材料类无机及分析化学实验教学改革实践

肖雪春，王毓德

(云南大学　材料科学与工程系，昆明　650091)



材料类无机及分析化学实验教学改革实践

肖雪春，王毓德

(云南大学材料科学与工程系，昆明650091)

结合材料类专业培养目标和无机及分析化学的实验教学实践，从实验内容、实验教学模式、实验教学手段、实验前的预习、实验过程的管理、考核等环节积极探索了材料类无机及分析化学课程实验教学的改革措施。教学实践表明效果良好，无机及分析化学实验教学的质量有了显著的提高。

无机及分析化学实验；实验教学；改革；实践

无机及分析化学实验作为材料物理、材料化学、无机非金属等材料类专业必修的专业基础课，是该专业学生进入大学后接触的第一门正规、系统训练的基础化学实验课。本实验课程一方面让学生加深理解，巩固化学理论知识，为以后学习专业理论知识奠定必要的化学知识基础；另一方面可培养学生掌握基本操作、设计方案、进行实验、正确分析、综合实验结果、书面表达等一系列的独立工作能力[1]。随着高等教育改革的日益深化，以及普通高校的扩招，本课程原有的教学遇到了诸多的问题。课程的学分、学时缩减，学生人数的增加，原有课程的设置以及教学内容、考核方法等未能与时俱进，不能得到好的教学效果。因此，在没有配备实验准备教师的情况下，如何在有限的课时内完成课程教学要求，并达到良好的教学效果，已成为本课程改革的主要任务和目标。结合多年来的教学，云南大学材料科学与工程系对无机及分析化学实验教学进行了一些改革探索与实践，以期提高实验教学质量。

1　目前课程教学存在的问题

1.1实验内容专业针对性不强，缺乏环境保护意识

目前的无机及分析化学实验教材采用的是全校化学、食品科学与工程、制药工程、生物等专业使用的统一教材，实验内容缺乏针对性。另外，一些传统的实验内容所需试剂药品种类繁多，消耗量大，并且部分试剂含有较强毒性，如重金属、氰化物、氯水等，伴随反应过程会放出有毒性气体，如二氧化碳、硫化氢、氯气、二氧化硫等，几乎每个无机化学实验室都成为一个小型的环境污染源[2]。

1.2实验现象不直观，影响实验教学效果

作为基础实验课程，无机及分析化学教学的主要目的是让学生能正确掌握基础化学实验仪器的使用方法和用途。在传统的课程教学中，当教师演示实验仪器的规范操作及实验操作时，由于学生多，导致部分学生无法看清教师的操作，演示效果差，实验课堂教学效果低。

1.3实验预习不重视，导致实验效率低

实验课程教学的一个显著特点是以学生为主体。学生是实验的主人，在实施实验教学前，不仅教师要认真备课，学生也要认真“备课”，即学生必须做好实验前的预习。实验预习的质量直接关系到实验教学的效果和效率。在以往的课程教学中发现，学生对预习工作的重视不够，大部分学生的预习报告是一字不差地照抄实验教材，敷衍了事，达不到实验预习的目的，导致实验效率低，实验教学效果不理想。

1.4实验考核方法简单

2　改革实验教学内容和教学手段

2.1调整优化实验内容和实验模式，提出绿色化实验教学

随着经济和科技的发展，环境污染问题已经成为当前全球关注的热点问题之一。由于化学实验教学本身需要大量的化学试剂、产生大量的废液、废物等，都将对环境造成污染。因此在保证学生进行实验并掌握实验技能的前提下，优化实验内容，调整实验课程安排，改变教学模式，减少不必要的资源消耗和污染，加强绿色化实验教学，具有重大的社会和经济意义，同时也可培养学生环保的理念和认知。

2.1.1优化实验内容

原教材是面向全校所有的理科专业的统一教材，为充分结合材料专业的培养方向与目标，贯彻落实绿色化实验教学理念，我们对实验内容进行了优化和修改。

选择更符合专业培养要求的实验，实验内容紧紧围绕基本化学原理、基本实验操作而开设绿色化实验，如常规仪器的认领及洗涤、电子分析天平称量练习、酸解离常数测定、硝酸钾的制备与分析等。对无机化学实验方案进行优选，涉及有毒化学试剂的实验、试剂用量过大的实验给予删除。对于试剂浪费比较大的实验进行了修改，如在铬、铁、锰的实验中，需要化学试剂30多种，其中部分试剂是有毒的，对此给予删除。

