李榮芳劉新芳張曉宇張?zhí)瘃T勛

(1洛陽師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 河南洛陽471022;2河南科技大學(xué)食品生物工程學(xué)院 河南洛陽471003)

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是大一新生課程，對培養(yǎng)本科生的化學(xué)技能和良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣起著重要的作用。對于一個(gè)今后從事化學(xué)專業(yè)的人員來說，具有規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作能力是至關(guān)重要的。隨著高校的擴(kuò)招、科技發(fā)展、現(xiàn)代化生活水平的提高，學(xué)科間交叉滲透等因素，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系也需要有所變化。在借鑒了其他前輩工作者的經(jīng)驗(yàn)［1-5］并結(jié)合本校的實(shí)際，我們就高師類無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和課程體系中存在的問題進(jìn)行了分析，結(jié)合我們的教學(xué)實(shí)踐，制定了一些相應(yīng)對策，在實(shí)施過程中取得了較好的效果。

1 優(yōu)化改革實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容以滿足教學(xué)需要

(1)從基礎(chǔ)操作到綜合能力運(yùn)用，次第性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)順序。

我校采用的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材為華東理工大學(xué)出版社的《新編無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》，內(nèi)容包括:安全教育、基本操作原理和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練、基本化學(xué)原理實(shí)驗(yàn)、元素及其化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，共5章。開課時(shí)間為兩學(xué)期，共87學(xué)時(shí)。在有限的87學(xué)時(shí)中，要把這么多內(nèi)容全部學(xué)完是很難的。而且，考慮到剛?cè)氪髮W(xué)的大一新生來自不同地域的中學(xué)，各地中學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件不一樣，培養(yǎng)出來的學(xué)生實(shí)驗(yàn)水平也參差不齊。于是，在上學(xué)期的39學(xué)時(shí)里，只選擇安全教育和基本操作以及一些簡單的合成制備實(shí)驗(yàn)以訓(xùn)練、規(guī)范學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)操作能力。以“安全教育”和“儀器的認(rèn)領(lǐng)、洗滌”，強(qiáng)化學(xué)生的安全實(shí)驗(yàn)的意識(shí);以“臺(tái)秤與電子分析天平的使用”、“試劑的取用和試管操作”、“溶液的配制”、“滴定操作”等培養(yǎng)和規(guī)范學(xué)生的基本操作;以“粗鹽的提純”和“硝酸鉀的制備與提純”作為學(xué)期末的兩個(gè)小型綜合實(shí)驗(yàn)，旨在讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)操作技能解決問題。

(2)刪改增補(bǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有效節(jié)約利用資源。

大一下學(xué)期的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為48學(xué)時(shí)，內(nèi)容主要是元素及其化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)部分，這是與無機(jī)化學(xué)課程同步進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，旨在通過實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生加深對課程內(nèi)容的理解。但是一學(xué)期的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，占用時(shí)間多，內(nèi)容多是單一且重復(fù)的試管操作，很難激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。于是，我們保留了一些元素和化合物的典型性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，刪掉了一些重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)無機(jī)化學(xué)課程的內(nèi)容，把每一族性質(zhì)相似的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容歸并在一起，選有代表性的，集中用一次實(shí)驗(yàn)做完。對于一些有毒的、不方便操作的實(shí)驗(yàn)則借助相關(guān)視頻資料，讓學(xué)生直觀了解即可。如，鹵素這族在課程設(shè)計(jì)上有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)——“氯及其化合物的性質(zhì)及氯酸鉀的制備”和“碘及其化合物的性質(zhì)及碘的提取”。在這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，氯氣、氯酸鉀和次氯酸鈉的制備與中學(xué)學(xué)習(xí)過的二氧化碳的制備等類似，且氯氣、次氯酸鈉和氯酸鉀或有刺激性或有氧化爆炸的危險(xiǎn)，故將相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以視頻幻燈的方式給學(xué)生進(jìn)行講解分析，然后把氯和碘及其化合物的性質(zhì)鑒定及海帶灰中提取單質(zhì)碘合并成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，這樣不僅可避免單調(diào)重復(fù)而且還可以比較二者性質(zhì)的關(guān)系。再如實(shí)驗(yàn)砷、銻、鉍中，刪除了砷、銻的氧化物和氫氧化物的酸堿性等實(shí)驗(yàn)，保留了關(guān)于硫化物和硫代酸鹽性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后與堿金屬、堿土金屬以及鋁、錫、鉛等主族金屬元素性質(zhì)并為一個(gè)實(shí)驗(yàn)。余者如氧族、氮族等實(shí)驗(yàn)均可以此理念進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于節(jié)省出來的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，可以安排學(xué)生做綜合實(shí)驗(yàn)，先由教師勾勒出實(shí)驗(yàn)的理念，讓學(xué)生自行查文獻(xiàn)、找方法，直至完成實(shí)驗(yàn)，以此訓(xùn)練學(xué)生綜合操作能力和獨(dú)立解決問題的能力。這個(gè)實(shí)驗(yàn)改革，節(jié)約了資源，有效地提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ玫搅撕迷u。

