雷杰 高翔 馬林 張晉芬 莊繼華

(復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系 上海 200433)

大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以簡(jiǎn)單分為低年級(jí)開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和高年級(jí)開(kāi)設(shè)的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)層次[1-3]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)日趨深刻和完善[2-3]，促使學(xué)生綜合運(yùn)用之前所學(xué)知識(shí)是綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的之一。如果學(xué)生在進(jìn)入綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)之前，已能將大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容融會(huì)貫通、綜合運(yùn)用，則在進(jìn)行綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)將會(huì)事半功倍?！盎瘜W(xué)是一個(gè)整體，各二級(jí)學(xué)科應(yīng)當(dāng)互相聯(lián)系、彼此促進(jìn)”的思想，已經(jīng)成為我國(guó)化學(xué)界的共識(shí)[1]。但是，目前對(duì)低年級(jí)的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程之間相互聯(lián)系和促進(jìn)的討論較少，還沒(méi)有引起足夠的重視。由于學(xué)習(xí)層面的局限，學(xué)生的視野不夠開(kāi)闊，這就需要教師在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過(guò)程中不斷引導(dǎo)學(xué)生。下面以?xún)x器分析實(shí)驗(yàn)為例，介紹我們?cè)谶@方面所作的一些嘗試。

1 在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

任何課程都有其自身特點(diǎn)和在課程體系中的定位[4]，只有認(rèn)真總結(jié)和把握，才能更好地建設(shè)課程，并實(shí)現(xiàn)該課程與整個(gè)課程體系的融合。

在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系中，儀器分析實(shí)驗(yàn)起著承上啟下的作用，學(xué)生修完儀器分析實(shí)驗(yàn)課程后緊接著開(kāi)始綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)。因此，在儀器分析實(shí)驗(yàn)課上對(duì)學(xué)生之前所做的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一次梳理，引導(dǎo)他們將之前分類(lèi)學(xué)習(xí)的基本知識(shí)和基本技能加以融合是很有必要的?？梢詫?shí)現(xiàn)學(xué)生在更高層次上對(duì)知識(shí)的總體把握和靈活應(yīng)用，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)做好鋪墊。此外，儀器分析實(shí)驗(yàn)面向?qū)λ拇蠡A(chǔ)化學(xué)理論課已有較好掌握(已修讀完成，或者正在修讀)的高年級(jí)學(xué)生以大循環(huán)方式(師生比高)開(kāi)設(shè)，是檢驗(yàn)學(xué)生整體學(xué)習(xí)效果的良機(jī)。

我們?cè)趦x器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中針對(duì)一些知識(shí)點(diǎn)設(shè)計(jì)了一些思考題，在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行書(shū)面小測(cè)驗(yàn)或者口頭交流，期望能檢驗(yàn)學(xué)生的預(yù)習(xí)效果及對(duì)基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)的掌握情況，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生注意增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程之間的聯(lián)系。在此過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一些亟待解決的問(wèn)題。比如，對(duì)于電化學(xué)中的三電極系統(tǒng)，我們?cè)O(shè)置的問(wèn)題之一為：對(duì)于一個(gè)電化學(xué)體系，只需通過(guò)正極和負(fù)極兩個(gè)電極即可測(cè)定電壓、電流等電化學(xué)參數(shù)，為何還要引入第3個(gè)電極？很多學(xué)生的回答經(jīng)常是似懂非懂。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生在分析化學(xué)和物理化學(xué)的理論課上都已學(xué)過(guò)，同時(shí)在儀器分析和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中也會(huì)不止一次碰到，但是學(xué)生很少能主動(dòng)將這么多次的認(rèn)知過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，這就需要教師的適時(shí)點(diǎn)撥。在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的類(lèi)似問(wèn)題還有很多。這些問(wèn)題反映出：在目前的教學(xué)過(guò)程中，大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

2 加強(qiáng)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)間聯(lián)系的措施2.1 通過(guò)課程體系設(shè)置加強(qiáng)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系

