基础化学实验素材库的建设与实践

王自军 刘敏敏 郭文

摘  要  传统的化学实验教学模式大多采用课前预习、课堂讲授与演示、学生操作、实验报告的模式，忽视了对学生自主学习能力和综合实验素养的培养。为提高学生学习积极性和效率，提升大学化学实验课程的教学质量，探索建立了大学化学实验素材库，将实验过程中的基本操作、颜色变化、仪器设备等基本知识简单化和形象化，便于学生自主学习能力的培养和后续课程的学习，取得了良好的实验教学效果。

关键词  基础化学实验；素材库；教学改革；微课

中图分类号：G642.423    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）13-0054-04

0  引言

基础化学实验课是高等学校众多学科专业开设的一门重要的必修基础实践课程，涉及的学科专业有生物、农学、动医、食品等。通过对基础化学实验系列课程（无机化学实验、有机化学实验、分析化学实验）的学习，学生需要掌握化学实验的基本操作技能，具有对实验数据、信息进行加工分析并获得合理有效结论的能力；能够通过实验验证所学的化学概念和原理，加深和巩固对所学化学原理的理解，为后续课程学习和开展科学研究夯实基础；提高分析、解决日常生活中涉及的有关化学问题的综合能力；培养严谨的科学态度、科学的安全环保意识和高尚的爱国主义情怀。这些课程对学生树立积极向上的世界观、人生观、价值观具有正面的积极引导教育作用。

1  大学基础化学实验教学现状

多年来部分中学为了提高升学率或因教学经费不足，对中学化学课程采取重理论，轻实验的教学模式，造成的结果就是：大部分学生化学理论与实践脱节，理论知识过硬，但是动手能力差，缺乏基本的实验素养和安全环保意识；进入大学以后，难以适应大学化学实验对基本实验素养和动手能力的要求[1]。

大学基础化学实验课程涉及的学科、专业和学生众多，而且都是通识类公共课程。目前各高校使用的基础化学实验教材大多相同，但由于实验条件有限、学生实验基础参差不齐，开设的实验内容不尽相同，从而造成课程目标不能完全达成，实验教学效果不理想，直接影响人才培养的质量。从2019年开始，石河子大学无机化学实验教学研究团队对基础化学实验课程进行了教学改革。笔者所在团队对实验全程的教学模式进行了改革，使之具有可操作性，同时丰富了网上学习资源，便于学生课前预习，课后复习巩固，同时也利于提高学生的学习兴趣和主动性。我们对实验进行分解，为基本操作、实验现象变化、实验仪器使用等基础知识学习构建了大学化学实验素材库，并上传网络教学平台，所有学习大学化学实验课程的学生均可以上网学习。该项目的实施，提高了学生的学习主动性和实验效果，取得了良好的教学效果。

目前，高校基础化学实验采用的教学流程一般是：学生预习—教师讲授—教师演示—学生操作—学生提交实验报告。传统的教学方法存在以下弊端。

首先，课前预习效果不好，往往流于形式。实验教学中虽然要求学生课前预习，但由于教材中相关的实验装置图、仪器图一般较为抽象，仅凭借实验教材上有限的白纸黑字，很难激发学生的学习兴趣。学生只能照搬书本，粗略了解整个实验流程，很多学生被动听课，被动完成整个实验，实验课堂教学效果较差，再加上缺乏可操作性的预习监督制度，很难达到预习的目的。其次，实验基本操作需要反复训练才能掌握，由于课堂学时所限，教师只能压缩讲授时间、学生互动时间和技能训练时间，因此，学生难以在短时间内熟练掌握实验的操作要领。再加上基础化学实验课程知识点零碎，前后无逻辑关系，学生容易忽略操作重点环节，而且这些内容在实验教材中也没有详尽的讲解，只靠教师课上讲解和演示，学生在短时间内掌握起来十分困难。如小型精密实验仪器酸度计、电子天平、分光光度计等，实验中虽然教师反复强调使用注意事项，但学生在短时间内还是难以掌握使用方法，偶有失误操作不但会影响实验结果的可靠性还会影响仪器的使用寿命，再加上有些仪器设备在基础化学实验课程中只使用一次，因此，仅靠时间有限的实验课堂学习难以达到实验目标。最后，实验项目性质单一，基础化学实验的项目多为基本技能训练性和验证性项目，而提高学生分析问题能力、解决问题能力和创新能力的设计性综合实验较少，难以培养学生的创新意识和综合能力[2-3]。