基于现有实验仪器，对部分实验进行了绿色化设计，如配合物的生成与性质实验，尽量在点滴板上进行，以减少有害化学试剂的用量，并尽可能地选用无害或低毒化学试剂替代有毒试剂。重新设计安排实验内容，综合利用各实验产物，最大限度地提高试剂的利用率，以减少对环境的污染。如溶液的配制实验中，原实验方案的2 mol·L-1Na2CO3溶液的配制，这个溶液在以后实验内容中用不到，配好的溶液只能倒掉，一是造成了试剂的浪费，二是对学生操作的正确与否也没有办法判定。于是选择用0.005 mol·L-1EDTA溶液的配制来取代2 mol·L-1Na2CO3溶液的配制。在设计安排实验内容方面，尽可能地让各实验内容之间建立起相互衔接的关系，如图1所示。每个实验内容的产物将是下一个实验内容的原料试剂，这样既可以减少化学试剂的用量，减少废液、废物的产生，减少对环境的污染；又可以减少一些实验内容的重复，充分提高了实验教学效率。另外，还可以进一步考察学生的实验操作情况，培养学生认真实验的科学态度，因为上一个实验如果做错了，将直接影响下一个实验的结果，而不得不重做前面所有的实验。

图1　实验内容关系图

2.1.2调整实验课程安排

实验内容按从基础到应用、从验证性到综合性的规则进行安排，且进行灵活调整。如将传统的实验教学中分两次课程进行教学的EDTA标准溶液的配制和标定，水中钙、镁含量的测定实验，合并为一次实验课程教学。经过调整课程安排后，一来减少了因重复使用EDTA溶液润洗滴定管的溶液用量，节约了化学试剂，实现了绿色化实验教学；二来加深了学生对EDTA标准溶液的综合性学习，从标准溶液配制到标定出准确浓度，直接到具体应用(测量自来水的硬度)；同时还降低了因EDTA标准溶液放置一个星期后因浓度发生变化而引起的实验误差，提高了实验教学质量。

2.1.3实施“个人与分组相结合”的教学模式

化学实验课的一个显著特点是以学生为主体，学生自始至终处于主动地位。为此本课程主要采用的是“一人一组”的实验教学，由每个学生独立完成实验，充分培养学生的独立动手、独力思考的能力。同时部分实验也采用分组的教学模式，每组由一名组长和几名组员组成，各组员任务分工不同，在组长的指挥协调下通力合作，共同完成实验内容。如醋酸解离常数和解离度的测定，是通过用酸度计来测量5个不同浓度HAc溶液的pH值，进而根据相关公式算出醋酸解离常数和解离度。由于酸度计仪器数量的限制，不可能人手一台，于是以6名学生为一组，由学生推荐一名为组长，负责分配组员各自的任务(配制特定浓度的HAc溶液)，然后组织各组员按溶液浓度由稀至浓的顺序用酸度计测定其pH。这样既解决了实验仪器的数量限制，保证了实验教学；又大大节约了化学试剂，实现了绿色化教学。原有的教学模式是一个人需要配制5个不同浓度的溶液，而采用分组模式后每人只配制一种浓度的溶液。实践表明，这种个人与分组相结合的教学模式，既充分培养了学生个人的动手能力，又能较好地激发学生的学习热情，并且组员之间分工协作、互学互助，学生的沟通能力、团队合作精神得到很大的提升。

2.2改革实验教学手段，引入多媒体技术

教育部在《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》中指出，要推进人才培养模式和机制改革，着力培养学生创新精神和创新能力。要大力加强实验、实习、实践等教学环节，就需要积极推进实验内容和实验模式改革和创新，培养学生的实践动手能力、分析问题和解决问题能力[3]。传统的实验教学方法、手段已满足不了创新型人才培养的需求。多媒体辅助教学是计算机技术和教学相结合的产物，是一种较为理想的现代化教学手段。随着科学技术的发展，多媒体教学已成为教学技术手段改革的主流之—，在理论课程的教学中已经得到广泛的应用，实验教学作为一种实践教学环节，同样需要现代化教学手段来改进和弥补传统实验教学的种种弊端。

2.2.1利用多媒体技术，把抽象转化为形象

多媒体技术的引入为无机及分析化学实验教学提供了新的方法，通过多媒体技术可以将实验原理、实验仪器图、实验装置图、实验步骤流程图和实验视频等生动形象地展现在课堂上，把抽象的知识转化为形象、具体的讲解和认知[4]。如介绍实验仪器时，由于无机及化学实验所需要的基础化学仪器众多，仅仅以书面讲解，学生很难将仪器名称、使用方法、操作要领、注意事项等全部弄清楚。通过多媒体技术，在教学课件中插入仪器图片、操作视频，并辅之以实验仪器的实物加以详细介绍，学生对仪器的使用方法及操作要领将会留有深刻的印象，使学生在实验学习中变被动为主动，加深了他们对化学实验的基本概念、基本原理和实验现象的理解，提升了实验教学的质量，提高了学生的学习积极性和主动性。

