大學綜合化學實驗教材概覽與課程改革簡介

張暉 章文偉 孔璇鳳

[摘 要]結合南京大學綜合化學實驗課程的教材編著與教學實踐，介紹近年來國內不同院校該課程的教材編寫與教改經驗。針對新的教學內容與教學方式，簡要討論了該課程的改革與創新。

[關鍵詞]綜合化學;實驗教學;教材編著;課程改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）02-0064-04

實驗教學是化學教育不可或缺的環節。“綜合化學實驗”是在學生具有一定化學基礎理論知識、掌握基本化學實驗技能的基礎上，在融合二級學科界限、更多于一級學科層面上針對高年級本科生開設的一門綜合性實驗課程。綜合化學實驗課程緊扣科學發展前沿和社會實際需求，既保持經典的知識結構，又體現當代學科發展的前沿動態。本課程要求學生能夠了解并掌握現代化學研究的方法與技術，綜合應用所學理論知識與實驗技能，獨立并協作進行較為系統綜合的研究，掌握科學研究的一般方法，初步具備科研工作者應有的科學思維、創新意識、科研能力和團隊精神。綜合化學實驗訓練在本科教學、研究生教學以及學生的就業創業之間起著紐帶與橋梁作用。

一、綜合化學實驗內容設置

綜合化學實驗的內容設置著眼于反映學科的某些前沿領域以及發展趨勢，并能鞏固和加深對基礎理論的理解及基本技能的融會貫通，拓展學生的視野。

需要指出的是，雖然教材最能直觀地反映出綜合化學實驗內容設置，但是各院校在具體選擇實驗內容時，會針對具體情況，因地制宜地做出不同的選擇，有些實驗內容可能并未在教材中體現出來（因收集材料所限，暫不在本文中加以介紹和討論）。無論如何，不同院校、不同編著者的教材反映出對綜合化學實驗內容設置的各自理念、著眼點與側重點。因此在本節內容中，依時間順序，對若干綜合化學實驗教材進行一些梳理分析。它們都盡可能體現出各自的特色以及適應的對象。

（一）2000-2003年出版的教材舉例

較早的教材中將綜合化學實驗分為基礎性、綜合性、研究式[1] 或綜合性、研究性[2]或基礎性、綜合性實驗[3]。粗略地又可分為兩個層面，即相對基礎型和拓展研究型，但二者之間沒有嚴格的壁壘。比如，在王伯康主編的《綜合化學實驗》教材中[1]， “二茂鐵的合成”放在基礎性實驗中（用紅外光譜進行產物鑒定）;在四院校合編的《綜合化學實驗》教材中[2]，拓展了實驗內容，不僅包括二茂鐵，還包括其衍生物（乙酰二茂鐵、鎢硅酸二茂鐵），不僅包括合成，也包括分離（薄層色譜、柱色譜）與鑒定（熔點測定、紅外光譜、核磁共振），因此“二茂鐵及其衍生物的合成、分離和鑒定”放在綜合性實驗中。

在王伯康主編的《綜合化學實驗》教材中[1]，有20個基礎性實驗，30個綜合性實驗，10個研究式實驗。在四院校合編的《綜合化學實驗》教材中[2]，有綜合性實驗39個，研究性實驗12個。王尊本主編的《綜合化學實驗》教材中[3]，有基礎性實驗40個，綜合性實驗14個。可以看出，研究性或綜合性實驗的比例持續增加。這些教材在每個實驗的編排上，一般均包括實驗目的、實驗原理、儀器和試劑、實驗步驟、結果與處理（討論）、思考題、參考文獻。有些實驗在最后還有相關實驗技術介紹或知識點補充，如高壓釜簡介、真空技術、FT Raman光譜儀簡介、求解動力學方程的計算機程序等[1]。有些實驗還包括前景展望[2]。有的對涉及重要技術和知識點的實驗原理介紹得非常系統[3]。三本教材都盡可能詳細地給出圖例與圖示、結構與過程的演變、公式的演繹與推導等。不僅使學生能夠比較容易理解相關原理，也能使學生知其然，也知其所以然，達到對知識點的融會貫通。針對學生樂于上網搜索的特點，有的教材專門提供了與化學有關的Internet網址，為學生提供了一個擴充知識的平臺。

