化學實驗創新型教學研究
時間:2022-11-14 03:06:58
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摘要:分析化學實驗是一門經典的化學基礎課,是培養學生操作技能和理解、應用化學基礎知識的重要課程,在化學、環境科學、生物科學、食品科學等專業本科生課程教學中占有重要地位.隨著時代的發展和新技術新方法的應用,對分析化學實驗教學提出了更高的要求.結合教學實踐,闡述了分析化學實驗教學中存在的問題,對實驗課程體系建設、教學模式的建立等方面提出了幾點看法.
關鍵詞:分析化學實驗;創新型教學;探討
化學理論知識的應用和實踐,又能提高學生觀察、分析解決實際問題的能力,并嚴格樹立“量”的概念,培養嚴謹的學術作風.當前,隨著我國社會、經濟及科學技術的迅速發展,對創新型人才的需求,對分析化學實驗教學提出了更高的要求,尤其是化學、食品、生物科學等專業本科生教學.分析化學實驗作為化學基礎課程的重要組成部分,在教學中仍然存在不少問題,主要包括:1)課程設置有待于創新和科學化;2)教學方法需要推陳出新,開拓新思路;3)教學設施需要改進和完善;4)需要加大對師資投入,加強對教師培訓等.對于化學課程教學“重理論、輕實踐”的現狀[1],要適應我國新形勢下國家對素質教育的要求,就需要充分重視化學實驗教學,引入新的教學觀念,改革教學模式,更新教學內容,以培養出理論扎實,綜合實踐能力、工程意識、就業競爭力強的優秀畢業生,以適應我國社會經濟的快速發展對專業人才的需要.
1分析化學實驗創新型教學體系構建
1.1改革分析化學實驗課程體系.為了培養應用型、復合型、技能型的化學人才,必須加大化學實踐的教學力度,分析化學實驗課程內容應推陳出新,教學內容需在繼承已有核心專業課程內容的基礎上,對課程體系進行科學合理的改革與創新,引入新的教學內容,改革教學方法,真正實現專業教育與素質教育相結合,實踐教學與理論教學相結合,應用型教學與基礎課程教學相結合[2].目前,分析化學實驗主要包括分析天平的稱量練習、酸堿滴定(或者絡合滴定、氧化還原滴定及沉淀滴定)中標準溶液的配制和濃度的標定等基礎性實驗操作,以及銨鹽中氮含量的測定、自來水中總硬度的測定、鐵礦石中鐵含量的測定等驗證性實驗,實驗方案預先已經設計好,學生完全可以按照教材給定的步驟來進行,無需深入思考即可以完成實驗,這就導致學生對實驗原理了解得不透徹,理論課學習的內容在實驗中得不到充分運用,實驗方案及樣品預處理及分析測試方法了解不深入,綜合能力得不到真正鍛煉和提升.因此,有必要創新完善分析化學實驗課程體系,開展階段性、漸進式實驗教學.第一階段,開展經典的基礎性實驗,如分析天平的的使用、酸堿滴定練習、鉛鉍混合液中鉛鉍含量的連續滴定等,經典的實驗主要側重于儀器的使用方法,基本操作技能的鍛煉、原理的理解、分析的定量表達等,這些實驗為同學們熟悉化學實驗環境、建立實驗室安全觀念、掌握實驗基本操作打下基礎;第二階段,開展驗證性實驗,在學習基本理論和基本操作的基礎上,通過對一些經典的驗證性實驗原理及過程的學習與實踐,提高理論知識的運用能力和解決實際問題的能力,學習解決問題的方法;第三階段,開展設計性實驗.設計性實驗即依據一定的原理、原則、規律等制定出具體實現實驗目的和要求的方法、步驟、手段、程序及注意事項等,并為此所做的實驗[3],重點要體現實驗的設計性與創新性,實驗要求學生自己查閱搜集資料,應用所學理論進行分析實驗原理,設計實驗過程、步驟,明確所用儀器、試劑及配制方法,并能按設計完成實驗,對數據結果進行統計分析.