提升無機及分析化學實驗課程教學效果的措施

汪佩，汪圣堯，楊懿(華中農業大學理學院，湖北 武漢 430070)

0 引言

化學是一門需要腦力與動手能力一體的綜合性學科，實驗與理論是化學研究中相互依賴、彼此促進的兩個重要方面。實驗教學在化學及相關學科人才培養中具有重要作用[1]。無機及分析化學實驗是包括華中農業大學在內的高等農林水院校一門重要的基礎課程。其是涉及農學、環工、工學、園藝林學、動物科學、水產、食品、生物類等專業學生進入大學后學習的第一門基礎實驗課[2-3]，旨在鞏固學生無機及分析化學的理論知識、培養并提高學生動手能力和思維能力[4]。良好的開端是成功的一半，在有限的課時中，取得良好的教學效果，既對授課老師具有重要意義，也對學生后期學習化學類課程具有正面積極的影響[3,5-6]。針對此課程中存在的問題，如：理論知識結合實驗實踐的能力不強、基本實驗操作能力較差、分析和解決實驗中遇到的問題的能力不強等，筆者嘗試進行教學優化，以期達到更好培養學生的目的。

1 無機及分析化學實驗教學中存在的問題及其原因

1.1 學生對實驗課程重視不夠，預習草率，缺乏實驗能力

大學生來自全國不同地方，學生水平參差不齊。部分學生高中動手做化學實驗的能力不強，更有部分學生因學習效果不佳，使得大部分學生實驗基礎差[4,7]。此外，學生在預習時，沒有進行充分學習，大多只是為了交差(即撰寫預習報告)，以及按部就班抄襲教材寫實驗報告，沒有積極主動對實驗內容涉及的理論基礎知識和實驗操作進行思考和預想[7-8],從而在課堂上不能跟上教學進度，在實際實驗過程中出現反常現象時，手忙腳亂，束手無策，不能主動思考和解決問題。同時，部分學生實驗報告前半部分寫的滿滿當當，但是實驗數據分析與處理部分卻不令教師滿意。因此，也可以看出學生對實驗涉及到的理論知識理解程度不夠，對實驗操作熟悉程度不夠。另外，無機及分析化學實驗為全校性的基礎課程，對所有授課專業均采用統一教材，使得實驗內容缺乏針對性，加之高中的“看實驗”的實驗課上課方式，導致部分學生對課程必要性和重要性的認識不夠，對實驗課程缺乏興趣，從而影響實驗效果。

1.2 理論課與實驗課聯系不夠緊密

實驗課是將理論課所講授知識“下凡”的一個過程，學生通過實驗過程能更好地理解所學知識點。而目前的教學中理論課與實驗課仍是相互獨立的，存在教學進度不一致的情況，使學生在實驗過程中看到的現象和遇到的問題，不能將其與理論知識串聯起來，并解決問題。因此在實驗過程中，學生缺乏對實驗的深入思考，不是“指揮家”，而是依葫蘆畫瓢的“搬磚人”。比如在HAc電離度和電離常數的測定實驗中，理論上電離度隨濃度的增加而變小，但部分學生給出的是電離度隨濃度的增加而增加趨勢的結果，卻沒有發現自己的理論錯誤和實驗操作錯誤。鑒于此，充分掌握實驗相關的理論知識能更好地指導實驗，培養學生自主思考能力以及分析和解決問題的能力。

1.3 評價體系考核方式單一，造成學生課程成績不客觀

本校實驗課成績是60%平時成績和40%實驗操作考試組成。平時成績主要源于平時的預習報告和實驗報告撰寫以及實驗過程的情況。預習報告和實驗報告是反映學生對實驗原理和實驗操作過程掌握的情況以及實驗操作的結果。然而操作成績缺乏過程管理，教師多會借鑒實驗報告撰寫的情況判分，會導致有些學生實驗操作不規范，只要實驗報告填寫完整就會得高分。為了得到高分，部分學生存在抄襲上一屆學生預習報告的答案以及篡改實驗數據的情況，造成教師誤判，使得這種弄虛作假的學生會得到高分，助長了這種不良風氣。同時也打擊了其他學生的實驗積極性，不利于學生操作技能的規范練習與實事求是科學態度的培養[9]。

