大学无机化学实验教学改革探讨

李劲

摘要：本文以大学无机化学实验教学改革为主题, 浅谈了对无机化学实验教学改革的几点设想。无机化学实验教学改革提高了化学实验教学效果, 激发了学生对化学实验的兴趣, 增强了学生的实验基本操作能力, 为进一步培养学生的创新能力打下了良好的基础。

关键词：无机化学实验;教学改革;教材建设

化学是一门以实验为基础的自然科学。通过实验, 可以使学生获得直观的感性知识, 从而把难以理解的化学知识或现象更好地理解、巩固, 促进学生观察、分析和解决问题等各方面能力的提高,也可以激发学生学习化学的兴趣。

无机化学实验的教学对象大多是大一新生,由于多数学生在中学阶段缺乏系统而扎实的基本实验技能的学习和训练, 以至于在大学无机化学实验的第一次课上, 表现得手忙脚乱, 漏洞百出。更令我们感到惊讶的是, 居然有一半以上的大一新生不知道玻璃仪器洗涤干净的判断标准!  还有绝大多数的学生认为化学实验的主要目的就是验证课堂上所学过的化学知识。对这些现象如果不尽快采取有效的措施, 不能及时地对学生进行科学的实验方法和系统的实验技能的训练, 在强调创新的现代社会, 是难以使学生做到真正创新的。

实验教学改革是一个长期而不断探索实践的过程, 为进一步推进大学一年级无机化学实验的发展, 新的无机化学实验教学改革必然要求我们对无机化学实验教材和教学过程做进一步地建设。遵循教育部有关实验改革的精神, 我们认为整合大学无机化学实验内容, 加强大学无机化学实验教学的基础性、综合性、研究性和绿色化、微非常必要的。

一、大学无机化学实验的基础性

大学无机化学实验的内容设置首先应该考虑基础性。适当的大学无机化学实验内容应该能够对学生的基本实验技能进行循序渐进、严格扎实地训练。这就要求我们在教材建设上加强无机化学实验基础知识和基本技能的介绍。如化学试剂的等级, 固体、液体、气体试剂的取用方法, 玻璃器皿的洗涤, 煤气灯的使用等。另外, 还要尽量安排一些以训练学生动手能力为主的简单无机化合物的合成和提纯实验, 并在相应实验的后面对部分实验操作的关键点进行交代, 以利于学生对相关实验内容有更深刻的理解。在教学过程中, 教师最好把每节新课改为先预习、再实验、后总结的做法。即每次实验结束后, 将下一次实验的内容和相应有针对性的思考题布置给学生, 通过思考题把下一次实验教学的重点、难点和关键点变成学生学习的目标, 在此基础上写出预习报告。经过这样的环节, 学生在课前预习时就有较强的目的性和针对性, 上课讨论时会感到目的明确, 心中有数, 积极思考。在课堂教学和讨论的过程中, 教师要鼓励同学积极参与, 营造出一种民主的气氛。在演示实验过程中, 教师自己要注意实验操作的规范性。如对吸滤装置的使用, pH 试纸的使用,固体、液体药品的取用等基本操作, 一边演示, 一边讲清楚实验要领, 并让学生当堂做一些有针对性的实验, 使学生改变某些不良习惯, 力求在最短时间内掌握无机化学实验的基本操作并熟悉一些常用仪器的使用方法。

化学实验纷繁复杂, 学生只有能够有目的、有条理的观察和深刻地思考, 才能从复杂的化学实验现象中发现问题。学生这一能力的培养, 要求教师在教学过程中, 鼓励学生充分发掘课本中理论知识与实验的结合点, 从不同途径去解决问题。对那些有创意的学生要及时鼓励和肯定, 使学生在实验过程中变被动为主动, 在实验技能知识运用、观察现象等能力方面得到锻炼, 进而激发学生学习化学的浓厚兴趣。很多化学反应都是在严格的实验条件下进行的, 如果条件没有控制好, 也许会得出完全相反的结果。比如在最简单的验证两性氢氧化物 Zn( OH ) 2 酸性的实验中, 正确的操作是向 Zn²⁺ 的溶液中逐滴加入 N aOH 才能观察到白色沉淀的产生及白色沉淀消失最后变成无色溶液的过程。如果学生在操作时没有注意到 逐滴加入 NaOH 这个细节, 一次性地向 Zn²⁺ 的溶液中加入过量的 NaOH 溶液则观察不到任何明显变化, 很容易得出 Zn²⁺ 在 N aOH 溶液中不反应的错误结论。这就告诉我们, 学生在进行实验的整个过程中, 需要教师的正确引导, 并对学生的观察能力进行有计划、有步骤地训练, 进而培养学生严谨的学习态度和一丝不苟的科学精神。

每次实验结束最好能留有一定的时间以便教师和学生之间互相交流, 通过这样的环节, 学生们将成功的经验及失败的教训一起分享; 在讨论过程中, 作为教师, 一方面应该对学生的见解给予分析, 充分肯定学生正确的意见; 另一方面又要做出科学结论。在这样循序渐进的过程中, 学生可以通过化学实验逐渐形成科学的观点, 提高分析问题、解决问题的能力。

二、无机化学实验的综合性和研究性

无机化学实验教材中除了对学生基本实验技能系统训练的内容外, 还应该适当增加一定量难度适中, 有一定趣味性和应用性的综合实验技能训练内容。如测定鸡蛋壳中的 Ca, M g 含量; 废物中有效成分的回收利用, 硼镁泥中七水硫酸镁的提取等。学生在掌握基本实验技能以后, 选做部分综合实验更利于对学过的基本实验技能和相关化学知识进行综合运用。