關(guān)于大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系的設(shè)置，各個(gè)學(xué)校的做法有所不同，但是均考慮到了課程之間的聯(lián)系和學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程。復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系提出了“以實(shí)驗(yàn)技術(shù)要素為主線”的改革方案，對(duì)原有的按無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)劃分的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了組合調(diào)整[5-7]。

普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程整合了我校原在大一開(kāi)設(shè)的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)等課程內(nèi)容，保留了一些基本技術(shù)單元以及無(wú)機(jī)制備、性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)參數(shù)測(cè)定、pH計(jì)使用等最基本的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)還增加了一些簡(jiǎn)單的有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)以及分光光度法、氣相色譜法等儀器分析實(shí)驗(yàn)，力求做到反映化學(xué)學(xué)科最基本的特征[8]。

無(wú)機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)課程整合了原有的普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)、無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和定量分析實(shí)驗(yàn)等課程的主要內(nèi)容，包含了無(wú)機(jī)制備實(shí)驗(yàn)、定量化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)、化學(xué)基本原理的驗(yàn)證以及某些物理量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)、元素及化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、常見(jiàn)離子分離與鑒定實(shí)驗(yàn)以及與此相關(guān)的綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等，特別充實(shí)了一些產(chǎn)品制備與測(cè)定的系列實(shí)驗(yàn)，將無(wú)機(jī)制備與定量分析、定性鑒定有機(jī)結(jié)合起來(lái)[9]。

合成化學(xué)實(shí)驗(yàn)以原來(lái)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主體，并加入了部分無(wú)機(jī)合成實(shí)驗(yàn)和少量結(jié)構(gòu)表征實(shí)驗(yàn)[10]。

儀器分析與物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是由原來(lái)的儀器分析實(shí)驗(yàn)和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)組合而成[11-12]。

經(jīng)過(guò)以上調(diào)整，大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系得到增強(qiáng)。以上思想已經(jīng)體現(xiàn)在相關(guān)教材和教學(xué)論文中，在此不再贅述。對(duì)于一門(mén)課程或者某個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)工作者而言，所需做的事情就是在具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，進(jìn)一步加強(qiáng)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系。

2.2 通過(guò)教學(xué)實(shí)踐加強(qiáng)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系

任何教學(xué)改革，最終都要通過(guò)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們采取了課程內(nèi)縱向聯(lián)系和課程間橫向聯(lián)系相結(jié)合的實(shí)踐模式，來(lái)加強(qiáng)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)之間的聯(lián)系，使學(xué)生不僅得到實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面的訓(xùn)練，同時(shí)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想等，最終提高學(xué)生的綜合能力。

對(duì)于課程內(nèi)縱向聯(lián)系，我們已經(jīng)探討了增強(qiáng)儀器分析實(shí)驗(yàn)課程中各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間聯(lián)系的一種方式[13]。具體做法是，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)同一分析對(duì)象選擇不同的分析方法和儀器進(jìn)行測(cè)量，以比較不同儀器分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生舉一反三、觸類(lèi)旁通的能力。

另外，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)講解中盡量結(jié)合學(xué)生的已有知識(shí)過(guò)渡到本次實(shí)驗(yàn)，比如在指導(dǎo)原子發(fā)射實(shí)驗(yàn)時(shí)，有學(xué)生上周剛做過(guò)原子吸收的實(shí)驗(yàn)，此時(shí)我們就可以通過(guò)知識(shí)遷移將之前學(xué)過(guò)的原子吸收的知識(shí)過(guò)渡到原子發(fā)射，并通過(guò)類(lèi)比，讓學(xué)生思考：同樣是原子化器，是否可以將原子吸收實(shí)驗(yàn)中的火焰原子化器應(yīng)用到原子發(fā)射實(shí)驗(yàn)中，從而取代交流(或者直流)電?。咳绻梢?，是否需要改變實(shí)驗(yàn)條件？這些知識(shí)雖然在理論課教材上出現(xiàn)過(guò)，但在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生在回答該問(wèn)題時(shí)，大多是自由發(fā)揮，說(shuō)明學(xué)生對(duì)教材上的這個(gè)知識(shí)點(diǎn)印象不深刻。為此，我們要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)討論，理解并回答這個(gè)問(wèn)題。這樣一來(lái)，學(xué)生對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握將非常深刻，因?yàn)樗麄冊(cè)谶@個(gè)知識(shí)點(diǎn)上已經(jīng)融入了自己的想法。

