劉春英 馮錫蘭 劉大鵬 李汝奕 羅立文

中國石油大學(xué)（華東）化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266580

無機及分析化學(xué)綜合實驗課程（以下簡稱“綜合化學(xué)實驗課程”）自2011年開設(shè)以來，一直是我校化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、材料化學(xué)和環(huán)境工程等專業(yè)學(xué)生喜歡的限選課程之一。綜合化學(xué)實驗課程的教學(xué)目標(biāo)是：加強學(xué)生基本實驗技能、提高綜合設(shè)計和實踐能力、提高科學(xué)研究和創(chuàng)新能力。在這門課的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生要完成選題、文獻查閱、方案設(shè)計、方案實施、科技論文寫作等一系列任務(wù)，其中每一環(huán)節(jié)都是不可或缺的。在選題環(huán)節(jié)中，學(xué)生需要從教師確定的三十多個課題中選定，這些題目涉及的類型有：環(huán)保、廢物回收與利用、教師科研的部分內(nèi)容。題目具有綜合性、設(shè)計性和研究性的特點。教師需要審慎、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡x定這些題目，從而使學(xué)生選擇任一題目都能達(dá)到鍛煉和學(xué)習(xí)的目的?？梢哉f，合適的選題是保證學(xué)生課程學(xué)習(xí)能夠順利、高效進行的基礎(chǔ)。本文主要探討綜合化學(xué)實驗的選題原則，分析實驗教學(xué)實施過程中存在的問題，并提出改進措施，以期更好地達(dá)到課程目標(biāo)、提高教學(xué)質(zhì)量。

一、綜合化學(xué)實驗的選題原則

教師選定的綜合化學(xué)實驗題目，首先要求內(nèi)容豐富、涉及面廣，能讓不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的學(xué)生有選擇的余地，滿足學(xué)生個性化需求；其次，在符合實驗教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)要求的同時，要考慮題目能夠讓學(xué)生感興趣，有知識性、探究性。綜合起來，選題需要遵循以下原則：科教融合、綠色環(huán)保、綜合設(shè)計。

（一）科教融合原則

教師豐富的科研內(nèi)容和成果是非常寶貴的潛在實驗教學(xué)資源，將科研與教學(xué)緊密結(jié)合是提高實驗教學(xué)水平的有效途徑，所以在綜合化學(xué)實驗教學(xué)中可將教師的科研項目的部分內(nèi)容設(shè)計成探究式的綜合實驗。例如，可選擇的題目有：“氫氧化鎂阻燃劑的制備與含量分析”“氫氧化鎂阻燃劑的表面改性與應(yīng)用”“廢煉油催化劑中回收鎳”“水熱法制備NaY 分子篩及表征”等。以氫氧化鎂阻燃劑的制備、表面改性與應(yīng)用為例，這些研究內(nèi)容是教師參與某一企業(yè)項目的一部分，企業(yè)以鹽湖鹵水或鹵塊為原料、采用水熱法低成本合成出片狀氫氧化鎂，并進行了放大生產(chǎn)。如果選擇了“氫氧化鎂阻燃劑的表面改性與應(yīng)用”這個題目，學(xué)生首先要查閱文獻，了解氫氧化鎂的阻燃性能和阻燃原理、不同形貌的氫氧化鎂阻燃效果不同以及無機粉體表面改性原理等，根據(jù)阻燃劑性能要求設(shè)計出納米或片狀氫氧化鎂的制備、氫氧化鎂表面改性方法及氫氧化鎂填充EVA復(fù)合材料的氧指數(shù)測定的實驗方案；然后準(zhǔn)備實驗、開展實驗，制備出氫氧化鎂阻燃劑；再對產(chǎn)品進行表面改性、性能測試，即測定其活化指數(shù)、沉降體積、吸油量等，分析其表面改性效果；接著采用儀器分析技術(shù)分析樣品結(jié)構(gòu)、存在基團類型和粒徑大?。贿M而制備氫氧化鎂填充EVA復(fù)合材料，進行阻燃性能測試；最后進行數(shù)據(jù)處理和表征圖譜分析，撰寫科技論文。

