基礎(chǔ)化學實驗素材庫的建設(shè)與實踐

王自軍 劉敏敏 郭文

摘? 要? 傳統(tǒng)的化學實驗教學模式大多采用課前預(yù)習、課堂講授與演示、學生操作、實驗報告的模式，忽視了對學生自主學習能力和綜合實驗素養(yǎng)的培養(yǎng)。為提高學生學習積極性和效率，提升大學化學實驗課程的教學質(zhì)量，探索建立了大學化學實驗素材庫，將實驗過程中的基本操作、顏色變化、儀器設(shè)備等基本知識簡單化和形象化，便于學生自主學習能力的培養(yǎng)和后續(xù)課程的學習，取得了良好的實驗教學效果。

關(guān)鍵詞? 基礎(chǔ)化學實驗；素材庫；教學改革；微課

中圖分類號：G642.423? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）13-0054-04

0? 引言

基礎(chǔ)化學實驗課是高等學校眾多學科專業(yè)開設(shè)的一門重要的必修基礎(chǔ)實踐課程，涉及的學科專業(yè)有生物、農(nóng)學、動醫(yī)、食品等。通過對基礎(chǔ)化學實驗系列課程（無機化學實驗、有機化學實驗、分析化學實驗）的學習，學生需要掌握化學實驗的基本操作技能，具有對實驗數(shù)據(jù)、信息進行加工分析并獲得合理有效結(jié)論的能力；能夠通過實驗驗證所學的化學概念和原理，加深和鞏固對所學化學原理的理解，為后續(xù)課程學習和開展科學研究夯實基礎(chǔ)；提高分析、解決日常生活中涉及的有關(guān)化學問題的綜合能力；培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、科學的安全環(huán)保意識和高尚的愛國主義情懷。這些課程對學生樹立積極向上的世界觀、人生觀、價值觀具有正面的積極引導(dǎo)教育作用。

1? 大學基礎(chǔ)化學實驗教學現(xiàn)狀

多年來部分中學為了提高升學率或因教學經(jīng)費不足，對中學化學課程采取重理論，輕實驗的教學模式，造成的結(jié)果就是：大部分學生化學理論與實踐脫節(jié)，理論知識過硬，但是動手能力差，缺乏基本的實驗素養(yǎng)和安全環(huán)保意識；進入大學以后，難以適應(yīng)大學化學實驗對基本實驗素養(yǎng)和動手能力的要求[1]。

大學基礎(chǔ)化學實驗課程涉及的學科、專業(yè)和學生眾多，而且都是通識類公共課程。目前各高校使用的基礎(chǔ)化學實驗教材大多相同，但由于實驗條件有限、學生實驗基礎(chǔ)參差不齊，開設(shè)的實驗內(nèi)容不盡相同，從而造成課程目標不能完全達成，實驗教學效果不理想，直接影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量。從2019年開始，石河子大學無機化學實驗教學研究團隊對基礎(chǔ)化學實驗課程進行了教學改革。筆者所在團隊對實驗全程的教學模式進行了改革，使之具有可操作性，同時豐富了網(wǎng)上學習資源，便于學生課前預(yù)習，課后復(fù)習鞏固，同時也利于提高學生的學習興趣和主動性。我們對實驗進行分解，為基本操作、實驗現(xiàn)象變化、實驗儀器使用等基礎(chǔ)知識學習構(gòu)建了大學化學實驗素材庫，并上傳網(wǎng)絡(luò)教學平臺，所有學習大學化學實驗課程的學生均可以上網(wǎng)學習。該項目的實施，提高了學生的學習主動性和實驗效果，取得了良好的教學效果。

