基础化学实验教学改革的探索与实践

党玉丽，苏 惠，范彩玲，万郑凯，高光芹

（河南农业大学理学院，河南 郑州 450002）

随着化学科学技术的不断发展与更新，化学学科理论讲解占主导，实验作辅助这种模式已不能满足科技发展对现阶段学生的培养，因此，实验教学是现代教学的趋势，提高学生观察、分析、解决问题的能力，培养学生严谨的科学态度以及创新精神，已经成为高校实验教学的重要目标。全国各大院校都进行了积极的创新，把基础化学实验课作为一门独立的必修课程,旨在培养学生独立思考与动手能力。

1 化学实验课融入思政教学，提高学生学习的趣味性

基础化学实验是化学学科的重要组成部分，它既配合了化学理论的教学，又有它的相对性和系统性。但是，学生重视性不强，不能从心理上真正认识它的重要性，这就需要提高教师的政治素养和文化素养，不仅在专业知识点上讲解到位外，还要借助课程思政这一有力的教学手段，在基础化学实验课程中融入课程思政，提升教学的吸引力和感染力。

在平常的教学中，时刻以习近平总书记讲话精神为指导，课下了解掌握国内外热点动态，从中挖掘出适应于教学的内容，课上与学生交流沟通，寻找共同话题。比如，实验教学中使用的各种化学试剂以及产生的废液、耗材等，教学中可适当引入环保的理念，如引用习近平总书记“绿水青山就是金山银山”的思政观点，介绍绿色化学概念，提高学生环保意识，还可以通过实验教学，发挥学生团队合作精神。同时，在实验教学中将安全知识培训结合思政教育也纳入实验教学。根据要求，2021年化学实验又进行了改革，将基础化学实验第一课针对大一新生改到线上授课──实验安全教育新生培训，对化学药品的存放、仪器设备使用及警示标志、实验室用水、电、气、火等安全知识以及各种安全消防设施放置和使用，全面培养学生安全意识。在线下实验操作过程中，不断引入安全隐患案例，针对性引导，加强对学生安全教育和思想教育，积极引导学生树立正确的价值观、人生观和世界观。因此，开展思政课堂为实验教学起到了积极的促进作用。

2 改革实验教学内容，增加创新能力培养

基础化学实验课是一门实践性课程，重点培养学生观察、判断、动手能力和解决问题的能力，是培养学生创新能力的有效手段。在人才培养上，突破传统化学实验教学模式，将实验课设置为三个层次：基础—综合—创新实验三个层次，培养学生主动性和独立性，拓宽实验范围，探索一条知识、能力、素质三者相融合的发展道路，重点培养学生的创新能力。

理学院基础化学实验，在内容的制定上严密结合专业理论课内容和接合农业院校的特点，根据现代化科技发展的需求，共设置了两部分实验：一是以有机化学、分析化学、无机化学、物理化学为主题的基础化学实验部分，二是以色谱分析、滴定分析、光谱分析为主题的仪器分析实验部分。实验课程体系的建设突出了综合运用知识的鲜明特色，使学生掌握综合了不同能力模块的知识和技能（包括专业技术、与技术相关的专业理论、文化知识、与岗位相关的法规要求、与合作相关的人际规则等）。减少验证性实验，逐步增加综合性和设计性实验，增加一些与材料、制药、环境、现代分析技术密切相关的实验内容，通过这些综合性、设计性实验的开设，学生巩固了化学基本知识和基本理论，积极性和认真程度得到明显提高，有利于培养学生的创新能力和科研能力。