學(xué)生在實驗教學(xué)過程中將教師的科研內(nèi)容轉(zhuǎn)化為綜合化學(xué)實驗，拓展了實驗教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，使實驗具有前沿性和挑戰(zhàn)性。學(xué)生針對某一課題，掌握該領(lǐng)域的前沿知識、最新研究方法以及相關(guān)的實驗技術(shù)、現(xiàn)代儀器分析技術(shù)，如采用紅外光譜技術(shù)、XRD 衍射技術(shù)、掃描電鏡技術(shù)、透射電鏡技術(shù)等表征樣品并進行譜圖解析。雖然有些儀器的使用及分析對二年級大學(xué)生來說有一定的挑戰(zhàn)性和難度，但是將科研內(nèi)容融入實驗教學(xué)中，能夠讓大多數(shù)學(xué)生充分體會到理論和科研、生產(chǎn)實際的緊密結(jié)合，體會到科學(xué)研究的探索性、嚴(yán)謹(jǐn)性和實用性；了解并實踐了科研的一般過程，培養(yǎng)了科研的科學(xué)精神和創(chuàng)新意識，加強了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和獨立性，同時提高了學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新實驗和科研活動的積極性。

（二）綠色環(huán)保原則

利用生活垃圾、食物廢棄物或?qū)嶒炇覐U液等為原料設(shè)計綠色綜合化學(xué)實驗，例如廢舊電池的回收利用，從海虹殼、扇貝殼或滸苔中分離和鑒定某些元素，從海帶中分離和鑒定某些元素等。這些實驗項目成本低廉、操作方案簡便、試劑毒害性小。以廢舊電池的回收利用為例，學(xué)生分解電池后回收MnO、碳棒、鋅皮后，由鋅皮制備出七水硫酸鋅晶體，測定產(chǎn)品中七水硫酸鋅的含量，同時檢驗產(chǎn)品中是否存在Cl、Fe及Pb、Mn、Cd等金屬離子。通過這些實驗過程，學(xué)生可以直觀地了解干電池的組成和廢舊電池的回收利用方法。再例如，無機化學(xué)實驗教學(xué)過程會產(chǎn)生無機物廢液，學(xué)校都是對其集中收集后交給污水處理公司處理，我們可以有針對性地選出一些無機物廢液轉(zhuǎn)化成試劑并設(shè)計成綜合實驗項目，例如從廢銅液中回收硫酸銅及含量測定、從廢碘液中回收單質(zhì)碘及含量測定等。在學(xué)生設(shè)計方案、實施實驗過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化方案，督促其盡可能減少化學(xué)試劑的使用量、提高試劑的利用率，學(xué)生逐漸就會有意識地、自覺地科學(xué)合理回收、處理廢棄物。通過以上這些實驗項目的實施，學(xué)生不僅將實驗室部分廢液變廢為寶，進一步學(xué)習(xí)了實驗基本操作、提高了綜合實驗技能，而且培養(yǎng)了環(huán)境保護、綠色化學(xué)及資源綜合利用的理念。

（三）綜合設(shè)計原則

綜合化學(xué)實驗教學(xué)不僅要將學(xué)生所學(xué)的理論知識、實驗方法和實驗技能相結(jié)合，還要體現(xiàn)實驗的綜合性、設(shè)計性和研究性的特點。除了上面介紹的題目，再舉幾個例子：水熱法制備納米氧化鐵粉體及其表征、超細(xì)氧化鈷粉末的制備及其表征、二水醋酸鋅的制備及其含量分析、洗衣粉中表面活性劑的提取及其離子型鑒定、B-Z振蕩反應(yīng)實驗及機理綜述等。學(xué)生先設(shè)計多種方案，再和教師探討各種方案的優(yōu)缺點、可行性，最終確定二至三種方案。實驗內(nèi)容應(yīng)涉及無機化學(xué)、分析化學(xué)、有機化學(xué)實驗操作及相關(guān)儀器的使用，實驗方案要體現(xiàn)綜合性、設(shè)計性的特點。以聚合硫酸氯化鋁鐵的制備與應(yīng)用為例，學(xué)生通過優(yōu)化條件制備出無機高分子絮凝劑聚合硫酸氯化鋁鐵，再將其用于處理油田污水或者染料液，考查其絮凝效果（對污水的除濁和脫色效果）。學(xué)生不僅要掌握無機合成多種方法，還要掌握分光光度計、濁度計、pH 酸度計等普通儀器的使用。類似題目的訓(xùn)練培養(yǎng)了學(xué)生的初步科研能力和實際應(yīng)用能力。