近年来，出现了很多基础化学实验课程网上资源，如教材配套的电子资源、大学化学实验MOOC、大学化学实验微课等，学生可以借助电脑和手机充分利用这些网上资源进行学习；但是每个学校具体条件不同，各高校均根据自身的实验条件对实验内容进行了调整，所以无法完全利用网上电子资源，而且网上电子资源都是完整的实验流程，各学校的实验室无法完全具备网上资源的实验开设条件，同时各学校实验室所用设备仪器型号也不完全相同，无法照搬用到各学校的化学实验教学中[4]。因此，有选择性地找到适合各自学校的大学化学实验网上资源相对较难。

针对上述问题，为了达到更好地培养学生动手能力、创新能力和实验素养的目的，有必要对基础化学实验教学进行改革。首先我们对实验报告的结构和组成进行了改革，将原来实验报告就给出一个分数，改成了现在的分几项分别打分，实现了实验全程监控和考核。实验总评成绩由4部分组成，分别为预习成绩（20%）、实验操作成绩（40%～60%）（实验不同占比不同）、实验报告成绩（15%～35%）（实验不同占比不同）和安全环保意识（5%）。针对学生课前预习和课后复习巩固缺少相应的实验电子资源的情况，我們建立了基础化学实验素材库，较好地将大学实验课前预习和课后复习巩固形象化地呈现，将抽象变为形象，将操作技能训练和分析问题、解决问题能力的培养相结合，使学生具有了一定的创新意识及独立解决问题的能力。

2  基础化学实验素材库的建设

石河子大学基础化学实验课程主要面向大学一年级本科生，涉及农学院、动物科技学院、食品学院、生命科学学院等，学生人数众多，每年上课班级总数超过100个，人数超过4 000人。该课程直接影响各专业学生后续课程的学习，创新能力和安全环保意识的培养。该课程包括无机化学实验、分析化学实验和有机化学实验三部分内容。素材库的建设首先是对实验进行单元分解，找出基本操作共性，然后分门别类建立素材库，分别是基本操作微课素材库、仪器设备微课素材库和实验过程现象图片素材库，最后上传网络教学平台。

2.1  基本操作微课素材库建设

大学化学实验涵盖很多基本操作，如滴定操作、减压过滤、浓缩等，这些基本操作在各种化学实验中都会用到，其操作规范是我们教学的基本要求，也是培养学生实验操作技能，达到对实验数据信息进行分析并获得合理有效结论这一课程目标的前提。一个基础化学实验包括很多基本操作环节，可在不同实验中找出共同的操作单元，对这些相同的基本操作单元制作微课，建立基本操作微课素材库，便于学生课前预习、课后复习和巩固。例如，粗食盐的提纯是无机化学实验中较经典的一个实验，该实验最重要的一个教学目的就是通过该实验让学生掌握溶解、过滤、蒸发、结晶、干燥等基本操作。我们将该实验涉及的操作技能分解成四个基本操作单元，分别为常压过滤、减压过滤、浓缩和重结晶，然后对这四部分操作录制微课，也可录制学生的规范操作，当学生看素材库视频预习时会有亲近感和接受感，和教材上的黑白文字描述或图片相比，学生更感兴趣。经预习后，很多学生在实验课堂上就能正确规范地进行该操作，起到事半功倍的效果。有了基本操作微课素材库，学生就可以提前利用这些微课资源进行预习和课后复习，做到实验前就对整个实验过程心中有数，知道什么样的操作才算是规范操作，这样不仅极大地提高了学生实验预习的兴趣和课堂教学的效果，而且大大节约了课堂教学时间。基本操作微课数据库可以使基本操作技能生动化、亲近化，对于提高学生操作技能水平和后续复杂操作的学习有着积极的引导作用[5-6]。