目前，高校基礎(chǔ)化學實驗采用的教學流程一般是：學生預(yù)習—教師講授—教師演示—學生操作—學生提交實驗報告。傳統(tǒng)的教學方法存在以下弊端。

首先，課前預(yù)習效果不好，往往流于形式。實驗教學中雖然要求學生課前預(yù)習，但由于教材中相關(guān)的實驗裝置圖、儀器圖一般較為抽象，僅憑借實驗教材上有限的白紙黑字，很難激發(fā)學生的學習興趣。學生只能照搬書本，粗略了解整個實驗流程，很多學生被動聽課，被動完成整個實驗，實驗課堂教學效果較差，再加上缺乏可操作性的預(yù)習監(jiān)督制度，很難達到預(yù)習的目的。其次，實驗基本操作需要反復(fù)訓練才能掌握，由于課堂學時所限，教師只能壓縮講授時間、學生互動時間和技能訓練時間，因此，學生難以在短時間內(nèi)熟練掌握實驗的操作要領(lǐng)。再加上基礎(chǔ)化學實驗課程知識點零碎，前后無邏輯關(guān)系，學生容易忽略操作重點環(huán)節(jié)，而且這些內(nèi)容在實驗教材中也沒有詳盡的講解，只靠教師課上講解和演示，學生在短時間內(nèi)掌握起來十分困難。如小型精密實驗儀器酸度計、電子天平、分光光度計等，實驗中雖然教師反復(fù)強調(diào)使用注意事項，但學生在短時間內(nèi)還是難以掌握使用方法，偶有失誤操作不但會影響實驗結(jié)果的可靠性還會影響儀器的使用壽命，再加上有些儀器設(shè)備在基礎(chǔ)化學實驗課程中只使用一次，因此，僅靠時間有限的實驗課堂學習難以達到實驗?zāi)繕恕Ｗ詈螅瑢嶒烅椖啃再|(zhì)單一，基礎(chǔ)化學實驗的項目多為基本技能訓練性和驗證性項目，而提高學生分析問題能力、解決問題能力和創(chuàng)新能力的設(shè)計性綜合實驗較少，難以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和綜合能力[2-3]。

近年來，出現(xiàn)了很多基礎(chǔ)化學實驗課程網(wǎng)上資源，如教材配套的電子資源、大學化學實驗MOOC、大學化學實驗微課等，學生可以借助電腦和手機充分利用這些網(wǎng)上資源進行學習；但是每個學校具體條件不同，各高校均根據(jù)自身的實驗條件對實驗內(nèi)容進行了調(diào)整，所以無法完全利用網(wǎng)上電子資源，而且網(wǎng)上電子資源都是完整的實驗流程，各學校的實驗室無法完全具備網(wǎng)上資源的實驗開設(shè)條件，同時各學校實驗室所用設(shè)備儀器型號也不完全相同，無法照搬用到各學校的化學實驗教學中[4]。因此，有選擇性地找到適合各自學校的大學化學實驗網(wǎng)上資源相對較難。

針對上述問題，為了達到更好地培養(yǎng)學生動手能力、創(chuàng)新能力和實驗素養(yǎng)的目的，有必要對基礎(chǔ)化學實驗教學進行改革。首先我們對實驗報告的結(jié)構(gòu)和組成進行了改革，將原來實驗報告就給出一個分數(shù)，改成了現(xiàn)在的分幾項分別打分，實現(xiàn)了實驗全程監(jiān)控和考核。實驗總評成績由4部分組成，分別為預(yù)習成績（20%）、實驗操作成績（40%～60%）（實驗不同占比不同）、實驗報告成績（15%～35%）（實驗不同占比不同）和安全環(huán)保意識（5%）。針對學生課前預(yù)習和課后復(fù)習鞏固缺少相應(yīng)的實驗電子資源的情況，我們建立了基礎(chǔ)化學實驗素材庫，較好地將大學實驗課前預(yù)習和課后復(fù)習鞏固形象化地呈現(xiàn)，將抽象變?yōu)樾蜗螅瑢⒉僮骷寄苡柧毢头治鰡栴}、解決問題能力的培養(yǎng)相結(jié)合，使學生具有了一定的創(chuàng)新意識及獨立解決問題的能力。

2? 基礎(chǔ)化學實驗素材庫的建設(shè)

石河子大學基礎(chǔ)化學實驗課程主要面向大學一年級本科生，涉及農(nóng)學院、動物科技學院、食品學院、生命科學學院等，學生人數(shù)眾多，每年上課班級總數(shù)超過100個，人數(shù)超過4 000人。該課程直接影響各專業(yè)學生后續(xù)課程的學習，創(chuàng)新能力和安全環(huán)保意識的培養(yǎng)。該課程包括無機化學實驗、分析化學實驗和有機化學實驗三部分內(nèi)容。素材庫的建設(shè)首先是對實驗進行單元分解，找出基本操作共性，然后分門別類建立素材庫，分別是基本操作微課素材庫、儀器設(shè)備微課素材庫和實驗過程現(xiàn)象圖片素材庫，最后上傳網(wǎng)絡(luò)教學平臺。

2.1? 基本操作微課素材庫建設(shè)

