黃微 李婉 劉衛(wèi) 劉濟(jì)紅 田紅軍

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心 安徽合肥230026)

無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱中科大)面向化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、少年班學(xué)院、地空學(xué)院的一年級(jí)本科生所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，年授課學(xué)時(shí)為200，年授課人數(shù)約300。作為新生進(jìn)入高校后的第一門實(shí)驗(yàn)課，無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在整個(gè)化學(xué)教學(xué)中占有舉足輕重的地位。因此，如何通過(guò)該課程的教學(xué)，在傳授知識(shí)的同時(shí)，逐步提高低年級(jí)本科生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力與分析觀察能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，是該課程建設(shè)過(guò)程中亟需解決的問(wèn)題［1-2］。近年來(lái)，筆者所在的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程組密切配合安徽省精品課程“無(wú)機(jī)化學(xué)”的課堂教學(xué)，在建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、更新課程內(nèi)容、提升學(xué)生興趣、強(qiáng)化過(guò)程管理、加強(qiáng)師資建設(shè)等方面采取了多項(xiàng)舉措，獲得了一定成效。現(xiàn)就我們?cè)谡n程建設(shè)過(guò)程中的探索和實(shí)踐與各位同仁探討，以期作為參考。

1 合理建設(shè)課程體系

無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的授課對(duì)象為剛跨入大學(xué)校門的新生，他們?cè)趯W(xué)習(xí)方法和思維習(xí)慣上還處于由中學(xué)生到大學(xué)生的角色轉(zhuǎn)變階段，因此，在課程設(shè)置方面，我們依照學(xué)生在不同階段所具備的知識(shí)水平與認(rèn)知情況，對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)與編排，根據(jù)循序漸進(jìn)的原則，分3層次開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

針對(duì)大部分新生實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)薄弱，實(shí)驗(yàn)知識(shí)缺乏的情況，在一年級(jí)的第一學(xué)期(即秋季學(xué)期)，課程組開設(shè)了無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(上)(必修課，80學(xué)時(shí))。內(nèi)容設(shè)計(jì)以傳授學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)知識(shí)、訓(xùn)練學(xué)生基本操作為目標(biāo)。因此，該階段的教學(xué)內(nèi)容以基礎(chǔ)型和驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，如“硝酸鉀的制備及提純”，“容量分析操作”，“由廢鐵屑制備莫爾鹽”。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括稱量、溶解、加熱、過(guò)濾、結(jié)晶、移液和滴定操作等。實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師對(duì)每個(gè)基本操作進(jìn)行演示，講解操作要點(diǎn)，并認(rèn)真觀察學(xué)生操作情況，及時(shí)糾正錯(cuò)誤操作。通過(guò)該階段的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能有了逐步提高，實(shí)驗(yàn)操作開始較為自如，數(shù)據(jù)的精密度和準(zhǔn)確度均有所提高［3］。

在學(xué)生掌握了基本實(shí)驗(yàn)知識(shí)，進(jìn)行了較為充分的基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練之后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重心應(yīng)轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力上。因此，在一年級(jí)第二學(xué)期(即春季學(xué)期)的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(下)(必修課，80學(xué)時(shí))中，我們逐步增加了綜合型實(shí)驗(yàn)的比例。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目既有經(jīng)典的綜合型實(shí)驗(yàn)，如“三草酸合鐵酸鉀的制備及配陰離子電荷數(shù)的測(cè)定”、“順式二甘氨酸合銅的制備及銅含量測(cè)定”、“葡萄糖酸鋅的制備及成分分析”;又有由科研成果轉(zhuǎn)化而來(lái)的綜合型實(shí)驗(yàn)，如“銀納米片的合成及光譜分析”、“納米氧化型石墨烯的制備及表征”，“酞菁酮大環(huán)配合物的制備及表征”。通過(guò)上述綜合實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，一方面可以進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)化學(xué)基本理論的理解和對(duì)化學(xué)基本定律的靈活應(yīng)用;另一方面也可以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析觀察能力，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問(wèn)題的思考和解決能力。

