李愷，韓潤平，王瑞勇，武杰，余旻，周立鵬，關(guān)新新，趙旭波，閆學(xué)斌，郝新奇，宋傳君，張宗培，何占航

鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院，鄭州 450001

由教育部高等學(xué)?；瘜W(xué)教育研究中心主辦、國家自然科學(xué)基金委支持、鄭州大學(xué)承辦的“第12屆全國大學(xué)生化學(xué)實驗邀請賽”(后文簡稱邀請賽)于2021年7月8-11日在鄭州舉行。來自全國43所高校的129位選手和180余位老師匯聚黃河之濱，交流學(xué)習(xí)。作為我國高等化學(xué)學(xué)科面向本科生進行的最高級別比賽，賽事的舉辦對提高我國高校本科化學(xué)實驗教學(xué)總體水平、推進大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)改革起到了很好的促進作用。邀請賽期間，同時舉辦了“第3屆全國高校化學(xué)實驗技術(shù)交流會”(后文簡稱交流會)。交流會2018年由北京大學(xué)倡議，已先后在北京大學(xué)、廈門大學(xué)成功舉辦過兩屆。本次賽會不但為全國高校的化學(xué)專業(yè)學(xué)生提供了交流提高的機會，也為提高我國高?；瘜W(xué)實驗教學(xué)水平、促進化學(xué)實驗教學(xué)人員和技術(shù)人員之間的溝通、展示各高校化學(xué)實驗教學(xué)和管理的特色工作成果提供了平臺。

本文介紹了本次邀請賽的總體辦賽情況以及對賽事未來發(fā)展的思考，同時也對本次賽事的實驗理論試題命題思路和試題特點，以及參賽選手的答題情況和反映出的問題等進行了總結(jié)分析，希望能對化學(xué)實驗教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革起到積極的推動作用。(實驗理論試題及答案請詳見“補充材料”，可通過網(wǎng)站http://www.dxhx.pku.edu.cn免費下載。)

1 賽會情況介紹

“第12屆全國大學(xué)生化學(xué)實驗邀請賽”原定于2020年7月在鄭州大學(xué)舉辦，受2020年新冠肺炎疫情的影響，延期至2021年舉辦。本次邀請賽原計劃邀請來自全國45所高校的135位選手和200余位老師參加，由于2021年6月廣東地區(qū)新冠肺炎疫情反彈的影響，中山大學(xué)和華南師范大學(xué)受邀代表未能參賽。實驗技術(shù)交流會上，共有26位報告人圍繞化學(xué)實驗教學(xué)、化學(xué)實驗管理相關(guān)內(nèi)容做了精彩的報告，其中有2個特邀報告和24個大會報告。報告展現(xiàn)了各位老師在化學(xué)實驗教學(xué)和管理中的深入思考，報告內(nèi)容豐富，現(xiàn)場討論熱烈。值得注意的是，本次交流會上各個高校的青年教師積極報告交流，展現(xiàn)了化學(xué)實驗教學(xué)發(fā)展的勃勃生氣。

依照慣例，本次邀請賽分為實驗理論考試和實驗操作考試兩個部分，分別考查選手對化學(xué)實驗室安全知識、實驗基礎(chǔ)理論知識、實驗規(guī)范等知識的了解和掌握，以及實驗基本操作、實驗安排和設(shè)計、實驗現(xiàn)象的觀察和記錄、儀器的使用和數(shù)據(jù)的采集、分析以及解決問題等能力。作為競賽考試，考題的區(qū)分度較大，具有較強的適賽性，符合全國大學(xué)生化學(xué)實驗邀請賽的競賽宗旨[1]。

