劉春英 馮錫蘭 劉大鵬 李汝奕 羅立文

中國(guó)石油大學(xué)（華東）化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266580

無(wú)機(jī)及分析化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程（以下簡(jiǎn)稱“綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程”）自2011年開(kāi)設(shè)以來(lái)，一直是我?；瘜W(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、材料化學(xué)和環(huán)境工程等專業(yè)學(xué)生喜歡的限選課程之一。綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)是：加強(qiáng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能、提高綜合設(shè)計(jì)和實(shí)踐能力、提高科學(xué)研究和創(chuàng)新能力。在這門課的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生要完成選題、文獻(xiàn)查閱、方案設(shè)計(jì)、方案實(shí)施、科技論文寫作等一系列任務(wù)，其中每一環(huán)節(jié)都是不可或缺的。在選題環(huán)節(jié)中，學(xué)生需要從教師確定的三十多個(gè)課題中選定，這些題目涉及的類型有：環(huán)保、廢物回收與利用、教師科研的部分內(nèi)容。題目具有綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性的特點(diǎn)。教師需要審慎、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡x定這些題目，從而使學(xué)生選擇任一題目都能達(dá)到鍛煉和學(xué)習(xí)的目的?？梢哉f(shuō)，合適的選題是保證學(xué)生課程學(xué)習(xí)能夠順利、高效進(jìn)行的基礎(chǔ)。本文主要探討綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的選題原則，分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過(guò)程中存在的問(wèn)題，并提出改進(jìn)措施，以期更好地達(dá)到課程目標(biāo)、提高教學(xué)質(zhì)量。

一、綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的選題原則

教師選定的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)題目，首先要求內(nèi)容豐富、涉及面廣，能讓不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的學(xué)生有選擇的余地，滿足學(xué)生個(gè)性化需求；其次，在符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)要求的同時(shí)，要考慮題目能夠讓學(xué)生感興趣，有知識(shí)性、探究性。綜合起來(lái)，選題需要遵循以下原則：科教融合、綠色環(huán)保、綜合設(shè)計(jì)。

（一）科教融合原則

教師豐富的科研內(nèi)容和成果是非常寶貴的潛在實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，將科研與教學(xué)緊密結(jié)合是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的有效途徑，所以在綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可將教師的科研項(xiàng)目的部分內(nèi)容設(shè)計(jì)成探究式的綜合實(shí)驗(yàn)。例如，可選擇的題目有：“氫氧化鎂阻燃劑的制備與含量分析”“氫氧化鎂阻燃劑的表面改性與應(yīng)用”“廢煉油催化劑中回收鎳”“水熱法制備NaY 分子篩及表征”等。以氫氧化鎂阻燃劑的制備、表面改性與應(yīng)用為例，這些研究?jī)?nèi)容是教師參與某一企業(yè)項(xiàng)目的一部分，企業(yè)以鹽湖鹵水或鹵塊為原料、采用水熱法低成本合成出片狀氫氧化鎂，并進(jìn)行了放大生產(chǎn)。如果選擇了“氫氧化鎂阻燃劑的表面改性與應(yīng)用”這個(gè)題目，學(xué)生首先要查閱文獻(xiàn)，了解氫氧化鎂的阻燃性能和阻燃原理、不同形貌的氫氧化鎂阻燃效果不同以及無(wú)機(jī)粉體表面改性原理等，根據(jù)阻燃劑性能要求設(shè)計(jì)出納米或片狀氫氧化鎂的制備、氫氧化鎂表面改性方法及氫氧化鎂填充EVA復(fù)合材料的氧指數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)方案；然后準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，制備出氫氧化鎂阻燃劑；再對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行表面改性、性能測(cè)試，即測(cè)定其活化指數(shù)、沉降體積、吸油量等，分析其表面改性效果；接著采用儀器分析技術(shù)分析樣品結(jié)構(gòu)、存在基團(tuán)類型和粒徑大?。贿M(jìn)而制備氫氧化鎂填充EVA復(fù)合材料，進(jìn)行阻燃性能測(cè)試；最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和表征圖譜分析，撰寫科技論文。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中將教師的科研內(nèi)容轉(zhuǎn)化為綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)，拓展了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，使實(shí)驗(yàn)具有前沿性和挑戰(zhàn)性。學(xué)生針對(duì)某一課題，掌握該領(lǐng)域的前沿知識(shí)、最新研究方法以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)、現(xiàn)代儀器分析技術(shù)，如采用紅外光譜技術(shù)、XRD 衍射技術(shù)、掃描電鏡技術(shù)、透射電鏡技術(shù)等表征樣品并進(jìn)行譜圖解析。雖然有些儀器的使用及分析對(duì)二年級(jí)大學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的挑戰(zhàn)性和難度，但是將科研內(nèi)容融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠讓大多數(shù)學(xué)生充分體會(huì)到理論和科研、生產(chǎn)實(shí)際的緊密結(jié)合，體會(huì)到科學(xué)研究的探索性、嚴(yán)謹(jǐn)性和實(shí)用性；了解并實(shí)踐了科研的一般過(guò)程，培養(yǎng)了科研的科學(xué)精神和創(chuàng)新意識(shí)，加強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和獨(dú)立性，同時(shí)提高了學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和科研活動(dòng)的積極性。