此外，考慮到我校有部分化學(xué)競(jìng)賽保送生，以及化學(xué)科技英才班學(xué)生，面對(duì)上述統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，他們常常感覺(jué)“吃不飽”。因此，針對(duì)這部分學(xué)有余力、對(duì)科研有濃厚興趣的低年級(jí)本科生，我們?cè)谝荒昙?jí)的第三學(xué)期(即夏季學(xué)期)適時(shí)開設(shè)了化學(xué)科研基礎(chǔ)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)選修課程(40學(xué)時(shí))。授課教師基于學(xué)科最新進(jìn)展和社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，為學(xué)生精心設(shè)置了多個(gè)研究設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如“殼聚糖納米藥物載體的制備及體外緩釋性能研究”［4］，“納米氧化鋅的制備及光催化性能研究”［5］，“食用碘鹽中碘含量的測(cè)定”，“無(wú)機(jī)熒光材料的制備”［6］。課程形式為完整地模擬一次科研過(guò)程。即在教師指導(dǎo)下，學(xué)生自主選擇研究課題，完成從文獻(xiàn)檢索、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、問(wèn)題解決到論文撰寫、結(jié)題匯報(bào)這一完整的科研實(shí)踐過(guò)程。該階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，既從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上加強(qiáng)了各學(xué)科間的交叉融合，又從教學(xué)方式上強(qiáng)化了學(xué)生的中心主導(dǎo)地位，是對(duì)學(xué)生所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用以及掌握情況的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，給學(xué)生提供了更多自我選擇、自主學(xué)習(xí)的空間［7］。

上述的3層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，涵蓋了基礎(chǔ)型、綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，依據(jù)先簡(jiǎn)單后復(fù)雜的教學(xué)模式，層層遞進(jìn)，不斷深化，有利于不同階段、不同認(rèn)知水平學(xué)生的能力培養(yǎng)與發(fā)展。

2 及時(shí)融入科研成果

在無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，課程組還參考學(xué)科發(fā)展的最新報(bào)道及科研實(shí)踐，有選擇地進(jìn)行歸納、取舍，將部分學(xué)術(shù)前沿內(nèi)容滲透至實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使學(xué)生能夠及時(shí)了解學(xué)科進(jìn)展，接觸前沿知識(shí)，確保課程內(nèi)容的先進(jìn)性和完整性，有效實(shí)現(xiàn)了中科大資源共享和教學(xué)科研雙贏的目的。例如，依據(jù)2010年諾貝爾物理獎(jiǎng)的工作，并結(jié)合本?；瘜W(xué)系杰出青年基金獲得者俞書宏教授的工作［8］，無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程組于2011年為學(xué)生開設(shè)了“納米氧化型石墨烯的制備及表征”實(shí)驗(yàn)，即利用氧化反應(yīng)破壞石墨層的π-π作用，得到氧化型石墨烯(圖1)。學(xué)生感慨道“沒(méi)想到這么前沿的科學(xué)領(lǐng)域居然是基于最基本的理論知識(shí)，真是學(xué)以致用!”

圖1 制備氧化型石墨烯的反應(yīng)式

又如:納米貴金屬(尤其是Ag和Au)因其在光、電、催化等方面具有不同于塊體材料的特性而成為材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程組適時(shí)為學(xué)生開設(shè)了“銀納米片的合成及光譜分析”實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)采用液相還原法，以硝酸銀為前驅(qū)體，以聚乙烯吡咯烷酮和檸檬酸三鈉為表面活性劑和保護(hù)劑，通過(guò)加入不同劑量的硼氫化鈉還原硝酸銀，從而得到不同厚度的銀納米片。

