多。學生認為，雖然花費的時間較多，但收獲很大，真正體會到大學實驗課與中學的不同，對實驗課的態度也由過去的被動式而轉為自主式。

另外，進行教學時考慮到與理論課的連結問題，安排實驗時，盡可能理論教學同步，讓學生能夠學以致用，使理論教學實驗教學相互促進。

2.2 改革教學形式和方法

2.2.1 增加實驗預習檢查評分

實驗前是否認真預習，是實驗能否獲得良好效果的關鍵。實踐證明，只有預習充分，對實驗的目的要求明確，對實驗原理、操作步驟及注意事項有全面的了解，學生實驗時才能順利地做好實驗。為了使學生養成課前先預習的習慣，減少實驗過程中的盲目性，我們在教學中采取了兩項措施：一是要求學生每次實驗前要寫預習報告，課前檢查，對不預習的學生，不讓其進實驗室，預習好了再做實驗；二是在教學過程中，根據實驗內容，有針對性地提出一些問題，對學生預習情況進行考評，記錄平時成績，有效減少學生課堂“照方抓藥”的情況。

2.2.2 精講多練，加強課間的巡視指導

每次實驗，教師僅作適當的講解，對實驗原理、儀器使用和實驗裝置等作扼要講解或提問學生，著重講述實驗的成敗關鍵和注意事項，每次講課一般不超過30分鐘，讓學生有更多練習時間，從而加強學生實際操作技能的訓練。同時，在涉及實驗安全和關鍵處，教師作必要的示范，培養學生的觀察能力，降低學生的畏懼心理，提高學生對實驗成功的信心。

實驗基本操作規范化是實驗成功和實驗安全的保障，是順利完成師范學業和日后從事化學教學工作的可靠基礎。老師在簡要地講解了實驗內容并作必要的示范后，還要在實驗的過程中對學生進行隨機的指導，并且這種指導要有計劃性和針對性。若發現操作中有共性的錯誤并影響到實驗結果時，教師要及時通知學生暫停操作，指出錯誤的地方并向學生正確示范，確保實驗任務的順利完成，以培養學生嚴謹認真的工作態度。對有危險性或有毒的實驗，教師更要監督，以免出現安全事故。

積極探索元素化學實驗教學改革。目前所用實驗教材寫得過細，且實驗課教師講得過多，給學生“照方抓藥”提供了極大的方便，加上教師希望學生一次做好實驗，“只許”成功“不許”失敗，學生實驗時只能忙于應付，滿足于看到現象寫出反應式，而對于實驗本身的問題（如藥品用量、濃度、反應條件、異常現象）則沒有認真考慮。為了有好的預習及實驗效果，培養學生以科研性、探索性態度對待元素化學實驗，我們從2007-2008學年第二學期開始元素性質實驗不再允許學生帶實驗課本進實驗室，改變“先講后做”的教學模式，加強預習環節，由學生先在規定時間內完成實驗，然后教師提問總結。在完成當天的實驗課內容后，支持和鼓勵學生按照自己的想法和問題進行有關實驗，不論學生提出的問題正確與否，只要條件允許，教師就支持學生通過實驗來驗證自己的想法。

2.2.3 加強綠色化學教學，推廣微型化學實驗

綠色化學是近年來才被人們認識和開展研究的一門新興學科，是針對傳統化學化工的資源利用率低、環境污染嚴重提出的[1]，用綠色化學的新理念對化學實驗進行改革，正逐漸成為化學工作者的共識[2,3]。綠色化學實驗教學主張使用綠色化學技術對生態環境破壞最少、經濟效益和社會效益有機統一、盡量減少教學活動對教學資源的浪費，將教學對環境的污染降到最低。無機化學實驗尤其是元素化學實驗所需試劑藥品種類多，廢液多，將綠色化學理念融入其中，實現無機化學實驗綠色化，不僅能節約大量實驗試劑藥品，降低實驗成本，而且使學生一開始就在潛移默化中受到綠色化學的教育，這對培養學生科學的環境觀、資源觀，提高他們的環保緊迫感和責任感，樹立綠色化學的意識都有相當重要的意義。

