第八屆浙江省大學生化學競賽的評析與啟示

曾秀瓊， 毛偵軍， 蔡吉清， 李 寧， 王國平， 方文軍， 強根榮

(1.浙江大學 化學實驗教學中心，杭州 310058； 2.浙江工業大學 化學實驗教學中心，杭州 310014)

0 引 言

化學是一門實驗科學，化學實驗教學在高校化學教育及化學人才的培養中扮演著至關重要的角色[1-4]，大學生化學競賽也發揮著越來越顯著的作用。隨著全國各省市大學生化學競賽的開展，產生了不同的比賽模式，如“筆試+操作考試”型、創新實驗競賽型、科研論文評比型等。其中，“筆試+操作考試”型較為普遍。筆試內容包括實驗室安全知識、實驗室常識及四大化學實驗理論等內容；實驗操作考試內容為大學基礎化學實驗[5-14]。

浙江省于2004年開始舉辦大學生化學競賽，經過10多年的發展，其競賽模式已經發生了很大的變化，由 “筆試+操作考試” 的簡單模式演變成了“研究課題+答辯+筆試+實踐能力考核” 的多組合模式[15-16]。現行的“浙江省大學生化學競賽”以其獨特的參賽形式、研究命題和評分規則，對于培養學生的創新能力、提高學生的綜合實踐能力具有鮮明的特色。下面以第八屆浙江省大學生化學競賽為例進行闡述和評析，為我國大學生化學競賽提供一些有益的參考和啟示。

1 競賽規則和競賽研究課題

1.1 參賽形式和要求

浙江省化學會、浙江省制藥與化學化工教學指導委員會等機構于2012年討論通過了“浙江省大學生化學競賽章程”，并逐年進行完善。根據2016年的競賽章程，具體參賽形式及要求如下：

(1) 浙江省大學生化學競賽原則上每年舉辦一次，一般安排在5～10月。

(2) 參賽者為全日制高等學校在校大學生。以團隊形式參賽，鼓勵學生多學科參賽。

(3) 參賽隊根據競賽命題和要求完成比賽，比賽內容必須由參賽隊員獨立完成。參賽隊應在規定時間內提交參賽報告、實驗記錄及文獻綜述等材料。

(4) 競賽分為初賽和決賽兩個階段。參賽作品經初審，遴選出各參賽學校的優秀團隊參加決賽。決賽在承辦高校進行，參賽隊伍進行現場答辯，由競賽評審小組評定成績。

1.2 競賽課題及要求

本屆競賽研究課題為“由鈦鐵礦制備Fe3O4/TiO2復合物及其在光催化降解有機污染物中的應用”。每個參賽代表隊以承辦方提供的1 000 g鈦鐵礦樣品為原料，在各自高校完成以下五大部分的研究項目：① 從原料中分離鐵和二氧化鈦，用滴定法分析它們的組分。② 制備Fe3O4/TiO2復合物催化劑，分析復合物的物相與組成。③ 考察催化劑在光催化降解污水有機污染物中的應用，并對催化劑的組成、用量及合成條件進行較系統的優化，探索催化劑回收和循環應用。④ 表征催化劑的各種物性，如用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線粉末衍射(XRD)、紅外光譜(FT-IR)、X-射線能譜(EDX)等分析催化劑的形貌、相結構、表面功能基團及元素組成等。⑤ 測試催化劑的磁性和光催化性能。以可見光(如太陽光)或紫外光為光源，測試催化劑對含羅丹明廢水的光降解性能；研究光催化降解羅丹明的動力學，并評價催化劑的光催化活性。