大學化學實驗涵蓋很多基本操作，如滴定操作、減壓過濾、濃縮等，這些基本操作在各種化學實驗中都會用到，其操作規(guī)范是我們教學的基本要求，也是培養(yǎng)學生實驗操作技能，達到對實驗數(shù)據(jù)信息進行分析并獲得合理有效結(jié)論這一課程目標的前提。一個基礎(chǔ)化學實驗包括很多基本操作環(huán)節(jié)，可在不同實驗中找出共同的操作單元，對這些相同的基本操作單元制作微課，建立基本操作微課素材庫，便于學生課前預(yù)習、課后復(fù)習和鞏固。例如，粗食鹽的提純是無機化學實驗中較經(jīng)典的一個實驗，該實驗最重要的一個教學目的就是通過該實驗讓學生掌握溶解、過濾、蒸發(fā)、結(jié)晶、干燥等基本操作。我們將該實驗涉及的操作技能分解成四個基本操作單元，分別為常壓過濾、減壓過濾、濃縮和重結(jié)晶，然后對這四部分操作錄制微課，也可錄制學生的規(guī)范操作，當學生看素材庫視頻預(yù)習時會有親近感和接受感，和教材上的黑白文字描述或圖片相比，學生更感興趣。經(jīng)預(yù)習后，很多學生在實驗課堂上就能正確規(guī)范地進行該操作，起到事半功倍的效果。有了基本操作微課素材庫，學生就可以提前利用這些微課資源進行預(yù)習和課后復(fù)習，做到實驗前就對整個實驗過程心中有數(shù)，知道什么樣的操作才算是規(guī)范操作，這樣不僅極大地提高了學生實驗預(yù)習的興趣和課堂教學的效果，而且大大節(jié)約了課堂教學時間。基本操作微課數(shù)據(jù)庫可以使基本操作技能生動化、親近化，對于提高學生操作技能水平和后續(xù)復(fù)雜操作的學習有著積極的引導(dǎo)作用[5-6]。

2.2? 儀器設(shè)備微課素材庫建設(shè)

在多年的實驗教學中，每個班約50%～70%的學生沒有真正進過化學實驗室，沒有單人單組做過實驗，基本都是觀看演示實驗，而且數(shù)量有限，導(dǎo)致在大學化學實驗中出現(xiàn)不知道最基本的實驗儀器名稱等問題，如在配制某一溶液時，有部分學生量筒、移液管不分，還有學生不知道洗耳球的用途，用洗耳球直接移取溶液，等等。

儀器設(shè)備的正確使用和規(guī)范操作也是大學化學實驗一個重要的教學目標。學生可通過儀器設(shè)備驗證化學原理和獲得可靠實驗結(jié)論，進一步掌握測定化學原理的一般方法和處理實驗數(shù)據(jù)的方法。通常很多儀器設(shè)備不是每個實驗都在使用，經(jīng)常是一個實驗就使用一次，如可見光分光光度計等在整個基礎(chǔ)化學實驗中使用的頻率較低，而一次實驗想要完全掌握這些儀器設(shè)備的使用方法和注意事項實在是很難的。

筆者將實驗中常見的儀器設(shè)備拍成圖片，制作復(fù)雜儀器設(shè)備的使用流程微課，建立儀器設(shè)備微課素材庫。該數(shù)據(jù)庫由各個基礎(chǔ)實驗器皿、設(shè)備的微課組成，其中包含容量瓶、移液管、電子天平等基本化學儀器設(shè)備。每個微課對其器皿圖片建立索引，只要點擊相應(yīng)器皿的圖片就能連接到微課。打開素材庫，點擊燒杯的圖片，學生就能看到燒杯在溶液配制、加熱等實驗環(huán)節(jié)的使用視頻及有關(guān)燒杯的使用注意事項等，整個素材庫由這些小單元組合而成。當學生要預(yù)習某一實驗時，可以提前學習這一實驗項目所涉及的器皿、設(shè)備的知識，對所準備做的實驗做好完善的知識儲備。如學生預(yù)習時看到素材庫中酸度計和可見光分光光度計圖片時就會清楚地知道儀器的各個按鍵及其功能，這比教材上純粹的文字敘述更形象化和更直觀化。通過對素材庫中各個微課的學習，學生可以根據(jù)各個實驗器皿、設(shè)備的特點，結(jié)合自己的實驗體會，對所做的實驗提出創(chuàng)新性的改進，或根據(jù)自己的需求設(shè)計新型實驗，從而提高創(chuàng)新意識。

一個完善詳盡的基礎(chǔ)化學實驗儀器設(shè)備微課素材庫可以把具體儀器抽象的概念、使用注意事項等內(nèi)容直觀化具體化，對于培養(yǎng)學生的學習興趣和實驗創(chuàng)新意識起到非常重要的作用。

2.3? 實驗過程現(xiàn)象圖片素材庫建設(shè)

化學實驗過程會出現(xiàn)各種特征顏色的變化，這些顏色變化往往反映著實驗的具體過程和成敗，這是我們判斷實驗進展的標志，因此，對顏色的判斷嚴重影響著結(jié)論的準確性和實驗的成功率。