這對學生綜合能力要求較高,對教師的綜合能力要求也高,是真正能夠體現學生為主體,教師為指導的學習實踐過程.這個層次的實驗在實踐中有一定的難度,可以與老師的科研實驗相結合,如有的學校實行導師制,可結合導師制開展設計性實驗,也可以與畢業論文實驗相結合,或專門設置開放性實驗項目.1.2建立“學生為主體,教師為主導”的新的教學模式.傳統的分析化學實驗教學過程一般是:預習,教師講解,學生實驗,學生完成實驗報告.學生對實驗內容的預習過程很大程度上會流于形式,甚至演變成學生抄襲報告.而理論講授內容一般都比較詳細,從試劑配制到藥品稱量、質量計算,甚至包括計算結果的公式均一一給出,數據處理方法也做明確要求,因此,對于每一種類型的實驗,學生完成一個實驗以后,對下一個實驗基本都有了一種預見性,按著實驗步驟一一完成就能獲得想要的實驗結果,或者實驗結果與預期結果不一致,也不主動做深入探討.更有甚者,學生們對不理想的實驗數據擅自修改,以減小分析計算結果的誤差,以提高分數.學生沒有真正以“主體”的形式參與到實驗中來,其科學邏輯思維能力、創新能力得不到鍛煉和發揮,分析問題解決問題的方法沒有掌握,不能真正體會到學習及解決問題的樂趣,體驗不到實驗科學的魅力所在,逐漸對實驗失去興趣,或者僅僅當作一項任務來完成.所以,分析化學實驗,要真正以教師為“主導”,學生為“主體”,從教學課程設計,教學方法等方面入手,給學生創造性的發揮留有空間.如,實驗課預習,不應該體現為簡單的報告內容的抄寫,而體現為關鍵知識點的提煉和條理化;理論講授部分,學生可以參與講解,即教師學生臨時調換位置,學生來講解實驗的目的要求、原理、步驟、試劑配制方法等;實驗過程中教師要嚴格要求操作準確性,發現實驗中的問題與學生討論解決,而不是直接告訴解決方案;實驗報告的書寫、數據的處理要規范,誤差分析及數據取舍方法等方面的強化與鍛煉等.同時,新的教學手段和方法也應該合理地應用到分析化學實驗教學中來,計算機和網絡的普及為理論課教學和實驗課教學提供了更加形象、生動、直接的手段,這些新的教學方法應該引入到分析化學實驗教學中來.目前分析化學實驗還主要停留在傳統授課手段上.分析化學實驗操作、儀器使用方法,一些相關的實驗現象等均可以制作成動態影像演示給同學們看,同時方便引入新的實驗內容.一些知識點也可以以“微課”的形式給學生講授[4],條件具備時,也可以嘗試在分析化學實驗中植入慕課,提高學生自主學習能力,增強師生、生生互動.1.3嚴格實驗操作規范,培養嚴謹的教、學態度.嚴格規范的實驗過程、嚴謹求實的實驗作風是學生養成良好學習習慣和提高科研素質的重要條件,分析化學實驗恰恰是鍛煉學生這方面綜合素質的課程.這個方面,教師的態度決定學生的態度,教師要求嚴格嚴謹,學生就會比較認真,學到的知識和技能就會越多,畢業學生的反饋信息也證明了這一點.分析化學實驗中,經常出現儀器操作不規范,甚至很隨意的情況,如移液管移取溶液最后一滴留在移液管中,滴定管讀數不準確;滴定終點時滴定速度過快,終點變色控制不準確,隨意挪動天平或稱量試劑不關閉天平側門等,這與學生的學習態度和對分析實驗操作的準確性要求認識不夠有關系,對誤差傳遞和“量”的認識不足,同時也與老師的專業素質和教學要求嚴格程度有關.分析化學實驗教學的主要內容是定量分析,是嚴格要求“量”的過程,教師應該引導學生在實踐操作中把“量”的觀念體現出來,要嚴格確立“量”、“有效數字”、“誤差”的概念,明確誤差傳遞對分析結果的影響,這在分析化學實驗中有重要意義,是獲取準確分析測試結果的保證[5-6].