2.2  仪器设备微课素材库建设

在多年的实验教学中，每个班约50%～70%的学生没有真正进过化学实验室，没有单人单组做过实验，基本都是观看演示实验，而且数量有限，导致在大学化学实验中出现不知道最基本的实验仪器名称等问题，如在配制某一溶液时，有部分学生量筒、移液管不分，还有学生不知道洗耳球的用途，用洗耳球直接移取溶液，等等。

仪器设备的正确使用和规范操作也是大学化学实验一个重要的教学目标。学生可通过仪器设备验证化学原理和获得可靠实验结论，进一步掌握测定化学原理的一般方法和处理实验数据的方法。通常很多仪器设备不是每个实验都在使用，经常是一个实验就使用一次，如可见光分光光度计等在整个基础化学实验中使用的频率较低，而一次实验想要完全掌握这些仪器设备的使用方法和注意事项实在是很难的。

笔者将实验中常见的仪器设备拍成图片，制作复杂仪器设备的使用流程微课，建立仪器设备微课素材库。该数据库由各个基础实验器皿、设备的微课组成，其中包含容量瓶、移液管、电子天平等基本化学仪器设备。每个微课对其器皿图片建立索引，只要点击相应器皿的图片就能连接到微课。打开素材库，点击烧杯的图片，学生就能看到烧杯在溶液配制、加热等实验环节的使用视频及有关烧杯的使用注意事项等，整个素材库由这些小单元组合而成。当学生要预习某一实验时，可以提前学习这一实验项目所涉及的器皿、设备的知识，对所准备做的实验做好完善的知识储备。如学生预习时看到素材库中酸度计和可见光分光光度计图片时就会清楚地知道仪器的各个按键及其功能，这比教材上純粹的文字叙述更形象化和更直观化。通过对素材库中各个微课的学习，学生可以根据各个实验器皿、设备的特点，结合自己的实验体会，对所做的实验提出创新性的改进，或根据自己的需求设计新型实验，从而提高创新意识。

一个完善详尽的基础化学实验仪器设备微课素材库可以把具体仪器抽象的概念、使用注意事项等内容直观化具体化，对于培养学生的学习兴趣和实验创新意识起到非常重要的作用。

2.3  实验过程现象图片素材库建设

化学实验过程会出现各种特征颜色的变化，这些颜色变化往往反映着实验的具体过程和成败，这是我们判断实验进展的标志，因此，对颜色的判断严重影响着结论的准确性和实验的成功率。

一些学生由于在高中阶段很少做化学实验，对颜色变化没有直观的感受，对亮蓝色、亮黄色、酒红色等颜色辨识不清，停留在抽象的概念上，所以其实验常常效果不理想或失败。在实验过程中采集各种颜色图片，如亮黄色、亮蓝色、酒红色、橙色、橙黄、橙红，建立素材库，有利于学生在实验中自我评价，从而判断实验的进程及其最终结果。

比如在醋酸亚铬的制备实验中有三个显著的颜色变化，分别是绿色、亮蓝色和红棕色。在无氧条件下，如果反应液出现亮蓝色，说明三价铬被完全还原成二价铬，绿色说明三价铬部分被还原成二价铬，当反应液的颜色从绿色变为亮蓝色就说明反应完全，可以停止反应。将反应液在还原气体氢气的作用下压入醋酸盐溶液中，生成红棕色的醋酸亚铬。我们可以建立这个实验的颜色图片素材库，把实验过程颜色变化由抽象变为直观，以提高学生的实验成功率和实验教学效果[7]。

