实验教学内容改革相关的因素分析及实践

【摘 要】随着高等学校规模及招生比例和新专业的不断增加、实验室建设投入的增大及实验仪器设备条件的改善，在近十年的发展建设过程中，实验项目进行了两次较大的调整，在保持稳定的基础上注重对实验教学内容改革的相关因素研究及实践，充分体现了先进性、环保、节能、节约和安全的原则，在教学实践中形成了较符合学生实际的、具有良好教学效率的实验内容体系。

【关键词】教学现状的变化 实验内容改革 实践

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674－4810（2011）20－0021－02

我国高等教育大众化是从1999年高校大规模招生开始的，截至2007年，全国各类高等教育总规模超过2700万人，高等教育毛入学率达到23%。随着高等学校规模及招生比例的增大、专业数量的不断增加、实验室建设投入的增大及实验仪器设备条件的改善，实验教学项目内容发生了很大的变化。本文以无机及分析化学实验这门课程为例，分析了教学现状的变化情况，总结了实验内容改革应考虑的相关因素和实践经验。

无机及分析化学是材料科学、环境工程、生物工程等本科专业的一门必修基础课，在十年的发展建设过程中，无机及分析化学实验的实验项目进行了两次较大的调整，在保持稳定的基础上注重对实验教学内容改革相关因素的研究及实践，充分体现了仪器设备的先进性、注重环境保护、节约能源、水资源和药品、重视安全的原则。通过教师的职业活动参入可持续发展行动，科学讲求职业经济，将公民参入可持续发展的方式落到实处，在实践中形成了比较符合学生实际的、具有良好教学效果的实验内容体系，为学生后续的专业实验和将来的科学研究打下了必要的化学基础。

一 教学现状的变化情况

1．专业数量及学生数量的变化情况

1999年以前，分析化学实验室承担材料科学与工程学院的金属材料和无机非金属材料两个专业的实验教学任务，2001年增加了材料物理和环境工程两个专业，2003年增加了高分子材料和生物工程两个专业，2007年又增加了热能与动力工程和石油工程两个专业，已经达到8个专业；学生人数也有较大增幅，由1999年的210人增加到2007年的540人，增幅达到157%。从2000年的两个专业七个班到2007年增加到八个专业18个班。由于人数增幅较大，给实验教学也带来很大压力。

2．实验所需仪器设备的变化情况

无机及分析化学实验涉及仪器的实验内容较多，主要有：加热；固液分离；沉淀的烘干、灼烧；试样的称重；溶液pH值测定；电导率的测定、分光光度法测量元素含量等。用到的仪器设备主要有：水浴锅、电沙浴、减压抽滤装置、离心机、烘箱、马弗炉、电光分析天平、电子天平、酸度计和分光光度计等。实验所需仪器设备的变化情况（见表1）。

就2007年与1999年的比较情况来看，在加热仪器上淘汰了耗能高的电沙浴和马弗炉；分离仪器用循环式水真空泵代替了原来的玻璃抽滤装置；称重仪器用电子分析天平取代了全自动的电光分析天平；溶液pH值测定用数显酸度计（复合电极）取代了指针式酸度计（玻璃电极、甘汞电极），电极不容易损坏，仪器稳定性好；增加了用数显电导率仪测定溶液电导率的实验内容；溶液吸光度的测定补充了性能稳定的分光光度计，这些仪器的更换及增加在实验教学中发挥了较大作用。

3．实验项目的变化情况

无机及分析化学实验课时少，同时涵盖无机化学、分析化学两门课程，精选实验项目进行必要的改革非常重要，减少重复性、验证性实验，增加综合性实验一直是实验内容改革的重点。2000年以来，对分析化学的对实验内容的改革一直在进行，经过2003年和2007年两次大的调整，基本形成了稳定的、教学效果较好的实验项目。实验项目的变化情况（见表2）。

2003年将光度法的实验钢样中锰元素含量的测定改为邻二氮菲吸光光度法测定微量铁，实验步骤中减去了用沙浴溶解钢样的过程；2007年用乙酸解离常数的测定代替了分析天平称量练习，用自来水水质检验及其硬度的测定代替了自来水总硬度的测定，经过近三年的教学实践，取得了良好的教学效果。

二 实验教学内容改革相关因素的分析及实践

围绕专业人才知识结构要求与能力的培养，适应学生及实验室建设的现实状况，在实验项目改革过程中始终坚持从实际出发，了解学生具备的化学实验能力和印象深刻的实验内容，分析这些实验具有的特点，体现在实验项目的选择上。由于学生人数的大幅增加，电能、水资源、药品的消耗量及实验中有毒、有害气体的排放量明显增多，实验项目改革的重点就是减少电能及水资源的消耗，节约药品；减少或消除有毒、有害气体的排放，在不影响人才培养目标的前提下通过先进仪器设备的使用达到节约资源、保护环境的目的。

