加強大學基礎化學實驗之間聯系的嘗試

雷杰 高翔 馬林 張晉芬 莊繼華

(復旦大學化學系 上海 200433)

大學化學實驗可以簡單分為低年級開設的基礎化學實驗和高年級開設的綜合化學實驗兩個層次[1-3]。近年來，國內對綜合化學實驗的認識日趨深刻和完善[2-3]，促使學生綜合運用之前所學知識是綜合化學實驗的教學目的之一。如果學生在進入綜合化學實驗學習之前，已能將大學基礎化學實驗內容融會貫通、綜合運用，則在進行綜合化學實驗時將會事半功倍。“化學是一個整體，各二級學科應當互相聯系、彼此促進”的思想，已經成為我國化學界的共識[1]。但是，目前對低年級的基礎化學實驗課程之間相互聯系和促進的討論較少，還沒有引起足夠的重視。由于學習層面的局限，學生的視野不夠開闊，這就需要教師在實驗指導過程中不斷引導學生。下面以儀器分析實驗為例，介紹我們在這方面所作的一些嘗試。

1 在儀器分析實驗教學實踐中發現的問題

任何課程都有其自身特點和在課程體系中的定位[4]，只有認真總結和把握，才能更好地建設課程，并實現該課程與整個課程體系的融合。

在大學化學實驗課程體系中，儀器分析實驗起著承上啟下的作用，學生修完儀器分析實驗課程后緊接著開始綜合化學實驗的學習。因此，在儀器分析實驗課上對學生之前所做的基礎化學實驗進行一次梳理，引導他們將之前分類學習的基本知識和基本技能加以融合是很有必要的。可以實現學生在更高層次上對知識的總體把握和靈活應用，為后續實驗課程的學習做好鋪墊。此外，儀器分析實驗面向對四大基礎化學理論課已有較好掌握(已修讀完成，或者正在修讀)的高年級學生以大循環方式(師生比高)開設，是檢驗學生整體學習效果的良機。

我們在儀器分析實驗教學中針對一些知識點設計了一些思考題，在實驗前進行書面小測驗或者口頭交流，期望能檢驗學生的預習效果及對基礎化學知識的掌握情況，同時引導學生注意增強實驗課程之間的聯系。在此過程中，發現了一些亟待解決的問題。比如，對于電化學中的三電極系統，我們設置的問題之一為：對于一個電化學體系，只需通過正極和負極兩個電極即可測定電壓、電流等電化學參數，為何還要引入第3個電極？很多學生的回答經常是似懂非懂。對于這個問題，學生在分析化學和物理化學的理論課上都已學過，同時在儀器分析和物理化學實驗中也會不止一次碰到，但是學生很少能主動將這么多次的認知過程聯系起來，這就需要教師的適時點撥。在教學過程中發現的類似問題還有很多。這些問題反映出：在目前的教學過程中，大學基礎化學實驗之間的聯系有待進一步加強。

2 加強大學基礎化學實驗間聯系的措施2.1 通過課程體系設置加強大學基礎化學實驗之間的聯系

關于大學化學實驗課程體系的設置，各個學校的做法有所不同，但是均考慮到了課程之間的聯系和學生的認知過程。復旦大學化學系提出了“以實驗技術要素為主線”的改革方案，對原有的按無機化學、分析化學、有機化學、物理化學劃分的基礎實驗進行了組合調整[5-7]。

普通化學實驗課程整合了我校原在大一開設的無機化學實驗、分析化學實驗等課程內容，保留了一些基本技術單元以及無機制備、性質實驗、物理化學參數測定、pH計使用等最基本的實驗內容，同時還增加了一些簡單的有機合成實驗以及分光光度法、氣相色譜法等儀器分析實驗，力求做到反映化學學科最基本的特征[8]。

無機化學與化學分析實驗課程整合了原有的普通化學實驗、無機化學實驗和定量分析實驗等課程的主要內容，包含了無機制備實驗、定量化學分析實驗、化學基本原理的驗證以及某些物理量的測定實驗、元素及化合物的性質實驗、常見離子分離與鑒定實驗以及與此相關的綜合性和設計性實驗等，特別充實了一些產品制備與測定的系列實驗，將無機制備與定量分析、定性鑒定有機結合起來[9]。

