基礎化學實驗教學改革的探索與實踐

黨玉麗，蘇 惠，范彩玲，萬鄭凱，高光芹

（河南農業大學理學院，河南 鄭州 450002）

隨著化學科學技術的不斷發展與更新，化學學科理論講解占主導，實驗作輔助這種模式已不能滿足科技發展對現階段學生的培養，因此，實驗教學是現代教學的趨勢，提高學生觀察、分析、解決問題的能力，培養學生嚴謹的科學態度以及創新精神，已經成為高校實驗教學的重要目標。全國各大院校都進行了積極的創新，把基礎化學實驗課作為一門獨立的必修課程,旨在培養學生獨立思考與動手能力。

1 化學實驗課融入思政教學，提高學生學習的趣味性

基礎化學實驗是化學學科的重要組成部分，它既配合了化學理論的教學，又有它的相對性和系統性。但是，學生重視性不強，不能從心理上真正認識它的重要性，這就需要提高教師的政治素養和文化素養，不僅在專業知識點上講解到位外，還要借助課程思政這一有力的教學手段，在基礎化學實驗課程中融入課程思政，提升教學的吸引力和感染力。

在平常的教學中，時刻以習近平總書記講話精神為指導，課下了解掌握國內外熱點動態，從中挖掘出適應于教學的內容，課上與學生交流溝通，尋找共同話題。比如，實驗教學中使用的各種化學試劑以及產生的廢液、耗材等，教學中可適當引入環保的理念，如引用習近平總書記“綠水青山就是金山銀山”的思政觀點，介紹綠色化學概念，提高學生環保意識，還可以通過實驗教學，發揮學生團隊合作精神。同時，在實驗教學中將安全知識培訓結合思政教育也納入實驗教學。根據要求，2021年化學實驗又進行了改革，將基礎化學實驗第一課針對大一新生改到線上授課──實驗安全教育新生培訓，對化學藥品的存放、儀器設備使用及警示標志、實驗室用水、電、氣、火等安全知識以及各種安全消防設施放置和使用，全面培養學生安全意識。在線下實驗操作過程中，不斷引入安全隱患案例，針對性引導，加強對學生安全教育和思想教育，積極引導學生樹立正確的價值觀、人生觀和世界觀。因此，開展思政課堂為實驗教學起到了積極的促進作用。

2 改革實驗教學內容，增加創新能力培養

基礎化學實驗課是一門實踐性課程，重點培養學生觀察、判斷、動手能力和解決問題的能力，是培養學生創新能力的有效手段。在人才培養上，突破傳統化學實驗教學模式，將實驗課設置為三個層次：基礎—綜合—創新實驗三個層次，培養學生主動性和獨立性，拓寬實驗范圍，探索一條知識、能力、素質三者相融合的發展道路，重點培養學生的創新能力。

理學院基礎化學實驗，在內容的制定上嚴密結合專業理論課內容和接合農業院校的特點，根據現代化科技發展的需求，共設置了兩部分實驗：一是以有機化學、分析化學、無機化學、物理化學為主題的基礎化學實驗部分，二是以色譜分析、滴定分析、光譜分析為主題的儀器分析實驗部分。實驗課程體系的建設突出了綜合運用知識的鮮明特色，使學生掌握綜合了不同能力模塊的知識和技能（包括專業技術、與技術相關的專業理論、文化知識、與崗位相關的法規要求、與合作相關的人際規則等）。減少驗證性實驗，逐步增加綜合性和設計性實驗，增加一些與材料、制藥、環境、現代分析技術密切相關的實驗內容，通過這些綜合性、設計性實驗的開設，學生鞏固了化學基本知識和基本理論，積極性和認真程度得到明顯提高，有利于培養學生的創新能力和科研能力。