一些學生由于在高中階段很少做化學實驗，對顏色變化沒有直觀的感受，對亮藍色、亮黃色、酒紅色等顏色辨識不清，停留在抽象的概念上，所以其實驗常常效果不理想或失敗。在實驗過程中采集各種顏色圖片，如亮黃色、亮藍色、酒紅色、橙色、橙黃、橙紅，建立素材庫，有利于學生在實驗中自我評價，從而判斷實驗的進程及其最終結(jié)果。

比如在醋酸亞鉻的制備實驗中有三個顯著的顏色變化，分別是綠色、亮藍色和紅棕色。在無氧條件下，如果反應(yīng)液出現(xiàn)亮藍色，說明三價鉻被完全還原成二價鉻，綠色說明三價鉻部分被還原成二價鉻，當反應(yīng)液的顏色從綠色變?yōu)榱了{色就說明反應(yīng)完全，可以停止反應(yīng)。將反應(yīng)液在還原氣體氫氣的作用下壓入醋酸鹽溶液中，生成紅棕色的醋酸亞鉻。我們可以建立這個實驗的顏色圖片素材庫，把實驗過程顏色變化由抽象變?yōu)橹庇^，以提高學生的實驗成功率和實驗教學效果[7]。

3? 建立基礎(chǔ)化學實驗素材庫的必要性

大學基礎(chǔ)化學實驗涉及的學生、專業(yè)眾多，很多學生實驗基礎(chǔ)差，實驗動手能力欠缺。而基礎(chǔ)化學實驗課程的教學質(zhì)量對課程目標的達成、學生后續(xù)課程的學習、實驗素養(yǎng)的養(yǎng)成和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用。

通過建設(shè)大學化學實驗素材庫，可以讓學生對化學實驗中用到的操作技能、儀器設(shè)備，以及反應(yīng)的顏色建立立體思維，熟悉每個實驗的基本操作和流程，為實驗學習打好堅實的基礎(chǔ)。

對于學生而言，在素材庫看到的圖片和視頻就是自己實驗中要用到的，因此可以學以致用，可以增強學習的主動性和學習興趣。優(yōu)質(zhì)的素材庫資源節(jié)省了搜索資料的時間，在充分預(yù)習之后，學生更有可能充分發(fā)揮自己的思考能力和創(chuàng)造能力參與到互動中。

對于教師而言，制作微課可以對重要的實驗步驟或現(xiàn)象采用局部放大策略，對實驗過程和實驗儀器進行不同角度的展示，而且基本儀器的操作規(guī)程也可以放到微課中供學生預(yù)習使用，節(jié)省課堂講解的時間。此外教師間通過交流微課成果也能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享。

對于教學活動而言，可以壓縮實驗課堂講授的時間，評定學生成績時可以有更多參考依據(jù)，比如可以適當加大實驗預(yù)習成績占比。教學過程中可以在課堂上設(shè)置學生講解環(huán)節(jié)、增加提問環(huán)節(jié)，讓學生對實驗原理、實驗步驟、關(guān)鍵操作有更熟練的把握，與此同時規(guī)范自身的操作技能。

基礎(chǔ)化學實驗素材庫的建設(shè)是對課堂教學的有效補充，不但可以大大提高基礎(chǔ)化學實驗教學的課堂效率，還可以使學生在學習中變得更積極主動，更好地培養(yǎng)學生的操作技能和創(chuàng)新意識，同時授課教師的能動性和創(chuàng)造性得到充分的發(fā)揮，使教學過程更加符合學習規(guī)律，有利于推進基礎(chǔ)化學實驗課程的教學改革。

4? 建立基礎(chǔ)化學實驗素材庫的意義

在專業(yè)認證、金課和各類一流課程建設(shè)的大背景下，在OBE教育理念指引和新一輪教育教學改革浪潮下，實踐教學改革的重要性日益突出，它對人才創(chuàng)新意識的培養(yǎng)起著其他課程無法替代的作用。基礎(chǔ)化學實驗的教學改革從未停止過，也不會停止。該課程對涉化類專業(yè)的人才培養(yǎng)、專業(yè)認證和學生安全環(huán)保意識的提高起著舉足輕重的作用。

建立基礎(chǔ)化學實驗素材庫是大學化學實驗教學改革的一部分，也是一個新的教育教學改革方向，它在一定程度上改變了傳統(tǒng)實驗類課程的教學模式，突出特點就是提供了學生自主學習資源，提高了學生的學習興趣。其將教學過程中抽象的教學內(nèi)容直觀化、形象化和便利化，便于課程目標的達成，可以提高化學實驗類課程的教學質(zhì)量，對于其他學科（如數(shù)學、物理）的實驗類課程來說，具有一定的借鑒意義。

5? 參考文獻

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