無機化學(xué)實驗課程的優(yōu)化改革嘗試

李榮芳劉新芳張曉宇張?zhí)瘃T勛

(1洛陽師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 河南洛陽471022;2河南科技大學(xué)食品生物工程學(xué)院 河南洛陽471003)

無機化學(xué)實驗是大一新生課程，對培養(yǎng)本科生的化學(xué)技能和良好的實驗習(xí)慣起著重要的作用。對于一個今后從事化學(xué)專業(yè)的人員來說，具有規(guī)范的實驗操作能力是至關(guān)重要的。隨著高校的擴(kuò)招、科技發(fā)展、現(xiàn)代化生活水平的提高，學(xué)科間交叉滲透等因素，實驗教學(xué)內(nèi)容體系也需要有所變化。在借鑒了其他前輩工作者的經(jīng)驗［1-5］并結(jié)合本校的實際，我們就高師類無機化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容和課程體系中存在的問題進(jìn)行了分析，結(jié)合我們的教學(xué)實踐，制定了一些相應(yīng)對策，在實施過程中取得了較好的效果。

1 優(yōu)化改革實驗課程內(nèi)容以滿足教學(xué)需要

(1)從基礎(chǔ)操作到綜合能力運用，次第性設(shè)計實驗順序。

我校采用的無機化學(xué)實驗教材為華東理工大學(xué)出版社的《新編無機化學(xué)實驗》，內(nèi)容包括:安全教育、基本操作原理和實驗技能訓(xùn)練、基本化學(xué)原理實驗、元素及其化合物的性質(zhì)實驗、綜合設(shè)計實驗，共5章。開課時間為兩學(xué)期，共87學(xué)時。在有限的87學(xué)時中，要把這么多內(nèi)容全部學(xué)完是很難的。而且，考慮到剛?cè)氪髮W(xué)的大一新生來自不同地域的中學(xué)，各地中學(xué)的實驗條件不一樣，培養(yǎng)出來的學(xué)生實驗水平也參差不齊。于是，在上學(xué)期的39學(xué)時里，只選擇安全教育和基本操作以及一些簡單的合成制備實驗以訓(xùn)練、規(guī)范學(xué)生的基本實驗操作能力。以“安全教育”和“儀器的認(rèn)領(lǐng)、洗滌”，強化學(xué)生的安全實驗的意識;以“臺秤與電子分析天平的使用”、“試劑的取用和試管操作”、“溶液的配制”、“滴定操作”等培養(yǎng)和規(guī)范學(xué)生的基本操作;以“粗鹽的提純”和“硝酸鉀的制備與提純”作為學(xué)期末的兩個小型綜合實驗，旨在讓學(xué)生綜合運用所學(xué)的基礎(chǔ)操作技能解決問題。

(2)刪改增補實驗內(nèi)容，有效節(jié)約利用資源。

大一下學(xué)期的無機化學(xué)實驗課程為48學(xué)時，內(nèi)容主要是元素及其化合物的性質(zhì)實驗部分，這是與無機化學(xué)課程同步進(jìn)行的實驗，旨在通過實驗，使學(xué)生加深對課程內(nèi)容的理解。但是一學(xué)期的性質(zhì)實驗，占用時間多，內(nèi)容多是單一且重復(fù)的試管操作，很難激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。于是，我們保留了一些元素和化合物的典型性質(zhì)實驗，刪掉了一些重復(fù)性的實驗，并根據(jù)無機化學(xué)課程的內(nèi)容，把每一族性質(zhì)相似的實驗內(nèi)容歸并在一起，選有代表性的，集中用一次實驗做完。對于一些有毒的、不方便操作的實驗則借助相關(guān)視頻資料，讓學(xué)生直觀了解即可。如，鹵素這族在課程設(shè)計上有兩個實驗——“氯及其化合物的性質(zhì)及氯酸鉀的制備”和“碘及其化合物的性質(zhì)及碘的提取”。在這兩個實驗中，氯氣、氯酸鉀和次氯酸鈉的制備與中學(xué)學(xué)習(xí)過的二氧化碳的制備等類似，且氯氣、次氯酸鈉和氯酸鉀或有刺激性或有氧化爆炸的危險，故將相關(guān)的實驗內(nèi)容以視頻幻燈的方式給學(xué)生進(jìn)行講解分析，然后把氯和碘及其化合物的性質(zhì)鑒定及海帶灰中提取單質(zhì)碘合并成一個實驗，這樣不僅可避免單調(diào)重復(fù)而且還可以比較二者性質(zhì)的關(guān)系。再如實驗砷、銻、鉍中，刪除了砷、銻的氧化物和氫氧化物的酸堿性等實驗，保留了關(guān)于硫化物和硫代酸鹽性質(zhì)的實驗內(nèi)容，然后與堿金屬、堿土金屬以及鋁、錫、鉛等主族金屬元素性質(zhì)并為一個實驗。余者如氧族、氮族等實驗均可以此理念進(jìn)行設(shè)計。對于節(jié)省出來的實驗時間，可以安排學(xué)生做綜合實驗，先由教師勾勒出實驗的理念，讓學(xué)生自行查文獻(xiàn)、找方法，直至完成實驗，以此訓(xùn)練學(xué)生綜合操作能力和獨立解決問題的能力。這個實驗改革，節(jié)約了資源，有效地提高了學(xué)生的實驗?zāi)芰Γ玫搅撕迷u。