（二）2005-2009年出版的教材舉例

在杜志強主編的《綜合化學實驗》教材中[4]，設置了21個基礎性實驗，14個設計性實驗（如食品添加劑——甘氨酸鈉碳酸鹽的合成及表征;植物水解蛋白的提取與表征）和13個探索性實驗（如超分子主體化合物——杯[4]芳烴的合成、表征及應用;分子開關的合成與性能表征）。其中設計性和探索性實驗的比例相當高。對于設計性與探索性實驗，需要學生在查閱相應文獻的基礎上進行方案設計和小組討論，提出改進與實施意見，最后開展實驗環節。

張寒琦、徐家寧主編的《綜合與設計化學實驗》[5]，分綜合實驗（61個）與設計研究實驗（29個）兩部分。其中設計實驗為指定實驗內容、儀器和試劑，由學生設計操作方法的實驗。實驗內容著眼于無機、有機、高分子合成，將合成、分析、表征有機聯系，使二級學科的實驗操作能更加融合，并盡可能引入新的實驗技術與手段（如微波輻射法快速合成NaA沸石;微分脈沖伏安法測定維生素C;高效液相色譜—質譜聯用法測定中藥刺五加中的有效成分等）。

在王尊本主編的《綜合化學實驗》第2版中[6]，對第一版的實驗內容進行了較多置換更新（新增了15個實驗），增添了涉及材料化學和生物化學方面的內容（如納米量級層狀材料M2S2P6的低溫固相合成及其表征;多酚氧化酶的制備、特性測定及其抑制劑的應用;金屬酞菁的合成及表征;雙親分子自組裝性質的綜合實驗等），但實驗設置的基本框架保持不變（基礎性實驗、綜合性實驗、附錄）。在每個綜合性實驗中，涵蓋了更多二級學科的交叉內容。

在章文偉主編的《綜合化學實驗》教材中[7]，有基礎型綜合實驗31個，研究型綜合實驗14個。有些實驗還列有注意事項和拓展實驗。該教材更重視結構表征與物性測試。比如上述提到的二茂鐵實驗，不僅包括二茂鐵及其衍生物（如乙酰二茂鐵、2-甲酰-1-氯乙烯基二茂鐵、乙炔二茂鐵）的合成，以及使用紅外光譜、紫外光譜、核碳共振氫譜表征產物，還進行電化學性質（循環伏安曲線）測定，以建立深層次的構—效關系。

由范星河、李國寶主編的《綜合化學實驗》包括實驗守則與安全知識、實驗部分、常用實驗技術指導[8]。實驗部分設置59個基本綜合性實驗、18個設計型綜合實驗（如氧化鈦及碳/氧化鈦復合材料的光催化性能;高穩定性微孔磁性甲酸配位聚合物的合成、結構與性質研究）、17個研究型綜合實驗（如基于原子力顯微鏡刻蝕和微接觸印刷技術的無機功能納米結構制備;磁性微球的制備、功能化及應用等）。實驗內容源自二級學科專業實驗內容的擴展和更新、課題組科研成果的體現及科研文獻的選擇和改進。在技術服務指南部分，創新性地提供了實驗技術與方法網頁介紹。

（三）近期出版的教材舉例

隨著知識結構的更新與教學改革的深入，許多院校對綜合化學實驗課程開設與教材編寫都非常重視。申世剛、李立軍、趙曉瓏主編的《基礎化學實驗5綜合設計與探索》（第2版）[9]，包括綜合性實驗、設計型實驗、研究創新型實驗、附錄四個部分。新版教材更新了19個實驗。實驗內容的設計與選擇上，一方面考慮可拓寬學生的受眾面，同時更加側重于實際應用與生產實踐。比如在綜合性實驗部分，包含了“侯氏聯合制堿法與碳酸鈉和碳酸氫鈉含量的測定”“化工仿真實驗—典型化工廠3D虛擬認識實習”等。在設計型實驗部分，包含了“離子色譜法測定大氣降水中的無機陰離子”“含鉻廢水的測定及其處理”“氣相色譜法測定食品中有機氯農藥殘留量”等。

