美國部分高校大學化學實驗開設情況分析*

桂清文，劉卓靚，蔣紅梅，楊建奎，蘇招紅

(1 湖南農業大學理學院，湖南 長沙 410128；2 國防科技大學文理學院，湖南 長沙 410072)

化學是一門基礎性、實用型的課程，同數學、物理同屬于于基礎自然學科?；瘜W也是一門實驗科學，在課程開設的同時會有對用的實驗課程。在我國的高等教育中，越來越多的高校將《大學化學》作為一門基礎通識課列為低年級學生的公共課程中。而不同高校對于《大學化學》及《大學化學實驗》開設的學時數和實驗設置不同?！洞髮W化學》理論課的學時數一般在32～54學時之間，而《大學化學實驗》從6學時到60學時不等[1]。各個高校的具體開設情況與其任課老師的數目以及實驗室數目等固定組成有關。在我國建設“雙一流”大學的道路上，我們一方面要注重高校的科研實力的發展，另一方面也要對高校的教學進行反思與改進。在此，我們以《大學化學》以及《大學化學實驗》為例，總結了美國幾所高等的院校的開設情況，進行分析，為課程建設提供新的思考和方法。

1 課程地位及性質

在綜合性的高校，化學材料醫學農業等專業會開設四大基礎化學課程，包括《無機化學》、《分析化學》、《物理化學》、《有機化學》。而學習四大基礎化學的學生一般不再學習《大學化學》。《大學化學》主要授課對象是非化學及密切相關專業的學生。中國地質大學(北京)、北京大學、同濟大學的《大學化學》開課對象為一般理工科。而重慶大學、北京科技大學授課對象范圍更廣，還包含文科經濟政治等專業的學生。我們從表1可以看出，美國許多高校都開設有《大學化學》及《大學化學實驗》，相對于國內的授課對象，基本沒有具體學科的要求，實驗課程的選擇要求是在學習完相關理論課程后。國內高校的開課時間在理論課與實驗課之間有一段間隔，但是沒有明確要求修完理論課的全部課程才可以進入實驗課學習。從開課的學期來看，理論課與實驗課在同學期開課，只是實驗課程一般開課晚于理論課。有些高校會將實驗課程作為理論課程的附屬部分，不會單獨作為一門課程?！洞髮W化學》課程及實驗課程對于大學生掌握物質的組成，反應的基本原理等知識有著重要意義?？梢耘囵B學生的科學素養，辨別真偽，解決日常生活中與化學相關的問題，具有基本的化學傷害的處理能力。因此，《大學化學》及實驗在整個人才培養上具有正要意義。

2 具體實驗開設情況

表2 《大學化學實驗》課程開設實驗統計表

續表2

密歇根大學實驗1:密度測定實驗2:有趣的氣體定律密度的測定實驗3:氯化鈉水溶液密度實驗4:碘化鋅合成實驗5:電導率和化學反應實驗6:未知酸滴定實驗7:溶液的熱量測定實驗8:漂白劑中的次氯酸鹽分析實驗9:碳酸鈣藥片分析實驗10:植物性食品中磷的分析實驗11:光譜法介紹實驗12:分析阿司匹林普渡大學實驗1:實驗安全以及基本操作實驗2:基本實驗技術介紹實驗3:密度的測定實驗4:從曲奇和薯條中分離脂肪實驗5:分子幾何與極性實驗6:電解質與非電解質實驗7:化學作用力實驗8:濃度測定技術實驗9:水硬度測定實驗10:酒的分析實驗11:化學反應和熱交換明尼蘇達大學實驗1:中性原子與原子質量、安全練習實驗2:火焰測試和電子配置實驗3:晶體生長實驗4:元素和化合物實驗5:實驗室測量與技術介紹實驗6:確定經驗公式實驗7:分子化合物的化學模型實驗8:揮發性液體的摩爾質量實驗9:摩爾濃度:應用于比色法實驗10:離子方程實驗11:碳酸鈣的合成及其限制性反應波士頓大學實驗1:雞蛋的密度是多少?實驗2:這是什么———鑒別未知物。實驗3:確定氯化銅的分子式。實驗4:從廢鋁中提取鋁實驗5:研究化學反應實驗6:分光光度法測定維生素片中鐵實驗7:滴定抗酸劑實驗8:測定過氧化氫水溶液的質量百分比組成實驗9:氧化鎂的生成焓莫瑟爾大學實驗1:揮發性液體的摩爾質量與化學式實驗2:冰點下降實驗3:動力學:濃度效應實驗4:動力學:溫度效應實驗5:氣體平衡實驗6:堿和緩沖實驗7:光譜法測定鐵離子實驗8:水溶液中的平衡實驗9:硼砂的熱力學實驗10:電化學

