關(guān)于大一化學(xué)實驗課程內(nèi)容設(shè)置的一些想法

趙金博, 趙昕悅,胡俊梅

（1.北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院;2.水環(huán)境模擬國家重點實驗室,北京 100875）

1 研究背景

近年來，理科院校中選擇本科畢業(yè)后繼續(xù)讀研的學(xué)生人數(shù)比例愈高，與此同時，無論是研究生推免還是考研，競爭也愈加激烈。[1]而科研經(jīng)驗與成果是本科生進(jìn)入心目中理想高校或科研機(jī)構(gòu)所必不可少的[2]——一方面，科研上的成果是綜合測評中的加分項；另一方面，面試是保研和考研的重要環(huán)節(jié)，而面試中被問及關(guān)于科研能力、科研成果、邏輯思維等問題的幾率也逐漸增加。故參與研究，取得科研成果不僅能提升綜測成績，還有助學(xué)生在面試中取得優(yōu)勢。

本科學(xué)生大多大學(xué)一年級時就嘗試參與科研，原因之一是希望較早開始接觸研究，積累知識、經(jīng)驗；另一原因在于，根據(jù)我國目前的教育體制，學(xué)校鼓勵大一、大二本科生申請國創(chuàng)和本基等科研項目，這類基金項目時長一般為一年，如果學(xué)生在大二期間申請到項目，大三時結(jié)題，再整理數(shù)據(jù)發(fā)文章等待接收，一般須在大四成果才能得到發(fā)表。然而無論是夏令營還是推免面試，均在大三結(jié)束的暑假或大四學(xué)期初始。如此規(guī)則下，學(xué)生只有在大一申請項目，才能有足夠的時間在大三下學(xué)期獲得自己的學(xué)術(shù)成果。而對于許多理工科專業(yè)來說，研究往往涉及化學(xué)理論與實驗，因此一年級本科生要參與研究，取得成果，必須具有足夠的化學(xué)理論與實驗基礎(chǔ)（圖1）。

2 現(xiàn)狀

2.1 入校時情況

在現(xiàn)有的教學(xué)體制下，大一學(xué)生入校時具有什么樣的化學(xué)基礎(chǔ)呢？以北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院為例，每年大一新生中，北京的生源在高中時期相對而言有較多接觸化學(xué)試驗的機(jī)會以及科研的經(jīng)驗，而其他地區(qū)的學(xué)生在高中時期化學(xué)實驗的經(jīng)驗相對較少，中學(xué)參與過科研的幾乎沒有。[3]并且，大部分學(xué)生在初高中接觸到的實驗儀器與大學(xué)實驗室中的儀器存在較大差距。在這樣的情況下，大一新生對儀器使用的知識儲備不足，對“有什么儀器”、“這些儀器能做到什么”、“怎么用這些儀器”缺乏了解。此外，大學(xué)科學(xué)研究所需的化學(xué)理論知識比中學(xué)所學(xué)更為深入和廣泛，新生具備的理論知識顯然是不夠的。最后，大多學(xué)生也因為中學(xué)時期實際操作機(jī)會不多，入校時尚未養(yǎng)成規(guī)范的實驗操作習(xí)慣。而規(guī)范的基礎(chǔ)操作正是安全實驗、做好實驗、獲得可靠數(shù)據(jù)的必需前提。

2.2 課程設(shè)置

以環(huán)境學(xué)院為例，在大一開設(shè)的化學(xué)相關(guān)課程有《無機(jī)與分析化學(xué)Ⅰ》《化學(xué)基礎(chǔ)實驗Ⅰ》，教學(xué)內(nèi)容見表1。

表1 北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院大一所開設(shè)化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容