本次邀請賽的會標(biāo)以阿拉伯?dāng)?shù)字“12”和“化”字為原型組合而成，代表“第12屆全國大學(xué)生化學(xué)實驗邀請賽”(圖1A)。外圈標(biāo)注“第十二屆全國大學(xué)生化學(xué)實驗邀請賽”中英文名稱，下端波浪造型半圓環(huán)帶象征黃河，環(huán)帶上有“2021鄭州大學(xué)”字樣和鄭州標(biāo)志性建筑二七紀(jì)念塔、中原福塔、會展中心、大玉米樓等圖案。賽會吉祥物“華豫”是一只微笑招手的小象(圖1B)。大象是河南的代表，吉祥物表達了鄭州大學(xué)的師生熱情歡迎兄弟院校的老師和同學(xué)們來參加本次賽會的情感。“華豫”取“化遇”的諧音，代表參會者通過“化學(xué)實驗邀請賽”這一機緣相遇。

圖1 第12屆全國大學(xué)生化學(xué)實驗邀請賽會標(biāo)和吉祥物

本次邀請賽在選手選拔的過程中遇到了和往屆不同的意外情況。按照慣例，選手由各個參賽高校按照三年級學(xué)生比例的30%提交名單至組委會，通過抽簽形式確定3名參賽選手。然而，由于比賽同期有多所高校和科研院所舉辦研究生招生夏令營，導(dǎo)致17所高校第一輪抽簽出的部分學(xué)生無法參賽，占總參賽學(xué)校的40%。組委會經(jīng)過慎重討論，進行了參賽選手補抽簽工作，21名同學(xué)遞補參賽，占總參賽人數(shù)的16%。賽后分析，造成這一結(jié)果的主要原因是在新冠肺炎疫情影響下，化學(xué)專業(yè)本科生畢業(yè)出國人數(shù)銳減，國內(nèi)高校深造成為絕大多數(shù)學(xué)生的畢業(yè)首選，而參加實驗邀請賽的恰好為三年級學(xué)生，造成邀請賽和各個高校招生夏令營的“撞車”。因此，如何通過調(diào)整比賽時間或調(diào)整參賽選手范圍，促進未來賽事的順利開展，成為與會代表們討論的熱點問題。

2 筆試題題型及考核模塊說明

本次邀請賽選手的比賽總成績由實驗筆試考試成績(30%)和實驗操作考試成績(70%)兩部分組成。試題由鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院不同專業(yè)方向的十余名老師共同命題完成，考查學(xué)生對化學(xué)實驗安全知識、實驗常識、實驗技能的掌握，以及利用化學(xué)知識解決實驗問題的能力。本文主要介紹邀請賽實驗筆試考試試題的相關(guān)情況，實驗操作考試試題的相關(guān)解析將另外撰文說明。實驗筆試考試時間為3小時，題型為單項選擇題，共150道，總分150分。其中，一般選擇題70道(1-70題)，考查學(xué)生對某些特定知識點的了解與掌握；綜合選擇題80道(71-150題)，以案例的形式，融合化學(xué)實驗知識，重點考查學(xué)生靈活應(yīng)用化學(xué)知識、綜合解決化學(xué)實驗問題的能力?？荚噧?nèi)容中，實驗安全相關(guān)內(nèi)容占比約10%，實驗常識和基本操作占比約10%，無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)實驗技術(shù)各占比約20%。

實驗安全知識是化學(xué)專業(yè)學(xué)生必須具備的最重要的基本素質(zhì)，也是歷屆化學(xué)實驗邀請賽考查的重點。本屆賽事中，除了實驗操作考試中有相關(guān)的內(nèi)容要求外，實驗筆試也對此進行了多方面考查。通過實驗筆試，全方面考查學(xué)生對水電氣安全知識(第2、8、9、15題)、實驗室防火知識(第5題)、化學(xué)品毒性知識(第7題)、化學(xué)品儲存和使用安全知識(第6、16題)、化學(xué)安全防護知識(第10、12、14題)等內(nèi)容的掌握，同時也考查學(xué)生利用所學(xué)知識，排查實驗安全隱患(第22題)、分析實驗事故原因(第18題)等綜合能力。以第18題為例，本題列舉了實驗室的4個實驗事故，要求學(xué)生對實驗事故的原因進行分析，以案例的形式綜合考查了封管、鼓風(fēng)干燥箱、電磁爐、馬弗爐等操作中的安全要點，以及壓力操作和防火安全的相關(guān)知識，具有較強的綜合性和適賽性。