2 隨科技發(fā)展改革實(shí)驗(yàn)

(1)改革實(shí)驗(yàn)，使其適應(yīng)新儀器和新的教學(xué)方式。

隨著科技的發(fā)展，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中的很多實(shí)驗(yàn)儀器和內(nèi)容都顯得陳舊，淘汰更新勢在必行。例如臺(tái)秤和分析天平是實(shí)驗(yàn)室稱量的兩個(gè)重要儀器。粗略稱量用臺(tái)秤，精細(xì)稱量用分析天平。分析天平稱量能精確到0.1mg，但是一臺(tái)分析天平的成本很高，維護(hù)操作都非常麻煩。而現(xiàn)在一臺(tái)電子天平，不但操作大大簡化，精度更高，而且精確到0.001mg的電子天平的成本價(jià)格還沒有分析天平高。所以，“臺(tái)秤和分析天平的使用”這個(gè)實(shí)驗(yàn)就可以刪改成“臺(tái)秤和電子天平的使用”。

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)第二學(xué)期的內(nèi)容主要是元素及化合物的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)很多是有毒、有刺激性或者強(qiáng)氧化性的，但實(shí)驗(yàn)操作簡單，耗費(fèi)試劑較多。針對這種情況，我們設(shè)計(jì)了視頻實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方案，主要用于那些有毒有危險(xiǎn)性且在操作上也多是重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)。如“次氯酸鹽的制備”、“磷的同素異形體及性質(zhì)”、“五氯化磷的水解”、“鈉鉀與水的反應(yīng)”、“鋁熱法制取金屬鐵”等實(shí)驗(yàn)都可通過相關(guān)視頻資料學(xué)習(xí)。

(2)微型化實(shí)驗(yàn)。

由于微型化實(shí)驗(yàn)過程簡單、化學(xué)試劑使用量少、實(shí)驗(yàn)儀器價(jià)格便宜等特點(diǎn)，正越來越受到化學(xué)教育工作者的歡迎。微型無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以使化學(xué)試劑使用量僅為以前的5%～10%，同時(shí)也降低了實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性［6］。鑒于無機(jī)化學(xué)元素部分的實(shí)驗(yàn)多是驗(yàn)證性質(zhì)方面的實(shí)驗(yàn)，且需要的試劑多，若用試管和燒杯操作，每種試劑的用量都在毫升級(jí)以上，對于這類性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的微型化處理，我們是改用穴滴板作為反應(yīng)容器，這樣只需幾滴試劑即可觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

對于一些制備性實(shí)驗(yàn)，如“硫酸亞鐵氨的制備”、“三草酸合鐵酸鉀的制備”等，我們也相應(yīng)制備了一些微型反應(yīng)儀器［7-9］，教給學(xué)生半微量合成方法。這些合成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)主要是集中在儀器設(shè)備的微量化，如，我們讓學(xué)生收集廢舊的玻璃小藥瓶，將其改裝后成為小的合成反應(yīng)容器，不僅耐熱封閉性好，而且洗刷方便，可以重復(fù)循環(huán)使用。又如，用大的布氏漏斗抽濾微量合成后的產(chǎn)品損耗量大而且抽不干凈，我們就通過查閱文獻(xiàn)，重新設(shè)計(jì)了微型的抽濾裝置(圖1)。

對常規(guī)制備實(shí)驗(yàn)的微型化改造有助于激發(fā)學(xué)生的興趣，既可節(jié)約藥品也減少了污染。在此過程中學(xué)生體驗(yàn)了各種儀器裝置的重新設(shè)計(jì)、改造和組合，有效地鍛煉了他們動(dòng)手動(dòng)腦的能力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我校每年需要做無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生大約有700人，采用微型實(shí)驗(yàn)后，不僅大大減少了試劑用量，節(jié)約了成本;而且還對減少污染物的排放起了重要作用。