1.3 評分規則

1.3.1初賽評分規則

來自全省30多所高校的217支參賽隊在競賽網站上提交參賽研究報告。采用“雙盲”的網上評審模式，每支參賽隊的研究報告由3位專家評審，取平均值，總分從高到低依次排名。評分規則為：① 鐵和鈦的提取物的制備及質量分析(各20分)，包括制備方法、組分分析和產率計算。② Fe3O4/TiO2復合物催化劑的制備與表征(15分)。③ 催化劑的性能測試(10分)，包括用多種光源分別研究催化劑光催化降解羅丹明的活性，并對催化劑的組成、用量、反應條件進行系統優化。④ 其他：文獻綜述和研究報告(15分)；創新性(20分)，包括提高鐵和鈦產率的新方法、復合物的制備、組成分析、檢測表征，催化劑的回收利用。

1.3.2決賽現場答辯評分規則

根據初賽網評結果，共有 56支參賽隊進入最后的現場答辯(即決賽)。每隊進行10 min匯報，10 min回答問題。答辯時參賽隊的所有隊員全部上場，1人匯報，每人至少回答一個大問題。現場答辯的評分規則如下：① 口頭報告質量(35分)：包括報告的表述、PPT的制作及報告用時。② 答辯質量(50分)：每一個大問題滿分15分，團隊精神面貌(5分)。③ 特色亮點(10分)：創新性、系統性和理論深度。④ 其他方面(5分)：實驗記錄及產品。

1.3.3其他

自2015年第七屆起，決賽環節增加了實踐能力考核，每隊臨時抽取1人進行歷時3h的無機化學實驗、有機化學實驗或物理化學實驗。本次第八屆競賽又新增了化學知識測試，每隊臨時抽取一人參加。

為了鼓勵團隊合作精神，淡化名次，“浙江省大學生化學競賽”不設個人獎，只設團體獎。最終成績由現場答辯(60%)、化學知識測試(20%)和實踐能力考核(20%)匯總，按成績高低決出一等獎、二等獎和三等獎。

2 評析與建議

2.1 有利于學生綜合能力的提高

經歷初賽和決賽后，選手們的綜合能力得到大大提高。

(1) 提高了科學研究的綜合能力。歷時50多天的初賽中，選手們得到了歷練。研究課題涵蓋的實驗內容較多，涉及原料的處理、除雜、簡單無機化合物的制備、復合無機物的制備、產品組成的測定、光降解實驗、動力學研究等，涵蓋了無機化學實驗、分析化學實驗、儀器分析實驗及物理化學實驗等眾多科目及其實驗技能。

(2) 提高了撰寫科研論文的能力。在研究報告的撰寫中，學生的綜合表達能力得到很大的提高。研究報告分引言、試劑和儀器、實驗方法、測定結果及分析等部分，要求學生將涉及的實驗原理、實驗數據及處理、誤差分析及結論等逐項展開。

(3) 提高了展示與表達的能力。PPT制作過程中，學生不但學會了模板的設計、顏色的選擇及搭配、文字的字體及大小，同時也學會了如何利用PPT更好地展現自己的研究成果。

2.2 有利于實驗教學質量的提高

隨著各高校參賽學生人數的增加，老師們不但經歷了初賽階段研究課題的指導，而且也參與了決賽階段的實驗培訓，這些經歷都對實驗教學產生了很好的促進作用。如本屆實驗考核內容分別為正-溴丁烷的提純和二草酸合銅酸鉀的制備等，較好地考察了學生的萃取、干燥、蒸餾、溶解、減壓過濾、蒸發濃縮、冷卻結晶等基礎化學實驗的知識及操作。此外，每次閉幕式上的實驗操作點評以及同期舉行的實驗教學研討會給老師們也帶來比較大的啟發。

2.3 存在的問題

2.3.1命題問題

本屆研究命題中的實驗項目太多。每個參賽隊只有4名選手，且在正常的學期時間，學生要忙于上課、考試，只能利用課余及周末；此外實驗內容及表征手段存在一定的局限性。

(1) 原料處理及提取步驟涉及的危險步驟太多，如強酸或強堿、高溫和高壓操作。本次的鈦鐵礦來自工業礦渣，絕大部分參賽隊采用95%～98%的濃H2SO4于220 ℃加熱1～2 h、再用熱水浸取的方法；還有部分參賽隊采用強氧化劑及高溫高壓處理。這些前處理方法極易造成危險，給化學實驗室安全帶來了極大的隱患[17-18]。