通過課程設(shè)置可以看出大一實驗課程的偏重，沒有將具體測量方法的傳授、實驗安全和基礎(chǔ)儀器設(shè)備操作單獨作為課程講解。而專門教授儀器相關(guān)知識與使用的《儀器分析課程》一般開設(shè)在大三或大四，這與大一學(xué)生想?yún)⑴c科研實驗的現(xiàn)狀存在矛盾。這會導(dǎo)致學(xué)生在實驗過程中往往暴露出一些常用儀器不會用，基礎(chǔ)操作不規(guī)范的問題。

2.3 實驗中出現(xiàn)的問題舉例

2.3.1 移液槍的用法

截至2016年，大多數(shù)化學(xué)基礎(chǔ)實驗教材還沿用吸耳球和刻度吸管的方法。事實是，它們早已被大部分實驗室淘汰，科研中使用的是更為方便而精確的儀器。就環(huán)境學(xué)院13個實驗室來說，是根本找不到此類設(shè)備的。而目前常用的移液槍雖然看似再簡單不過，但是如果不系統(tǒng)教授使用方法，非常容易出錯，而移液槍的正確使用又幾乎關(guān)系到所有數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性問題。[4]大一學(xué)生犯的常見錯誤有：使用前不會測試移液槍儀器誤差，不會調(diào)節(jié)量程，進(jìn)液時大拇指用力過大導(dǎo)致取樣過多，松手時速度過快導(dǎo)致液體倒流進(jìn)移液槍口中，取樣時移液槍沒有保持豎直狀態(tài)，槍頭離液面過近以及不會計算移液槍帶來的個人誤差。

2.3.2 濾膜的使用

以環(huán)境學(xué)院實驗室為例，主要使用的濾膜有水系微孔濾膜（0.22μm/0.45μm）、有機(jī)系微孔濾膜（0.22μm/0.45μm）、一次性針式過濾器、尼龍膜、硝酸纖維膜、PVDF膜。 不同濾膜作用各不相同，有些是過濾水相的、有些是過濾有機(jī)相的、有些是可以用馬弗爐去碳、有些是不能暴露在空氣中、有些是疏水濾膜。在沒有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)或碩士師兄師姐的指導(dǎo)下，大一學(xué)生用錯濾膜的概率是非常高的。

2.3.3 蒸餾水、純凈水、超純水不分

大一學(xué)生對實驗需要簡單化、純化的原則認(rèn)識不夠清晰，不能正確的判斷什么情況下需要用什么樣的水。再加上不懂得蒸餾水、純凈水、超純水3種水在雜質(zhì)、電阻上的區(qū)別，會經(jīng)常出現(xiàn)標(biāo)液不純的現(xiàn)象，降低了實驗效率，也浪費了實驗耗材。

2.3.4 稱量與天平的使用

以環(huán)境學(xué)院為例，常用天平有萬分之一、十萬分之一、百萬分之一天平。不同的天平工作環(huán)境不同，操作要求也不同。如使用百萬分之一天平時，必須戴手套，否則一個指紋就會導(dǎo)致0.02mg質(zhì)量的偏差；空氣溫度要保持平衡；避免強(qiáng)光照射；盡量避免空氣流動；開機(jī)前要至少預(yù)熱2個小時等等。[5]然而，筆者經(jīng)常會看到夏天的時候，大一的學(xué)生在開著空調(diào)的房間內(nèi)用百萬分之一天平稱重。其次，精密天平使用前需要調(diào)節(jié)水平，并盡量避免挪動天平，這些基礎(chǔ)知識大一學(xué)生在沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過化學(xué)基礎(chǔ)實驗的情況下是幾乎不可能注意到。其他稱量操作問題就更多，最常見的是幾乎所有的大一學(xué)生為了給課題組節(jié)省藥品，將稱過量的藥品用稱量勺放回試劑瓶中。這種做法不僅僅沒有節(jié)省藥品，反而污染了試劑。

