蘇碧云 李磊 劉祥 孟祖超

(西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 陜西西安 710065)

對(duì)于化學(xué)專(zhuān)業(yè)的本科生而言，實(shí)驗(yàn)課的重要性不言而喻。大學(xué)化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程的設(shè)置有一個(gè)特點(diǎn)，就是基本上每一門(mén)理論課都有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課；前者提出理論，后者則運(yùn)用理論解決實(shí)際問(wèn)題，同時(shí)驗(yàn)證理論，二者相輔相成，密不可分。筆者作為教授化學(xué)化工專(zhuān)業(yè)大一學(xué)生的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)及無(wú)機(jī)化學(xué)課程的教師，在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在內(nèi)容編排上存在一些問(wèn)題，如理論課與實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過(guò)于陳舊等。實(shí)驗(yàn)課程的不完善勢(shì)必會(huì)影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣和創(chuàng)造性思維的發(fā)揮。本文針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合本課程組的教學(xué)實(shí)踐，提出相應(yīng)的對(duì)策和建議。

1 無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)編排順序的調(diào)整與優(yōu)化

在大多數(shù)開(kāi)設(shè)化學(xué)專(zhuān)業(yè)的院校，特別是工科院校，許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)從屬于相應(yīng)的化學(xué)理論課程。實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)與編排分別由各教研室負(fù)責(zé)，而理論課程的設(shè)計(jì)與編排則與所選教材有很大關(guān)系。通常情況下，理論課教師與實(shí)驗(yàn)課教師不是同一人，如果不定期進(jìn)行溝通，這兩門(mén)課程容易出現(xiàn)脫節(jié)或重復(fù)。結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，我們認(rèn)為化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程與理論課程的設(shè)計(jì)編排應(yīng)該相輔相成，避免脫節(jié)與重復(fù)。具體做法如下：

(1) 易于感性認(rèn)識(shí)的內(nèi)容應(yīng)從實(shí)驗(yàn)入手，先讓學(xué)生接觸這方面的感性知識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象形成鮮明深刻的印象。對(duì)于現(xiàn)象的解釋及相關(guān)理論的深入探討可在以后的理論課學(xué)習(xí)中進(jìn)行。例如化學(xué)反應(yīng)速率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，(NH4)2S2O8和KI的反應(yīng)以淀粉變藍(lán)作為標(biāo)志，即藍(lán)色出現(xiàn)的快慢反映了反應(yīng)速率的快慢。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以直觀地得出反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度以及催化劑Cu(NO3)2對(duì)反應(yīng)速率的影響，即反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越快；溫度越高，反應(yīng)速率越快；加入正催化劑可加快反應(yīng)速率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論的方式相較于我們?cè)跓o(wú)機(jī)化學(xué)理論課中推導(dǎo)得出結(jié)論的方式，更加有趣，且印象深刻。因此，我們對(duì)以前實(shí)驗(yàn)課的授課計(jì)劃做了調(diào)整，將實(shí)驗(yàn)安排到相應(yīng)的理論知識(shí)講授之前。實(shí)驗(yàn)先行，不但可以使學(xué)生直觀地得到化學(xué)反應(yīng)速率的影響因素，而且經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的鋪墊也有利于后續(xù)相關(guān)理論的學(xué)習(xí)。例如，在無(wú)機(jī)化學(xué)理論課上，教師可以通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，將宏觀現(xiàn)象和微觀原因聯(lián)系起來(lái)，引出分子碰撞理論、過(guò)渡狀態(tài)理論、活化能的概念和阿侖尼烏斯公式。這樣一來(lái)，學(xué)生在接受這些較難理解的理論時(shí)就會(huì)更容易。對(duì)于易于觀察、能夠感性認(rèn)識(shí)的課程內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)安排在理論之前，比一開(kāi)始就讓學(xué)生接受相關(guān)的理論更容易接受。這不但符合大一學(xué)生由感性到理性、由特殊到一般的認(rèn)知規(guī)律，也可激發(fā)學(xué)生的興趣，在興趣的引導(dǎo)下去探求更深入、更系統(tǒng)的理論知識(shí)。