为适应我校教育发展，提高实验课程教学质量，根据学生的特点、专业的变化及发展的需求，不断更新教材，做到与时俱进，并结合本校专业特点进行了个性化、立体化的教材改革—活页形式的纸质教材。在不断探索与研究中，课程体系也在不断更新，学时已有原来的90学时压缩到64学时，在总学时减少的情况下，对教材的要求更精细化。而《新编基础化学实验》正是根据农科专业培养目标和教学大纲的要求，结合河南农业大学理学院对化学实验教学改革成果而编写的一部全国高等农林院校“十三五”规划教材。其主要特点是对学生的要求在掌握化学基本操作技能的基础上，注重加强对现代分析技术的掌握和利用，并将这些实验技能转化为解决实际问题的能力。因此，教材压缩了一些重复性的实验学时，精选有代表性的实验内容，首次开设了若干虚拟仿真实验，有助于更新实验教学理念，将虚拟设计余实验证明有机结合起来，教材改革的形式实验项目为单元，操作上由简单到复杂，内容上由浅到深，打破了实验内容与理论课内容一一对应的附属局面。为方便学生记录，每一个实验对包括实验现象、实验数据、操作要点、原因解释等都进行了精心设计，并要求对实验结果进行分析，对实验数据的偏差或失败进行原因分析等，同时，在每一个实验项目之后并增加预习知识部分，实验项目的必备知识要素作为背景知识供学生在实验准备时自学、参阅，还有与实验有关的仪器设备、试剂辅材等相关内容方面的索引，尽量做到“典型、实用、先进”。使学生在实验过程中能看、能查、能记、能写，特别是实验记录部分，让学生观察实验现象的同时，又让他们找出出现这种现象的原因，既锻炼学生观察问题、解决问题的能力，又提高了他们的动手能力。

基础化学实验内容的创新，在一定程度上提高了学生的积极性，比如“固体酒精的制备及性能实验”，让学生了解到，固体酒精并不是固体状态的酒精（酒精的熔点是-117.3℃），而是固化剂与酒精形成的凝胶。由于液体酒精携带不便，易流出容器造成危险，所以将酒精制成块状固体，然后将其储存在铁罐中。在制备过程中，了解了酒精的性质后，还有掌握原材料的制备，硬脂酸与氢氧化钠混合后发生下列反应：

C17H35COOH+NaOH=C17H35COONa+H2O

反应生成的硬脂酸钠是一个长碳链的极性分子，室温下不易溶于酒精，在较高的温度下可以均匀地分散在液体酒精中，而冷却后则形成凝胶体系，呈不流动状态，形成了固体状态的酒精。

另一种制备方法，乙酸钙易溶于水而难溶于酒精，当向乙酸钙饱和水溶液中加入酒精后，乙酸钙在酒精中形成凝胶析出，液体逐渐从浑浊到稠厚，最后凝聚为一整块固体，也能形成固体酒精。

通过两种方法的制备，让他们从中分析制备成本的高低，节省原材料，还可以加入石蜡等物料作为黏结剂，用于提高固体酒精的稳定性，同时还可以加入硝酸铜是为了燃烧时改变火焰的颜色，提高其观赏价值，学生看到了实验的成果又增长了知识，使他们兴趣盎然，更激发了学习兴趣以及实验动手操作的积极性。

3 改革实验教学模式，实现多元化教学

教学是一个多层次、多渠道、多方位传播知识的过程，实验教学也是如此。实验课堂的教学不仅要让学生学到一定的知识,更重要的是要让学生能够自己去探索知识、发现知识,具有自我教育的能力，具有分析问题、解决问题的能力，让他们在不断尝试，不断错误和不断修正错误的过程中进行知识的探索。但是，传统的实验教学虽然在教学过程中也能很好地完成教与学的任务，师生之间互动性较强，但是速度慢，规模小，受时间和空间的影响较大。因此，对于实验教学我们一方面汲取了传统实验教学中，教师讲解、演示、巡回检查、指导，发现问题立即纠正的教学方法，严格要求学生规范、熟练操作，另一方面，我们引进网络教学，通过化学实验网络平台，把有关实验内容的操作视频、知识背景、电子教案等搬到网络上，使学生随时可以上网预习、观看、模拟，减少了操作的盲目性，更有利于激发学生对化学实验的兴趣，使学生主动获取化学知识，这对于提高学生发现问题和解决问题的能力，收集、分析和利用信息的能力，实践和创新的能力等都能起到很好的促进作用。