二、教學(xué)實施過程中存在的問題及改進措施

綜合化學(xué)實驗這門課在開設(shè)的初期，存在著運行經(jīng)費短缺、實驗室開放時間不足、實驗題目較少等很多不足之處。隨著課程連年開設(shè)，可供選擇的實驗題目逐年增多，實驗條件逐漸得到好轉(zhuǎn)，試劑由少到多逐漸積累，小型儀器逐漸增多，實驗室可以保證全天開放。但是，仍需要從實驗室管理和學(xué)生管理兩個方面加強改進工作。

（一）需要加強實驗室管理，責(zé)任明確到人

由于綜合化學(xué)實驗題目的多樣性以及每一組學(xué)生設(shè)計方案的多樣性和特殊性，本課程的實驗室管理、教學(xué)過程監(jiān)督管理和實驗指導(dǎo)同常規(guī)實驗課相比有較大的挑戰(zhàn)性和難度。實驗室條件的限制給實驗室管理人員試劑、儀器的準(zhǔn)備工作和實驗室之間的協(xié)調(diào)工作帶來較大的難度和額外的工作量，因而指導(dǎo)教師和實驗室工作人員要有較強的責(zé)任心，為這門課程投入更多的精力和時間；實驗室管理要有制度、有秩序；實驗室工作人員的實驗準(zhǔn)備工作要做得更細(xì)致。不能因為實驗條件不足而讓學(xué)生感覺自己的想法和方案不能實施；不能讓學(xué)生因為找試劑和儀器而浪費太多時間；不能因為缺乏試劑而反復(fù)修改學(xué)生的研究思路，要使學(xué)生激發(fā)出來的靈感得到最好的實施和驗證。很多實驗課題要用到大型儀器，實驗室工作人員和指導(dǎo)教師要盡可能同其他教師協(xié)調(diào)，讓學(xué)生能夠使用這些儀器表征樣品，或者管理儀器的教師能夠給學(xué)生測定樣品性能，滿足學(xué)生表征樣品的要求，這樣學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)才會及時、可靠、豐富。另外，實驗設(shè)備老化是很多高校的共有問題，而實驗設(shè)備是影響師生積極性和教學(xué)效率的一個大問題，因而更新設(shè)備是保證實驗效果的一個重要保障。為綜合化學(xué)實驗教學(xué)配備的某些儀器因使用年限較長、過于陳舊，需要盡快更換設(shè)備，這需要化學(xué)實驗中心的大力支持?？傊?，實驗室的管理制度需要到位、詳細(xì)，包括大型儀器的共享、使用和管理等各方面要責(zé)任明確到人，使得指導(dǎo)教師、實驗室管理人員和學(xué)生明確實驗過程中自己的責(zé)任，這樣的實驗室管理才科學(xué)，才能使實驗室得以安全、有序地運行，為其他基礎(chǔ)類實驗和專業(yè)類綜合化學(xué)實驗課程服務(wù)，從而大大提高實驗教學(xué)的效果和效率。

（二）需要加強學(xué)生管理，發(fā)揮學(xué)生主觀能動性

綜合化學(xué)實驗開設(shè)的起始和終止時間及周數(shù)是確定的，學(xué)生在沒有其他課程時都可以進實驗室做實驗，自主選擇的時間多，也就是說，在兩周半的時間內(nèi)實驗室全天開放，學(xué)生可以靈活安排時間，這是優(yōu)勢。但是，不同專業(yè)的學(xué)生因課程安排不同而空余時間不同，因而每天來實驗室的時間不固定。當(dāng)選課的學(xué)生較多時，教師對于學(xué)生的管理，例如簽到，實驗室的使用、衛(wèi)生保障，試劑和儀器的使用管理都有難度。如果教師和實驗室工作人員管理不善，對自己要求不嚴(yán)格的學(xué)生就會不積極投入實驗，或試劑擺放混亂，儀器操作不正確、不歸位，或者不注意打掃實驗室衛(wèi)生等。因此，教師在鼓勵學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)這門課程的同時，必須對學(xué)生加強管理，嚴(yán)格執(zhí)行簽到制度，進行平時數(shù)據(jù)檢查，明確每個課題的任務(wù)，進行工作量階段檢查以及每天的監(jiān)督和檢查等。這時，指導(dǎo)教師的任務(wù)不再是對學(xué)生傳授知識點，而是對學(xué)生學(xué)習(xí)、實驗習(xí)慣的引導(dǎo)以及實驗的輔導(dǎo)、啟發(fā)、協(xié)助、監(jiān)督和管理。這樣既能幫助學(xué)生逐漸養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣，又能保障學(xué)生在實驗課程學(xué)習(xí)過程中的主體性。

