改革化学实验教学,提升学生科学素养

摘要：实验教学是培养学生科学素养的重要环节，在大学中，实验课程已经独立设课，但是实验教学内容、教学方法已经不能满足新时代培养学生的需要，本文就目前实验教学业提出了教学改革的方式和方法。

关键词：教学改革 实验 创新

实验教学是教学过程中一个非常重要的组成部分，特别是对于理工科学生，实验教学不但是巩固理论知识的重要步骤，而且还是培养学生基本的实验技能、基本技术以及科学素养的关键环节。实验教学的优劣直接影响到培养学生的质量，传统的实验教学是理论课的附属，在教学方法上以教师为中心，学生按照教师所“教”的内容，在有限的时间内完成规定的实验任务、撰写报告，使得学生的主观能动性和创新性受到了严重限制。所以实验教学在教学内容及教学方法上有滞后性，已经不能满足培养全面发展学生的需要。我们必须对以往的教学方法、教学内容进行改革。如何改革？本人针对无机化学实验提出以下几条改革建议：

一、在现有内容条件下，调整实验顺序，使各个实验前后进行关联，使之成为有机的统一整体

目前，进行的实验都是各自独立，不利于学生系统的培养。我们可以将各实验按某种线索联系起来，这样教学改革投入较少，师生容易接受，也就最容易进行。如：碱式碳酸铜制备与五水硫酸铜的制备实验可以关联起来，制备的碱式碳酸铜作为制备硫酸铜时用来调节溶液pH的试剂。优点是：第一，用碱式碳酸铜代替氢氧化钠，不易引入杂质，使制得的产品纯度更大。第二，用碱式碳酸铜代替氢氧化钠，可使得学生在做碱式碳酸铜制备时，更加认真准备实验。第三，用碱式碳酸铜代替氢氧化钠，节约试剂，减少排放。另外制备出的硫酸铜可用于二草酸合铜（Ⅱ）酸钾的制备实验。废铁屑制备的硫酸亚铁铵，可以用于草酸亚铁的制备，制备的草酸亚铁可用于三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备中，通过将这三个实验关联起来，实验中充分调动学生学习的主动性，精益求精，将实验做到精致。通过实验之间的关联，既培养了学生实验能力，又潜移默化的渗透绿色化学意识。设计实验顺序时，充分考虑环境因素，例如研究三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的感光性质的实验，可以安排在气温较高、光照充分的月份，如五、六月份。要求低温的实验，如二草酸合铜（Ⅱ）酸钾的制备实验，可以安排在十二月份左右。如此安排实验，既考虑学生的认知规律，又充分利用外界因素，对课程内容进行有机整合。

二、适当延伸实验内容，引入科学技术发展的最新成果，让学生体会、感受、了解科学发展的程度及方向

现在科学技术日新月异，科学技术不断应用于科学研究，化学、物理、生命等科学研究手段已离不开科技进步，HPLC、STM、XRD等都作为一种手段应用于科学研究，学生需要了解、掌握科技发展的最新成果。我们培养学生要与社会的需求接轨，企业对人才的需要更为严格，不但要有扎实的基础知识，而且还要了解、掌握科技发展的最新成果。科技发展的成果也要为学生服务。无机实验中，合成一种产品，由于实验条件的限制，对产品的表征一般不进行或不深入研究，这样在一定程度上消弱了学生的实验积极性，面对产品，不能进行表征，不知道自己制备的产品纯度如何，结构怎样。但是如果我们适当延伸实验内容，就能激发学生更大的实验兴趣。比如在五水硫酸铜的制备、硫酸亚铁铵制备实验中，如果增加对产品进行表征的内容，应用XRD获取产品的结构信息。首先，可激发学生更加积极、认真地对待实验，在操作过程中更加规范、精益求精。其次，学生会想各种办法去获得纯净的产品，甚至采用培养单晶的方法，将实验做到精致。第三，学生又一次将学习到的物质结构理论知识应用到自己的实验中，来分析自己的产品，这比拿一张现成的图谱让学生分析更能调动学生的积极性。同时了解现代科学仪器在实际生活中的具体运用，为将来工作研究打下良好的实验基础。

三、在实验过程中，学会相互配合，协调工作，培养团队意识，放手发动学生，使学生成为实验的主体

随着社会的发展，各行各业对人才的要求不断提高。首先要有团队意识、协作精神。我们培养的学生能够与别人高效合作，作为骨干成员具有全面协调工作的能力，学会整合、利用已有的资源为解决问题服务。其次是有创新能力，创新性人才的培养是社会的要求，也是学校办学的根本。如何培养创新能力，这是一项非常复杂的工程，创新能力犹如一株破土的嫩芽，它需要空气、土壤等适宜的外部环境。对人才的培养也是如此，对其提供良好的外部环境，创新的种子会在其心中萌发。目前很多实验课程，从实验药品、操作过程、到实验结果，基本上都已知道，对学生没有新鲜感，难以激发学生的创新性。教学改革目的就是更好培养学生，更好为经济社会发展服务。学习归根结底是学生的学习，是学生获得知识或技能的过程。所以在这个过程中出发点和落脚点都是学生，实验教学就是综合培养学生基本的动手、动脑的能力，在教学过程中具有很强的创造性，也因为实验的复杂性，才可以激发学生的求知欲。比如电导法测定硫酸钡的溶度积实验，可以先让学生根据无机化学原理，从理论上计算硫酸钡的溶度积，并与附录中的数据比较，深化对化学原理知识的理解。然后讲解电导原理，对物理学感兴趣的同学可能对其中的电路原理比较关心。这实际上在学生心目中埋藏了一颗学科交叉的种子，因为做科学仪器就需要有化学背景的人。在化学反应速率常数测定实验中，可以很好培养学生的团队精神，整个实验过程中，每组学生内部分工不同，有的准备实验药品及器皿、有的配制溶液，有的调节秒表，最后共同讨论实验结果。只有配合得比较好，才能成功完成实验，总而言之，让学生做实验的主体，教师的教学为学生主体服务，从多个角度激发学生学习主动性、积极性，营造学生自由、全面发展的空间。