改革实验教学模式，实现多元化教学（纸质教材、多媒体教材、网络教材）已成为实验教学改革的趋势。以先进的教学方法与教学工具为手段，不断更新教育教学观念，积极开展虚拟仿真实验教学，用文字、声音、图像、动画的效果对实验过程进行仿真演示，分解仪器内部结构，模拟操作过程，既节省了大量仪器、试剂又解决了传统教学中出现的有毒、高危害、现有条件不能满足等而无法开展的实验项目。保证每个学生都能参与到实验中，通过动手操作加深对理论知识的理解，结合线上线下实验教学，同时河南农大理学院还建设有省级高等学校化学实验教学示范中心和基础化学虚拟仿真实验教学示范中心，多渠道、多方位传播知识，改变了传统教学在时间、空间的限制。针对实践教学的要求，新校区建设了多媒体实验教室，制作了基础化学实验课件，优化化学实验课堂教学。同时，为保证实验课程的顺利进行，不断扩充实验室面积，保证实验器材，做到每个学生都能动手参与。化学中心实验室还在校内和校外都建立了实训机构，通过实训来提高教学水平，提高学生理论和实践相结合的能力，提高学生的创新能力。

为适应教育信息化环境下的新要求，2018～2020年，在基础化学实验教学团队所有老师的努力下，利用python技术，设计出“氧化还原滴定学习软件”“大学化学之沉淀滴定学习软件”等教学辅助工具软件，将化学实验教学与现代化信息技术深度融合，将生活中的实例引入软件，比如废水中化学需氧量的测定，软件中引入COD的检测，使学生在安全且不受时空限制的条件下，进行模拟和完成实验，加强了理论学习与实际应用之间的联系，增强学生的学习兴趣。

实验教学模式不仅多元化，教学方式上也应如此。根据化学实验的特点，应尽量减少化学试剂的使用，多采用仪器法。因此，在实验操作上，也进行了一系列的改革。第一学期是基本操作实验，即常规化学实验课；第二学期是仪器操作实验，即仪器分析实验课。充分利用大型仪器操作减少各种试剂的用量，如利用原子分光光度计测定自来水中Ca和Mg的含量，利用红外光谱仪、紫外分光光度计、荧光分光光度计、可见分光光度计等根据光吸收定律，进行定性和定量分析，如鉴定塑料包装袋的成分、食品中防腐剂的用量、蔬菜水果中农药的残留、各种谷物中蛋白质含量的测定，以及保健品、药物、茶饮中主要成分的分析等，通过改革，既节约了试剂，又减少了试剂对环境的污染，同时又掌握了分析技术的仪器化和微型化操作。通过这些改革措施，让学生不仅掌握了各种实验技能，在思想上又加深了环保意识，增强了绿色化学发展理念，课程思政效果得到了体现。

4 改革实验教学考核方式，加强学生综合素质的培养

基础化学实验作为独立的一门学科，在实验教学管理中也作了很大的改革，将实验成绩分为两大部分，在两个学期内完成。在严格按照实验教学大纲教学的同时，对学生掌握的理论知识和实验部分进行考察检验，第一学期设置总学时40学时，保证了每周授课和动手实验一次，让学生充分将理论和实验相结合；第二学期设置总学时24学时，保证了学生能学到用到实验中所常见的仪器和设备，为以后的科研和工作奠定了基础。两个学期的平时成绩综合才是这门学科的总成绩，为了确保学生对每一次实验的重视，每一次实验课又做了成绩的细分，分环节打分的模式，使实验教学的每一个步骤都能够在学生的成绩中有所体现。其中实验预习占10%，实验操作占30%，实验记录占30%，结论与思考占30%等，实验成绩以百分制计算，每个操作的特定项都有具体的量化标准，这种考核方式可以较好地反映学生对实验操作的具体掌握情况，便于指导教师客观评判学生成绩。经过多年的不断完善和改进，逐步形成了一套较为科学、公正的实验课程考核机制，使学生既重视平时的积累，又提高了实验课堂教学效果。考核指标的量化，促进学生对实验课程学习的积极性。

总之，我们只有在实践中不断摸索和总结，在重视理论教学的同时，必须加强基础化学实验教学的改革，不断提高实验教学质量，增强学生的综合素质能力，培养出高水平的实验人才。