3  建立基础化学实验素材库的必要性

大学基础化学实验涉及的学生、专业众多，很多学生实验基础差，实验动手能力欠缺。而基础化学实验课程的教学质量对课程目标的达成、学生后续课程的学习、实验素养的养成和创新意识的培养起着至关重要的作用。

通过建设大学化学实验素材库，可以让学生对化学实验中用到的操作技能、仪器设备，以及反应的颜色建立立体思维，熟悉每个实验的基本操作和流程，为实验学习打好坚实的基础。

对于学生而言，在素材库看到的图片和视频就是自己实验中要用到的，因此可以学以致用，可以增强学习的主动性和学习兴趣。优质的素材库资源节省了搜索资料的时间，在充分预习之后，学生更有可能充分发挥自己的思考能力和创造能力参与到互动中。

对于教师而言，制作微课可以对重要的实验步骤或现象采用局部放大策略，对实验过程和实验仪器进行不同角度的展示，而且基本仪器的操作规程也可以放到微课中供学生预习使用，节省课堂讲解的时间。此外教师间通过交流微课成果也能够实现资源共享。

对于教学活动而言，可以压缩实验课堂讲授的时间，评定学生成绩时可以有更多参考依据，比如可以适当加大实验预习成绩占比。教学过程中可以在课堂上设置学生讲解环节、增加提问环节，让学生对实验原理、实验步骤、关键操作有更熟练的把握，与此同时规范自身的操作技能。

基础化学实验素材库的建设是对课堂教学的有效补充，不但可以大大提高基础化学实验教学的课堂效率，还可以使学生在学习中变得更积极主动，更好地培养学生的操作技能和创新意识，同时授课教师的能动性和创造性得到充分的发挥，使教学过程更加符合学习规律，有利于推进基础化学实验课程的教学改革。

4  建立基础化学实验素材库的意义

在专业认证、金课和各类一流课程建设的大背景下，在OBE教育理念指引和新一轮教育教学改革浪潮下，实践教学改革的重要性日益突出，它对人才创新意识的培养起着其他课程无法替代的作用。基础化学实验的教学改革从未停止过，也不会停止。该课程对涉化类专业的人才培养、专业认证和学生安全环保意识的提高起着举足轻重的作用。

建立基础化学实验素材库是大学化学实验教学改革的一部分，也是一个新的教育教学改革方向，它在一定程度上改变了传统实验类课程的教学模式，突出特点就是提供了学生自主学习资源，提高了学生的学习兴趣。其将教学过程中抽象的教学内容直观化、形象化和便利化，便于课程目标的达成，可以提高化学实验类课程的教学质量，对于其他学科（如数学、物理）的实验类课程来说，具有一定的借鉴意义。

5  参考文献

[1] 曾秀琼，蔡吉清，魏晓芳，等.“厚基础、强能力、重探究”教学模式的探索与实践[J].大学化学，2018（8）：14-18.

[2] 林兴桃，白广梅，訾学红，等.基础化学实验教学资源一体化建设[J].中国现代教育装备，2020（15）：95-97.

[3] 楊锦，高天天.“学案式”基础化学实验报告探讨与实践[J].大学化学，2020（9）：110-114.

[4] 郑会勤.微视频技术在基础化学实验教学中的实践应用[J].化学教育，2019（22）：82-87.

[5] 曾秀琼，蔡吉清，顾昊睿，等.基础化学实验中开展线上线下混合式教学的探索与实践[J].大学化学，2020（9）：26-30.

[6] 许丽梅，沈金海，游其华，等.近化学专业的基础化学课程群建设[J].化工高等教育，2020（5）：63-67.

[7] 田清青，孔兴欣，刘群群，等.图片与视频反馈在基础化学实验教学中的应用：基于专业技能抽查[J].卫生职业教育，2019（15）：114-116.