2.2.2利用多媒体技术，增强演示实验效果

通过采用多媒体技术，教师把演示实验进行录像，制作成多媒体课件，然后通过多媒体播放到大屏幕上，可使全班同学都能清楚看到老师的演示操作，大大增强了演示实验效果。对于重点和细节部分可重复播放多媒体课件，增强学生的感观认识，充分掌握实验操作要领及实验过程，提高了全体学生的实验技能，增强了实验教学效果。如滴定分析基本操作实验中，重点就是让学生掌握酸碱滴定管的正确规范的操作技能。尽管书本已经列出了操作要领，但不是很直观，而通过播放的演示录像，可以清楚、直观地观察到滴定管的规范操作要领。又比如EDTA标准溶液的配制和标定实验，难点是EDTA标定实验时的滴定终点颜色的判定，由酒红色变为紫红色，再变成紫蓝色，最后完全变为纯蓝色即为终点，几个颜色之间比较接近，难以直接从书本描述来判定，而通过演示录像可以很清楚地对颜色进行判定，减小因终点判定带来的实验误差。

2.2.3利用多媒体技术，提高实验教学效率

在教学信息点不断增多，学生人数增加，而教学课时数的不断缩减的同时，要求我们必须采取有效的教学手段来保障和提高课堂教学密度和教学效果。将多媒体技术引入无机及分析化学实验教学中，不但可以节省教学时间而且还有许多传统教学无法实现的优点。利用课件对实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容、注意事项等内容依次在投影仪上展开，可以省去板书过程的时间，每一张PPT上面用层次分明的文字加以提示，插入录制好的实验过程视频，这样不仅使课堂教学直观生动，令学生记忆深刻，同时提升了教学效率和教学效果，调动了学生的实验兴趣，增强了学生的实验技能。例如缓冲溶液的pH计算及原理的介绍，采用多媒体技术，可以省去书写方程式及公式推导过程，大大缩短教师讲课的时间，把有限的时间留给学生，增强学生动手操作能力的训练。

3　改革实验管理措施

3.1完善实验预习规定，培养学生自学能力

每次实验教学前，认真检查学生的预习报告，没有完成预习报告的学生，不得进行实验和补做，一学期缺课3次，视为本门课程不及格而需要重修。预习的内容包括以下3个方面。

1)完成实验报告上的实验目的、实验原理两部分内容。

2)完成原始数据记录本上的实验设备与材料、实验内容与步骤、相关数据记录及表格等内容。其中对于实验设备与材料预习内容，特别规定了要详细列出本实验所需实验仪器的型号、个数，而这些内容在实验讲义里是找不到的。这就要求学生必须认真阅读讲义的实验内容与步骤，认真思考要完成的实验内容需要玻璃仪器的种类、型号、数量。另外，规定实验内容与步骤的预习内容要用简洁的语言、符号、流程图等来完成。例如，在溶液的配制实验中，针对 NH3-NH4Cl缓冲溶液的配制，根据实验讲义内容，确定它属于直接配制，需要电子分析天平、50 ml烧杯1个、10 ml量筒1个、10 ml 吸量管1个、50 ml容量瓶1个、玻拌1根等实验仪器。实验步骤可以简化整理为以下4个步骤。

①称量:准确称取NH4Cl固体1.35 g。

②溶解:加少量蒸馏水溶解固体。

③混合:在溶液中加入浓氨水8.75 ml，搅拌均匀。

④定容:将溶液转移至50 ml容量瓶，定容即得。

通过这样的训练后，学生既能知道要完成本实验所需要的实验仪器，又可以在上课前先把这些仪器准备好，大大节省了时间，提高了实验效率；又能熟悉实验内容与步骤，做到心中有数，在做实验时达到事半功倍的效果，大大提高了实验教学效果，从而保证了在规定的实验课时内完成实验教学。改变了以往学生对预习工作不够重视，预习报告照抄实验讲义，难以达到实验预习目的的状况。

3.2加强实验过程的管理，提高实验教学质量

1)严格执行实验台与实验仪器专人专用规定。对每个实验台进行编号，学生从第一次进实验室开始，就安排了固定的实验台及实验仪器，这样可减少学生的流动性，增强了实验教学管理的次序性，提高了实验的有效时间。