這就要對學生上課過程要嚴格要求,注意細節,對儀器的洗滌、溶液的配制、移取、滴定、數據分析等每個環節都要嚴格把關,糾正.1.4新觀念及新的思想引入分析化學實驗教學.化學實驗是實踐操作過程,涉及利用能源(水、電、氣等)、材料(化學試劑、溶劑等)等各種資源,同時產生各種有毒有害的物質(廢氣、廢液、固廢),在這個過程中倡導節約、環保的觀念、提倡綠色化學是必要的.當前,綠色化學已經成為國內外研究的熱點,化學實驗“綠色化”也是未來發展的必然趨勢,而各種實驗過程即是綠色化學實踐教育的良好契機.綠色,意味著節約、無害、有效利用,所以,從簡單的儀器洗滌著手,從節約實驗用水開始,對學生開展綠色觀念教育,節約藥品,減少實驗所用試劑溶液消耗,減少環境污染.實驗中可以引導學生開展一些有益嘗試,如一些有毒試劑的替代,即用無毒的試劑替代有毒試劑開展實驗;用毒性小的實驗取代試劑毒性大的實驗(如鐵礦石中鐵含量的測定,用SnCl2-TiCl3聯合還原法替代Hg2Cl2還原法);如果條件允許,對實驗過程做一些改進,如對NaS2O3溶液的標定實驗,為了減少處理剩余K2Cr2O7的煩惱,可采用每個錐形瓶里稱量一份K2Cr2O7的方法,并且測定時適當減少鐵礦石樣品的用量;硅酸鹽水泥中SiO2、Fe、Al、Ca、Mg的測定,可以嘗試將SiO2的測定與Fe、Al、Ca、Mg的測定相結合著進行,即適當稱量一定量的水泥樣品(如1.0000g),溶樣后過濾,洗滌,收集沉淀用于SiO2的測定,收集濾液用于Fe、Al、Ca、Mg的測定,這樣就減少一次水泥溶樣過程,也減少了HCl、HNO3和NH4Cl的用量.還可以倡導微量分析,推廣微型化學實驗[8],分析化學實驗廢液的合理處理(如將Cr(VI)轉化為Cr(III),再沉淀除1.5改進考核方式,調動學生學習積極性嚴格考核方式對學生綜合素質的提高和實驗過程管理都有積極的促進作用.工作實踐經驗表明,過程性考核的方法有利于提高學生的積極性,并且比較科學.即將分析化學實驗成績分成兩大部分:平時成績和期末成績,平時成績包括實驗預習(10分)、課堂表現(10分)、實驗操作(50分)、數據記錄及處理(15分)、實驗報告(15分),總分值100分[7],考核比較詳細;一些學校按預習報告、實驗準備、實驗紀律、實驗報告等分項給分值對學生的實驗過程進行評價,有的學校直接將實驗過程考核分為實驗操作和實驗報告兩部分.全過程的考核方式無疑對學生學習和實驗的態度、積極性和綜合能力的鍛煉發揮著重要作用.結合學期末實驗操作考試和試卷筆試,最終將真實地體現學生對實驗課程的掌握情況,以及實踐操作能力的鍛煉情況.實際中應結合本校實際情況,制定科學合理的考核方式,既要提高教學效果,又要提高學生學習的積極性.
2結論
如果說分析化學是科學技術的眼睛,發現問題,并參與問題的解決,那么分析化學實驗就是發現問題并解決問題的根本方法,這足以體現分析化學實驗的重要性.在互聯網+的新形勢下,為滿足化學及相關專業專業素質教育的要求,改革分析化學實驗教學內容,完善教學體系,創新教學方法是分析化學實驗教學獲得長足發展的有效途徑,這是一個長期的、綜合的過程.
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作者:程云環 滕井通 王巖玲 陳高禮 赫占軍 單位:淮北師范大學
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