福建省第一屆大學生化學實驗邀請賽的評析與思考

陳珠靈, 魏巧華, 湯 儆, 張玉榮, 丁開寧, 游 毅, 袁耀鋒

(福州大學 化學學院,福建 福州 350108)

化學是一門實驗性的學科,化學實驗教學在高校本科人才的培養中具有舉足輕重的地位[1-12]。為了推進福建省高校化學實驗教學與改革,促進化學創新型“一流”人才的教育與培養,福建省教育廳批準成立福建省化學實驗競賽平臺,福建省化學會和福州大學化學學院國家級實驗教學示范中心于2016年4月27日至30日共同承辦了“第一屆福建省大學生化學實驗邀請賽”。來自廈門大學、福州大學、福建師范大學、華僑大學等福建省內16所高校的教師和學生積極參與了該賽事,同時臺灣淡江大學也派出6位學生前來交流參賽。雖然已有20多個省、自治區和直轄市開展了各種類型的高校化學實驗競賽[1-3],但在福建省化學實驗競賽則剛剛起步。該賽事的成功舉辦不僅在全福建省高校范圍內引起了廣大師生的極大關注,而且促進了福建省高校與臺灣高校在實驗教學方面的積極合作和交流。本文通過對福建省第一屆大學生化學實驗邀請賽的命題思路、試題特點、組織工作、競賽結果進行分析與探討,對存在的問題,提出相應的改進意見和建議。

1 福建省第一屆大學生化學實驗邀請賽賽事概況

1.1 邀請賽命題思路

自從1998年南開大學舉辦首屆“全國大學生化學實驗邀請賽” (以下簡稱“全國化學邀請賽”)以來,其比賽模式對我國高校化學學科實驗教學產生的積極作用得到了廣大高校師生的廣泛認可[4-5]。為了提高我省化學實驗教學水平,2015年6月召開了福建省各高校化學實驗教學示范中心聯席會議,確定了我省的第一屆大學生化學實驗邀請賽的比賽模式基本以“全國化學邀請賽”的模式進行,包含實驗理論筆試(30%)與實驗操作考試(70%)2部分,試題內容涉及無機及分析化學、物理化學和有機化學4個基礎學科,隨后福州大學化學學院成立了命題小組。

命題組認真學習和調研前10屆“全國化學邀請賽”以及各省化學實驗競賽的命題模式以及福建省各高校實驗教學特點,經過多次充分討論,確立以“規范操作,控制難度,貼近生活,重視能力”為本次邀請賽的總體命題思路。試題內容和評分標準的設計著重考查參賽本科生的4個基本能力:基本實驗技能、基本實驗方法、基礎實驗知識和基本安全規范；考慮到參賽各高校實驗教學的情況,操作試題應做到一體化、多層次、有難度,也要有區分度,確保參賽選手在規定的時間內能基本完成比賽任務,同時可以考查參賽學生的觀察能力、動手能力、表達能力以及創造能力等綜合能力；試題的設計盡量貼近生活,充分體現化學科學的進步、技術的發展及其在社會前進中的應用。

1.2 邀請賽試題特點

本次競賽分為筆試部分和實驗操作部分,試題內容涉及無機及分析化學、有機化學、物理化學4大基礎化學,試題內容和評分標準的設計既重視對基礎知識和基本技能的考查,又重視對綜合實驗能力和科學素質的考察。

1.2.1 筆試試題的特點

本次競賽的筆試試題涉及4大基礎化學,其中無機與分析化學占40%、有機化學占40%、物理化學占20%。考查內容包含本科生化學實驗中涉及到的實驗安全知識、實驗原理、基本操作等方面的基本知識。重點考查無機化學實驗中無機反應的基本原理、實驗現象、元素性質、多種共存金屬離子的分離等；分析化學實驗中的定量分析的誤差、數據處理以及有效數字的概念等；有機化學實驗的基本操作在具體分離純化過程中的合理選擇與應用、設計簡單的有機物合成實驗過程；物化實驗中通過設計簡單的牛奶熱值的測定實驗來考核學生的綜合設計實驗能力。