合成化學實驗以原來的有機化學實驗為主體，并加入了部分無機合成實驗和少量結構表征實驗[10]。

儀器分析與物理化學實驗是由原來的儀器分析實驗和物理化學實驗組合而成[11-12]。

經過以上調整，大學基礎化學實驗之間的聯系得到增強。以上思想已經體現在相關教材和教學論文中，在此不再贅述。對于一門課程或者某個實驗的教學工作者而言，所需做的事情就是在具體實驗教學實踐中，進一步加強大學基礎化學實驗之間的聯系。

2.2 通過教學實踐加強大學基礎化學實驗之間的聯系

任何教學改革，最終都要通過教學實踐環節來實現。在儀器分析實驗教學中，我們采取了課程內縱向聯系和課程間橫向聯系相結合的實踐模式，來加強大學基礎化學實驗之間的聯系，使學生不僅得到實驗技術方面的訓練，同時進一步培養學生的實驗設計思想等，最終提高學生的綜合能力。

對于課程內縱向聯系，我們已經探討了增強儀器分析實驗課程中各個實驗項目之間聯系的一種方式[13]。具體做法是，通過引導學生對同一分析對象選擇不同的分析方法和儀器進行測量，以比較不同儀器分析方法的優缺點，同時培養學生舉一反三、觸類旁通的能力。

另外，我們在實驗講解中盡量結合學生的已有知識過渡到本次實驗，比如在指導原子發射實驗時，有學生上周剛做過原子吸收的實驗，此時我們就可以通過知識遷移將之前學過的原子吸收的知識過渡到原子發射，并通過類比，讓學生思考：同樣是原子化器，是否可以將原子吸收實驗中的火焰原子化器應用到原子發射實驗中，從而取代交流(或者直流)電弧？如果可以，是否需要改變實驗條件？這些知識雖然在理論課教材上出現過，但在實驗指導過程中，我們發現很多學生在回答該問題時，大多是自由發揮，說明學生對教材上的這個知識點印象不深刻。為此，我們要求學生查閱相關資料，通過實驗討論，理解并回答這個問題。這樣一來，學生對這個知識點的掌握將非常深刻，因為他們在這個知識點上已經融入了自己的想法。

對于課程間的橫向聯系，我們已介紹過加強儀器分析實驗與有機化學實驗之間聯系的方式[14]，提出了將有機化學實驗中的原料或者產物作為儀器分析實驗教學中的實際樣品進行教學的方式。在不增加課時、不開設新課程的情況下，可操作性較強，并且可以靈活運用。這一嘗試將有助于充分利用教學資源，提高辦學效益；同時有利于提高學生的學習興趣，幫助學生構筑全面知識、提高應用能力、增強科研意識等。

與有機化學實驗的聯系還有很多，比如有機化學實驗中常用的“過柱子”，即現代高效液相色譜的雛形，但是學生在做有機化學實驗時很少提到正相色譜、反相色譜的概念。目前儀器分析實驗教學中的液相色譜幾乎全部是反相色譜，學生很少用到正相色譜，這時候結合有機化學實驗講解，不僅可以使學生將已有知識納入新知識體系，而且是對儀器分析實驗學習的一個拓展，使學生對正相色譜有更好的認識。學生在有機化學實驗中很少能認識到固定相顆粒大小、形狀對分離的影響，在儀器分析實驗教學中，我們通過聯系有機實驗所用固定相(100～150目為宜)、填充柱氣相色譜常用固定相(60～80目)和高效液相色譜常用固定相(5μm)的顆粒大小和形狀，結合范氏(Van Deemter)方程，講解固定相顆粒大小和形狀對分離的影響，以及色譜是如何從有機化學實驗中所用的一根玻璃管演變到儀器分析實驗中所用商品化的高效液相色譜儀。