2 無機及分析化學實驗教學效果提升的改進措施

為改善學生對實驗課程重視不夠，預習工作草率，對實驗內容缺乏清晰認知的情況，提出如下改進措施。

2.1 提高學生對預習工作的重視程度

每次學期上課之前，教務處會統一分發預習報告，實驗報告以及實驗教材給學生。由于預習報告與實驗報告的改動較小，與上一屆一樣，使得部分學生耍小聰明抄襲上一屆同學的結果，快速高效得高分。為避免這種抄襲的發生，可以在第一堂課后，將學生進行分組，如4人一組，共7～8組并排序，讓學生在上課之前集中做預習報告和討論實驗，同一小組預習報告得分相同。并在實驗課上，按照當次排列順序的小組同學進行回答并解釋。在課程結束之前，讓同一小組同學對本次實驗進行分析和總結理論知識點，培養學生自主意識。這樣可以使得學生間相互督促，調動學生積極性，降低抄襲的發生。并且加深學生對實驗的理解，增加學生上實驗的興趣，提高學生分析問題的能力，使教學效果得以提升。

2.2 更新現有實驗報告，利于學生掌握規范操作和認識實驗裝置，從而調動學生積極性

目前我們一個實驗安排是4學時，其中課程講解花費約1學時，實驗持續2～3學時。以華中農業大學為例，當前的實驗報告內容繁多，包括如下7部分內容：(1)目的及要求；(2)原理；(3)主要儀器及試劑；(4)內容及步驟；(5)數據記錄及處理；(6)思考題；(7)實驗心得。加上數據處理與分析，實驗報告的撰寫需要耗時至少0.5學時。因此4學時的實驗課程，學生需要花費額外時間來撰寫實驗報告。課后花時間寫實驗報告，使得實驗報告的質量很差，更多的情況是學生容易相互抄襲，敷衍了事。學生不愿意投入更多精力，容易厭惡學習實驗課，從而使得教學效果不好。另外，當前實驗報告的要求寫的不清楚，使得一些學生寫的太詳細而耗時更久，而部分學生則寫的太過簡單。其次，當前實驗報告內容不包括對實驗總結部分，使得學生對撰寫實驗報告作用的理解，僅限用于老師了解學生做實驗的情況，對于學生學習該實驗課程的總結提升不夠。基于此我們提出更新當前實驗報告的意見，具體內容如下：

(1)在第三部分主要儀器與試劑中，增加一個安全評估的內容，利于培養學生的安全意識。

(2)在第四部分內容與步驟中，讓學生畫出裝置圖。通過畫裝置圖，一方面增加學生對儀器的了解，另一方面有助于學生掌握規范的操作以及注意事項。如通過畫常壓過濾裝置圖，能夠理解和掌握“一貼、二低、三靠”的含義。

(3)在第五部分數據記錄與處理中，對需要作圖的實驗，提前在實驗報告中給出示意圖以及待畫圖的空白圖樣格式，如圖1所示(鄰菲咯啉分光光度法測定Fe實驗中所需畫標準曲線圖，請寫出合適的橫縱坐標數值，橫坐標物種和單位，并作圖)。通常我們的做法是給學生下發坐標紙讓學生作圖，但這樣做導致經常學生做好的圖容易掉。而且由于審美不一，使得畫出來的圖經常太小，部分學生在一張大坐標紙的角落畫一個很小的圖。雖然教師一直強調，但收效微弱。通過這樣的改進措施，一方面利于提高學生畫圖能力，培養科學作圖的習慣。另一方面通過示意圖的情況利于加深學生對數據的理解和數據分析，進一步加深學生對理論知識的理解。

