應用化學實驗實施探究式教學的優化設計研究

舒尊哲 汪河濱 秦少偉 張娜

（塔里木大學生命科學學院 新疆阿拉爾 843300）

應用化學實驗實施探究式教學的優化設計研究

舒尊哲 汪河濱 秦少偉 張娜

（塔里木大學生命科學學院 新疆阿拉爾 843300）

應用化學綜合實驗一門綜合的實驗課程，我們對應用化學實驗的實驗內容進行了優化設計使之更適合于探究式教學。通過在應用化學綜合實驗實施探究式教學，學生對專業課程的興趣明顯增加，自主學習能力明顯得到增強，綜合素質、科學素質、創新意識都得到了提升。

應用化學實驗 探究式教學 實驗設計

應用化學專業是介于化學專業和化學工程與工藝專業之間的應用型、理工結合的寬口徑交叉學科專業［1］。我校為應用化學專業大三學生開設應用化學綜合實驗這門課程。應用化學綜合實驗是將無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等化學基礎課與無機合成、有機合成、環境化學、材料化學、天然產物化學、藥物化學等專業基礎有機結合形成一門綜合的實驗課程。

我校應用化學綜合實驗設置了《甘草酸的提取》、《蘆丁的提取、精制與鑒定》、《二茂鐵及其衍生物的合成與色譜分離》、《水體自凈程度的指標》、《空氣中氮氧化物的日變化曲線》、《食品色素——莧菜紅的合成與表征》、《四碘化錫的制備》、《菠菜色素的提取與分離》、《乙醇氣相脫水制乙醚的動力學測試》、《格式試劑的生成及反應機理研究》等十個實驗。

探究式教學是指學生在學習知識、技能時，教師只給他們一些事例和問題，讓學生去獨立探究，自行發現并掌握相應原理和結論的一種方法。探究式教學以學生為主體，讓學生自覺地、主動地探索，掌握認識和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發現事物發展的起因和事物內部的聯系，從中找出規律［2］。應用化學綜合實驗課程中實施探究式教學，有利于進一步激發學生興趣和潛能，強化學生對實驗內容和過程理解。我們對應用化學實驗的實驗內容進行了優化設計使之更適合于探究式教學。

一、有關天然產物提取分離的實驗

《甘草酸的提取》實驗側重于酸堿反應和水解反應在天然產物提取與分離的應用。甘草中除了含有甘草酸還含有甘草次酸、甘草黃酮等活性物質，教師在課前給學生提出的問題是如何在提取甘草酸的同時，能夠有效提取甘草次酸和甘草黃酮，提取甘草酸、甘草次酸和甘草黃酮應該如何控制條件，請同學預習應用化學實驗指導書和上網查閱相關資料，設計合理的提取方法和路線。《蘆丁的提取、精制與鑒定》實驗側重于有機溶劑萃取天然產物和重結晶提純天然產物。提取粗蘆丁常用的溶劑是沸水，精制蘆丁常用的溶劑是95%的乙醇，教師在課前給學生提出的問題是根據蘆丁的結果和溶解性能，提取粗蘆丁和精制蘆丁是否可以選擇其它溶劑，選擇其它溶劑對提取蘆丁的效率和精制蘆丁的效果有怎么樣的影響，請學生自行設計蘆丁性質和純度檢驗的方法。《菠菜色素的提取與分離、檢驗》側重于有機溶劑萃取天然產物與層析法分離、提純天然產物相結合，重點在于層析法分離胡蘿卜素、葉綠色、葉黃素的過程與方法。教師在課前給學生提出的問題是選用萃取和層析洗脫菠菜色素所用溶劑選擇依據是什么，層析柱的制作和使用有哪些注意事項，請學生思考最后如何檢驗得到色素的種類。通過以上探究問題的提出，學生通過探究實驗迅速掌握天然產物提取分離的常見方法，對天然產物化學的理論知識的理解和認識得到很大加深。

二、合成實驗

《二茂鐵及其衍生物的合成與色譜分離》實驗從初始原料逐步反應最終得到二茂鐵并提純。教師在課前告訴學生二茂鐵及其衍生物是一類具有特殊夾心結構的重要的化合物，率先發現二茂鐵具有夾心結構的兩位化學家因此獲得了諾貝爾化學獎。請同學們查閱二茂鐵的合成和結構分析相關文獻，設計適宜在實驗室內合成二茂鐵的實驗方法和路線。《食品色素——莧菜紅的合成》實驗依次要進行硝化反應、還原反應、磺化反應、重氮化與偶合反應。教師在課前給學生提出的問題是合成路線依次順序進行這些反應的原因是什么？初始原料不變是否可以設計新的合成方法、合成路線進行合成莧菜紅，不同的合成方法哪種更適宜用于生產食品色素。《四碘化錫的制備》實驗在應用化學綜合實驗的實驗指導書上只介紹一種乙酸-乙酸酐溶劑合成法，并且沒給出合成四碘化錫的適宜溫度。教師課前給學生提出問題是除了乙酸-乙酸酐合成法外，還可以使用哪些非水溶劑法合成四碘化錫，如何提高生成四碘化錫的轉化率，合成溫度控制到多少最為適宜，請學生參閱資料，設計實驗方案后，進行分組對照實驗探究和驗證自己的方案。

三、環境化學實驗

水體污染和自凈與所有人的健康息息相關，《水體自凈程度的指標》實驗并不需要教師提出過多的問題供學生思考，學生自發就去查閱資料設計分析水體污染和自凈測試的指標和方法。《空氣中氮氧化物的日變化曲線》實驗需要收集一整天空氣中氮氧化物并測定含量，教師在《空氣中氮氧化物的日變化曲線》課前給學生提出問題是自行設計便于收集和測定氮氧化物的小型裝置，要求學生使用自己設計制作的小型儀器收集和測定空氣的氮氧化物，并與使用專用儀器測定的結果相對照。很多學生設計制作的小型儀器測定結果與專用儀器的測定結果吻合度很高，學生為此興奮不已。

四、反應機理研究實驗

《乙醇氣相脫水制乙醚的動力學測試》實驗重點在于掌握研究反應器原理、使用，學習自動控制儀表的使用以及實時在線分析方法。學生對自動儀器的使用非常有興趣，教師只要給學生講解儀器用途和基本使用方法，并且給出《乙醇氣相脫水制乙醚的動力學測試》實驗的最終要求是測試出不同溫度下，反應的轉化率和反應速率，算出反應速率常數，得到溫度與反應速率的關聯式，學生通過自行探究都可以較好地得出結論。《格式試劑的生成及反應機理研究》實驗主要研究內容是格式試劑的反應機理，由于反應中間體存在時間很短，反應機理研究較為困難。教師在課前提出如何捕捉反應中間體并推測反應機理的問題，學生通過查閱文獻資料分析出了捕捉反應中間體的方法，并用自己的方法捕捉到反應中間體，進而分析出格式試劑的反應機理。

五、應用化學實驗實施探究式教學的實踐結果

應用化學綜合實驗實施探究式教學，學生對專業課程的興趣明顯增加，自主學習能力明顯得到增強，綜合素質、科學素質、創新意識都得到了提升。

［1］教育部理科化學教學指導委員會.理科化學專業和應用化學專業化學教學基本內容［J］.大學化學，1999，14（2）：9

［2］張玉梅.探究式教學模式述評［J］.黑龍江教育學院學報，2005，24（6）：57-58

舒尊哲（1979-），男，塔里木大學生命科學學院化學化工系教師，碩士，講師。本文受塔里木大學高教研究室課題《應用化學專業全面推行探究式教學的研究》資助，項目編號TDGJ1313。