无机化学实验教学改革的探索与实践

刘冬莲，刘 爽，张 宁，王 伟

（唐山师范学院 化学系，河北 唐山 063000）

化学是一门实验科学，无机化学实验又是化学系学生学习的第一门专业实验课程。它既对学生学习的无机化学理论知识进行验证，又在理论的指导下进行实践，开拓发展。它具有两个显著的特点：一是前置性，它是化学专业的第一门实验课；二是基础性，无机实验的基本操作和实验方法是各后续课程的基础。此外，考虑到师院学生将来成为中学教师的特点，无机化学实验显得更为重要。

1 目前无机化学实验课程存在的不完善之处

实验教学以二级学科划分。无机实验课本来是化学专业的一门必修课，有其自身的特点和规律，具有理论教学不可替代的作用。但多年来实验教学计划是根据理论课来设置的，其内容也完全成为理论课的附属内容。由于实验课的从属地位，在教学要求上低于理论课，使学生普遍存在重理论、轻实践的现象。目前的无机化学实验课程存在着一些不完善之处，主要体现在以下方面：

（1）实验教学模式单一。“先讲后做”是实验教学中传统又典型的教学模式，绝大部分实验是“照方抓药”式的，学生过于依赖课本，脱离书本便无所适从，遇到实际问题则茫然不知所措。这种单一的教学模式，“手把手教”的实验方式和方法，最多只能达到验证实验的目的，不利于学生科学实验能力的培养，更谈不上创新意识和综合能力的培养。

（2）实验内容知识体系比例不合理。以往的无机化学实验课中各类实验所占比例如表1所示。其中元素化学实验和部分原理实验属于验证性实验，约占无机实验内容总学时的43%。该类型实验占用了大量的学时，操作简单，而学生的实验基本操作技能和综合思维的训练却不足。

表1 无机化学实验课的实验比例

（3）实验教学内容重复。如“酸碱滴定”在无机、分析实验中重复安排；生成热的测定在无机和物化实验中重复。

众所周知，近几年我国高等教育的改革与发展取得了令人瞩目的成就，但是连续扩大招生数量的同时，也带来了生源层次不齐、质量下降等问题，对培养高质量人才提出了挑战。多年来实验教学计划是根据理论课来设置的，其内容也完全成为理论课的附属内容。由于实验课的从属地位，在教学要求上低于理论课，使学生普遍存在重理论、轻实践的现象。另外，无机化学实验教材上详细规定了实验目的、内容、所需仪器药品和实验步骤方法等内容，实验时学生根本不用思考，习惯于“照方抓药”。这在很大程度上抑制了学生创造力的发挥和养成，不利于学生创新能力的培养。

2 无机化学实验教学改革举措

2.1 改革教学内容，以化学实验基本操作和技能为主线培养和训练学生

由于中学实验条件的限制，大多数中学生是“听”或“看”实验，没有亲自动手进行实验操作的经验，更谈不上实验技能了。进入大学后，无机化学实验是开设的第一门实验课，学生进入实验室做实验，常感到手忙脚乱。因此无机化学实验课还要为中学化学补课。在实际教学时，我们按照教学大纲的要求并根据学生的具体情况对教学内容作了适当整合，如增加“仪器的认领、洗涤和干燥”及看实验教学录像的实验内容，因为许多仪器，如吸滤瓶、布氏漏斗和移液管仪器以及其它化学仪器的洗涤和干燥方法，学生中学里都没有学过或学得不牢，在大学里需要重新认识并在后面的实验中使用。

针对以往无机化学实验课程中验证性实验所占比例过大的情况，我们对实验教学内容进行了增减处理，减少了常数测定和元素性质实验的比例，增加了实验基本技能操作课时，加强训练，使学生规范、熟练地掌握有关基本技能，并在此基础上适当加大训练难度，增设了一些综合性设计性实验，如阴阳离子混合溶液的检验及植物中某些元素的鉴定实验（比例增加到了30%）。强化了基本操作训练，突出了无机化学实验的基础作用。从适应学科发展的角度出发，我们同时增加了无机物的提取与制备和设计实验的比例，我们要求学生从实验原理、实验技能、仪器选择、产品制备以及检验都作较详细的预先准备工作，并且对每一个学生自始至终进行成绩考核评定。这一部分的重点是培养训练学生的综合能力，运用理论知识指导实验的能力。实践证明，每次制备学生都能完成，为了得到所需的合格产品，有的学生甚至重作达三次之多。学生认为，虽然花费的时间较多，但收获很大，真正体会到大学实验课与中学的不同，对实验课的态度也由过去的被动式而转为自主式。

