无机化学实验课程的优化改革尝试

2015-02-13李荣芳刘新芳张晓宇张甜冯勋

大学化学 2015年2期

李荣芳刘新芳张晓宇张甜冯勋

(1洛阳师范学院化学化工学院河南洛阳471022;2河南科技大学食品生物工程学院河南洛阳471003)

无机化学实验是大一新生课程，对培养本科生的化学技能和良好的实验习惯起着重要的作用。对于一个今后从事化学专业的人员来说，具有规范的实验操作能力是至关重要的。随着高校的扩招、科技发展、现代化生活水平的提高，学科间交叉渗透等因素，实验教学内容体系也需要有所变化。在借鉴了其他前辈工作者的经验［1-5］并结合本校的实际，我们就高师类无机化学实验教学内容和课程体系中存在的问题进行了分析，结合我们的教学实践，制定了一些相应对策，在实施过程中取得了较好的效果。

1 优化改革实验课程内容以满足教学需要

(1)从基础操作到综合能力运用，次第性设计实验顺序。

我校采用的无机化学实验教材为华东理工大学出版社的《新编无机化学实验》，内容包括:安全教育、基本操作原理和实验技能训练、基本化学原理实验、元素及其化合物的性质实验、综合设计实验，共5章。开课时间为两学期，共87学时。在有限的87学时中，要把这么多内容全部学完是很难的。而且，考虑到刚入大学的大一新生来自不同地域的中学，各地中学的实验条件不一样，培养出来的学生实验水平也参差不齐。于是，在上学期的39学时里，只选择安全教育和基本操作以及一些简单的合成制备实验以训练、规范学生的基本实验操作能力。以“安全教育”和“仪器的认领、洗涤”，强化学生的安全实验的意识;以“台秤与电子分析天平的使用”、“试剂的取用和试管操作”、“溶液的配制”、“滴定操作”等培养和规范学生的基本操作;以“粗盐的提纯”和“硝酸钾的制备与提纯”作为学期末的两个小型综合实验，旨在让学生综合运用所学的基础操作技能解决问题。

(2)删改增补实验内容，有效节约利用资源。

大一下学期的无机化学实验课程为48学时，内容主要是元素及其化合物的性质实验部分，这是与无机化学课程同步进行的实验，旨在通过实验，使学生加深对课程内容的理解。但是一学期的性质实验，占用时间多，内容多是单一且重复的试管操作，很难激起学生的学习兴趣。于是，我们保留了一些元素和化合物的典型性质实验，删掉了一些重复性的实验，并根据无机化学课程的内容，把每一族性质相似的实验内容归并在一起，选有代表性的，集中用一次实验做完。对于一些有毒的、不方便操作的实验则借助相关视频资料，让学生直观了解即可。如，卤素这族在课程设计上有两个实验——“氯及其化合物的性质及氯酸钾的制备”和“碘及其化合物的性质及碘的提取”。在这两个实验中，氯气、氯酸钾和次氯酸钠的制备与中学学习过的二氧化碳的制备等类似，且氯气、次氯酸钠和氯酸钾或有刺激性或有氧化爆炸的危险，故将相关的实验内容以视频幻灯的方式给学生进行讲解分析，然后把氯和碘及其化合物的性质鉴定及海带灰中提取单质碘合并成一个实验，这样不仅可避免单调重复而且还可以比较二者性质的关系。再如实验砷、锑、铋中，删除了砷、锑的氧化物和氢氧化物的酸碱性等实验，保留了关于硫化物和硫代酸盐性质的实验内容，然后与碱金属、碱土金属以及铝、锡、铅等主族金属元素性质并为一个实验。余者如氧族、氮族等实验均可以此理念进行设计。对于节省出来的实验时间，可以安排学生做综合实验，先由教师勾勒出实验的理念，让学生自行查文献、找方法，直至完成实验，以此训练学生综合操作能力和独立解决问题的能力。这个实验改革，节约了资源，有效地提高了学生的实验能力，得到了好评。

2 随科技发展改革实验

(1)改革实验，使其适应新仪器和新的教学方式。

随着科技的发展，化学实验教材中的很多实验仪器和内容都显得陈旧，淘汰更新势在必行。例如台秤和分析天平是实验室称量的两个重要仪器。粗略称量用台秤，精细称量用分析天平。分析天平称量能精确到0.1mg，但是一台分析天平的成本很高，维护操作都非常麻烦。而现在一台电子天平，不但操作大大简化，精度更高，而且精确到0.001mg的电子天平的成本价格还没有分析天平高。所以，“台秤和分析天平的使用”这个实验就可以删改成“台秤和电子天平的使用”。