（三）需要構(gòu)建科學(xué)的實驗考核評價模式

激發(fā)學(xué)生興趣的不只是實驗題目及實驗過程的探索，還有來自教師的鼓勵以及合理的實驗課程成績評價。課程開始時要對學(xué)生明確實驗室規(guī)則、課程要求、每個課題的總體要求和成績評價內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)等，這樣會促使學(xué)生有內(nèi)在壓力和自身要求，有利于提高實驗效率。成績總評包括學(xué)生的方案設(shè)計成績（占10%）、平時成績（占40%）、科技論文成績（占50%）。方案設(shè)計成績評定依據(jù)方案是否具有多樣性、是否有新意以及是否詳細(xì)。平時成績評定主要包括學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、實驗工作量、實驗操作規(guī)范、分析和解決問題、實驗環(huán)保和實驗室衛(wèi)生等方面的評價?？萍颊撐某煽冊u定主要考慮學(xué)生撰寫的文獻綜述是否有深度和廣度；實驗數(shù)據(jù)是否真實、可靠和有效，數(shù)據(jù)的分析和討論是否有理有據(jù)、是否體現(xiàn)創(chuàng)新意識；結(jié)論是否準(zhǔn)確；寫作格式是否規(guī)范等。目前，我校實驗教學(xué)準(zhǔn)備增加答辯環(huán)節(jié)，通過學(xué)生陳述、回答教師提出的問題的情況給出答辯成績?？傊?，綜合化學(xué)實驗課程成績考核的科學(xué)性與合理性是影響該課程教學(xué)方法和教學(xué)效果的重要因素，還需要通過調(diào)研、考查和討論來確定更全面的成績評價標(biāo)準(zhǔn)，從而構(gòu)建科學(xué)、合理的實驗考核評價模式，進一步提高學(xué)生進行綜合實驗的積極性，提升實驗教學(xué)質(zhì)量。

三、結(jié)束語

綜合化學(xué)實驗延伸了理論教學(xué)和無機及分析化學(xué)常規(guī)實驗教學(xué)的內(nèi)容，給學(xué)生提供了一個很好的鍛煉實踐能力、科研能力的平臺。綜合化學(xué)實驗題目的選擇至關(guān)重要。綜合化學(xué)實驗與教師科研、生產(chǎn)實踐、學(xué)生課外科研、綠色化學(xué)相結(jié)合，具有綜合性、設(shè)計性、研究性、應(yīng)用性和綠色環(huán)保性特點。要與時俱進、不斷挖掘新路徑，選擇有創(chuàng)新性的、可操作的實驗題目，去掉不利于鍛煉學(xué)生能力的題目，從而使實驗題目科學(xué)化、多樣化，有利于全面提升實驗教學(xué)質(zhì)量。在綜合化學(xué)實驗教學(xué)過程中，要著力解決實驗室管理和運行難，學(xué)生管理、學(xué)生合成樣品的表征難等問題。學(xué)院、化學(xué)系和實驗中心應(yīng)提供大力支持，為學(xué)生順利進行實驗、儀器使用和樣品表征提供更多的條件與方便，這樣才能保證學(xué)生對這門課程感興趣，愿意投入更多的時間進行實驗，從被動學(xué)習(xí)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉嵺`狀態(tài)，實現(xiàn)以學(xué)生為主體的實踐教學(xué)模式；也才能促使學(xué)生主動去質(zhì)疑、思考，體會科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性、探索性、綜合性和實用性，從而更好地提升學(xué)生的知識運用能力、綜合實驗設(shè)計能力、實踐能力、科研創(chuàng)新能力和團結(jié)協(xié)作能力。