圖1 標準與空白圖

(4)在第七部分實驗心得后增加第八部分內容，即實驗注意事項，用表格總結好，便于學生閱讀，利于學生撰寫實驗報告后能夠對規范實驗操作有更深的理解。

2.3 優化教學方式，加深學生理論聯系實際的能力和規范操作的能力

2.3.1 引入教師引導、學生主導的教學方式，利于學生理解理論知識點

目前報道的教學改革表明，增加學生的參與度，讓學生成為實驗課堂的主人對提高教學效果具有非常好的效果。因此，將課程由教師主導，改變成教師引導，學生主導的方式是一種不錯的改進措施。與上一部分相同將學生分成7～8組，每次實驗課上課前安排一組同學負責當次實驗，學生在上課前進行集中討論，參考我們提供給學生的教學ppt以及基本操作的動畫或微視頻等數字化資源一起，將實驗過程涉及的知識要點、操作流程進行整理成ppt，在上課時由該小組同學進行講解和實驗操作演示。教師主要負責講解遺漏或錯誤的地方，提問并引導學生進行深入思考。這樣的教學方式，一方面鍛煉學生的口頭表達能力，克服學生畏難情緒，增強其講臺感染力；另一方面弱化學生高中“填鴨式”的教育方式，提升學生自主學習的能力以及遇到問題、分析問題和解決問題能力。此外，學生也更容易聽進同齡人的講解，從而能更好地掌握實驗涉及的理論知識和操作要點，提升了教學效果，對學生綜合素質的提高也具有重要意義。

2.3.2 增加現代化教學手段的應用，規范學生實驗操作

目前學校上課多采用多媒體技術。以華中農業大學為例，該無機及分析化學課程組實驗教材提供了基本操作動畫或微視頻，學生在課前可以觀看視頻進行預習，并指導學生進行規范操作[2,9]。即便這樣，學生在上課時仍舊會出現很多異想天開的操作方式。這說明一味給學生告知正確的捕魚操作，學生并不一定會補到魚。因此教師可以在上課過程中，就學生出現的錯誤操作進行拍照，指出并解釋。然后在課程結束之前，借用多媒體技術將上課中出現的錯誤操作給學生放映。并在放映的過程中與學生互動，讓學生了解正確規范的操作以及錯誤操作的原因，讓學生了解自己思維“漏洞”，從而培養學生動手能力，分析問題、解決問題的能力，掌握規范操作技能，進而提升教學效果。

2.4 注重學習過程考核，優化評價體系，增強學生的科學意識、環保意識和安全意識

目前的教學對實驗操作過程的考核欠缺，平時成績過分依賴于預習報告和實驗報告的填寫，為降低成績不客觀的情況，提出如下改進措施。

2.4.1 加強巡視，對實驗結果不理想的學生要引導學生思考，分析和解決，培養學生科學意識

教師在學時實驗過程中應加強師兄互動，積極巡查，及時指出并規范學生的實驗操作，引導學生規范做好實驗記錄和實驗數據。對實驗結果不理想，但篡改數據的學生，要嚴加批評，降低這種不良風氣，培養學生嚴謹的科學態度和實事求是的科學精神。

2.4.2 考評增加實驗安全、衛生及環保內容，培養學生安全意識和環保意識

鑒于當前的考核方式出現的成績不客觀現象，通過可以改變平時成績的組成來減少這種現象的發生。當前平時成績由預習報告、實驗過程和實驗報告組成，應該適當增加實驗安全、衛生及環保這些內容，使得平時成績組成更全面，考察學生的綜合素質。目前實驗室固廢液廢以及玻璃儀器廢品是分開儲存的，但很多同學再處理實驗垃圾的時候，隨手一丟，環保意識欠缺。此外，玻璃儀器廢品經常和其他固廢包埋一起扔掉，使得做衛生的同學容易被割傷，造成安全隱患。雖然教師一直強調，但效果微弱，因此建議將這方面一起加入到平時成績的考核中，引起學生重視。另外，通過實驗課程的學習，學生也掌握了一些急救辦法，從而提高學生的自我保護意識。這些舉措有利于增強學生安全意識和環保意識。

3 結語

無機及分析化學實驗是一門重要的基礎化學實驗課程，對培養學生掌握規范的基礎化學基本操作技能和加深對理論知識的理解有重要作用。為培養學生動手和動腦能力，通過提高學生對預習工作的重視程度和更新現有實驗報告，來調動學生學習的積極性；優化教學方式，加強教師引導、學生主導的上課方式，增加現代化教學手段的應用；優化評價體系，增強學生的科學意識、環保意識和安全意識等改進方法來提升教學效果，最終培養出具有扎實無機及分析化學理論知識、規范實驗操作的動手能力以及分析和解決問題能力的綜合型大學人才。