(2) 較復(fù)雜抽象的實(shí)驗(yàn)，可將實(shí)驗(yàn)課程安排在理論課程之后進(jìn)行。通過(guò)學(xué)習(xí)相關(guān)的概念和原理，并按一定的邏輯順序引出命題和結(jié)論，這樣，學(xué)生對(duì)一個(gè)命題的來(lái)龍去脈就能形成清晰的脈絡(luò)。在接下來(lái)的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生因?yàn)橐呀?jīng)學(xué)習(xí)過(guò)了相關(guān)的概念及原理，對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募霸淼睦斫夂桶盐諏?huì)更加準(zhǔn)確。例如我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)可逆反應(yīng)以及一元弱酸或弱堿解離反應(yīng)的學(xué)生，在做HAc解離度和解離常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程有條不紊，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也更加準(zhǔn)確。而那些沒(méi)有接觸相關(guān)理論就進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，表現(xiàn)得比較忙亂，而且會(huì)因?yàn)椴蛔⒁饧?xì)節(jié)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大。例如，這些學(xué)生由于不理解所測(cè)溶液的pH實(shí)際上代表的是HAc解離平衡之后的氫離子濃度，所以加水稀釋之后不攪拌，未等其平衡就進(jìn)行pH測(cè)定，這樣得到的數(shù)據(jù)勢(shì)必誤差較大。為了保證實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量和效果，從2010年起，我們將所有平行班級(jí)的HAc解離度和解離常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)安排在相關(guān)理論課講完之后，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果得到了很大改觀。

如果未學(xué)習(xí)相關(guān)的理論知識(shí)就進(jìn)行原理較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟可能很快就能完成實(shí)驗(yàn)，但對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理卻是一知半解。在實(shí)驗(yàn)課上，即使教師對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單講解，但畢竟時(shí)間有限，講解不可能系統(tǒng)、全面。另外，一些專(zhuān)門(mén)帶實(shí)驗(yàn)而不講理論課的教師，對(duì)學(xué)生提出的更深入的問(wèn)題可能難以作答。在無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[Ti(H2O)6]3+分裂能的測(cè)定中，要求學(xué)生通過(guò)分光光度計(jì)法測(cè)定[Ti(H2O)6]3+的分裂能Δo, 其原理是TiCl3的水溶液(深紫色)在可見(jiàn)光的照射下，d電子會(huì)吸收一定波長(zhǎng)的光能產(chǎn)生d-d躍遷，從t2g軌道躍遷到eg軌道。在TiCl3水溶液的吸收光譜中，吸光度最大的位置對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)軌道的能量差Δo,該實(shí)驗(yàn)涉及配合物的晶體場(chǎng)理論和分子軌道概念，要做好這個(gè)實(shí)驗(yàn)，充分理解相關(guān)理論是一個(gè)必要前提。因此該實(shí)驗(yàn)應(yīng)該安排在講授過(guò)相關(guān)的理論之后。也就是說(shuō)，理論先行，實(shí)驗(yàn)隨后。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，不但可以復(fù)習(xí)、鞏固理論課程中所學(xué)到的概念及原理，而且可以驗(yàn)證結(jié)論，達(dá)到實(shí)踐檢驗(yàn)理論的目的。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論相符，學(xué)生對(duì)理論的理解將會(huì)更加深入，印象也會(huì)更加深刻。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論不相符，學(xué)生就要提出疑問(wèn)，進(jìn)行思考。教師可指導(dǎo)學(xué)生從改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法、減少實(shí)驗(yàn)誤差等方面入手予以解決；另外可鼓勵(lì)學(xué)生的懷疑與批判精神，認(rèn)識(shí)到某些理論的經(jīng)驗(yàn)性或近似性，對(duì)其局限性進(jìn)行分析，并參考其他理論以達(dá)到對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的全面解釋。這個(gè)過(guò)程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和科學(xué)素養(yǎng)具有重要意義。