將科研成果轉(zhuǎn)化為本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中了解科學(xué)研究的前沿進(jìn)展，領(lǐng)悟科學(xué)探索和研究的方法，提高綜合實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。但在二者的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，往往要利用儀器對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行表征，而學(xué)生在一年級(jí)時(shí)卻尚未學(xué)習(xí)儀器分析課程。因此，如何使學(xué)生既能掌握前沿知識(shí)，又能深入了解實(shí)驗(yàn)，做到教學(xué)與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，是我們?cè)陂_設(shè)該類型實(shí)驗(yàn)時(shí)所面臨的最大問(wèn)題。我們所采取的方式是對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，盡量采用一年級(jí)本科生所掌握的儀器測(cè)試方法進(jìn)行產(chǎn)品表征。如:對(duì)于“納米氧化型石墨烯的制備及表征”實(shí)驗(yàn)，我們采用歐姆表測(cè)定制備出的氧化型石墨烯薄膜的電阻，并與石墨烯薄膜的電阻進(jìn)行對(duì)比，讓學(xué)生意識(shí)到不同材料的特性及應(yīng)用。又如:對(duì)于“銀納米片的合成及光譜分析”實(shí)驗(yàn)，針對(duì)“不同尺寸的銀納米片具有不同的表面等離子體共振吸收性質(zhì)，從而使其膠體溶液呈現(xiàn)出不同顏色”的特性，我們?cè)O(shè)計(jì)了采用分光光度法對(duì)銀納米片進(jìn)行表征。這些優(yōu)化與變革，不僅加深了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)，也復(fù)習(xí)了所學(xué)過(guò)的儀器表征方法，一舉兩得。此外，對(duì)于部分難以對(duì)實(shí)驗(yàn)表征手段進(jìn)行優(yōu)化變革的實(shí)驗(yàn)，如“酞菁酮大環(huán)配合物的制備及表征”實(shí)驗(yàn)，我們采取分組進(jìn)行儀器測(cè)試的方法，即將學(xué)生分成若干大組，每組送一份樣品至儀器分析實(shí)驗(yàn)室，教師簡(jiǎn)單講解儀器工作原理，進(jìn)行紅外、元素分析表征;在下次實(shí)驗(yàn)課時(shí)，教師公布各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)行分析比對(duì)。這樣就能在不大量增加教師工作量的前提下，讓學(xué)生意識(shí)到制備過(guò)程對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，從而提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)度和對(duì)科學(xué)探索的興趣。

3 提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣

很多學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)重視程度不夠，課前未能充分預(yù)習(xí)，面對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和繁瑣的實(shí)驗(yàn)步驟，有時(shí)興趣不高，實(shí)驗(yàn)操作也多是照葫蘆畫瓢。針對(duì)這一情況，無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程組采用了多元化的教學(xué)方式，將多媒體、板書以及實(shí)驗(yàn)演示有機(jī)結(jié)合，全方位、多角度、立體化展示化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，提高教學(xué)效率。例如:在講解“莫爾滴定”這一經(jīng)典實(shí)驗(yàn)時(shí)，會(huì)涉及到體系顏色的多次變化，傳統(tǒng)的教學(xué)是大篇幅文字和單一的板書，學(xué)生往往感覺(jué)比較抽象，理解起來(lái)較為困難。我們所采取的方式是在課堂上展示自制的多媒體動(dòng)畫課件，將各種顏色的變化直觀地進(jìn)行反映，使學(xué)生形成初步印象，再輔以現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)演示，進(jìn)一步加深學(xué)生理解。又如:在講解“燃料電池粉體制備”實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們向?qū)W生現(xiàn)場(chǎng)展示了鋅錳電池、燃料電池、鉛蓄電池、鎳氫電池，并對(duì)電池的正負(fù)極材料、電池反應(yīng)以及優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)，對(duì)新興的綠色能源也獲得了初步的了解。通過(guò)這種方式的教學(xué)，能夠有效改進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)課預(yù)習(xí)不充分的現(xiàn)狀，使枯燥的教學(xué)過(guò)程變得生動(dòng)，整個(gè)課堂教學(xué)更富藝術(shù)性，從而提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，逐步完成從“要我學(xué)”到“我要學(xué)”的轉(zhuǎn)變［11-12］。

4 明確強(qiáng)化過(guò)程管理

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣是每位化學(xué)工作者所必備的基本素質(zhì)。因此，在一年級(jí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程組在總結(jié)多年化學(xué)實(shí)驗(yàn)課考核方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確和強(qiáng)化過(guò)程管理，從細(xì)節(jié)著手，逐步建立了一套較為科學(xué)公正的實(shí)驗(yàn)考核制度(見表1)，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程更加規(guī)范化［13］。例如:“煤氣燈使用”是期中考試的項(xiàng)目之一，我們對(duì)于每一操作細(xì)節(jié)均有考核，如在打開煤氣總閥、關(guān)閉空氣入口、開煤氣分閥、打開煤氣螺旋鈕、點(diǎn)燃煤氣燈、調(diào)節(jié)煤氣和空氣進(jìn)量比例至正?；鹧娴拳h(huán)節(jié)上進(jìn)行逐項(xiàng)監(jiān)督和評(píng)分。又如:“粗食鹽的提純及成分分析”是無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(上)的期末考試項(xiàng)目之一，除了對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)思考題等進(jìn)行筆試考核外，我們還綜合考察了學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)所涉及基本操作的掌握情況(如固體試劑取用、液體試劑量取、煤氣燈使用、pH試紙使用、減壓抽濾、普通過(guò)濾、蒸發(fā)濃縮等)，并通過(guò)考察學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析以及對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問(wèn)題的處理情況，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行綜合評(píng)判。通過(guò)在無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中明確和強(qiáng)化過(guò)程管理，推行課程考核制度，達(dá)到了檢驗(yàn)教學(xué)效果、完善教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法的目的，也可促使一年級(jí)本科生受到規(guī)范嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，為他們養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