謝少艾、方能虎、藺麗編著的《綜合化學實驗》[10]，包括23個基礎性綜合實驗、24個研究性綜合實驗、34個設計性實驗方案、11個技術服務指南四部分。其中基礎性實驗著眼于儀器分析技術。研究性綜合實驗涵蓋了不同二級學科的相關實驗方法與技術（如一種高比表面積微孔金屬—有機框架物材料合成及表征;茶葉中茶多酚的提取及抗氧化作用的研究;常見植物性中藥中微量金屬元素和有限成分含量測定;等等）。方案設計實驗是學生通過文獻調研，設計出合理的實驗方案進行實驗（如淀粉的化學與生物變性;光電功能配合物的組裝;石墨烯的合成與應用;離子液體的合成與應用;等等）。

路建美、黃志斌主編的《綜合化學實驗》（第2版）共選編了37個實驗[11]，增加了8個新編實驗。實驗內容著眼于無機與有機、物化與分析，甚至生化與醫藥、環境或材料等學科的交叉。實驗內容設計與教學模式上綜合考慮前沿性（比如源于國家自然科學基金新近結題項目）、開放性（學生自選實驗項目與實驗時間）與實用性（與社會生活緊密相關），使學生可以掌握更多的實用知識與技能。比如“奶粉的理化指標和三聚氰胺的檢測”“葡萄酒的理化分析”“染料的染色及廢水處理”“水質的綜合分析及水體中有機污染物光催化降解”等實驗內容的設置，反映出編者的指導思想與理念。

上述是結合教材編著對綜合化學實驗教學內容的一些梳理討論，其他教材限于篇幅不能一一盡列。但即使由所列的有限例子，也可一窺在綜合化學實驗教學上，不同院校都在集思廣益，在綜合性、科學性、難易性、適用性方面進行認真探索，力求做到融會貫通與內在均衡，從而使綜合化學實驗教學體現出當代教學改革的特色與創新。

二、綜合化學實驗課程改革與創新

（一）南京大學綜合化學實驗課程沿革概況

為了全面培養學生的知識結構和綜合素質，1997年南京大學化學化工學院取消了二級學科的專門化實驗，率先在全國高校中建立了綜合化學實驗室，開設綜合化學實驗課程，且于2000年由南京大學出版社出版了由王伯康主編的《綜合化學實驗》教材。王伯康等[12]介紹了從1982年起，開始在中級無機化學實驗中編排部分綜合實驗，涵蓋無機、有機、物化、分析、結構等相關知識，并使綜合實驗在實驗技能（多種技能的綜合應用）、實驗設計（學生自己查資料、制訂方案，獨立開展實驗）、實驗靈活性（允許不同方法與途徑，鼓勵進行綜合比較）等方面體現出特點。這是南京大學綜合化學實驗課程的雛形。1987年起，南京大學化學系推廣綜合實驗教學形式，試行獨立開設綜合實驗課程。綜合化學實驗的開設，拓寬了學生的知識面，調動了學生的學習興趣，提升了學生的綜合能力，同時促進了實驗室的建設與開放。章文偉等探討了綜合化學實驗教學改革與實踐[13]，通過總結、調整、再總結、再調整，對綜合化學實驗教學歸納出了一整套方法。主要包括鼓勵實驗基礎較好的學生進入科研課題組、探索實驗教學與科研活動直接結合、增加研究性探索性開放實驗、觀摩使用大型儀器、了解新的研究方法與技術、提出了更新的教學模式、加強師資隊伍建設、增設前沿教學內容、靈活必修與輔修及課內與課外開放模式等措施[14]。將綜合化學實驗教學作為培養高素質創新人才的重要一環，在教學模式、內容、方法、管理等方面積極探索，積累提高[15]。2009年，高等教育出版社出版了由章文偉主編的新版《綜合化學實驗》教材，并被評為“國家精品課程”。它將手性合成與催化、綠色合成、化學生物學、超分子化學、非線性光學材料、納米材料等一系列新的實驗內容納入其中。2016年該教材被授予首批“國家級精品資源共享課”稱號。