另外，进行教学时考虑到与理论课的连结问题，安排实验时，尽可能理论教学同步，让学生能够学以致用，使理论教学实验教学相互促进。

2.2 改革教学形式和方法

2.2.1 增加实验预习检查评分

实验前是否认真预习，是实验能否获得良好效果的关键。实践证明，只有预习充分，对实验的目的要求明确，对实验原理、操作步骤及注意事项有全面的了解，学生实验时才能顺利地做好实验。为了使学生养成课前先预习的习惯，减少实验过程中的盲目性，我们在教学中采取了两项措施：一是要求学生每次实验前要写预习报告，课前检查，对不预习的学生，不让其进实验室，预习好了再做实验；二是在教学过程中，根据实验内容，有针对性地提出一些问题，对学生预习情况进行考评，记录平时成绩，有效减少学生课堂“照方抓药”的情况。

2.2.2 精讲多练，加强课间的巡视指导

每次实验，教师仅作适当的讲解，对实验原理、仪器使用和实验装置等作扼要讲解或提问学生，着重讲述实验的成败关键和注意事项，每次讲课一般不超过30分钟，让学生有更多练习时间，从而加强学生实际操作技能的训练。同时，在涉及实验安全和关键处，教师作必要的示范，培养学生的观察能力，降低学生的畏惧心理，提高学生对实验成功的信心。

实验基本操作规范化是实验成功和实验安全的保障，是顺利完成师范学业和日后从事化学教学工作的可靠基础。老师在简要地讲解了实验内容并作必要的示范后，还要在实验的过程中对学生进行随机的指导，并且这种指导要有计划性和针对性。若发现操作中有共性的错误并影响到实验结果时，教师要及时通知学生暂停操作，指出错误的地方并向学生正确示范，确保实验任务的顺利完成，以培养学生严谨认真的工作态度。对有危险性或有毒的实验，教师更要监督，以免出现安全事故。

积极探索元素化学实验教学改革。目前所用实验教材写得过细，且实验课教师讲得过多，给学生“照方抓药”提供了极大的方便，加上教师希望学生一次做好实验，“只许”成功“不许”失败，学生实验时只能忙于应付，满足于看到现象写出反应式，而对于实验本身的问题（如药品用量、浓度、反应条件、异常现象）则没有认真考虑。为了有好的预习及实验效果，培养学生以科研性、探索性态度对待元素化学实验，我们从2007-2008学年第二学期开始元素性质实验不再允许学生带实验课本进实验室，改变“先讲后做”的教学模式，加强预习环节，由学生先在规定时间内完成实验，然后教师提问总结。在完成当天的实验课内容后，支持和鼓励学生按照自己的想法和问题进行有关实验，不论学生提出的问题正确与否，只要条件允许，教师就支持学生通过实验来验证自己的想法。

2.2.3 加强绿色化学教学，推广微型化学实验

绿色化学是近年来才被人们认识和开展研究的一门新兴学科，是针对传统化学化工的资源利用率低、环境污染严重提出的[1]，用绿色化学的新理念对化学实验进行改革，正逐渐成为化学工作者的共识[2,3]。绿色化学实验教学主张使用绿色化学技术对生态环境破坏最少、经济效益和社会效益有机统一、尽量减少教学活动对教学资源的浪费，将教学对环境的污染降到最低。无机化学实验尤其是元素化学实验所需试剂药品种类多，废液多，将绿色化学理念融入其中，实现无机化学实验绿色化，不仅能节约大量实验试剂药品，降低实验成本，而且使学生一开始就在潜移默化中受到绿色化学的教育，这对培养学生科学的环境观、资源观，提高他们的环保紧迫感和责任感，树立绿色化学的意识都有相当重要的意义。