2 無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的調(diào)整與優(yōu)化

(1) 刪減陳舊內(nèi)容，增添前沿領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中的許多內(nèi)容都是沿用已久的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)緊跟科技發(fā)展的前沿，及時(shí)調(diào)整、修訂、刪除那些知識(shí)陳舊或結(jié)構(gòu)不合理的實(shí)驗(yàn)[1]，增補(bǔ)一些與化學(xué)學(xué)科前沿發(fā)展相關(guān)的新型實(shí)驗(yàn)[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了許多新儀器和新技術(shù)，這就要求實(shí)驗(yàn)課程的方法和手段也要做出相應(yīng)的調(diào)整，以順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求。例如，現(xiàn)在的電子天平相比于10多年前的分析天平，不但操作大大簡(jiǎn)化，而且精度更高，現(xiàn)已出現(xiàn)能夠精確到小數(shù)點(diǎn)后6位的電子天平。實(shí)驗(yàn)教材中關(guān)于分析天平的大篇幅介紹顯然已不合時(shí)宜，但很多實(shí)驗(yàn)教材仍然保留了這部分內(nèi)容。另外，隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，因此提出了綠色化學(xué)及微型實(shí)驗(yàn)的理念。無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)該把這些理念貫穿到教學(xué)中去，比如在綠色化學(xué)思想的指導(dǎo)下，盡量刪減那些能產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，增添一些節(jié)能環(huán)保的綠色實(shí)驗(yàn)；在不影響觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的前提下，提倡微型實(shí)驗(yàn)，將常量實(shí)驗(yàn)減量或微量化。例如實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)減量化設(shè)計(jì)，用50mL燒杯代替100mL燒杯，將原來(lái)的銅鋅原電池使用的30～50mL CuSO4、ZnSO4溶液減少為10～20mL。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)是成功的，不但降低了實(shí)驗(yàn)成本，而且減少了廢液對(duì)環(huán)境的污染。此外，我們還鼓勵(lì)學(xué)生嘗試使用點(diǎn)滴板的孔穴，或用廢棄的小藥瓶等微型容器代替上述燒杯[3]，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的鹽橋材料, 使之與微型容器相配套。實(shí)際上，我們可以將更多的化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化，比如元素性質(zhì)實(shí)驗(yàn)部分，試劑種類(lèi)多，消耗量大，如何用盡可能少的試劑達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)效果，是我們一直關(guān)心和思考的問(wèn)題。在驗(yàn)證KMnO4在不同介質(zhì)中的氧化性時(shí)，我們將原來(lái)的1～2mL的試劑量降到1～2滴，由于KMnO4顏色很深，即使用量極少，加入還原劑后也能觀察到明顯的褪色。

(2) 補(bǔ)充設(shè)計(jì)研究型實(shí)驗(yàn)[4]，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

大多數(shù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中的實(shí)驗(yàn)信息非常詳細(xì)，通常將實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、所需藥品和儀器、實(shí)驗(yàn)步驟等學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的內(nèi)容都包括進(jìn)去。有些院校為了便于學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，甚至組織教師編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)，上述條目一應(yīng)俱全，連表格都替學(xué)生制好，學(xué)生只需要填入數(shù)據(jù)即可。這樣的做法對(duì)學(xué)生而言非但無(wú)益，反而有害。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，他們只需要按課本上安排的步驟來(lái)做，將各種藥品加在一起就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)有的現(xiàn)象。然后機(jī)械地將所得現(xiàn)象和數(shù)據(jù)填入實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)就算完成了。通過(guò)調(diào)查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解和掌握，發(fā)現(xiàn)他們很少有人能夠真正理解實(shí)驗(yàn)的原理和每一步操作的目的。實(shí)驗(yàn)教學(xué)程式化是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中一個(gè)較為普遍的問(wèn)題。

要解決上述問(wèn)題就需要在教材上做一些相應(yīng)的調(diào)整和改變。比如在FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O的合成實(shí)驗(yàn)中，我們給出鐵粉的參考用量(2g)之后，其他試劑(如H2SO4溶液的體積、(NH4)2SO4的質(zhì)量)都讓學(xué)生自己確定；另外，反應(yīng)需要什么樣的容器以及容器的規(guī)格，一般情況下也應(yīng)該由學(xué)生自己來(lái)確定。比如用2g鐵粉和30mL 0.3mol·L-1的H2SO4溶液反應(yīng)制備FeSO4，學(xué)生就會(huì)思考用什么樣的容器有利于這個(gè)反應(yīng)進(jìn)行和便于操作，以及反應(yīng)物料體積最多是多少，從而可以確定相應(yīng)的儀器規(guī)格。在實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)上加以調(diào)整，就能給學(xué)生留出更多的思考空間，使他們?cè)趯?shí)驗(yàn)時(shí)“手腦并用”。為了更進(jìn)一步全方位地鍛煉學(xué)生的思考能力和操作水平，無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課還應(yīng)補(bǔ)充一到兩個(gè)綜合性化學(xué)實(shí)驗(yàn)，這類(lèi)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立分析課題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)路線(xiàn)，安裝實(shí)驗(yàn)裝置，最終完成實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)方式是只給題目和器材，不給方法和答案，學(xué)生在一個(gè)個(gè)問(wèn)題的引導(dǎo)下通過(guò)查閱資料來(lái)解決問(wèn)題。當(dāng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)之后，可以將其成果撰寫(xiě)成小論文，或以學(xué)術(shù)報(bào)告的形式展示。

