化学选修课实验教学的改革实践

2017-04-11柯改利胡亚敏

实验室研究与探索 2017年12期

梁华, 戴可, 柯改利, 胡亚敏

(西南科技大学 a. 材料科学与工程学院； b. 四川省非金属复合与功能材料重点实验室, 四川绵阳 621010)

0 引言

目前，本科化学类实验课中存在着两种主要现象：一是学生做完化学实验后，常留下大量产品，对这些产品的处理一般是直接丢弃或者一直存放而找不到用武之地；二是同一个实验只针对同一门课的当届学生。前一种现象易造成浪费，实验产品不能有效利用[1-2]；后一种造成实验调整的滞后性，即针对学生实验中遇到的问题，实验报告的反馈不及时，而教师调整实验某些环节后需等到下届学生才能验证实验调整的有效性[3-4]。因此从实验室和学生发展角度来说，当前的实验教学有效性有待提高。对于第一种现象，开展“绿色化学”、缩减实验用量和开展循环实验是不错的方法[5-8]。大学生创新实验的尝试是很好的实验教学探索，有利于学生兴趣和科研素养的培养，教师还能及时获得学生反馈的实验问题，已取得了可喜成绩[9-11]。

上述实验教学的改革多立足于基础化学实验或者创新性实验或平台的建设与改革，但是对于化学类选修课的配套实验而言，大多成为理论课的“附属品”[12-13]，对其中的实验产品的有效利用及实验调整及时性的关注更少。因此，本文针对上述情况，以两门化学类选修课为对象，对其中的实验进行了设计和调整。

1 针对实验产品有效利用的实验调整

“精细化工”是本校针对材料科学与工程学院化学系应用化学专业大三学生开设的一门选修课，其中洗涤剂和香料知识分别是本课程的重要理论内容。结合理论知识、学生兴趣及实验条件，特设计并开设了“生姜中天然香料的提取”及“手工皂的制作”前后两个实验。与以往设计不同，这里的两个实验是有关联的：前一个实验的产品是后一个实验的一个配方。

学生首先按事先设计的方案进行第一个实验，采用水蒸汽蒸馏法得到香料——挥发性姜油。经过实验装置的搭建、实验中水分和加热速度等细节的控制， 3～4 h后，绝大部分学生能提取到一定量的姜油，少数因实验温度等控制不佳，油量较少，导致油水分层不明显。教师将学生提取的样品分别收集并保存在冰箱里。在手工皂的制作实验中，将上次提取的样品作为这次实验的配方，用作手工皂制作的原料。手工皂制备完成并能够脱模后，学生可将自己的“作品”带走。

2 对比法实现实验调整的及时性

采用不同的实验配方在同一门课程中的学生之间对比。在手工皂制作的实验中，准备了两种油脂，拟定一半同学采用配方一，一半同学采用配方二，再添加上次实验的姜油。实验结果表明，两种配方均可成功制得成型的手工皂，其中一组学生还尝试同时取了两种油脂来实验，同样取得了不错的效果。另外由于添加了姜油，手工皂中还有天然的姜香。有少数组实验因为温度或搅拌速度的问题，在相同制备和老化时间下，并未制得成型的手工皂。这次实验表明，3种配方均可制得成品，实验失败则来源于实验细节控制不当。

采用同一实验运用于不同选修课实验的对比。化学类本科实验有个特点：专业性很强。例如分析化学开设的实验是分析测试内容，有机化学实验则多涉及物质的制备和提纯。但随着学科交叉越来越频繁，学科之间的界限不再严格区分，不同学科经常用到同一种化学知识。化学类选修课实验应能体现这种学科交叉，但大多数不同选修课的实验之间无明显联系。

食物香料是重要的精细化学品，也是常用的食品添加剂。“精细化工”课程的生姜中天然香料的提取的实验中，按照文献[14-15]，采用原料为干生姜，水分的去除是为了增加生姜中姜油的比例，提高提取率。但是在学生实际操作中发现，水蒸气蒸馏法提取时，生姜需要被水充分浸润后才会提取出油，在目前实验条件下，干生姜的出油率和出油速度均不高。根据学生反馈的问题，将此实验做了调整，应用到同期随后的“食品分析”的实验中，采用切碎的未干燥的鲜生姜为提取对象，同时根据干燥前后生姜中水分的比例，加大生姜的用量，并对容器做了调整，实验表明，出油速度及出油率的统计结果优于前次实验。

3 实验改进后的成效

(1) 充分利用实验产品，节约了实验药品资源和实验室存储资源。不少同仁从实验教学角度对药品堆放问题进行了尝试，效果不错。比如循环实验，产生的有毒废金属离子采用化学法回收再利用[16]。而这里尝试的改进无需耗费额外的试剂和精力，对“精细化工”实验的产品，均做到了有效利用：前一个实验成果作为后面实验的配方，最后一个实验产品作为学生的成果由其保存利用。

(2) 体现了实验方案调整的及时性。同一个实验不同配方的设计结合了学生兴趣及课程特点，使其体会到精细化学品“复配”的特点。对实验的兴趣使不少学生讨论并请教实验配方的改变问题，这有利于培养学生设计实验的意识。不同组别的实验配方或比例不同的做法不仅有利于教师及时总结实验调整的有效性，还能避免学生实验的抄袭现象，各自需根据自己的配比如实记录现象和结果，促使学生认真实验。

同一实验在不同课程的运用，符合学科交叉的趋势，缩短了实验调整周期。本科实验课开展之前，教师事先已进行设计和反复尝试，以此达到合理性和安全性。由于其知识背景的差异，教师在实验中遇到的问题和学生遇到的状况往往并不相同，而后者反映出的现象和问题才是更具有针对性，因为进行实验的是学生本身。若一个实验只用于同一门课，那实验周期至少1年，即改进后的实验只能等到下一届学生的实验课才能实施。在同一学期将两门不同课程的实验课联系起来，既符合学科交叉的必然性，也有利于从学生反馈的问题及时调整实验方案，大大提高了实验教学质量。