為適應我校教育發展，提高實驗課程教學質量，根據學生的特點、專業的變化及發展的需求，不斷更新教材，做到與時俱進，并結合本校專業特點進行了個性化、立體化的教材改革—活頁形式的紙質教材。在不斷探索與研究中，課程體系也在不斷更新，學時已有原來的90學時壓縮到64學時，在總學時減少的情況下，對教材的要求更精細化。而《新編基礎化學實驗》正是根據農科專業培養目標和教學大綱的要求，結合河南農業大學理學院對化學實驗教學改革成果而編寫的一部全國高等農林院校“十三五”規劃教材。其主要特點是對學生的要求在掌握化學基本操作技能的基礎上，注重加強對現代分析技術的掌握和利用，并將這些實驗技能轉化為解決實際問題的能力。因此，教材壓縮了一些重復性的實驗學時，精選有代表性的實驗內容，首次開設了若干虛擬仿真實驗，有助于更新實驗教學理念，將虛擬設計余實驗證明有機結合起來，教材改革的形式實驗項目為單元，操作上由簡單到復雜，內容上由淺到深，打破了實驗內容與理論課內容一一對應的附屬局面。為方便學生記錄，每一個實驗對包括實驗現象、實驗數據、操作要點、原因解釋等都進行了精心設計，并要求對實驗結果進行分析，對實驗數據的偏差或失敗進行原因分析等，同時，在每一個實驗項目之后并增加預習知識部分，實驗項目的必備知識要素作為背景知識供學生在實驗準備時自學、參閱，還有與實驗有關的儀器設備、試劑輔材等相關內容方面的索引，盡量做到“典型、實用、先進”。使學生在實驗過程中能看、能查、能記、能寫，特別是實驗記錄部分，讓學生觀察實驗現象的同時，又讓他們找出出現這種現象的原因，既鍛煉學生觀察問題、解決問題的能力，又提高了他們的動手能力。

基礎化學實驗內容的創新，在一定程度上提高了學生的積極性，比如“固體酒精的制備及性能實驗”，讓學生了解到，固體酒精并不是固體狀態的酒精（酒精的熔點是-117.3℃），而是固化劑與酒精形成的凝膠。由于液體酒精攜帶不便，易流出容器造成危險，所以將酒精制成塊狀固體，然后將其儲存在鐵罐中。在制備過程中，了解了酒精的性質后，還有掌握原材料的制備，硬脂酸與氫氧化鈉混合后發生下列反應：

C17H35COOH+NaOH=C17H35COONa+H2O

反應生成的硬脂酸鈉是一個長碳鏈的極性分子，室溫下不易溶于酒精，在較高的溫度下可以均勻地分散在液體酒精中，而冷卻后則形成凝膠體系，呈不流動狀態，形成了固體狀態的酒精。

另一種制備方法，乙酸鈣易溶于水而難溶于酒精，當向乙酸鈣飽和水溶液中加入酒精后，乙酸鈣在酒精中形成凝膠析出，液體逐漸從渾濁到稠厚，最后凝聚為一整塊固體，也能形成固體酒精。

通過兩種方法的制備，讓他們從中分析制備成本的高低，節省原材料，還可以加入石蠟等物料作為黏結劑，用于提高固體酒精的穩定性，同時還可以加入硝酸銅是為了燃燒時改變火焰的顏色，提高其觀賞價值，學生看到了實驗的成果又增長了知識，使他們興趣盎然，更激發了學習興趣以及實驗動手操作的積極性。

3 改革實驗教學模式，實現多元化教學

教學是一個多層次、多渠道、多方位傳播知識的過程，實驗教學也是如此。實驗課堂的教學不僅要讓學生學到一定的知識,更重要的是要讓學生能夠自己去探索知識、發現知識,具有自我教育的能力，具有分析問題、解決問題的能力，讓他們在不斷嘗試，不斷錯誤和不斷修正錯誤的過程中進行知識的探索。但是，傳統的實驗教學雖然在教學過程中也能很好地完成教與學的任務，師生之間互動性較強，但是速度慢，規模小，受時間和空間的影響較大。因此，對于實驗教學我們一方面汲取了傳統實驗教學中，教師講解、演示、巡回檢查、指導，發現問題立即糾正的教學方法，嚴格要求學生規范、熟練操作，另一方面，我們引進網絡教學，通過化學實驗網絡平臺，把有關實驗內容的操作視頻、知識背景、電子教案等搬到網絡上，使學生隨時可以上網預習、觀看、模擬，減少了操作的盲目性，更有利于激發學生對化學實驗的興趣，使學生主動獲取化學知識，這對于提高學生發現問題和解決問題的能力，收集、分析和利用信息的能力，實踐和創新的能力等都能起到很好的促進作用。