无机化学实验第二学期的内容主要是元素及化合物的性质实验，这些实验很多是有毒、有刺激性或者强氧化性的，但实验操作简单，耗费试剂较多。针对这种情况，我们设计了视频实验教学的方案，主要用于那些有毒有危险性且在操作上也多是重复性的实验。如“次氯酸盐的制备”、“磷的同素异形体及性质”、“五氯化磷的水解”、“钠钾与水的反应”、“铝热法制取金属铁”等实验都可通过相关视频资料学习。

(2)微型化实验。

由于微型化实验过程简单、化学试剂使用量少、实验仪器价格便宜等特点，正越来越受到化学教育工作者的欢迎。微型无机化学实验可以使化学试剂使用量仅为以前的5%～10%，同时也降低了实验的危险性［6］。鉴于无机化学元素部分的实验多是验证性质方面的实验，且需要的试剂多，若用试管和烧杯操作，每种试剂的用量都在毫升级以上，对于这类性质验证实验的微型化处理，我们是改用穴滴板作为反应容器，这样只需几滴试剂即可观察到实验现象。

对于一些制备性实验，如“硫酸亚铁氨的制备”、“三草酸合铁酸钾的制备”等，我们也相应制备了一些微型反应仪器［7-9］，教给学生半微量合成方法。这些合成实验的设计主要是集中在仪器设备的微量化，如，我们让学生收集废旧的玻璃小药瓶，将其改装后成为小的合成反应容器，不仅耐热封闭性好，而且洗刷方便，可以重复循环使用。又如，用大的布氏漏斗抽滤微量合成后的产品损耗量大而且抽不干净，我们就通过查阅文献，重新设计了微型的抽滤装置(图1)。

对常规制备实验的微型化改造有助于激发学生的兴趣，既可节约药品也减少了污染。在此过程中学生体验了各种仪器装置的重新设计、改造和组合，有效地锻炼了他们动手动脑的能力。据统计，我校每年需要做无机化学实验的学生大约有700人，采用微型实验后，不仅大大减少了试剂用量，节约了成本;而且还对减少污染物的排放起了重要作用。

3 以绿色、环保、节俭和可持续发展的理念设计关联实验

化学实验对环境的污染一直是被人们关注的问题。作为实验教师，在设计实验的过程中，我们会充分考虑前后实验的关联性以及实验的整体布局，尽可能让药品能重复利用;并在实验结束后对废液废物进行无害处理或循环利用等，以使污染降到最低水平。如，在称量实验中，学生用台秤称的粗盐可作为“粗盐的提纯”的实验原料使用;用电子天平练习称量精确量的硫酸铜，可以在“溶液的配制”中用来配制0.2～0.5mol/L的硫酸铜标准溶液，在实验“铜、银化合物的性质和醋酸铜的制备”中作为滴定试剂或反应试剂使用;在“酸碱滴定操作”中标定的酸碱溶液，可以作为后期元素化合物性质实验的试剂。

在“氢气的制备和铜相对原子质量的测定”实验中，我们先让学生自己利用中学所学的知识设计装置图，然后根据装置图所需的仪器药品，我们设计了一个“灯的使用，玻璃管加工和塞子钻孔”的实验，让学生自己制造出所用的玻璃弯管、导管、滴管和塞子等仪器，然后用这些仪器测定铜的相对原子质量。

考虑到学生有提前进入科研室做实验的需要或者为科研做一些前期的准备性实验，一些制备实验的设计也和科研室的实验关联起来，如“硫酸亚铁铵的制备”收集的产品，可作为科研室后期反应的试剂。在验证“三氧化二铝的吸附性”实验中，学生填充的层析柱可作为科研室分离装置使用。

我们在设计实验的时候，尽可能考虑将产生的废物充分再利用回收。如一般酸碱废液可用于改良土壤;合成实验中产生的废硝酸钾、硫酸亚铁铵液可以经过处理后变成肥料;对于“锌、镉、汞及其化合物的性质”实验中产生的废液，将其回收后分组设计了两次综合实验——“含镉废水的处理”和“含汞废水的处理”。对于这些实验，我们只提出要求、目的，提供可选择试剂，由学生查阅文献，寻找方法，摸索最适合的实验条件，自行完成实验。通过这些实验，学生既锻炼了运用所学知识综合设计实验并解决实际问题的能力，同时也减少了对环境的污染。