由于考試的競賽特性，實驗常識和基本操作試題除了部分基礎(chǔ)實驗知識外，還將一些平時在實驗室或課本上習(xí)以為常的標(biāo)注、標(biāo)準(zhǔn)、縮寫等知識進行擴展，編排成試題，重點放在考查學(xué)生對化學(xué)實驗基本常識的探究深度上，只有平時對化學(xué)實驗細心了解的同學(xué)才能較好地作答。例如，第4題考查了氣體鋼瓶鋼印標(biāo)志的含義，第21題考查了實驗室用水的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，第23題考查了不同負壓裝置的真空度標(biāo)準(zhǔn)，第28題考查了常見標(biāo)準(zhǔn)符號代碼的具體意義等。這些內(nèi)容雖然不完全是教科書或教學(xué)大綱的要求內(nèi)容，卻是所有化學(xué)工作者都會常常接觸到的，因此，可以很好地考查選手在平時實驗學(xué)習(xí)或科研訓(xùn)練中的觀察和探索程度。此部分試題中，命題人還將化學(xué)知識與日常生活相關(guān)聯(lián)，例如第3題將化學(xué)原理和烹飪相結(jié)合，要求學(xué)生利用所學(xué)的化學(xué)知識解釋日常烹飪中的一些現(xiàn)象，提高了競賽試題的趣味性。

化學(xué)實驗技術(shù)試題中，命題人根據(jù)各學(xué)科的不同特點進行有針對性的命題，注重考查選手“靈活運用知識解決化學(xué)實驗問題”的能力。

無機化學(xué)實驗技術(shù)的試題中，命題人重點關(guān)注選手對于無機化合物特性和無機實驗操作原理等基礎(chǔ)內(nèi)容的考查理解。以第82-86題為例，題目通過對商業(yè)化鋰離子電池重要組分六氟磷酸鋰(LiPF6)的分析方法介紹，綜合考查選手對實驗中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的判斷、對實驗方法的了解、對實驗操作原理的掌握等。

有機化學(xué)實驗技術(shù)試題模擬實際有機化學(xué)研究中的文獻閱讀過程，以案例分析為主(第94-98題、99-103題、104-107題)，通過詳細介紹某有機實驗流程，從中提煉實驗操作原理和實際操作的相關(guān)問題。這樣的考查形式，對經(jīng)過科研實訓(xùn)、有一定文獻閱讀能力的學(xué)生來說更容易取得較為理想的成績。

物理化學(xué)實驗技術(shù)的考查也以綜合題為主(第127-134題、135-141題、142-150題)，考查學(xué)生對物理化學(xué)測試原理和方法的掌握情況。以135-141題為例，題目以化學(xué)電源為背景，考查學(xué)生對電解質(zhì)溶液、可逆電池電動勢和電解與極化等三部分電化學(xué)知識和實驗技能的理解和掌握。其中，電解質(zhì)溶液部分題目主要考查學(xué)生對離子遷移數(shù)概念和界面移動法測定離子遷移數(shù)原理的理解，對電解質(zhì)溶液導(dǎo)電機理及其與金屬導(dǎo)體導(dǎo)電機理差異的理解，以及電導(dǎo)的影響因素和電導(dǎo)測定的各種應(yīng)用。同時考查學(xué)生對測定離子遷移數(shù)和溶液電導(dǎo)實驗中實驗現(xiàn)象的觀察能力?？赡骐姵仉妱觿莶糠志噪妱觿轀y定實驗為題干，要求學(xué)生掌握可逆電池電動勢的概念和測定原理，熟悉實驗中所用儀器以及測定時的實驗現(xiàn)象。電解與極化部分考查學(xué)生對電極極化概念的理解，了解電極極化的原因和不可逆電極電勢的測定方法，進一步了解影響極化的因素和極化在金屬防腐中的應(yīng)用。