2.3.5 安全性

近年來，本科生的實驗設(shè)計若趨于高端、緊密結(jié)合現(xiàn)實，則更有機(jī)會獲得青睞，故針對多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、抗生素、VOC、PM2.5等環(huán)境有害物質(zhì)的研究實驗屢見不鮮。但是這些物質(zhì)都有一個共性，就是環(huán)境濃度很低，往往不能直接進(jìn)行上機(jī)檢測。因此樣品富集、活化洗脫、氮吹 “三部曲”是本科生需要獨立面對的最常見的樣品前處理方法。但是在這一過程中，多個環(huán)節(jié)涉及毒性較強(qiáng)的有機(jī)溶劑。大一學(xué)生如果缺乏有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識，即便在師兄師姐指導(dǎo)下，也易出現(xiàn)實驗事故，并對身體造成不同程度的危害。

此外，氣瓶也是本科生做實驗時經(jīng)常需要單獨操作的設(shè)備。筆者曾經(jīng)對環(huán)境學(xué)院大一學(xué)生進(jìn)行過統(tǒng)計，有30%的學(xué)生對氣瓶恐懼不敢使用，而大約有10%的“熱血”學(xué)生 ，在看不清氣瓶的字體，不懂得氣瓶顏色代表的意義的情況下就敢于裝上就用。盡管在實驗室嚴(yán)格管理下已經(jīng)不會出現(xiàn)易燃易爆氣體，但這樣的“無畏”仍然給學(xué)生安全以及儀器正常運行帶來隱患。最后，對廢液的處理，自身防護(hù)的安全意識，化學(xué)事故的應(yīng)急處理辦法，有毒藥品的存放等都需要有專人向大一的學(xué)生傳授。

3 建議

為了避免上述情況發(fā)生，也為了讓學(xué)生可以獨立的參與國創(chuàng)、本基等基金的申請，發(fā)揮學(xué)生的主動思考能力，筆者建議從大一實驗課程體系上，首先授課群體可實行小班授課，一個實驗班的學(xué)生15-20人為最佳。其次為了培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，建議基礎(chǔ)實驗課適當(dāng)?shù)暮晚椖繏煦^，讓學(xué)生有機(jī)會舉一反三，帶著好奇和問題去主動學(xué)習(xí)。 并適當(dāng)增加對基礎(chǔ)、常用儀器設(shè)備的使用及應(yīng)用的授課比重。在實驗課教學(xué)方面，應(yīng)該注重傳授規(guī)范的實驗操作方法，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗操作習(xí)慣。在此基礎(chǔ)上，盡可能增加實驗安全課程，提高學(xué)生的自我安全意識。最后，建議將大三、大四開設(shè)的《儀器分析實驗》課程的部分內(nèi)容作為《初級儀器分析實驗》在大一的教學(xué)體系中開設(shè)，并建議結(jié)合本院系的科研平臺和研究方向，有針對性的向大一學(xué)生傳授與院系特色相關(guān)的化學(xué)基礎(chǔ)實驗。

理工科大學(xué)生從第一年就參與科學(xué)實驗可以激發(fā)學(xué)生的科研熱情和學(xué)習(xí)興趣，大一的化學(xué)實驗課是大學(xué)新生走進(jìn)實驗殿堂的入門課程，因此，更需要著重培養(yǎng)學(xué)生的實驗習(xí)慣，教授常用儀器的使用方法，提高學(xué)生的理論知識水平，從而彌補(bǔ)學(xué)生自身水平與科研基礎(chǔ)間的差距，為我國培養(yǎng)更多優(yōu)秀的科研人才。

[1]畢紅艷.云南民族大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版）,2007,24(04):60-62.

[2]曹運姣,陳雅楠.管理觀察,2016,36(19):91-93.

[3]吳晗清.中國教育學(xué)刊,2013,34(02):68-72.

[4]于濤,趙秋蓉,吳迪.農(nóng)產(chǎn)品加工,2016,35(08):36-38+42.

[5]王學(xué)琴,梁秀麗,拓銳.化學(xué)計量分析,2013,22(02):67-69.