對于吸光光度-化學計量學分析方法測定飲料中混合色素的實驗[15]，我們首先要求學生回憶一年級做過的普通化學實驗吸光光度法測定鐵的實驗步驟，并對兩個實驗進行比較，使學生切身體會到化學計量學的重要性，領會本實驗的設計思想。另外我們還要求學生通過查閱資料并結合自己的使用體驗，比較之前所用的S22PC型和現在所用的TU-1901型分光光度計的區別(光源、光路系統等)，使學生進一步加深對儀器的了解。

在原子吸收分光光度法測定奶粉中的鈣實驗中，我們將其與高錳酸鉀法測定鈣鹽中的鈣含量實驗聯系起來，要求學生找出以前的實驗報告，并通過文獻查閱，從準確度和使用范圍等角度比較兩種方法的優缺點，以加強儀器分析實驗和無機化學與化學分析實驗的聯系。通過類似的對比，可以使學生對容量分析和儀器分析各自的長處與局限性有進一步的感性認識，深化對于分析誤差理論的認識，改變現在科研中對儀器的盲目信賴和對容量分析的誤解。

儀器分析實驗中的氣相色譜的保留值法定性及歸一化法定量和物理化學實驗中的氣液色譜法測定無限稀溶液的熱力學函數兩個實驗所用均為填充柱氣相色譜儀，但是實驗側重點不同，一個是用來定性和定量，一個是通過測定活度系數來求偏摩爾混合焓和偏摩爾溶解焓。此外，在兩類實驗中均用到電化學工作站和分光光度計。通過這一系列實驗的聯系和對比，可讓學生認識到：儀器先進與否固然重要，但更重要的是需要有自己的思想；通過不同角度思考問題，可以不斷獲得新的知識、涌現鮮活的想法。

3 結束語

以上介紹的課程體系設置改革，以及教學實踐中的類比與聯系(無論是課程間的，還是課程內的)，最終目的都是讓學生將所學知識融會貫通，達到舉一反三、觸類旁通，最終將大學化學的實驗課程學習編織成一個網絡，一個個實驗就是這個網絡上的節點，互相之間有著交叉聯系。通過以上教學實踐，有助于培養學生聯系和類比的思維習慣，鍛煉其歸納總結能力，最終使得學生學會學習，終生受益。

本舉措自2007年實施以來，得到學生好評。在學校教務處的網上教學評估系統中，學生對相關課程的評分逐年提升。同時，儀器分析實驗課程的教學實踐有力地支持了化學系課程體系和教學內容的改革。以上措施已經在其他基礎化學實驗課程中開始推廣，但是普及之路任重道遠，因為要達到較好的教學效果，對教師有較高的要求，需要實驗指導教師對所有大學化學實驗課程有全面的了解。

參 考 文 獻

[1] 金若水,吳性良,謝高陽.大學化學,1998,13(6):12

[2] 吳性良,陸靖.實驗技術與管理,2001,18(2):108

[3] 張逢星,李珺,郭慧林.大學化學,2009,24(3):18

[4] 雷杰,張晉芬,吳性良,等.寧夏大學學報(自然科學版),2007,28:158

[5] 陸靖,吳性良,姚子鵬,等.高等理科教育,2000,34(6):55

[6] 徐息良,吳性良,姚子鵬,等.大學化學,2001,16(6):21

[7] 姚子鵬,陸靖,莊繼華.實驗室研究與探索,2002,21(4):39

[8] 沈建中,馬林,趙濱,等.普通化學實驗.上海:復旦大學出版社，2006

[9] 趙濱,馬林,沈建中,等.無機化學與化學分析實驗.上海:復旦大學出版社，2008

[10] 李妙葵,賈瑜,高翔,等.大學有機化學實驗.上海:復旦大學出版社，2006

[11] 吳性良,朱萬森.儀器分析實驗.第2版.上海:復旦大學出版社，2008

[12] 復旦大學.物理化學實驗.第3版.北京:高等教育出版社，2004

[13] 雷杰,張晉芬,吳性良.全國化學實驗教學與實驗室建設研討會論文集.武漢,2010:58

[14] 雷杰,張晉芬,馬林,等.第10屆全國大學化學教學研討會論文集.北京,2009:426

[15] 雷杰,張晉芬,朱萬森,等.大學化學,2008,23(5):36