分析化學(xué)實驗技術(shù)內(nèi)容較為瑣碎，與其他實驗技術(shù)多有交叉，本次筆試題目涵蓋了化學(xué)分析和儀器分析的很多知識點?；瘜W(xué)分析包括：重量法、酸堿滴定、絡(luò)合滴定、非水滴定，以及氧化還原滴定中的高錳酸鉀法、碘量法和重鉻酸鉀法等；儀器分析包括分光光度法、原子光譜法、紅外光譜法、色譜法、電化學(xué)分析法、熱分析方法、質(zhì)譜分析法和核磁共振波譜法，涉及衰減全反射傅立葉變換紅外技術(shù)、毛細管電泳、離子交換色譜、離子選擇性電極、伏安分析、電解分析、膠體金技術(shù)、磁微粒化學(xué)發(fā)光等內(nèi)容。除了有實驗操作的知識點之外，還有誤差分析和理論計算等，覆蓋了分析化學(xué)課程大綱所要求的大部分基本實驗技術(shù)，并進行了一定程度的拔高，使之更適合于競賽考試。

3 實驗筆試試題特點

相較于往屆邀請賽的筆試題，本次邀請賽的題目具有如下特點：

(1)注重結(jié)合社會經(jīng)濟發(fā)展熱點和科學(xué)前沿進行命題，并且融入課程思政內(nèi)容。例如，綜合題第75-81題結(jié)合空間探索的社會熱點，以長征系列運載火箭推進劑偏二甲肼為載體，考查無機化合物制備、檢測、分析等相關(guān)知識。又如，綜合題第87-89題，介紹了近年來十分引人注目的化學(xué)機器人(Chemputer)的相關(guān)知識和理論[2]，并以此為載體，考查了有機溶劑沸點、化學(xué)品易燃易爆特性等實驗知識。再如，綜合題第90-93題，以聚集誘導(dǎo)發(fā)光(AIE)理論為載體[3]，考查選手對溶劑互溶特性、相似相溶原理、有機試劑重蒸操作等內(nèi)容的掌握，同時，展示中國科學(xué)家的開創(chuàng)性研究成果，提升參賽學(xué)生的民族自尊心和自豪感。再如，綜合題第108-112題，結(jié)合時事熱點，從《新型冠狀病毒肺炎防控方案(第8版)》中取材[4]，以熒光分析法、84消毒液等為載體，考查學(xué)生相關(guān)儀器分析和分析化學(xué)實驗知識。此外，本次命題中還涉及鋰離子電池電解液成分分析(第82-86題)、溫室氣體二氧化碳的轉(zhuǎn)化(第142-150題)等學(xué)科前沿?zé)狳c問題，突出了化學(xué)理論聯(lián)系實踐的特點。

(2)擴展了化學(xué)實驗相關(guān)知識的考核范圍。例如，前文所提到的第4題、第21題、第23題和第28題的考查內(nèi)容皆為化學(xué)工作者需要掌握的常識性問題。以28題為例，以往競賽對現(xiàn)代化工業(yè)體系中標(biāo)準(zhǔn)制度基本上沒有涉獵，而且在化學(xué)類及相近專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)過程中，這方面的知識也被無意忽略了，絕大多數(shù)碩士研究生對于標(biāo)準(zhǔn)體系所知甚少，一些博士研究生也了解不多，因此，加強這方面的培訓(xùn)或?qū)W習(xí)十分必要。賽后分析表明，第21題的得分率為46%，說明還是有一部分同學(xué)對實驗室用水的純度有所了解；第23題的得分率僅為25%，與4個選項蒙對一個的概率相同，說明同學(xué)們對負壓裝置的真空度標(biāo)準(zhǔn)幾乎沒有概念；第28題的得分率為91%，說明參賽高校的大多數(shù)同學(xué)對現(xiàn)代化工業(yè)體系中標(biāo)準(zhǔn)制度有所了解，即使不是完全知道所有標(biāo)準(zhǔn)字母代碼所表達的含義，也可以通過排除法得到正確的答案。