比如，无机化学实验中沉淀溶解平衡实验中沉淀组分的形态变化使沉淀溶解实验，沉淀离子及沉淀剂大部分使用的是Pb(NO3)2和K2CrO4。采用这些沉淀离子及沉淀剂虽然现象比较明显，但是，Pb、Cr是有毒重金属，实验废弃物排放到水中，会对水资源造成严重污染。所以将其删除只保留CuSO4与 S2-的实验，同样达到了实验目的，而且减少了有毒物质的使用和排放，实现了无机化学实验的绿色化。

回收利用实验产物是实现无级化学实验绿色化的一个途径，如硫酸亚铁铵的制备，实验产物是硫酸亚铁铵，如果将它废弃，不仅污染环境，而且是一种浪费。实际教学中，先开设了硫酸亚铁铵的制备，并将实验产物回收保存，然后用作三草酸合铁酸钾的合成原料，这样的结果是不仅节约了实验药品，而且减少了实验废弃物的排放量，实现了无机化学实验的绿色化。

“尽可能小剂量实验”[4]是指实验者为达到一定的实验目的，在可能的实验条件下采用尽可能少的化学试剂进行的实验。如试管实验用尽可能少的试剂来进行实验（一般3~5滴液体试剂），在化学反应速率和活化能的测定实验中，我们将试剂用量改为常规的1/10、1/4、1/2。为便于比较，同时安排部分学生仍按原来常规量方法进行实验，实验结果与常规实验结果相符，用较少的实验经费完成了实验教学，达到了实验目的。

2.2.4 增加实验结果的检查和仪器整理

我们规定，学生做完实验，要实事求是地记录现象和有关数据。同时，有关实验记录交教师签字后，方可离开实验室。若发现数据不合要求，或有异常现象时，及时引导学生进行误差分析。实验课结束后，要求学生首先整理好自己的仪器和实验台，再把公用的实验用品整理归位。长期要求不仅使学生养成良好的实验习惯，而且也学会实验室的一般管理和仪器、药品分类保管和存放等知识。

2.2.5 开放实验室，开展课外探究性实验，加强综合设计能力

开放化学实验室也是当代高校实验的一个趋向。化学实验室的开放性要求实验尽量拓宽教学空间、寻找多种信息来源和开展创作性的科技活动。开放化学实验室的主要目标，不但更加注重学生学习的主动性、生动性和活泼性，挖掘学生的潜能，同时培养学生学习化学的积极态度，培养学生学习能力、探索能力、创新能力和合作能力，全面提高学生的素质。

在目前的管理和教学体制下完全开放实验室还不可能，但是部分开放实验室则不仅必要而且是可以做到的。如让学生补做失败的实验，学生自己设计实验验证学过的一些化学现象，甚至为自己的小论文做几个实验，等等。我们从2007- 2008学年第二学期开放了实验室，让学生自己设计实验方案并有指导教师审核后进入实验室进行试验，实验完成后提交小论文，如含银废液中银的回收，固体酒精的制备、海带中碘的鉴定及提取等实验。开放实验室能够为学生自觉学习提供更广阔的天地，提高学生分析问题、解决问题的能力。

2.3 严格成绩考核

实验是一门实践性很强的学科，它要求学生既掌握一定的基本操作技能，又要有一定的观察、分析、解决问题的能力和勤于思考的习惯，所有这些决定了无机化学实验有其独特的灵活的考试方法。为了全面、客观、公正地反映学生的学习情况，实验成绩由平时成绩、实验考试成绩和实验操作考试成绩组成，总成绩（以100分计）中平时成绩占50%，实验考试占25%，实验操作考试占25%。平时实验成绩主要由预习报告、出勤率、实验态度、实验操作规范、实验成功率以及实验报告的优劣等内容组成。实验操作考核主要是检查学生动手操作能力以及分析实验现象解决实际问题等，由教师设计几套多种形式的实验试题，让学生在规定时间内独立完成操作，并当场交出实验报告。最后根据操作是否规范、实验结果是否正确两个方面综合评分。

通过几个学期的教学改革与实践探索，学生对该实验课的学习积极性显著提高，学生由被动接受实验任务向积极参与实验，认真分析设计实验，独立完成自己选定的实验转变，责任感也显著增强，学生的实验素养明显提高。