1．重视对学生实验能力及兴趣的调查研究，增强实验教学的针对性

2007年，我们在2007级的10个与化学学科关系紧密的专业中进行了问卷调查，通过对调查问卷的分析，形成了对大学新生总体实验能力的认识，认为大学新生作为教育的对象具有特殊性，受到经济发展水平、教育水平、学校层次、实验条件、教师对实验的重视程度及个人喜好等不同因素的影响，使这一受教育群体在实验能力方面存在较大差异。针对教育对象的实际情况，在实验内容改革上注重强调基础，难度适中，从而增强了实验教学内容改革的针对性。

在分析化学实验部分，通过两个实验进行滴定基本操作的训练；增加的乙酸解离常数的测定实验和无机化学实验部分的水溶液中的解离平衡实验都用到了酸度计，通过间隔重复的使用加深印象。无机及分析化学实验选择的实验内容具有实验现象明显、有新奇感，动手操作多，滴定终点灵敏，使用仪器较多的特点，取得了良好的教学效果。

2．充分发挥先进仪器设备在教学中的作用，提高实验教学效果

随着科学技术的不断进步，先进的仪器设备不断出现，先进仪器设备的使用会提高效率、增强数据的可靠性，提高实验教学效果。分析天平称量练习实验中用到的全自动电光分析天平已属于淘汰产品，仪器故障多维修困难，操作复杂、时间长、数据不准，现已被电子分析天平所取代，电子分析天平操作简单、数据准确，学生不需要长时间的学习训练就可掌握，2006年则删除了分析天平称量练习的实验。2007年用自来水水质检验及其硬度的测定实验代替了自来水总硬度的测定，在内容上除原来的自来水硬度测定外，又增加了自来水与去离子水中离子的检验和自来水与去离子水电导率的测定的实验内容，通过增加的数显电导率仪使用扩充了实验内容，结果精确，使学生对水质检验有了更加全面的认识。这些先进仪器设备的使用为取得好的教学效果提供了物质保证，在实验教学中发挥了不可替代的作用。

3．注重环境保护，减少实验中有害气体的排放

实验室的“三废”排放问题已越来越引起高度的重视，在无机及分析化学实验项目中，2002年以前的钢样中锰元素含量的测定实验存在有害气体排放问题，这个实验要用混合酸溶解钢样，实验过程中要产生大量的高浓度的酸烟，排放到大气中对环境产生不良影响，这个实验内容属于分析化学的光度法，是学生必须要掌握的。2003年改为邻二氮菲吸光光度法测定微量铁实验，测定的是水样中的微量铁元素，减少了溶样的过程，杜绝了有害气体的排放。

4．节约能源和水资源，减少耗电多、浪费水的仪器使用

2000年无机及分析化学实验项目中的钢样中锰元素含量的测定、2003年的碳酸钠制备及其含量的测定实验中用到的电沙浴和马弗炉都属于功率高的设备，其中碳酸钠制备过程需要在300℃条件下灼烧1小时，实验时间长，电能浪费大，在班级数目增加的情况下不适合，在实验项目调整中去掉。

重量法测定未知样中硫酸根离子的含量和碳酸钠制备及其含量的测定实验中都用到了减压抽滤装置，传统的抽滤装置水不能循环，每抽滤一次要用掉大量的自来水，并且抽滤效率低、时间长，抽滤装置容易打碎，浪费大。之后采用了循环式的水真空泵后，大大缩短了实验时间，减少了玻璃仪器的损坏，节约了水资源。

5．增强节约意识，在保证实验效果的前提下尽可能少用药品

加强对实验教学内容的研究，在保证实验效果的前提下尽可能少用药品。在自来水水质检验及其硬度的测定实验中要用到较大量的NH3—NH4Cl缓冲溶液，这种缓冲溶液在教材中有4种不同的配制方法，配制1升该溶液需要的药品分别是（1）NH4Cl 54g，浓氨水63mL；（2）NH4Cl 54g，浓氨水126mL；（3）NH4Cl 54g，浓氨水350mL；（4）NH4Cl 20g，浓氨水100mL。通过对4种溶液电位滴定得到的滴定曲线进行分析，发现（4）号NH3—NH4Cl缓冲溶液完全可以满足该实验的要求。相比较（3）号缓冲溶液而言，每配制1升缓冲溶液可节约氯化铵34克，约63%，节约浓氨水250毫升，约71%，同样可以达到实验要求。

6．增强安全意识，减少实验中的不安全因素

实验室中的不安全因素很多，如，强腐蚀性药品的使用、刺激性有害气体、高温加热及高功率电器设备的使用等。在2000年无机及分析化学实验项目中的钢样中锰元素含量的测定的实验中，同时具有以上不安全因素，这样的实验应被替换。

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〔责任编辑：王以富〕