2 隨科技發(fā)展改革實驗

(1)改革實驗，使其適應(yīng)新儀器和新的教學(xué)方式。

隨著科技的發(fā)展，化學(xué)實驗教材中的很多實驗儀器和內(nèi)容都顯得陳舊，淘汰更新勢在必行。例如臺秤和分析天平是實驗室稱量的兩個重要儀器。粗略稱量用臺秤，精細(xì)稱量用分析天平。分析天平稱量能精確到0.1mg，但是一臺分析天平的成本很高，維護(hù)操作都非常麻煩。而現(xiàn)在一臺電子天平，不但操作大大簡化，精度更高，而且精確到0.001mg的電子天平的成本價格還沒有分析天平高。所以，“臺秤和分析天平的使用”這個實驗就可以刪改成“臺秤和電子天平的使用”。

無機化學(xué)實驗第二學(xué)期的內(nèi)容主要是元素及化合物的性質(zhì)實驗，這些實驗很多是有毒、有刺激性或者強氧化性的，但實驗操作簡單，耗費試劑較多。針對這種情況，我們設(shè)計了視頻實驗教學(xué)的方案，主要用于那些有毒有危險性且在操作上也多是重復(fù)性的實驗。如“次氯酸鹽的制備”、“磷的同素異形體及性質(zhì)”、“五氯化磷的水解”、“鈉鉀與水的反應(yīng)”、“鋁熱法制取金屬鐵”等實驗都可通過相關(guān)視頻資料學(xué)習(xí)。

(2)微型化實驗。

由于微型化實驗過程簡單、化學(xué)試劑使用量少、實驗儀器價格便宜等特點，正越來越受到化學(xué)教育工作者的歡迎。微型無機化學(xué)實驗可以使化學(xué)試劑使用量僅為以前的5%～10%，同時也降低了實驗的危險性［6］。鑒于無機化學(xué)元素部分的實驗多是驗證性質(zhì)方面的實驗，且需要的試劑多，若用試管和燒杯操作，每種試劑的用量都在毫升級以上，對于這類性質(zhì)驗證實驗的微型化處理，我們是改用穴滴板作為反應(yīng)容器，這樣只需幾滴試劑即可觀察到實驗現(xiàn)象。

對于一些制備性實驗，如“硫酸亞鐵氨的制備”、“三草酸合鐵酸鉀的制備”等，我們也相應(yīng)制備了一些微型反應(yīng)儀器［7-9］，教給學(xué)生半微量合成方法。這些合成實驗的設(shè)計主要是集中在儀器設(shè)備的微量化，如，我們讓學(xué)生收集廢舊的玻璃小藥瓶，將其改裝后成為小的合成反應(yīng)容器，不僅耐熱封閉性好，而且洗刷方便，可以重復(fù)循環(huán)使用。又如，用大的布氏漏斗抽濾微量合成后的產(chǎn)品損耗量大而且抽不干凈，我們就通過查閱文獻(xiàn)，重新設(shè)計了微型的抽濾裝置(圖1)。