3 以綠色、環(huán)保、節(jié)儉和可持續(xù)發(fā)展的理念設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)對環(huán)境的污染一直是被人們關(guān)注的問題。作為實(shí)驗(yàn)教師，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程中，我們會(huì)充分考慮前后實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性以及實(shí)驗(yàn)的整體布局，盡可能讓藥品能重復(fù)利用;并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對廢液廢物進(jìn)行無害處理或循環(huán)利用等，以使污染降到最低水平。如，在稱量實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生用臺(tái)秤稱的粗鹽可作為“粗鹽的提純”的實(shí)驗(yàn)原料使用;用電子天平練習(xí)稱量精確量的硫酸銅，可以在“溶液的配制”中用來配制0.2～0.5mol/L的硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，在實(shí)驗(yàn)“銅、銀化合物的性質(zhì)和醋酸銅的制備”中作為滴定試劑或反應(yīng)試劑使用;在“酸堿滴定操作”中標(biāo)定的酸堿溶液，可以作為后期元素化合物性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的試劑。

在“氫氣的制備和銅相對原子質(zhì)量的測定”實(shí)驗(yàn)中，我們先讓學(xué)生自己利用中學(xué)所學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)裝置圖，然后根據(jù)裝置圖所需的儀器藥品，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)“燈的使用，玻璃管加工和塞子鉆孔”的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自己制造出所用的玻璃彎管、導(dǎo)管、滴管和塞子等儀器，然后用這些儀器測定銅的相對原子質(zhì)量。

考慮到學(xué)生有提前進(jìn)入科研室做實(shí)驗(yàn)的需要或者為科研做一些前期的準(zhǔn)備性實(shí)驗(yàn)，一些制備實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)也和科研室的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)起來，如“硫酸亞鐵銨的制備”收集的產(chǎn)品，可作為科研室后期反應(yīng)的試劑。在驗(yàn)證“三氧化二鋁的吸附性”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生填充的層析柱可作為科研室分離裝置使用。

我們在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，盡可能考慮將產(chǎn)生的廢物充分再利用回收。如一般酸堿廢液可用于改良土壤;合成實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢硝酸鉀、硫酸亞鐵銨液可以經(jīng)過處理后變成肥料;對于“鋅、鎘、汞及其化合物的性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢液，將其回收后分組設(shè)計(jì)了兩次綜合實(shí)驗(yàn)——“含鎘廢水的處理”和“含汞廢水的處理”。對于這些實(shí)驗(yàn)，我們只提出要求、目的，提供可選擇試劑，由學(xué)生查閱文獻(xiàn)，尋找方法，摸索最適合的實(shí)驗(yàn)條件，自行完成實(shí)驗(yàn)。通過這些實(shí)驗(yàn)，學(xué)生既鍛煉了運(yùn)用所學(xué)知識(shí)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)也減少了對環(huán)境的污染。

4 總結(jié)

課程建設(shè)是一項(xiàng)長期又艱巨的任務(wù)，而無機(jī)化學(xué)課程又是一門重要的化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課，所以，無機(jī)化學(xué)課程也應(yīng)根據(jù)時(shí)代發(fā)展，與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)模式深化課程改革。實(shí)踐證明，我們這次對實(shí)驗(yàn)改革的嘗試，激發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，培養(yǎng)了他們的綜合創(chuàng)新思維，鍛煉了他們的動(dòng)手能力，增強(qiáng)了他們的環(huán)保意識(shí)，是實(shí)用而有效的。

圖1 微型減壓抽濾裝置

［1］周永紅，田玉鵬，吳杰穎.化工時(shí)刊，2009(1):76

［2］蘇碧云，李磊，劉祥，等.大學(xué)化學(xué)，2012，27(2):34

［3］雷杰，高翔，馬林，等.大學(xué)化學(xué)，2012，27(1):16

［4］所艷華，王穎軍，羅洪君，等.大學(xué)化學(xué)，2011，26(5):36

［5］陳志敏，鄺代治，馮泳蘭.衡陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，23(6):113

［6］邱曉航，張守民，顧文，等.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007(3):19

［7］馬超平，盧旭曉，鄧紹強(qiáng)，等.湛江師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，24(3):103

［8］鄭豪，方文軍.新編普通化學(xué)實(shí)驗(yàn).北京:科學(xué)出版社，2005

［9］紀(jì)永升，呂瑞紅，李玉賢，等.大學(xué)化學(xué)，2013，28(6):42