（二）國內部分院校綜合化學實驗課程改革經驗

山東大學崔學貴等[16]提出，為培養復合型創新人才，需構建包含綜合化學實驗在內的實驗教學新體系，構建基礎化學實驗與科學研究之間的橋梁，將化學基礎理論與基本實驗技能在化學、生命、環境、能源、材料等學科間進行融合，相關實驗具有明確的研究設計特點，使學生能夠得到比較完整的研究型科學訓練。通過把前沿科研成果或重要進展作為綜合化學實驗教學的豐富源泉，有力地推動了綜合化學實驗內容的更新與變革，使綜合化學實驗教學體系充滿了生機與活力。北京大學呂占霞等[17]對綜合化學實驗課程教學體系改革與創新提出了若干思路，包括成立研究型綜合化學實驗教學指導小組，制定相應的實施細則，確定教師隊伍，由學生提出申請并開展實驗，最終進行考核評定。重要的創新舉措是將課程教學延伸到科研學術組，也即進行第二層次的綜合化學實驗II，充分發揮北大化學學院科研與師資優勢，將學生的創新能力培養與創新思想融匯于前沿的科研活動中，實現教學與科研的資源共享與互利雙贏，為培養創新型與復合型人才開辟新的途徑。南昌大學張小林等[18]探索了綜合性、設計性實驗教學改革，與其他實驗內容穿插進行或結合開放性實驗在課外或假期進行。學生通過查閱文獻、設計實驗方案、獨立實驗操作、分析數據、撰寫報告、開展實驗報告會等環節，進行綜合性、設計性實驗，滿足自身的求知欲，促進了創新意識及能力的培養。華南師范大學呂梅香等[19]介紹了在綜合化學實驗教學中的若干舉措，包括聘用高層次實驗員、邀請知名教授上課、更新儀器設備、優化教學內容、開放實驗室、支持科研項目等;使學生的角色變被動為主動，由觀察與歸納到創造與創新;使綜合化學實驗內容更貼近生活，同時兼具科學性、實用性、趣味性與創新性，充分調動學生的主觀能動性;使學生能學到更多，理解更深，視野更寬，能力更強。

三、結語

綜合化學實驗作為不同學科的交叉與紐帶，正在發生深刻的變化。綜合化學實驗課程作為一門綜合能力的訓練課程，已成為學生的就業創業與研究生培養不可或缺的重要途徑，其教學模式也將更趨靈活多樣，在內容設置、知識結構、課時彈性、課程融合、參與及互動方式等方面將更加契合教育發展的自身規律以及社會發展的不同要求，并在相應的教學改革中得到進一步體現。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 王伯康.綜合化學實驗[M].南京：南京大學出版社，2000.

[2] 浙江大學，南京大學，北京大學，蘭州大學主編.綜合化學實驗[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3] 王尊本.綜合化學實驗[M].北京：科學出版社，2003.

[4] 杜志強.綜合化學實驗[M].北京：科學出版社，2005.

[5] 張寒琦，徐家寧.綜合與設計化學實驗[M].北京：高等教育出版社，2006.

[6] 王尊本.綜合化學實驗（第2版）[M].北京：科學出版社，2007.

[7] 章文偉.綜合化學實驗[M].北京：高等教育出版社，2009.

[8] 范星河，李國保.綜合化學實驗[M].北京：北京大學出版社，2009.

[9] 申世剛，李立軍，趙曉瓏.基礎化學實驗5-綜合設計與探索[M].第2版.北京：化學工業出版社，2016.

[10] 謝少艾，方能虎，藺麗.綜合化學實驗[M].上海：上海交通大學出版社，2012.

[11] 路建美，黃志斌.綜合化學實驗[M].第2版.南京：南京大學出版社，2014.

[12] 王伯康，王志林，孫爾康.開設綜合化學實驗的探索與實踐[J].大學化學，2001（2）：25-26.

[13] 章文偉，韓志堅，張劍榮，等.綜合化學實驗改革的探索與實踐[C].全國大學化學教學研討會，2005：581-583.

[14] 章文偉，左景林，白俊峰，等.綜合化學實驗教學改革與實踐的幾點體會[C].大學化學化工基礎課程報告論壇，2006：644-646.

[15] 章文偉，張暉，柯小康，等.綜合化學實驗培養高素質創新人才的實踐探索[J].寧夏大學學報（自然科學版），2007（5）：3-4.

[16] 崔學桂，張樹永，貝逸翎，等.綜合化學實驗充滿生機與活力[J].實驗技術與管理，2006（1）：20-21.

[17] 呂占霞，賀維軍，高珍，等.綜合化學實驗教學體系改革與創新[J].大學化學，2011（1）：14-15+28.

[18] 張小林，周美華，李茂康.綜合性、設計性實驗教學改革探索與實踐[J].實驗技術與管理，2007（7）：94-96.

[19] 呂梅香，汪朝陽，何廣平，等.綜合化學實驗教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2010（4）：112-114.

[責任編輯：羅 艷]