綜合設計性基礎化學實驗教學模式的探索及實踐

董光霞等

以農科《基礎化學實驗》中“實驗室含鉻廢液的處理及Cr（Ⅵ）含量的測定”為例，闡述了綜合設計性實驗，以學生為主、教師為輔的教學模式及實施方案。結論表明，通過綜合設計性實驗教學模式的探索與實踐，提高了學生的綜合素質，符合我國高等教育對人才培養的要求。

綜合設計性實驗基礎化學實驗教學模式實施方案綜合素質《基礎化學實驗》是高等農業院校所開設的一門公共化學實驗課，它涉及有農學、園藝、植保、動科、林學、食科、資環等20多個專業，它和《基礎有機化學》《無機及分析化學》等一起構成了高等農林院校化學基礎課系列教材，也是大學一年級的必修課程。基礎化學實驗課教學的目的，一方面使學生加深理解理論知識，另一方有利于培養學生的操作技能，進一步提高學生分析問題和解決問題的能力，啟蒙學生的綜合實踐能力和開拓創新的意識。但是，傳統的實驗教學內容陳舊，驗證性實驗較多，綜合設計性實驗少，而且教學模式單一，往往把綜合設計性實驗也當作驗證性實驗一樣，照本宣科，學生照著課本一步一步地做，因此，造成了學生的實驗積極性、主動性不高，實驗組織能力低下，分析和解決問題的能力不足，實驗操作技能欠缺。

早在2004年，教育部在《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》中提出“要增加綜合性與創新性實驗，提供豐富的教學參考資料，積極推進討論式教學、案例教學等教學方法和合作式學習方式，引導大學生了解多種學術觀點并開展討論，追蹤本學科領域最新進展，提高自主學習和獨立研究的能力。要讓大學生通過參與教師科學研究項目或自主確定選題開展研究等多種形式，進行初步的探索性研究工作。”為了適應新時代的要求，全面提高學生的綜合素質，我們對《基礎化學實驗》的教學內容進行了改革，增加了一些綜合設計性實驗的比重，并對這些實驗的教學模式進行了改革與實踐，得到了學生們的積極響應，取得了滿意的結果。

一、《基礎化學實驗》中綜合設計性實驗的教學模式

基礎化學實驗室是我校省級化學實驗教學中心的重要組成部分，擔負著全校32個本科專業，120多個教學班的基礎化學實驗的教學任務，擁有高標準、現代化實驗室13個（其中多媒體實驗室12個）、演播室2個、儀器室4個、電子天枰室2個、準備室5個、純水制備室1個，每年完成教學工作量37萬人時數。實驗室建立以來，學校投入了大量經費，裝備了全新的儀器設備和多媒體互動教學設備，為開設綜合設計性實驗創造了良好的條件，累計開出綜合設計實驗12個。

現以“實驗室含鉻廢液的處理及Cr（Ⅵ）含量的測定”為例予以詳細說明。一般來說，化學實驗室的含鉻廢液主要是由鉻酸洗液、重鉻酸鉀滴定分析實驗、氧化還原反應實驗、驗證實驗等產生，其中，主要含有Cr3+、Fe3+和Cr2O72-等。國家對各類水中鉻的含量做了明確規定：飲用水中Cr（Ⅵ）含量不得超過0.05mg·L-1，地表水中Cr（Ⅵ）含量不能超過0.1 mg·L-1，工業污染水中Cr（Ⅵ）和總鉻的最高允許排放量分別為0.5 mg·L-1、1.5 mg·L-1，超過該值則必須處理。目前處理高濃度含鉻廢液的方法主要是還原-沉淀法。其基本原理是：在酸性條件下，向含鉻廢液中加入還原劑，然后再加入堿性的物質，使Cr3+生成Cr（OH）3沉淀，過濾出去。此法是具有成本低、處理效果好、操作簡便等優點，得到的Fe（OH）3、Cr（OH）3沉淀可用于生產微晶玻璃，Cr（OH）3可用來回收金屬鉻或配成鍍件用的拋光膏，因此該法得到廣泛應用。除還原-沉淀法以外，處理方法還有：鋇鹽沉淀法、鐵氧體法、陰離子交換樹脂法、生物治理法、黃原酸酯法、光催化法等方法。處理后的溶液可用分光光度法測定Cr（Ⅵ）含量。用原子吸收法測總鉻的含量。對于還原-沉淀法，此實驗涉及到廢液的pH測定、Cr（Ⅵ）的測定、還原劑種類的選擇、還原劑的理論用量、堿的選擇、堿的用量及加入方式、分光光度計及原子吸收分光光度計的使用、實驗結果的判定等。這些環節由學生自行設計并組織實施，自行分析實驗結果并得出結論；教師引導學生實驗設計方向，指導實驗操作，幫助解決實驗過程中遇到的問題，啟發學生的思維等這種“以學生為主，教師為輔”的教學模式，這種模式適用于綜合設計性實驗的教學。

二、《基礎化學的實驗》中綜合設計性實驗教學的探索與實踐

《基礎化學的實驗》中綜合設計性實驗，內容豐富，涉及到多個領域。因此，學生要完成實驗所需時間較長，且教師的工作量較大，但如果能夠認真對待，按照要求完成實驗，學生的綜合能力將得到很大的提高。

（一）實驗題目的確定

首先，教師給出綜合設計性實驗的題目，學生自由組合或由教師指定2～4人一組，根據實驗要求查閱相關資料，選擇和確定實驗材料，并以組為單位、以書面形式上交實驗設計方案。方案有：還原-沉淀法、鋇鹽沉淀法、陰離子交換樹脂法等；在選擇還原劑方面有：Fe粉、Na2SO3、NaHSO3、FeSO4；在堿選擇上有：生石灰、NaOH等；也有提出了一些意想不到的方法等，可謂百花齊放，百家爭鳴。也進一步證明了學生查閱了大量的文獻資料。

（二）實驗設計方案的確定

指導教師對學生上交的實驗設計方案進行審閱，給出合理化建議并反饋給學生，學生對方案商議、修改后再上交指導教師，敲定最后的方案。

（三）實驗設計方案的準備

依據敲定的實驗設計方案，實驗指導教師和實驗技術人員把方案中所涉及的實驗用品、儀器和試劑等，逐一配齊。

（四）實驗設計方案的實施

實驗指導教師在上實驗課時，組織學生以組為單位，每組大約5分鐘，介紹本組的實驗設計方案，給大家互相學習的機會，然后學生以組為單位進行實驗，教師指導和監督實驗整個過程。

（五）實驗總結并撰寫論文

實驗結束以后，學生要整理實驗數據，并在一周內以課程論文的形式寫出實驗總結。

三、結論

多年來，基礎化學實驗以驗證實驗居多，到后來，逐漸增加綜合設計性實驗的比重，再到真正以學生為主、教師為輔的綜合設計性實驗教學模式，極大激發了學生的學習興趣，由被動實驗到主動實驗，最后積極投入到實驗中，不但鞏固了理論知識，而且還提高了學生運用所學知識，分析問題和解決問題的能力，以及在創新能力、動手能力、團結協作的意識等方面都得到了鍛煉和提高，為他們以后在專業課上的學習與實踐打下了堅實的基礎，這也完全符合我國高等教育對人才培養的要求。

參考文獻：

[1]汪建民.基礎化學實驗[M].北京：化學工業出版社，2013，7.

[2]周宜君，馮金朝.綜合設計性實驗與學生綜合素質培養[J].中央民族大學學報（自然科學版），2007，16（3）：277-280.endprint