四、改革实验教学思路，打破原有的课时、内容限制，实验室变为时间、空间真正开放的实验室

实验教学改革难于进行大的改变，首先，传统习惯成为教学改革的思想阻力。实验教学涉及到教学人员的配备、仪器设备的购置以及药品试剂的准备等方面，因此如果要进行教学内容、方法的改革，将要涉及多个环节的调整。再者，实验教学改革要求重新研究教学内容，熟悉、掌握仪器设备的使用，这对实验人员提出更高的要求。第三，对学生讲，实验教学改革就是将被动式学习变为主动式学习，自己探索、学习的过程，对一部分学生可能不适应，自己无从下手，所以要首先改变自己的学习习惯和学习方式。实验课就其本身来讲具有一定的探索性，通过学生自己的探索过程获得某种技能、知识。不同学生，知识、技能经验不同，对实验的要求层次不同，我们除给学生开设基本的必修课程外，还可以开放选修的实验课，增加难度，形成梯度，供学生选择。由于实验活动的主体是学生，学生在实验过程中又是探索的过程，每个学生所需时间也不同，因此，课时要有一定的灵活性。比如在做硫酸亚铁铵制备实验时，要制备出漂亮大块的硫酸亚铁铵晶体，要在室温条件下进行蒸发水分，可以让学生将溶液放在自己的厨内，等下一次实验时，观察晶型，进行性质实验；像三草酸合铁（Ⅲ）酸钾制备、硫酸铜制备、硫代硫酸钠制备、废铝箔制备硫酸铝等实验均可不限定实验课时，以学生做出漂亮的晶体为原则，通过这一过程让学生亲身体会科学研究的艰辛，以及其中蕴含的快乐。

五、培养学生绿色化学意识，树立环保的观念

目前环境污染越来越严重，人类的生存环境不断恶化，国家不断出台更为严厉的环保法规，但是很多不法企业铤而走险，很重要的原因是经济利益，另外就是没有绿色化学的意识，实际上绿色化学与经济利益并不矛盾，进入21世纪，绿色化学已经成为企业发展的方向，美国设立美国总统绿色化学挑战奖，从化工生产的各个环节，都设立奖项，引导企业科技工作者研究绿色化学。学生将来会成为各个企业领导者，他们的绿色化学意识也就决定着未来企业的发展方向，具有较浓的绿色化学意识，会自觉地在生产过程中从企业原料、过程、产品按环保绿色化的设计进行，实现经济利益、社会效益的双赢战略。具体到日常实验教学过程中，就要培养学生的绿色化学意识，树立环保的观念，比如在制备实验中，可以提供多种设计路线，让学生应用绿色化学的十二条原则来判断哪种是绿色环保的方案，启发学生如何改进试验。比如，硫代硫酸钠的制备可采用三种方法：

（1）H2S和亚硫酸的碱溶液作用制得

2HS-+HSO3-3S2O32-+H2O。

（2）将Na2S和Na2CO3以2∶1的物质的量之比配成溶液再通入SO2便可制得Na2S2O3。

2Na2S+Na2CO3+4SO23Na2S2O3+CO2。

（3）将硫粉溶于沸腾的亚硫酸钠溶液中制备Na2S2O3。Na2SO3+SNa2S2O3第一个反应，H2S有毒，具体操作比较困难，也不安全；第二个反应，SO2有刺激性气味的气体，而且放出CO2气体，原子经济性为90.2%。第三个反应，反应物比较安全，操作方便，并且本反应原子经济性为100%，按绿色化学标准，应是最佳方案。未来面临资源的枯竭，废弃物逐渐变为人类的二次资源，从中制备出有用的产品，应该不断深入到实验教学过程中，培养学生科学对待废弃物的态度，一定让从事化学工作的学生存在一个观念，在搞化学的学生眼里没有废弃物，只有资源。如从废铝箔制备硫酸铝，就可以让学生从喝牛奶剩下的牛奶包装盒出发，经过破碎、碱溶、过滤、制备氢氧化铝进而制备硫酸铝，让学生体亲身体会这并不困难。从工厂回收的废铁屑制备硫酸亚铁铵，从废旧干电池回收锌、碳棒、用二氧化锰制备高锰酸钾等，强化学生的环保意识，在生产的每一环节都要问一问是否采用绿色化的方式，环保情况怎样等。实验室污染问题不容小视，科研室、基础实验室每年都会排出大量的废弃物，学生每做一次实验，环境都要付出一定的代价，因此学生应该以敬畏的心做好每一次实验，同时思考如何对环境影响最小。如果经历绿色化学意识培养的大学生，经过大学四年的耳濡目染，学生的绿色化学意识以及环保的观念应扎根于学生的思想行为中，那么整个国家的环境问题也就有了人员保障、思想保障、行为保障。

总之，实验教学改革面临着时代赋予的机遇，科学技术迅猛发展为其提供了有力的物质保障；充满激情、易于接受新事物的学子为教学改革丰沃的土壤；勇于探索、敢于创新的教师队伍为教学改革提供了强有力的精神动力和智力支持。

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