導(dǎo)語：無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程探索一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是化學(xué)本科生的必修實(shí)驗(yàn)課，在本科生科研能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)中有著極其重要的作用。通過對課程內(nèi)容、教學(xué)形式和開放模式進(jìn)行改革探索，除加強(qiáng)基本操作和基本技能訓(xùn)練外，通過綜合性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和開放實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑瑔⒌蠈W(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新激情，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探索精神。

關(guān)鍵詞:無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新能力培養(yǎng);基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

錢偉長曾經(jīng)說過：教學(xué)沒有科研作為底蘊(yùn)，就是一種沒有觀點(diǎn)的教育，沒有靈魂的教育。可見教學(xué)與科研之間的重要相互作用。目前，在國外很多高校，對于剛進(jìn)入大學(xué)校門的學(xué)生就配備導(dǎo)師指導(dǎo)他們進(jìn)行一些簡單的科研活動(dòng)，并有針對性地進(jìn)行科研訓(xùn)練，從而使得他們盡快熟悉科學(xué)研究方法，并從中培養(yǎng)他們的科研能力。新世紀(jì)以來，國內(nèi)多數(shù)高校特別是研究型大學(xué)也逐漸意識(shí)到本科生科研能力培養(yǎng)的重要性，通過各種途徑鼓勵(lì)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究與改革，創(chuàng)建各種平臺(tái)以培養(yǎng)本科生的科研素養(yǎng)。化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，隨著學(xué)科的發(fā)展和對人才要求的提升，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅僅培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能，更是從大學(xué)初期，就要培養(yǎng)學(xué)生的基本科研技能和創(chuàng)新科研素養(yǎng)［1－4］。“無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程屬于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，國內(nèi)外高校一般都在大學(xué)一年級開設(shè)，開設(shè)時(shí)間為一學(xué)年。它以無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)為理論基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的課程內(nèi)容通常以基本操作、無機(jī)合成提純、定量檢測為主，目的在于培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)操作技能，并進(jìn)行系統(tǒng)的理論與實(shí)踐相結(jié)合的訓(xùn)練。無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)對高校理工科很多專業(yè)的學(xué)生來說都是一門重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，是后續(xù)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的必備基礎(chǔ)，為后續(xù)科研的開展提供了基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常為“教師講解，學(xué)生模仿”的模式進(jìn)行，在這種傳統(tǒng)教學(xué)模式下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)變?yōu)檎辗阶ニ帲鲆暳藢W(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，缺乏趣味性和探究性，對學(xué)生自主學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力的提升難以起到較好的作用［5－8］。尤其是拔尖學(xué)生培養(yǎng)方面，雖然相比較其他學(xué)生在教學(xué)內(nèi)容方面進(jìn)行了一些改革和探索，但依然沒有達(dá)到理想的效果。根據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020）》相關(guān)要求，為了更好地完善“創(chuàng)新人才培養(yǎng)體制”“提升科學(xué)研究水平”以提升學(xué)生科研素養(yǎng)，國內(nèi)高校在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系方面進(jìn)行了探索和實(shí)踐，主要改革方向包括：（1）通過建立新的教學(xué)理念，滲透綠色化學(xué)概念，課堂主體由教師向?qū)W生轉(zhuǎn)移［9－10］。（2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新優(yōu)化，減少單一性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加連續(xù)性綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并根據(jù)目前國內(nèi)外科研熱點(diǎn)，增加相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容［11］。（3）課程形式多樣化，增加課前課后討論環(huán)節(jié)，經(jīng)驗(yàn)分享，資源共享［12］。通過國內(nèi)高校眾多教育工作者多年的探索和實(shí)踐，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在提升學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、科研素養(yǎng)方面起到了一定的積極效果。但是目前國內(nèi)高校在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)階段，主要還是采取定點(diǎn)定時(shí)開設(shè)方式，比較少見采取學(xué)生自由選擇時(shí)間和課題、項(xiàng)目開放的實(shí)驗(yàn)形式和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。借鑒國內(nèi)外高校經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我們自身特點(diǎn)，近年來，對無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容、開設(shè)形式等進(jìn)行了改革和探索，以期對基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供參考和經(jīng)驗(yàn)。下面以無機(jī)及分析實(shí)驗(yàn)過程中常開設(shè)課程“五水硫酸銅的制備及分析為例”加以說明。