1.2.2 實驗操作試題的特點

本次競賽實驗操作試題重點在考查參賽學生的實驗能力,含基本操作能力和產品的質量與分析能力。基本操作能力主要考查參賽學生按給定實驗步驟進行實驗的能力；重點考察天平稱量、抽濾、沉淀洗滌、溶液配制、移液、滴定、樣品的研磨、壓片、鋼瓶、氧彈等正確的基本實驗操作。同時該賽注重考查參賽學生的安全和環保意識,觀察實驗現象、準確記錄并科學處理實驗數據,正確表達實驗結果及對結果進行評價的綜合能力。實驗操作考試歷時8 h,設有無機及分析化學實驗、有機化學實驗和物理化學實驗等組別。

在本次邀請賽的總體命題思路“規范操作,控制難度,貼近生活,重視能力”的指導下,無機及分析實驗項目選擇貼近生活的試題:“廢舊易拉罐制備明礬及其鋁含量的測定”[6],這一試題既可以較全面考查參賽選手的實驗操作技能(如稱量、過濾、溶液配制、移液及滴定等),同時試題中設置了一些考點,如Al2(SO4)3溶液的保溫問題、明礬的結晶的注意事項、基準試劑稱量方法和返滴定法測定產品中鋁含量的計算公式等。

有機化學實驗試題為“二溴化六甲基丙二銨有機物的制備”[7],重點在考查參賽選手的基本實驗操作技能(蒸餾、回餾、重結晶、萃取洗滌、抽濾等),同時試題中也考查參賽學生對化學知識的綜合應用能力,例如,在第一步 1,3-二溴丙烷合成中,參賽學生需要思考判斷初產物是否蒸出完全；萃取洗滌過程中,有機層是在分液漏斗的上層還是下層；用氯化鈣干燥初產物時干燥劑的用量和干燥時間等。另外,還在試卷中設置問答題,例如,在萃取分液中用濃硫酸洗滌洗去什么以及原理是什么,最后用乙酸乙酯為什么可以使產物析出等。

物理化學實驗試題從當今能源與環境的主題出發,結合物理化學參數測定在社會生產和生活中的應用,試題定為“主焦煤及無煙煤燃燒熱值及其含硫量的測定”。 該試題既能考查參賽學生對燃燒熱值測定的基本物理化學實驗原理和實驗方法的理解,又能考查學生對煤中硫含量的測定分析方法的掌握情況,突破常規物理化學實驗只測定物理化學參數的局限,綜合性強,能較好地反映出參賽學生對化學知識的綜合應用能力。

1.3 邀請賽組織工作

與理論競賽不同,實驗競賽牽涉的面非常廣,為了確保競賽公平、公正、合理有序地進行,競賽籌備組提早一年進行了命題的準備工作,首先在福州大學化學學院范圍內遴選命題組和實驗后勤組成員,成立了命題小組和實驗后勤組。命題小組專家具有副高以上職稱的教師組成,他們具有較豐富的實驗和理論教學經驗,確保競賽命題的科學性；實驗后勤組由年輕的實驗指導教師組成,確保實驗準備工作的有效進行。命題組初步制定命題后,與實驗后勤組一起進行了詳細的條件摸索,并邀請廈門大學資深教授進行審題,最后確定試題。

競賽時需要大量的監考和評分的教師,為了保障競賽的公平和公正,在組織工作中,加強了對實驗監考教師的遴選和培訓工作。監考的教師從具有講師以上職稱的專業教師中遴選,并按各個命題小組制定的實驗監考教師評分細則與注意事項進行了嚴格的培訓。每個科目分別有4～5名主監考教師和4名輔助監考教師組成監考組。同時,與相關的教師簽證保密協議,以確保實驗試題的嚴格保密。在競賽期間還成立了由北京大學、廈門大學以及福州大學的專家組成的巡考組,對整個競賽過程進行全程監督和巡查,確保整個競賽過程的公平和公正。

2 競賽結果與分析

本次競賽包含實驗理論筆試與實驗操作考試,滿分均以100分計。競賽的總成績由30%筆試成績和70%實驗操作成績構成。圖1為福建省內16所參賽高校48位參賽學生的筆試、操作和總成績統計分布圖。

圖1 48位參賽學生的筆試、操作和總成績統計分布圖

從圖1可以看出:

(1) 筆試成績總體不理想,60分以下的人數占總人數的52.1%,41.7%的學生在60～69分數段；高分人數太少,80分以上的僅有3人,均來自廈門大學,說明我省其他地方院校學生的實驗理論基礎不夠扎實,與廈門大學的學生相比差距較大。分析筆試試卷發現,參賽學生對實驗室安全知識、實驗基本原理、有機基本操作在分離純化中的合理選擇與應用等知識掌握普遍較好,但在無機元素性質方面的知識掌握程度較弱,特別是設計性實驗非常弱,說明我省各高校的學生的綜合實驗能力亟待加強。