(3)題目的綜合性程度較高。題目的綜合性不僅體現(xiàn)在71題之后的綜合大題中，即使在70題之前的分散性題目中，也得到了貫徹和執(zhí)行。比如13、17和22等題目，在選項的設(shè)置方面，把基礎(chǔ)實驗中的相關(guān)知識和相關(guān)技能充分融合，在有限的題目空間中，盡最大可能考查學(xué)生的綜合素養(yǎng)。例如第13題，每個選項所包含的實驗化學(xué)要素都在三個不同范疇，如選項B就包含：常見折光率儀的測量精度、溶液pH的結(jié)果表達以及光度法中有色溶液吸光度的恰當(dāng)范圍等方面。

(4)題目融入東道主鄭州大學(xué)本身的學(xué)科特色。例如，綜合題第127-134題介紹了由鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院劉壽長教授開發(fā)的苯選擇加氫制環(huán)己烯成果[5]，該成果成功完成了工業(yè)化應(yīng)用，使我國成為世界上第二個掌握該項技術(shù)并擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的國家。以該成果為載體，命題者巧妙地將化學(xué)動力學(xué)、精餾方法、儀器分析技術(shù)、離心分離操作、粘度測定操作等知識點融入題中，設(shè)計成一道考查選手綜合化學(xué)實驗?zāi)芰Φ脑囶}。

4 答題情況與成績分析

實驗筆試中，絕大多數(shù)考生都能在規(guī)定時間內(nèi)完成答卷，約20%的選手在120 min后完成了答卷，提前交卷，說明考試題量基本合適。筆試成績的分析統(tǒng)計結(jié)果如圖2和圖3所示。從圖2可以看出，分?jǐn)?shù)分布呈現(xiàn)出較好的正態(tài)分布。最高分104分，最低分50分，顯示出較好的區(qū)分度。尤其值得注意的是，對于多數(shù)參賽學(xué)校來說，每校的三名選手的得分都較為接近，這在一定程度上反映了該校的實驗教學(xué)質(zhì)量。

圖2 實驗筆試成績分布

圖3 實驗筆試成績表

本次實驗筆試各題目的回答正確率如圖4所示?？梢钥闯觯瑹o機及分析化學(xué)相關(guān)試題得分率較高，物理化學(xué)相關(guān)試題得分率較低。這一方面反映出選手對物理化學(xué)相關(guān)實驗知識的掌握較為薄弱，另一方面也反映出物理化學(xué)學(xué)科本身較為抽象、實驗技術(shù)較為復(fù)雜的特點。同時，由于物理化學(xué)實驗儀器成本相對較高，許多實驗為小組合作式開展，也會導(dǎo)致部分學(xué)生對相關(guān)知識掌握的欠缺。而無機化學(xué)實驗和分析化學(xué)實驗教學(xué)中，多數(shù)實驗都可做到單人組，教學(xué)效果也相對較好。

圖4 實驗筆試題目回答正確率

5 結(jié)語

第12屆全國大學(xué)生化學(xué)實驗邀請賽已圓滿結(jié)束。在疫情防控的特殊背景下，參賽選手表現(xiàn)出了優(yōu)秀的組織性、紀(jì)律性，積極配合組委會的安排，使各項日程都能夠順利完成。本次比賽的實驗筆試命題圍繞教學(xué)大綱，融合學(xué)科發(fā)展前沿內(nèi)容進行了拓展，具有較好的適賽性?？荚嚱Y(jié)果區(qū)分度明顯，符合賽前預(yù)期。