1實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容調(diào)整

近幾年我們在教學(xué)內(nèi)容、教材建設(shè)等方面進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究與改革，力求使課程達(dá)到“夯實(shí)基礎(chǔ)、注重綜合、強(qiáng)化設(shè)計(jì)、旨在創(chuàng)新”的要求。課程內(nèi)容設(shè)置按照基本操作、綜合實(shí)驗(yàn)、自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)3個(gè)層次進(jìn)行調(diào)整。其中基本操作實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要是夯實(shí)基礎(chǔ)、規(guī)范操作，即加強(qiáng)基本知識(shí)、基本技術(shù)和基本技能的訓(xùn)練，占總學(xué)時(shí)的40％左右；綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目使學(xué)生通過無機(jī)化合物的合成、提純、分析鑒定和性能研究得到較系統(tǒng)的科學(xué)研究訓(xùn)練，此部分占總學(xué)時(shí)的45％左右。在五水硫酸銅的制備與分析實(shí)驗(yàn)中，我們將五水硫酸銅的制備和分析實(shí)驗(yàn)整合為一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)課本給了常見制備及分析方法，要求學(xué)生通過分析自己制備的樣品，以探討實(shí)驗(yàn)條件對實(shí)驗(yàn)純度及產(chǎn)量的影響。除此之外，我們增加了自行設(shè)計(jì)部分———五水硫酸銅的單晶培養(yǎng)，學(xué)生通過查閱資料運(yùn)用已有的知識(shí)、技術(shù)和技能，設(shè)計(jì)切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行單晶培養(yǎng)。通過綜合實(shí)驗(yàn)和自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的相關(guān)訓(xùn)練，培養(yǎng)了對學(xué)生查閱資料、分析、解決問題等實(shí)際工作能力，又注重了因材施教，發(fā)展和張揚(yáng)不同層次學(xué)生的個(gè)性，把實(shí)驗(yàn)課作為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要場所。不僅要使學(xué)生“會(huì)做”而且更要使學(xué)生“會(huì)想”。為后續(xù)的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)和開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

2教學(xué)形式改革

通過操作錄像觀摩、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等探索，在教學(xué)方法、教學(xué)形式上進(jìn)行了較大的研究與改進(jìn)，取得了良好的效果。2．1教學(xué)共享資源建設(shè)充分利用無機(jī)及分析化學(xué)資源共享課的公共資源，首先要求學(xué)生課前先預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，之后通過資源共享課進(jìn)行在線學(xué)習(xí)，瀏覽本次實(shí)驗(yàn)課課程要求和難點(diǎn)，并仔細(xì)觀看基本操作錄像和授課錄像。然后將理解后的實(shí)驗(yàn)步驟總結(jié)歸納于預(yù)習(xí)本上。上課時(shí)授課教師會(huì)針對相應(yīng)問題詳細(xì)解答，并演示相應(yīng)操作。之后學(xué)生可反復(fù)觀看基本操作錄像和授課錄像加深印象。在五水硫酸銅制備中，學(xué)生通過課前預(yù)習(xí)及在線學(xué)習(xí)，了解基本操作“趁熱抽濾”，因而減少了因操作不熟練導(dǎo)致產(chǎn)量過少的現(xiàn)象。2．2虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)結(jié)合分子模擬相關(guān)軟件對部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行延伸。分子模擬實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)的宏觀實(shí)驗(yàn)相比是微觀上的實(shí)驗(yàn)，能幫助學(xué)生在分子層次上理解化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)性能關(guān)系、動(dòng)力學(xué)機(jī)制和反應(yīng)特性。學(xué)生結(jié)合常用分子模擬軟件MaterialsStudio軟件，通過查閱相關(guān)手冊，獲得五水硫酸銅晶胞的相關(guān)信息后，將五水硫酸銅單晶結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建（圖1），并通過該軟件相關(guān)功能對五水硫酸銅單晶進(jìn)行解析。通過這個(gè)學(xué)習(xí)過程，學(xué)生可以從分子水平上了解五水硫酸銅的單晶結(jié)構(gòu)，從而加深了對配位鍵和氫鍵的理解。