我們從國內部分高校的統計結果來看，《大學化學實驗》大部分是作為一門單獨的實驗課程開設，課時從十幾到幾十不等[1-2]。根據每個實驗的難易程度，單個化學實驗安排2～4課時，對應的實驗數目大約為4～16個之間。從表1美國幾所高校開設的實驗數目來看，與我國高校開設的數目基本一致，也在5～12個左右。而從表2中看具體的實驗，實驗室安全教育在哈佛大學、普渡大學作為單個的實驗項目開設，而其他六所學校沒有將此實驗作為單獨實驗。但是，作為非化學專業的學生，日常課程與生活中較少涉及化學藥品與實驗室相關安全，作為一門通識課程最好有一節專門的實驗室安全課程來加深學生對實驗室、化學實驗的了解。我們從這些高校開設的實驗可以看到許多反應是基于基本的化學反應原理，比如化學反應熱的測定、物質化學式的確定、生成焓的測定、能斯特方程；一些與實際樣品相關的實驗，包括廢鋁中鋁的提取、漂白劑中次氯酸鹽的測定、從曲奇和薯條中分離脂肪等，甚至還有雞蛋密度的測定這類看似與物理非常相關的實驗；另外有少數實驗涉及一些儀器的使用，這些實驗一般是面向化學相關專業開設的儀器分析實驗。從實驗類型的分布上，基本包含四大化學涉及的實驗，每個科目至少有一兩個代表性實驗。所以，《大學化學實驗》包含的范圍較廣，代表性較強。而且其中的一些趣味性實驗貼合學生的實際生活，更容易引起學生的興趣和激發他們的探索精神。

3 美國大學化學實驗課程對于我們的啟發

通過對美國幾所高校的調研，我們發現大學化學實驗作為一門基礎實驗課程，要具有雙重性質，一是作為科學探索的嚴謹性，其中要涉及一些基本化學反應的原理的探討或者經典實驗的重現；二是作為一門基礎通識課程實驗課程具有的趣味性，體現在具體的實驗設置上選取人們在日程生活中常見的物質進行分析，拉近生活與科學的距離，使得學生對于學科的存在意義更為了解，作為非專業學生來理解化學進而更好地學習《大學化學》這門課程。

3.1 注重實驗安全，加強安全教育

實驗室規范以及安全應該是大學化學實驗的第一課。在此次課程中，首先應該準確告知逃生通道，防毒面具、緊急沖淋裝置、滅火器的使用存放位置，的使用及位置，酸堿腐蝕一般處理方法。實驗室安全規則包括日常著裝、實驗室內禁止飲食、打鬧嬉戲等。美國密西根大學是教學研究型大學，新生進入實驗室需要經過嚴格的培訓，包括安全培訓以及實驗儀器的培訓，培訓結果以考試形式考察[3]。在大學化學實驗中，雖不會涉及到培訓的考察，最好讓學生以實驗報告形式提交本節課所述重點，加深印象。

3.2 構建架構合理的操作性強的實驗體系

整個實驗課程的設計盡量包含四大化學的基礎實驗，原理性探究實驗，實際樣品分析實驗合理比例，構建一個架構合理的操作性強的實驗體系。這些基礎性實驗的選取，一般選擇實驗效果明顯，所用的化學試劑毒性危害性小的實驗。四大實驗有各種的特點，利用高校自身的四大化學基礎實驗室可以完成各類實驗教學。學生通過在不同的實驗室做實驗，可以感受四大基礎化學的異同[4]。而我們在具體實驗設置時，需要考慮實驗的難度以及可操作性、實驗室條件、教師授課時間等因素的前提下，我們應當將更大的精力投入到設計一些難度適宜、具有啟發性的實驗。而對于理工科或文史類學生，考慮到學生基礎不同，在教學方法以及內容上做適當調整，使得不同學科背景的學生能更好地掌握實驗內容。而在過程指導中，教師主要負責實驗技能包括基本儀器操作，實驗操作，后續的數據處理可以提供相關軟件資源和范例，最后的實驗報告完成應由學生獨立完成。

3.3 增設開放性的拓展實驗

在基本實驗完成的前提下，可以增加一個開放性實驗作為課程拓展實驗。一方面可以作為實驗課程的一種考察形式，可以體現學生經過一段時間的學習后實驗技能以及知識運用能力。而在硬件需求方面，根據具體實驗可以參照專業實驗進行配置，實現資源的最大化利用。另一方面，學生在獨立完成設計實驗的同時，可以加深對課程的理解，對專業的理解。對于某些學校大一大二年紀不具體分專業的學生而言，為其以后選課甚至專業選擇提供參考。對于教師而言，在前面幾個實驗對學生進行專業技能培訓后，最后的綜合性拓展實驗在實驗操作上指導減少，而在實驗前的實驗設計過程中的指導增加。這對教師的綜合素質有較高的要求，而且在時間上投入增加。如何盡可能地完成實驗目的，在實驗設計中所需要的條件的提供，這是教師在綜合設計實驗中必須注意的。

4 結 語

實驗教學與理論教學相比，有它的特殊性。學生在實驗教學中的主體作用比理論教學更為明顯，而實驗的潛在危險性也使得教師必須更加密切的關注學生的行為[5]。我們在這里選取了八所美國知名高校開設的大學化學實驗進行討論，這些實驗涉及的范圍較廣內容較多，沒有就個別實驗展開詳細討論，只從實驗類型進行分析。我們要從中選取可以借鑒之處，結合自己學校特色，開展好大學化學的實驗教學。在整個實驗課程中，注重學生安全意識、創新意識、批判性思維的培養，為我國“雙一流”高校建設助力。