(2) 表征催化劑性能時，需要借助掃描電鏡、X-射線能譜儀、X-射線多晶衍射儀等高端儀器，使得參賽成本大大提高。每個參賽隊按命題要求完成所有的測試需4 000元，如果一個高校參賽隊在10支以上，光測試費就要4萬元，再加上藥品和耗材等開支，一般省級普通高校難以承擔。此外，部分高校缺乏大型儀器，使得在測試表征階段舉步維艱。

(3) 評分規則的不透明，使得參賽隊在有限時間里、面對眾多的研究內容難分伯仲。實驗條件好、科研水平高的參賽隊集中在后半段催化劑合成、表征及光降解優化等具有創新和挑戰性的內容；其他參賽隊則集中在前半段的原料處理、提取及鐵或二氧化鈦的組成測定等基礎性內容。但初賽評分規則中前半段研究內容足足占了50%的分值，使得很多綜合能力強、創新水平高的參賽隊反而未能進入決賽。

2.3.2實踐能力考核的問題

在這次實踐能力考核中還是暴露學生掌握的實驗基礎中的一些問題，如有機實驗考核中，面對提供的多種萃取溶劑，學生不會選擇；不能正確判斷被萃取物在上層還是下層，以致得不到產物；選用干燥劑時出錯，造成產量偏低或沒有達到干燥目的；蒸餾時不知控制溫度，使得速度過快，沒有前餾分。無機實驗考核中，溶解原料時，加熱溫度過高；水蒸氣浴加熱時，大燒杯里的水過多或過少，使得水溢出或蒸汽量少；酒精燈的使用不熟練，不知利用外焰加熱。

2.4 體會和建議

針對以上問題，建議在未來的省競賽中要注意以下一些問題：

(1) 競賽研究課題的命題上，研究內容應適合大二、大三本科生的知識及能力范圍，不能變成單純的高校之間大型儀器、實驗室條件或指導教師科研水平等方面的比拼。建議少采用或不采用現代化的大型儀器，而立足常規的化學分析或小儀器分析。

(2) 參賽組織上，應適當控制各高校的參賽隊數量。本次為自由組隊、自由報名，個別高校甚至產生了30多支參賽隊，占化學(化工)及其他近化類專業學生總數的一半以上。這必然對初期實驗階段的管理和監控造成極大的安全隱患，或者一個指導老師帶好幾支參賽隊，進行“流水作業”，某個參賽隊只完成其中1～2項實驗內容，而實驗數據和結果共享。對其他參賽隊造成了不公平。

(3) 評分規則上，應提前告知研究課題各實驗內容的分值，使參賽隊能明確工作方向及分配工作量；此外要建立更合理的評分細則，避免同一高校的不同參賽隊共享實驗數據或結果。

(4) 評委專家應進行評審之前培訓。本次競賽初評只是以郵件形式，告知評委評分規則，而評委的學術領域各不相同。部分評委對光催化及有機物降解領域不甚通曉，對于催化劑用量超過有機污染物的量這么明顯的錯誤也避而不見，使得同一份研究報告，不同評委打出的分值相差很大。

3 結 語

第八屆浙江省大學生化學競賽已經圓滿結束了，本次參賽高校和參賽隊的數量均達到了歷史新高。全新的競賽模式激發了學生熱愛化學和從事化學研究的熱情，有利于培養學生的綜合實驗技能、創新能力及創新思維，使競賽成為傳統化學實驗教學的有益補充。競賽暴露出來的問題，將督促組委會改進參賽章程和評分細則；推進高校化學實驗教學與改革，進一步探索和完善教學模式，提高實驗教學的整體水平。

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好奇——創新意識的萌芽；

興趣——創新思維的營養；

質疑——創新行為的舉措；

探索——創新學習的方法。