(2) 實驗操作成績在60分以下有12位,其中有10位來自物理化學實驗組,2位來自有機實驗組,占總人數的25.0%；60～70分之間的有9位(物理化學和無機及分析實驗組各4位,有機實驗組1位),占總人數的18.8%；70～79分之間的有17位(物理化學實驗組2位,無機及分析實驗組7位,有機實驗組8位),占總人數的35.4%；80分以上的有10位(有機和無機及分析實驗組各5位),占總人數的20.8%。無機及分析化學和有機化學實驗組操作成績的分布比較合理,而物理化學實驗組的操作考試成績總體偏低,說明本次競賽無機及分析化學和有機化學實驗組的操作試題難度和評分標準是適宜的,基本符合化學實驗競賽的目的和要求；而物理化學實驗操作試題難度較大、綜合性強,大多數的參賽學生沒有認真審題,認為只要按常規物理化學實驗課的要求,完成物理化學參數燃燒熱的測定實驗就好,而忽略了該賽題還要求對硫含量進行滴定分析測定,將吸收了主焦煤燃燒產生的SO2及SO3的Na2CO3溶液直接倒掉,導致實驗的完成度不夠。另外心理因素也是影響物化實驗組操作成績的一個重要因素。從監考教師反饋的信息看,大部分參賽學生看到這種綜合性強的實驗,沒有心理準備、競賽全程比較緊張而未能發揮出正常的水平。這與學生心理承受能力不強、平日心理訓練匱乏不無關系。

(3) 總體成績偏低,60%的參數學生成績在60～79分之間,高分學生的比例較小。部分選手操作成績較差,基本定位了參賽學生實驗能力的基本水平。有些選手的基本操作得分較高,但綜合能力題得分低,特別是物化實驗組的選手,導致了競賽總成績不高。這種結果客觀反映了我省高校本科生的綜合分析問題的能力比較欠缺,化學實驗教學水平亟待提高。

3 實驗教學改革的幾點建議

福建省第一屆大學生化學實驗邀請賽的競賽結果和成績反映出了我省地方高校化學實驗教學水平還有待提高,化學專業本科學生普遍存在實驗理論基礎不夠扎實、化學實驗規范化操作有待加強、綜合分析解決問題的能力及數據處理能力亟待提高等問題。針對這些問題,特提出以下建議[8-13]:

(1) 改變學生“照方抓藥”的做實驗習慣,調動學生主觀能動性去查找和借鑒相關的文獻資料,讓學生積極參與化學實驗內容設計、化學實驗規范化操作要領的分析以及化學基本理論的解釋等教學活動,讓學生不僅知其然,也知其所以然,變“要我學”為“我要學”,加強學生自主思考和學習能力的培養。

(2) 改變實驗教學模式,采用講授式、互動式及討論式等混合教學模式,提高學生的學習興趣,發展學生的思維潛力與創新能力。

(3) 完善教學內容,在大學二、三年級的基礎化學實驗教學中,增設綜合性實驗教學項目,著重以基本技能訓練為主,注重學生實驗能力、數據處理能力和綜合素質的培養,突出創新能力與實際操作能力的培養與訓練,提高我省地方各高校本科生的綜合分析解決問題的能力,促進“一流”化學人才培養與教育。

(4) 我省地方高校應以承辦或協辦省化學實驗邀請賽為契機促進實驗平臺的軟硬件建設。把化學實驗

競賽納入日常的實驗教學日程中,讓更多的學生和教師參與,教師與學生圍繞競賽問題共同努力,可以達到互相啟發、教學相長的效果。

4 結語

福建省第一屆大學生化學實驗邀請賽為我省高校提供了一個交流化學實驗教學經驗和提高教學質量的平臺,激發了本科生熱愛化學和從事化學研究的熱情,促進化學創新型“一流”人才的教育與培養。但如何使該競賽真正成為傳統化學實驗教學的有益補充、有利于我省高校整體實驗教學質量的提高,同時符合“促進福建省各高校化學實驗教學改革,培養本科生學習化學實驗和從事化學實驗研究的興趣,探索培養和提高本科生創新能力的思路、途徑和方法”的競賽宗旨,其組織形式、參賽模式和競賽方式等還需進一步探索和完善。

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