比如，無機化學實驗中沉淀溶解平衡實驗中沉淀組分的形態變化使沉淀溶解實驗，沉淀離子及沉淀劑大部分使用的是Pb(NO3)2和K2CrO4。采用這些沉淀離子及沉淀劑雖然現象比較明顯，但是，Pb、Cr是有毒重金屬，實驗廢棄物排放到水中，會對水資源造成嚴重污染。所以將其刪除只保留CuSO4與 S2-的實驗，同樣達到了實驗目的，而且減少了有毒物質的使用和排放，實現了無機化學實驗的綠色化。

回收利用實驗產物是實現無級化學實驗綠色化的一個途徑，如硫酸亞鐵銨的制備，實驗產物是硫酸亞鐵銨，如果將它廢棄，不僅污染環境，而且是一種浪費。實際教學中，先開設了硫酸亞鐵銨的制備，并將實驗產物回收保存，然后用作三草酸合鐵酸鉀的合成原料，這樣的結果是不僅節約了實驗藥品，而且減少了實驗廢棄物的排放量，實現了無機化學實驗的綠色化。

“盡可能小劑量實驗”[4]是指實驗者為達到一定的實驗目的，在可能的實驗條件下采用盡可能少的化學試劑進行的實驗。如試管實驗用盡可能少的試劑來進行實驗（一般3~5滴液體試劑），在化學反應速率和活化能的測定實驗中，我們將試劑用量改為常規的1/10、1/4、1/2。為便于比較，同時安排部分學生仍按原來常規量方法進行實驗，實驗結果與常規實驗結果相符，用較少的實驗經費完成了實驗教學，達到了實驗目的。

2.2.4 增加實驗結果的檢查和儀器整理

我們規定，學生做完實驗，要實事求是地記錄現象和有關數據。同時，有關實驗記錄交教師簽字后，方可離開實驗室。若發現數據不合要求，或有異常現象時，及時引導學生進行誤差分析。實驗課結束后，要求學生首先整理好自己的儀器和實驗臺，再把公用的實驗用品整理歸位。長期要求不僅使學生養成良好的實驗習慣，而且也學會實驗室的一般管理和儀器、藥品分類保管和存放等知識。

2.2.5 開放實驗室，開展課外探究性實驗，加強綜合設計能力

開放化學實驗室也是當代高校實驗的一個趨向。化學實驗室的開放性要求實驗盡量拓寬教學空間、尋找多種信息來源和開展創作性的科技活動。開放化學實驗室的主要目標，不但更加注重學生學習的主動性、生動性和活潑性，挖掘學生的潛能，同時培養學生學習化學的積極態度，培養學生學習能力、探索能力、創新能力和合作能力，全面提高學生的素質。

在目前的管理和教學體制下完全開放實驗室還不可能，但是部分開放實驗室則不僅必要而且是可以做到的。如讓學生補做失敗的實驗，學生自己設計實驗驗證學過的一些化學現象，甚至為自己的小論文做幾個實驗，等等。我們從2007- 2008學年第二學期開放了實驗室，讓學生自己設計實驗方案并有指導教師審核后進入實驗室進行試驗，實驗完成后提交小論文，如含銀廢液中銀的回收，固體酒精的制備、海帶中碘的鑒定及提取等實驗。開放實驗室能夠為學生自覺學習提供更廣闊的天地，提高學生分析問題、解決問題的能力。

2.3 嚴格成績考核

實驗是一門實踐性很強的學科，它要求學生既掌握一定的基本操作技能，又要有一定的觀察、分析、解決問題的能力和勤于思考的習慣，所有這些決定了無機化學實驗有其獨特的靈活的考試方法。為了全面、客觀、公正地反映學生的學習情況，實驗成績由平時成績、實驗考試成績和實驗操作考試成績組成，總成績（以100分計）中平時成績占50%，實驗考試占25%，實驗操作考試占25%。平時實驗成績主要由預習報告、出勤率、實驗態度、實驗操作規范、實驗成功率以及實驗報告的優劣等內容組成。實驗操作考核主要是檢查學生動手操作能力以及分析實驗現象解決實際問題等，由教師設計幾套多種形式的實驗試題，讓學生在規定時間內獨立完成操作，并當場交出實驗報告。最后根據操作是否規范、實驗結果是否正確兩個方面綜合評分。

通過幾個學期的教學改革與實踐探索，學生對該實驗課的學習積極性顯著提高，學生由被動接受實驗任務向積極參與實驗，認真分析設計實驗，獨立完成自己選定的實驗轉變，責任感也顯著增強，學生的實驗素養明顯提高。