化学发展的历史充分证明: 化学学科的任何一项重大突破, 无一例外地是经过化学实验取得的。正如波义耳所说: 没有实验, 任何新的东西都不能深知。当化学实验被用作研究性学习的途径时, 化学实验的创造性和研究性便充分显现。为了体现化学实验的研究性, 除了基本实验技能训练的内容和综合性实验内容外, 我们认为在大一无机化学实验教材中还应该适当增加一些设计性实验的内容, 并附实验指导和主要参考资料, 这在现代基础无机化学实验中是不可缺少的内容之一。在学时允许且已进行过基础无机化学实验技能训练的基础上, 学生可以选做 1~ 2 个设计性实验。例如: 设计性实验 由粗氧化铜制备硫酸铜晶体和组成的测定 。该实验包括两大部分: 第一部分由粗氧化铜制备五水硫酸铜晶体, 第二部分检测五水硫酸铜的含量和纯度。学生在教师和实验教材提示的参考资料的基础上, 首先通过查阅资料, 针对发现的问题, 综合应用理论知识, 作出大胆假设, 设计完整的实验路线, 然后通过化学实验对提出的假设进行证实。这样的过程可以使学生掌握通过实验去发现和研究解决问题的方法。参与实验的设计、实施和总结等活动也能够摆脱传统化学教学中的枯燥、抽象, 从而实现学生的学习方式由被动接受式学习向主动探究性学习的根本转变, 提高学生的创新能力, 加强实验的研究性教_学。

三、无机化学实验的环保性教育

过去, 在无机化学实验的教学中, 教师只注意到化学实验与化学知识的结合, 而没有注意对学生进行环保知识的教育, 因而导致部分学生在实验结束后将废液、废气、废渣等随意倾倒, 造成环境污染。实际上, 化学实验与社会、环境关系十分密切, 环境污染与环境保护往往都包含了一定的化学因素。^{[4- 6]} 因此, 在化学实验教学中渗透环保教育是十分必要的。作为一名化学教师, 在教给学生知识和技能的同时, 把实际生产中防潮、防锈的化学方法应用到化学实验的教学中去, 对学生适当进行环保教育是义不容辞的责任。从学生进入实验室的第一天起, 教师就应当在教学中结合实验用到的某些有毒、有害药品, 使学生明白这些药品对环境、人类健康的影响, 以及污染环境的原因及防治的方法。这种教育能让学生体会到有害物质就在我们身边, 化学实验是一个不可忽视的污染源, 废气、废液、废渣都会对环境造成污染, 由此增强保护环境的责任感。在化学实验中, 教师要以身作则, 对废弃物及时妥善处理, 决不能随意倾倒, 造成环境污染。在教学中, 教师应该鼓励学生运用化学知识, 理论联系实际, 利用化学实验解决实验室中的一些污染问题。例如, 在液溴实验完毕后, 向反应体系中加入碱液, 二氧化硫、二氧化氮等有害气体都可以用碱液或水吸收。这些后续实验的处理可以提高学生利用化学知识解决实际问题的能力。再如, Cl2 等有毒气体的制备和反应完全可以在封闭体系中进行, 防止有毒气体泄漏污染空气; 制备 H 2 S 气体可以根据硫代乙酰胺缓慢释放 H 2 S 气体的特点, 选用硫代乙酰胺为原料制备从而减少有毒 H 2 S 气体的排放。实验教学过程中通过对学生进行环保教育, 能增强学生的环保意识, 自觉养成良好的环保习惯。

四、无机化学实验的微型化

化学实验不仅可以使学生观察到用语言难以表达清楚的现象, 而且能够培养学生描述、分析问题和解决问题的能力。但实验必定会涉及有害、有毒的物质, 因此, 化学实验教学中要力求用最少的化学药品, 获得最佳的实验效果, 以便最大限度地减少废弃物。微型化学实验废物排放量少, 不但能有效地降低化学废弃物对环境的污染( 与绿色化学的目标完全一致) , 保护环境, 而且提高了化学实验的安全性, 并可以大幅度节省实验经费,是提高学生的环保意识, 减少废物和污染的有效手段。^{[7, 8]} 在教学中, 我们发现微型实验应用在元素部分的实验中, 其上述优点表现得淋漓尽致。我们知道, 元素实验都是定性的实验, 即通过沉淀的生成、溶液颜色的变化或气体的产生等现象判断一个反应能否发生。对那些有颜色变化的元素实验, 我们动员学生在点滴板上进行, 利用白色瓷板的反衬更容易观察到相应反应的颜色变化情况。更重要的是, 利用点滴板作为微型反应器, 只需要 1~ 2 滴试液, 就能准确、明显地显示出反应现象, 相对于试管反应或烧杯反应, 需要的反应物少, 因此能最大限度地减少废弃物, 充分体现了绿色化学中减量的原则。这样的实验能逐渐使学生认识到反应现象是否明显和样品量没有必然的联系。在保证反应现象明显的前提下, 实验应尽可能用最少的试剂。

五、结语

针对大一学生在无机化学实验过程中存在的问题, 我们提出了上述建议与改革措施, 并从教材到教学方面着手对大一无机基础实验进行改革。近几年的试点改革证实: 学生的实验技能和分析问题、解决问题的能力有较明显的提高。