對常規(guī)制備實驗的微型化改造有助于激發(fā)學(xué)生的興趣，既可節(jié)約藥品也減少了污染。在此過程中學(xué)生體驗了各種儀器裝置的重新設(shè)計、改造和組合，有效地鍛煉了他們動手動腦的能力。據(jù)統(tǒng)計，我校每年需要做無機化學(xué)實驗的學(xué)生大約有700人，采用微型實驗后，不僅大大減少了試劑用量，節(jié)約了成本;而且還對減少污染物的排放起了重要作用。

3 以綠色、環(huán)保、節(jié)儉和可持續(xù)發(fā)展的理念設(shè)計關(guān)聯(lián)實驗

化學(xué)實驗對環(huán)境的污染一直是被人們關(guān)注的問題。作為實驗教師，在設(shè)計實驗的過程中，我們會充分考慮前后實驗的關(guān)聯(lián)性以及實驗的整體布局，盡可能讓藥品能重復(fù)利用;并在實驗結(jié)束后對廢液廢物進(jìn)行無害處理或循環(huán)利用等，以使污染降到最低水平。如，在稱量實驗中，學(xué)生用臺秤稱的粗鹽可作為“粗鹽的提純”的實驗原料使用;用電子天平練習(xí)稱量精確量的硫酸銅，可以在“溶液的配制”中用來配制0.2～0.5mol/L的硫酸銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，在實驗“銅、銀化合物的性質(zhì)和醋酸銅的制備”中作為滴定試劑或反應(yīng)試劑使用;在“酸堿滴定操作”中標(biāo)定的酸堿溶液，可以作為后期元素化合物性質(zhì)實驗的試劑。

在“氫氣的制備和銅相對原子質(zhì)量的測定”實驗中，我們先讓學(xué)生自己利用中學(xué)所學(xué)的知識設(shè)計裝置圖，然后根據(jù)裝置圖所需的儀器藥品，我們設(shè)計了一個“燈的使用，玻璃管加工和塞子鉆孔”的實驗，讓學(xué)生自己制造出所用的玻璃彎管、導(dǎo)管、滴管和塞子等儀器，然后用這些儀器測定銅的相對原子質(zhì)量。

考慮到學(xué)生有提前進(jìn)入科研室做實驗的需要或者為科研做一些前期的準(zhǔn)備性實驗，一些制備實驗的設(shè)計也和科研室的實驗關(guān)聯(lián)起來，如“硫酸亞鐵銨的制備”收集的產(chǎn)品，可作為科研室后期反應(yīng)的試劑。在驗證“三氧化二鋁的吸附性”實驗中，學(xué)生填充的層析柱可作為科研室分離裝置使用。

我們在設(shè)計實驗的時候，盡可能考慮將產(chǎn)生的廢物充分再利用回收。如一般酸堿廢液可用于改良土壤;合成實驗中產(chǎn)生的廢硝酸鉀、硫酸亞鐵銨液可以經(jīng)過處理后變成肥料;對于“鋅、鎘、汞及其化合物的性質(zhì)”實驗中產(chǎn)生的廢液，將其回收后分組設(shè)計了兩次綜合實驗——“含鎘廢水的處理”和“含汞廢水的處理”。對于這些實驗，我們只提出要求、目的，提供可選擇試劑，由學(xué)生查閱文獻(xiàn)，尋找方法，摸索最適合的實驗條件，自行完成實驗。通過這些實驗，學(xué)生既鍛煉了運用所學(xué)知識綜合設(shè)計實驗并解決實際問題的能力，同時也減少了對環(huán)境的污染。

4 總結(jié)

課程建設(shè)是一項長期又艱巨的任務(wù)，而無機化學(xué)課程又是一門重要的化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課，所以，無機化學(xué)課程也應(yīng)根據(jù)時代發(fā)展，與時俱進(jìn)，及時調(diào)整教學(xué)模式深化課程改革。實踐證明，我們這次對實驗改革的嘗試，激發(fā)了學(xué)生實驗的積極性，培養(yǎng)了他們的綜合創(chuàng)新思維，鍛煉了他們的動手能力，增強了他們的環(huán)保意識，是實用而有效的。

圖1 微型減壓抽濾裝置

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［6］邱曉航，張守民，顧文，等.實驗室科學(xué)，2007(3):19

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