對(duì)于課程間的橫向聯(lián)系，我們已介紹過(guò)加強(qiáng)儀器分析實(shí)驗(yàn)與有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)之間聯(lián)系的方式[14]，提出了將有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的原料或者產(chǎn)物作為儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)際樣品進(jìn)行教學(xué)的方式。在不增加課時(shí)、不開(kāi)設(shè)新課程的情況下，可操作性較強(qiáng)，并且可以靈活運(yùn)用。這一嘗試將有助于充分利用教學(xué)資源，提高辦學(xué)效益；同時(shí)有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生構(gòu)筑全面知識(shí)、提高應(yīng)用能力、增強(qiáng)科研意識(shí)等。

與有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系還有很多，比如有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的“過(guò)柱子”，即現(xiàn)代高效液相色譜的雛形，但是學(xué)生在做有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)很少提到正相色譜、反相色譜的概念。目前儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的液相色譜幾乎全部是反相色譜，學(xué)生很少用到正相色譜，這時(shí)候結(jié)合有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)講解，不僅可以使學(xué)生將已有知識(shí)納入新知識(shí)體系，而且是對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的一個(gè)拓展，使學(xué)生對(duì)正相色譜有更好的認(rèn)識(shí)。學(xué)生在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中很少能認(rèn)識(shí)到固定相顆粒大小、形狀對(duì)分離的影響，在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們通過(guò)聯(lián)系有機(jī)實(shí)驗(yàn)所用固定相(100～150目為宜)、填充柱氣相色譜常用固定相(60～80目)和高效液相色譜常用固定相(5μm)的顆粒大小和形狀，結(jié)合范氏(Van Deemter)方程，講解固定相顆粒大小和形狀對(duì)分離的影響，以及色譜是如何從有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用的一根玻璃管演變到儀器分析實(shí)驗(yàn)中所用商品化的高效液相色譜儀。

對(duì)于吸光光度-化學(xué)計(jì)量學(xué)分析方法測(cè)定飲料中混合色素的實(shí)驗(yàn)[15]，我們首先要求學(xué)生回憶一年級(jí)做過(guò)的普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)吸光光度法測(cè)定鐵的實(shí)驗(yàn)步驟，并對(duì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，使學(xué)生切身體會(huì)到化學(xué)計(jì)量學(xué)的重要性，領(lǐng)會(huì)本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想。另外我們還要求學(xué)生通過(guò)查閱資料并結(jié)合自己的使用體驗(yàn)，比較之前所用的S22PC型和現(xiàn)在所用的TU-1901型分光光度計(jì)的區(qū)別(光源、光路系統(tǒng)等)，使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)儀器的了解。

在原子吸收分光光度法測(cè)定奶粉中的鈣實(shí)驗(yàn)中，我們將其與高錳酸鉀法測(cè)定鈣鹽中的鈣含量實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來(lái)，要求學(xué)生找出以前的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并通過(guò)文獻(xiàn)查閱，從準(zhǔn)確度和使用范圍等角度比較兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以加強(qiáng)儀器分析實(shí)驗(yàn)和無(wú)機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系。通過(guò)類(lèi)似的對(duì)比，可以使學(xué)生對(duì)容量分析和儀器分析各自的長(zhǎng)處與局限性有進(jìn)一步的感性認(rèn)識(shí)，深化對(duì)于分析誤差理論的認(rèn)識(shí)，改變現(xiàn)在科研中對(duì)儀器的盲目信賴(lài)和對(duì)容量分析的誤解。

