大學綜合設計性實驗對學生素質提升的拓展——以粗鹽提純實驗為例

畢文彥

(河南理工大學化學化工學院,河南 焦作 454000)

在國家大力發展素質教育的今天，全面提升學生的綜合素質和實踐創新能力已成為高等教育的重要功能[1-3]。而實驗教學相對于理論教學更具直觀性、實踐性、綜合性和創新性，是培養學生動手能力和創造性思維能力的重要環節，是培養創新型人才的重要保證[4-9]，其中的綜合設計性實驗在培養學生綜合素質和創新能力等方面作用尤為突出。為實現這一目標，我們在一年級大學生的“大學化學實驗”中擬定了“粗鹽提純”綜合設計性實驗項目。本實驗綜合性強，內容涵蓋面廣，涉及多類型化學反應，如酸堿反應、沉淀反應等，且實驗步驟及實驗基本操作較多，有溶解、過濾、蒸發、濃縮、重結晶，還有產品的凈化、產品純度檢驗、產率計算及結果分析等，實驗過程的每一個環節、每一步驟等都是學生在實驗設計時及后續處理過程中要加以全面充分考慮的，而且不僅要做到知其然更要做到知其所以然(如pH值的控制、加熱火候的把握等)，只有這樣，才能真正把握實驗操作過程中的量和度。因此，綜合設計性實驗對實施素質教育具有重要意義，對全面提升學生的綜合素質和能力具有重要作用。

1 實驗過程

1.1 實驗原理

圖1 粗鹽提純實驗原理圖Fig.1 The experimental principle of raw salt purification

1.2 實驗用品

實驗儀器：電子天平，燒杯(100 mL)2個，量筒(10 mL，50 mL)各1個，蒸發皿，泥三角，石棉網，三腳架，坩堝鉗，酒精燈，普通漏斗，漏斗架，吸濾瓶，布氏漏斗，真空泵。

實驗藥品：BaCl2溶液(1 mol·L-1)，NaOH溶液(2 mol·L-1)，Na2CO3溶液(1 mol·L-1)，HCl溶液(2 mol·L-1)，(NH4)C2O4溶液(0.5 mol·L-1),鎂試劑。

實驗材料：pH試紙，濾紙。

1.3 實驗實施

利用所學基礎理論知識以及實驗室現有的儀器、材料和試劑，通過查資料和調研，自主設計實驗方案、獨立進行實驗裝置的安裝以及整個實驗過程的實施和控制(如果需要增加儀器、試劑，說明理由)。

須要完成以下實驗目標：

(1)通過對粗鹽進行提純制備出精鹽產品并計算其產率。

(2)對精鹽產品純度進行檢驗和分析。

2 本實驗的特點

2.1 學生自主設計實驗方案

學生根據擬定實驗項目的要求，積極查閱資料，結合所學理論知識，設計合理實驗方案，并在某些關鍵環節對擬采取的措施說明理由，做到有理有據，提交實驗教師審閱。

2.2 教師引導學生確立統一實驗方案

教師對學生提交的實驗設計方案進行認真審閱，在實驗實施之前對學生提交的實驗方案整體進行點評，特別是對共同存在的問題或是關鍵細節給予重點強調，并循循善誘，逐步引導學生完善出一個統一而且正確的實驗方案。在經歷了資料查閱、分析思考、設計實驗等過程，再加上教師深入細致的點評和引導，學生不但對實驗原理和過程理解深刻，并且能夠形成長期記憶，并內化成自身的素質。

2.3 使學生樹立產品質量和成本意識

本實驗中設計有產品純度檢驗和產率計算環節，初步使學生了解產品純度和質量間的關系，樹立起產品質量和產量意識；并根據目標產率和純度標準，要求學生對結果進行分析，查找總結成功和不足的原因；同時，在不同學生產品結果的比較中，會間接意識到成本的概念，為培養將來參加工作時一絲不茍、嚴謹工作的職業素養和工作態度打下良好基礎。

3 本實驗對學生素質及能力的提升作用

本實驗項目既具有一般綜合設計性實驗的共性，同時也具有自身的特點，因而它對學生能力和素養的作用及提升也具有其獨特性，具有較大的提升空間。

3.1 提升學生理論聯系實際、學以致用的能力

通過本實驗，促使學生把課堂上所學的理論知識進行系統性分析，并用于實際產品的制備；促使學生的學習境界提升，不再覺得所學知識只是空中樓閣，而是切切實實與我們的生活生產實際相聯系，增強學生學有所用和學以致用的能力，進一步激發學生學習興趣及學習的自覺性、主動性。

3.2 培養學生探索和創新能力

給定了原料和目標產物，如何實現他們之間的轉化？這不僅要求學生有扎實的理論基礎，還要有一定的創新精神。要勇于獨辟蹊徑，嘗試不同方法，或者在某一關鍵環節進行改進，或節約成本，或提高產率，或提升質量等，而每一種嘗試都是提升學生創新能力的階梯，這正是本實驗擬定的初衷。

3.3 培養學生的科學素養和人文素養

綜合設計實驗最重要一步就是學生對實驗方案的自主設計，它需要學生充分的資料查詢(信息檢索能力)、調研分析歸納、系統思維等才能完成，而這些正是科學研究的前提和基礎。而且，粗鹽提純實驗步驟較多，且一環緊扣一環，每一步稍有不慎，就會影響到產率和產品的純度，這就要求學生在實驗過程中必須樹立嚴謹的科學態度和一絲不茍的精神以及不怕失敗和愈挫愈勇的探索精神，在失敗和成功的經驗中成長。另一方面，實驗方案的設計、實驗過程的記錄、實驗結果的描述以及實驗報告的撰寫等用語是否準確、嚴謹、生動且易于理解，這正是文學素養的基本的需求，也正是大學教育所要追求的目標之一。

3.4 提升學生的團結協作意識

綜合設計性實驗是鍛煉和考核學生綜合分析應用能力的平臺，往往涉及多方面的知識、不同的操作需求等，為完成這一復雜的任務，學生之間必須以一定的形式組合起來，形成一個團隊，團隊成員既要根據分工各司其職，同時更要發揚團隊精神，學會與別人溝通交流，獻計獻策，凝心聚力，共同為達成目標而努力，這種團結協作意識的提升，既是科學精神提升的需要，也是人文素養提升的需要。

4 結 語

綜合設計性實驗的實際要義是學生在實驗教師擬定實驗項目前提下，自主查找資料、設計實驗方案并付諸實施；實驗教師主要負責學生實驗結果的評價，重點引導學生對實驗結果進行分析，揚長避短。對實驗成功的地方，如何進一步強化和拓展，實驗不足的地方，查找分析原因，如何避免類似問題再次出現。通過自我行動、自我分析和自我反思，實現創新性的獨立分析和解決實際問題。但到目前為止，由于各方面的原因，實驗教師顧慮較多，主要是對學生的能力信心不足，擔心如果對學生完全放開，完全自主，實驗結果難以預料，所以常常是先統一了實驗方案后再行實施，即學生的自主性、創造性及創新性并沒有得到充分的體現。這是實驗教師應該反思和改進之處，“問渠哪得清如許，為由源頭活水來”，教師不要擔心學生出錯，只有讓他們大膽地去嘗試，在實踐中去探求、去創新，才能充分發揮學生的創造力，才能真正跟上時代的脈搏，體會到在實驗中創新的意義。