(3) 采用現(xiàn)代化手段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息化。

目前，理論課教學(xué)已普遍采用多媒體和網(wǎng)上視頻等現(xiàn)代化教學(xué)手段，但相對(duì)于理論課上的廣泛應(yīng)用，信息技術(shù)在實(shí)驗(yàn)課方面卻略顯欠缺。比如，實(shí)驗(yàn)課的講解基本上都是在黑板上完成的，較少使用多媒體。實(shí)際上，教師可以將污染重、毒害大、在實(shí)驗(yàn)室不宜進(jìn)行的合成類(lèi)實(shí)驗(yàn)制成多媒體課件，向?qū)W生播放，使他們對(duì)該實(shí)驗(yàn)的目的、原理、操作步驟、污染程度等方面知識(shí)有較深入的了解。這樣既能避免有毒有害物質(zhì)對(duì)人和環(huán)境的危害，同時(shí)又保證了理論知識(shí)的系統(tǒng)性，近幾年已經(jīng)有一批院校采用了這樣的做法。除了能將某些實(shí)驗(yàn)以多媒體課件的形式向?qū)W生展示以外，很多實(shí)驗(yàn)工作都可以借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成。例如，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制曲線(xiàn)的工作可以利用EXCEL軟件輕松完成；通過(guò)專(zhuān)門(mén)的化學(xué)繪圖軟件CHEMDRAW可以繪制出標(biāo)準(zhǔn)的方程式及化合物結(jié)構(gòu)式；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要知道的一些物性常數(shù)能夠在網(wǎng)絡(luò)上很快找到；實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題或異?，F(xiàn)象可以在網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)論壇找到答案。如果學(xué)生對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)有更進(jìn)一步探索的興趣，也可以在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中查閱相關(guān)的研究論文，以作為參考。教師可以向?qū)W生提供相應(yīng)的指導(dǎo)，有針對(duì)性地讓學(xué)生收集網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)資料，繪制圖表、制作模型和影像、撰寫(xiě)化學(xué)小論文等，以此培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代化科技信息手段的能力。通過(guò)人機(jī)對(duì)話(huà)，學(xué)生可以提高學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，同時(shí)也能加深對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解。

雖然許多學(xué)校的實(shí)驗(yàn)硬件設(shè)施齊全，但學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代化科技手段處理化學(xué)問(wèn)題的能力仍處于較低的水平，原因可能有以下幾個(gè)方面：其一，傳統(tǒng)教學(xué)模式根深蒂固，只注重鍛煉學(xué)生單一的實(shí)驗(yàn)操作能力，而忽視了培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代化信息技術(shù)手段處理化學(xué)問(wèn)題的能力。其二，從現(xiàn)行的教學(xué)大綱出發(fā)，很難找到與信息技術(shù)相契合的切入點(diǎn)。其三，很多教師難以適應(yīng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的信息化過(guò)程，自身素質(zhì)有待進(jìn)一步提高。要解決上述問(wèn)題，必須更新觀念，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)充分結(jié)合，讓現(xiàn)代化的科技手段更好地為化學(xué)實(shí)驗(yàn)服務(wù)。

3 小結(jié)

從上述幾個(gè)方面進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化之后，我校的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程正在逐步趨于完善?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)課程與理論課程的設(shè)計(jì)編排聯(lián)系緊密、相輔相成，避免了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的知識(shí)脫節(jié)與重復(fù)。同時(shí)，增添前沿領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)、設(shè)計(jì)研究型實(shí)驗(yàn)以及信息化教學(xué)手段，給無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程注入了新鮮血液，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更具前沿性和時(shí)代感。我們的教學(xué)實(shí)踐表明，調(diào)整和優(yōu)化之后的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，更有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，使學(xué)生做到手腦并用，達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 鐘秉林.中國(guó)高等教育,2000(8):1

[2] 宋天佑,鄒明珠.高?；瘜W(xué)教學(xué)成果擷英∥中國(guó)化學(xué)會(huì)全國(guó)第6屆大學(xué)化學(xué)教學(xué)研討會(huì)論文選集.西安:西北大學(xué)出版社,2000:28

[3] 王立平,王亞茹,王詠梅,等.保定學(xué)院學(xué)報(bào),2008(4):21

[4] 孫海翔.長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(高教版),2009,4(10):129