（二）綠色環(huán)保原則

利用生活垃圾、食物廢棄物或?qū)嶒?yàn)室廢液等為原料設(shè)計(jì)綠色綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)，例如廢舊電池的回收利用，從海虹殼、扇貝殼或滸苔中分離和鑒定某些元素，從海帶中分離和鑒定某些元素等。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成本低廉、操作方案簡(jiǎn)便、試劑毒害性小。以廢舊電池的回收利用為例，學(xué)生分解電池后回收MnO、碳棒、鋅皮后，由鋅皮制備出七水硫酸鋅晶體，測(cè)定產(chǎn)品中七水硫酸鋅的含量，同時(shí)檢驗(yàn)產(chǎn)品中是否存在Cl、Fe及Pb、Mn、Cd等金屬離子。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)過(guò)程，學(xué)生可以直觀地了解干電池的組成和廢舊電池的回收利用方法。再例如，無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生無(wú)機(jī)物廢液，學(xué)校都是對(duì)其集中收集后交給污水處理公司處理，我們可以有針對(duì)性地選出一些無(wú)機(jī)物廢液轉(zhuǎn)化成試劑并設(shè)計(jì)成綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如從廢銅液中回收硫酸銅及含量測(cè)定、從廢碘液中回收單質(zhì)碘及含量測(cè)定等。在學(xué)生設(shè)計(jì)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師指導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化方案，督促其盡可能減少化學(xué)試劑的使用量、提高試劑的利用率，學(xué)生逐漸就會(huì)有意識(shí)地、自覺(jué)地科學(xué)合理回收、處理廢棄物。通過(guò)以上這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生不僅將實(shí)驗(yàn)室部分廢液變廢為寶，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了實(shí)驗(yàn)基本操作、提高了綜合實(shí)驗(yàn)技能，而且培養(yǎng)了環(huán)境保護(hù)、綠色化學(xué)及資源綜合利用的理念。

（三）綜合設(shè)計(jì)原則

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅要將學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能相結(jié)合，還要體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性的特點(diǎn)。除了上面介紹的題目，再舉幾個(gè)例子：水熱法制備納米氧化鐵粉體及其表征、超細(xì)氧化鈷粉末的制備及其表征、二水醋酸鋅的制備及其含量分析、洗衣粉中表面活性劑的提取及其離子型鑒定、B-Z振蕩反應(yīng)實(shí)驗(yàn)及機(jī)理綜述等。學(xué)生先設(shè)計(jì)多種方案，再和教師探討各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)、可行性，最終確定二至三種方案。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)涉及無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作及相關(guān)儀器的使用，實(shí)驗(yàn)方案要體現(xiàn)綜合性、設(shè)計(jì)性的特點(diǎn)。以聚合硫酸氯化鋁鐵的制備與應(yīng)用為例，學(xué)生通過(guò)優(yōu)化條件制備出無(wú)機(jī)高分子絮凝劑聚合硫酸氯化鋁鐵，再將其用于處理油田污水或者染料液，考查其絮凝效果（對(duì)污水的除濁和脫色效果）。學(xué)生不僅要掌握無(wú)機(jī)合成多種方法，還要掌握分光光度計(jì)、濁度計(jì)、pH 酸度計(jì)等普通儀器的使用。類似題目的訓(xùn)練培養(yǎng)了學(xué)生的初步科研能力和實(shí)際應(yīng)用能力。