2)严格执行实验仪器赔偿规定。学生首次对专用的实验仪器进行认真检查，对破损的仪器及时更换，缺失的仪器及时补充，在实验中出现仪器破损，使用者负全责并按实验仪器赔偿规定进行相应的赔偿，以此增强了学生的责任心，操作比以前明显地仔细认真了，极大地减少了因操作粗心大意或不当而造成仪器的损坏，大大地降低了实验仪器的破损率。

3)执行实验操作成绩当场评定的规定。实验结束后，学生清洗自己所用的实验仪器，归整自己所用的实验台，完成实验现象和实验数据记录后，请指导教师检查并给出实验操作成绩后方可离开实验室。实验操作成绩评定的基本依据是先看实验操作是否得当正确，再看操作是否熟练，其后看用时长短，最后参考实验记录的结果是否准确、仪器是否干净、实验台是否整洁。执行实验操作成绩当场评定的方法以来，改变了以往“轻操作，重报告”的观念，在实验中注重了正确的规范操作，养成了的实验习惯和科学作风，提高了学生基本实验技能，为以后的科研训练打下扎实的基础。同时对扣分项进行了说明，以便让学生在以后的实验过程中加以改正和提高，教学质量得到逐步提高。

3.3完善实验考核方法

图2　实验成绩评定量化图

实施实验成绩百分制及量化设定后，促使了学生认真进行实验预习，认真规范地完成实验操作，认真独立地完成实验报告，学生的学习态度得以端正，基本实验技能得以提高，严谨的科学态度和良好的科学习惯得以培养，学生的平均实验成绩逐年提高，并随着改革措施实施的日趋完善，成绩保持稳定，如图3所示。同时要求教师在实验教学中做到4勤[6]:腿勤——勤于巡回，掌握全局；眼勤——仔细观察学生操作，检查实验记录，及时发现问题；嘴勤——发现问题，及时纠正，耐心启发，引导思考；手勤——多做示范动作。做到因材施教，对于实验基础较差、动手能力差的学生，以鼓励为主，增加其自信心，同时在实验中多留意他的实验情况，及时引导纠正。实验教师的教学能力和教学质量得到明显的提高。

4　结束语

基于目前无机及分析化学实验教学存在的问题，提出调整优化实验内容、模式和绿色化实验教学；改革实验教学手段，引入多媒体技术；完善实验预习规定、实验管理和考核方法等措施，实践证明，这些革新措施是行之有效的，一方面大大激发了学生的学习热情，端正了学生的实验学习态度，

增加了学生做实验的责任心和环保意识，培养了学生独立动手和分析及解决问题的能力，也同时培养了学生之间的团队合作精神，提高了学生的基本实验技能，为以后的科研训练打下扎实的基础；另一方面保证了实验质量，满足了课堂教学的要求，提高了实验教学水平。

[1] 王瑾，史厚强.基础化学实验教学研究与实践[J].实验技术与管理，2007，24(10):253-254. .

[2]赵新华.无机化学实验[M].北京:高等教育出版社，2000.

[3] 张千千，刘雁红，王帆.多媒体及网络技术在本科实验教学中的应用[J].广西轻工业，2009，10(1):75-76.

[4] 李保芝.大学有机化学实验多媒体辅助教学课件的开发与实践[J].化工高等教育，2003，78(4):69-71.

[5]郭威.软件工作CDIO实践教学体系的构建[J].实验科学与技术，2013，11(6):73-75.

[6] 夏金虹.调动学生能动性，上好无机化学实验课[J].玉林师范专科学校学报(自然科学)，1995，16(3) ：124-126.

Innovation and Practice of Experimental Teaching about Inorganic and Analytical Chemistry

XIAO Xuechun，WANG Yude

(Department of Materials Science and Engineering，Yunnan University，Kunming 650091，China)

Based on the professional training objectives of materials and the experimental teaching practices of inorganic and analytical chemistry，the reform which measures of the inorganic and analytical chemistry experimental teaching is energetically explored from the experimental content，teaching mode，teaching means，preview before the experiment，management and assessment of experimental course，and so on.The teaching practices show a good outcome.The quality of experimental teaching has been significantly improved.

inorganic and analytical chemistry; experimental teaching; reform; practice

2014-10-20

肖雪春(1976-)，女，硕士，实验师，主要从事实验教学工作及功能高分子材料方面的研究。

G642.423;O6-3

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.045