3開放模式探索

學(xué)生利用五水硫酸銅制備的產(chǎn)品，進(jìn)行“五水硫酸銅單晶的培養(yǎng)和生長及分析研究”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生自由組合成2～3人的探究小組，通過查閱文獻(xiàn)，制訂切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)室在此期間全天對學(xué)生們開放，學(xué)生們利用課余時(shí)間摸索條件進(jìn)行單晶培養(yǎng)。在此過程中，學(xué)生不定期開設(shè)小組專題研討會(huì)，交流探討實(shí)驗(yàn)中遇到的問題與解決方案等，交流成功經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)失敗教訓(xùn)，共同分享得失，最后以實(shí)驗(yàn)小組為單位提交科技論文形式的報(bào)告。在此過程中，教師會(huì)組織學(xué)生選擇單晶培養(yǎng)較好的樣品進(jìn)行熱重分析，通過熱重分析圖譜，并對照分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果，了解五水硫酸銅失水情況，并分析原因。綜上所述，在五水硫酸銅制備和分析實(shí)驗(yàn)中，我們不僅包括了傳統(tǒng)的制備及分析實(shí)驗(yàn)，還根據(jù)五水硫酸銅的特點(diǎn)，開設(shè)了開放實(shí)驗(yàn)———五水硫酸銅單晶的培養(yǎng)和生長及分析研究。整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容既包含物質(zhì)的合成、提純，也包含物質(zhì)組成、單晶培養(yǎng)、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的研究與測定。這種方式不僅系統(tǒng)地鍛煉了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，也拓寬了學(xué)生的研究思路，增強(qiáng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，大大提高了學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識(shí)分析問題和解決問題的能力；還可以因材施教，學(xué)科交叉，發(fā)展不同層次學(xué)生的個(gè)性，使學(xué)生“會(huì)做”更要“會(huì)想”，做到了自我教育、自我學(xué)習(xí)、共同努力、共同進(jìn)步；同時(shí)也強(qiáng)烈地激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣與熱情，效果良好，受到了學(xué)生極大的好評與歡迎。這類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)無論在內(nèi)容還是形式上都不多見。其中，中大型儀器的使用和實(shí)驗(yàn)室定期對學(xué)生開放，在大一化學(xué)實(shí)驗(yàn)課中屬首次嘗試。

4小結(jié)

經(jīng)過近幾年的探索，無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程堅(jiān)持“夯實(shí)基礎(chǔ)、注重綜合、強(qiáng)化設(shè)計(jì)、旨在創(chuàng)新”的教學(xué)指導(dǎo)思想，加強(qiáng)了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)形式的研究與改革，除加強(qiáng)基本操作和基本技能訓(xùn)練外，通過綜合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和開放實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生營造寬松和諧的創(chuàng)新氛圍，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情，尊重學(xué)生的主體性和主動(dòng)精神，注重開發(fā)學(xué)生的智慧潛能以形成健全的個(gè)性，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新激情，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探索精神。最終使學(xué)生具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、扎實(shí)的基本技能和敏捷的創(chuàng)新思維，為后續(xù)其他基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)和開放創(chuàng)新研究以及畢業(yè)論文研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該課程目前得到了國內(nèi)許多高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)單位和專家的認(rèn)可，受到各專業(yè)不同層次學(xué)生的歡迎和好評。通過整個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的不斷深入與發(fā)展，使我們的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)水平有了較大提高。

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作者:馬瑩 張恒 劉剛 宋其圣 胡清萍 單位:山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院