表1 無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

5 加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)

在建設(shè)課程體系，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的過(guò)程中，教師隊(duì)伍的建設(shè)是基礎(chǔ)和關(guān)鍵。目前，無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程組共有10位教師，其中5人具有博士學(xué)歷，2人具有研究生學(xué)歷，形成了一支敬業(yè)精神強(qiáng)、學(xué)歷層次較高、年齡結(jié)構(gòu)合理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍。這對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展以及新實(shí)驗(yàn)的開發(fā)起到了良好的推動(dòng)和促進(jìn)作用。此外，課程組長(zhǎng)期以來(lái)堅(jiān)持實(shí)行集體預(yù)備實(shí)驗(yàn)制度，即不論實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目新舊，不論實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間長(zhǎng)短，所有任課教師必須在課前預(yù)做下一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)集體預(yù)實(shí)驗(yàn)，可以檢查實(shí)驗(yàn)藥品或儀器是否齊全，溫習(xí)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)注意事項(xiàng)，清楚實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象和細(xì)節(jié)，尤其是能給新教師提供良好的學(xué)習(xí)和交流機(jī)會(huì)，保證了實(shí)驗(yàn)課教師隊(duì)伍的后續(xù)培養(yǎng)［14］。

6 總結(jié)

自開設(shè)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)以來(lái)，課程組圍繞教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容，制定了一系列適合不同層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，在教學(xué)方法和教學(xué)手段方面均作出了大量嘗試和努力，并取得了一定成效。今后，我們還將繼續(xù)從如下幾方面加強(qiáng)對(duì)該課程的教學(xué)研究與探索:(1)深化教學(xué)改革，不斷探索符合教學(xué)規(guī)律的新方法、新思想;(2)更新課程內(nèi)容，及時(shí)將最新的科研成果引入至本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)一步確保課程內(nèi)容的先進(jìn)性和完整性;(3)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室軟硬件建設(shè)，多渠道、多方面爭(zhēng)取實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)，改善實(shí)驗(yàn)條件，提高管理效率;(4)進(jìn)一步加強(qiáng)教師隊(duì)伍的建設(shè)，不斷吸引更多高學(xué)歷、高水平的教師加入到課程教學(xué)隊(duì)伍中來(lái)。

［1］李巧云.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2002，21(2):33

［2］黎紅梅，劉靜，王險(xiǎn)峰.大學(xué)化學(xué)，2011，26(5):39

［3］李秀玲，蔡吉清，曾秀瓊，等.大學(xué)化學(xué)，2011，26(2):32

［4］Tian Q，Zhang C N，Wang X H，et al.Biomaterials，2010，31(17):4748

［5］Park SK，Park JH，Ko K Y，et al.Cryst Growth Des，2009，9(8):3615

［6］Armelao L，Heigl F，Jürgensen A，et al.J Phys Chem C，2007，111(28):10194

［7］黃微，陳鍇，李維維，等.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2012，29(1):14

［8］Yao H B，Wu L，Cui C H，et al.J Mater Chem，2010，20(25):5190

［9］Matthew R，Cobley C M，Zeng J，et al.Chem Rev，2011，111(6):3667

［10］Zeng SW，Yong K T，Roy I，et al.Plasmonics，2011，6(3):491

［11］江玉萍.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2009(6):135

［12］周小力.大學(xué)化學(xué)，2009，24(2):37

［13］戴蔚荃，周長(zhǎng)江，林錦明，等.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31(5):125

［14］王小逸，陳永寶.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010，27(10):19