改革實驗教學模式，實現多元化教學（紙質教材、多媒體教材、網絡教材）已成為實驗教學改革的趨勢。以先進的教學方法與教學工具為手段，不斷更新教育教學觀念，積極開展虛擬仿真實驗教學，用文字、聲音、圖像、動畫的效果對實驗過程進行仿真演示，分解儀器內部結構，模擬操作過程，既節省了大量儀器、試劑又解決了傳統教學中出現的有毒、高危害、現有條件不能滿足等而無法開展的實驗項目。保證每個學生都能參與到實驗中，通過動手操作加深對理論知識的理解，結合線上線下實驗教學，同時河南農大理學院還建設有省級高等學校化學實驗教學示范中心和基礎化學虛擬仿真實驗教學示范中心，多渠道、多方位傳播知識，改變了傳統教學在時間、空間的限制。針對實踐教學的要求，新校區建設了多媒體實驗教室，制作了基礎化學實驗課件，優化化學實驗課堂教學。同時，為保證實驗課程的順利進行，不斷擴充實驗室面積，保證實驗器材，做到每個學生都能動手參與。化學中心實驗室還在校內和校外都建立了實訓機構，通過實訓來提高教學水平，提高學生理論和實踐相結合的能力，提高學生的創新能力。

為適應教育信息化環境下的新要求，2018～2020年，在基礎化學實驗教學團隊所有老師的努力下，利用python技術，設計出“氧化還原滴定學習軟件”“大學化學之沉淀滴定學習軟件”等教學輔助工具軟件，將化學實驗教學與現代化信息技術深度融合，將生活中的實例引入軟件，比如廢水中化學需氧量的測定，軟件中引入COD的檢測，使學生在安全且不受時空限制的條件下，進行模擬和完成實驗，加強了理論學習與實際應用之間的聯系，增強學生的學習興趣。

實驗教學模式不僅多元化，教學方式上也應如此。根據化學實驗的特點，應盡量減少化學試劑的使用，多采用儀器法。因此，在實驗操作上，也進行了一系列的改革。第一學期是基本操作實驗，即常規化學實驗課；第二學期是儀器操作實驗，即儀器分析實驗課。充分利用大型儀器操作減少各種試劑的用量，如利用原子分光光度計測定自來水中Ca和Mg的含量，利用紅外光譜儀、紫外分光光度計、熒光分光光度計、可見分光光度計等根據光吸收定律，進行定性和定量分析，如鑒定塑料包裝袋的成分、食品中防腐劑的用量、蔬菜水果中農藥的殘留、各種谷物中蛋白質含量的測定，以及保健品、藥物、茶飲中主要成分的分析等，通過改革，既節約了試劑，又減少了試劑對環境的污染，同時又掌握了分析技術的儀器化和微型化操作。通過這些改革措施，讓學生不僅掌握了各種實驗技能，在思想上又加深了環保意識，增強了綠色化學發展理念，課程思政效果得到了體現。

4 改革實驗教學考核方式，加強學生綜合素質的培養

基礎化學實驗作為獨立的一門學科，在實驗教學管理中也作了很大的改革，將實驗成績分為兩大部分，在兩個學期內完成。在嚴格按照實驗教學大綱教學的同時，對學生掌握的理論知識和實驗部分進行考察檢驗，第一學期設置總學時40學時，保證了每周授課和動手實驗一次，讓學生充分將理論和實驗相結合；第二學期設置總學時24學時，保證了學生能學到用到實驗中所常見的儀器和設備，為以后的科研和工作奠定了基礎。兩個學期的平時成績綜合才是這門學科的總成績，為了確保學生對每一次實驗的重視，每一次實驗課又做了成績的細分，分環節打分的模式，使實驗教學的每一個步驟都能夠在學生的成績中有所體現。其中實驗預習占10%，實驗操作占30%，實驗記錄占30%，結論與思考占30%等，實驗成績以百分制計算，每個操作的特定項都有具體的量化標準，這種考核方式可以較好地反映學生對實驗操作的具體掌握情況，便于指導教師客觀評判學生成績。經過多年的不斷完善和改進，逐步形成了一套較為科學、公正的實驗課程考核機制，使學生既重視平時的積累，又提高了實驗課堂教學效果。考核指標的量化，促進學生對實驗課程學習的積極性。

總之，我們只有在實踐中不斷摸索和總結，在重視理論教學的同時，必須加強基礎化學實驗教學的改革，不斷提高實驗教學質量，增強學生的綜合素質能力，培養出高水平的實驗人才。