儀器分析實(shí)驗(yàn)中的氣相色譜的保留值法定性及歸一化法定量和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的氣液色譜法測(cè)定無(wú)限稀溶液的熱力學(xué)函數(shù)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)所用均為填充柱氣相色譜儀，但是實(shí)驗(yàn)側(cè)重點(diǎn)不同，一個(gè)是用來(lái)定性和定量，一個(gè)是通過(guò)測(cè)定活度系數(shù)來(lái)求偏摩爾混合焓和偏摩爾溶解焓。此外，在兩類(lèi)實(shí)驗(yàn)中均用到電化學(xué)工作站和分光光度計(jì)。通過(guò)這一系列實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系和對(duì)比，可讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到：儀器先進(jìn)與否固然重要，但更重要的是需要有自己的思想；通過(guò)不同角度思考問(wèn)題，可以不斷獲得新的知識(shí)、涌現(xiàn)鮮活的想法。

3 結(jié)束語(yǔ)

以上介紹的課程體系設(shè)置改革，以及教學(xué)實(shí)踐中的類(lèi)比與聯(lián)系(無(wú)論是課程間的，還是課程內(nèi)的)，最終目的都是讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，達(dá)到舉一反三、觸類(lèi)旁通，最終將大學(xué)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)編織成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)就是這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)，互相之間有著交叉聯(lián)系。通過(guò)以上教學(xué)實(shí)踐，有助于培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系和類(lèi)比的思維習(xí)慣，鍛煉其歸納總結(jié)能力，最終使得學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，終生受益。

本舉措自2007年實(shí)施以來(lái)，得到學(xué)生好評(píng)。在學(xué)校教務(wù)處的網(wǎng)上教學(xué)評(píng)估系統(tǒng)中，學(xué)生對(duì)相關(guān)課程的評(píng)分逐年提升。同時(shí)，儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)實(shí)踐有力地支持了化學(xué)系課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革。以上措施已經(jīng)在其他基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中開(kāi)始推廣，但是普及之路任重道遠(yuǎn)，因?yàn)橐_(dá)到較好的教學(xué)效果，對(duì)教師有較高的要求，需要實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師對(duì)所有大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程有全面的了解。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 金若水,吳性良,謝高陽(yáng).大學(xué)化學(xué),1998,13(6):12

[2] 吳性良,陸靖.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2001,18(2):108

[3] 張逢星,李珺,郭慧林.大學(xué)化學(xué),2009,24(3):18

[4] 雷杰,張晉芬,吳性良,等.寧夏大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,28:158

[5] 陸靖,吳性良,姚子鵬,等.高等理科教育,2000,34(6):55

[6] 徐息良,吳性良,姚子鵬,等.大學(xué)化學(xué),2001,16(6):21

[7] 姚子鵬,陸靖,莊繼華.實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2002,21(4):39

[8] 沈建中,馬林,趙濱,等.普通化學(xué)實(shí)驗(yàn).上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2006

[9] 趙濱,馬林,沈建中,等.無(wú)機(jī)化學(xué)與化學(xué)分析實(shí)驗(yàn).上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2008

[10] 李妙葵,賈瑜,高翔,等.大學(xué)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn).上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2006

[11] 吳性良,朱萬(wàn)森.儀器分析實(shí)驗(yàn).第2版.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2008

[12] 復(fù)旦大學(xué).物理化學(xué)實(shí)驗(yàn).第3版.北京:高等教育出版社，2004

[13] 雷杰,張晉芬,吳性良.全國(guó)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研討會(huì)論文集.武漢,2010:58

[14] 雷杰,張晉芬,馬林,等.第10屆全國(guó)大學(xué)化學(xué)教學(xué)研討會(huì)論文集.北京,2009:426

[15] 雷杰,張晉芬,朱萬(wàn)森,等.大學(xué)化學(xué),2008,23(5):36