二、教學(xué)實(shí)施過(guò)程中存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)這門課在開(kāi)設(shè)的初期，存在著運(yùn)行經(jīng)費(fèi)短缺、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間不足、實(shí)驗(yàn)題目較少等很多不足之處。隨著課程連年開(kāi)設(shè)，可供選擇的實(shí)驗(yàn)題目逐年增多，實(shí)驗(yàn)條件逐漸得到好轉(zhuǎn)，試劑由少到多逐漸積累，小型儀器逐漸增多，實(shí)驗(yàn)室可以保證全天開(kāi)放。但是，仍需要從實(shí)驗(yàn)室管理和學(xué)生管理兩個(gè)方面加強(qiáng)改進(jìn)工作。

（一）需要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室管理，責(zé)任明確到人

由于綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)題目的多樣性以及每一組學(xué)生設(shè)計(jì)方案的多樣性和特殊性，本課程的實(shí)驗(yàn)室管理、教學(xué)過(guò)程監(jiān)督管理和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)同常規(guī)實(shí)驗(yàn)課相比有較大的挑戰(zhàn)性和難度。實(shí)驗(yàn)室條件的限制給實(shí)驗(yàn)室管理人員試劑、儀器的準(zhǔn)備工作和實(shí)驗(yàn)室之間的協(xié)調(diào)工作帶來(lái)較大的難度和額外的工作量，因而指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)室工作人員要有較強(qiáng)的責(zé)任心，為這門課程投入更多的精力和時(shí)間；實(shí)驗(yàn)室管理要有制度、有秩序；實(shí)驗(yàn)室工作人員的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作要做得更細(xì)致。不能因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件不足而讓學(xué)生感覺(jué)自己的想法和方案不能實(shí)施；不能讓學(xué)生因?yàn)檎以噭┖蛢x器而浪費(fèi)太多時(shí)間；不能因?yàn)槿狈υ噭┒磸?fù)修改學(xué)生的研究思路，要使學(xué)生激發(fā)出來(lái)的靈感得到最好的實(shí)施和驗(yàn)證。很多實(shí)驗(yàn)課題要用到大型儀器，實(shí)驗(yàn)室工作人員和指導(dǎo)教師要盡可能同其他教師協(xié)調(diào)，讓學(xué)生能夠使用這些儀器表征樣品，或者管理儀器的教師能夠給學(xué)生測(cè)定樣品性能，滿足學(xué)生表征樣品的要求，這樣學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才會(huì)及時(shí)、可靠、豐富。另外，實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化是很多高校的共有問(wèn)題，而實(shí)驗(yàn)設(shè)備是影響師生積極性和教學(xué)效率的一個(gè)大問(wèn)題，因而更新設(shè)備是保證實(shí)驗(yàn)效果的一個(gè)重要保障。為綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)配備的某些儀器因使用年限較長(zhǎng)、過(guò)于陳舊，需要盡快更換設(shè)備，這需要化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的大力支持?？傊?，實(shí)驗(yàn)室的管理制度需要到位、詳細(xì)，包括大型儀器的共享、使用和管理等各方面要責(zé)任明確到人，使得指導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)室管理人員和學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程中自己的責(zé)任，這樣的實(shí)驗(yàn)室管理才科學(xué)，才能使實(shí)驗(yàn)室得以安全、有序地運(yùn)行，為其他基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)和專業(yè)類綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程服務(wù)，從而大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果和效率。

（二）需要加強(qiáng)學(xué)生管理，發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)的起始和終止時(shí)間及周數(shù)是確定的，學(xué)生在沒(méi)有其他課程時(shí)都可以進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，自主選擇的時(shí)間多，也就是說(shuō)，在兩周半的時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)室全天開(kāi)放，學(xué)生可以靈活安排時(shí)間，這是優(yōu)勢(shì)。但是，不同專業(yè)的學(xué)生因課程安排不同而空余時(shí)間不同，因而每天來(lái)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間不固定。當(dāng)選課的學(xué)生較多時(shí)，教師對(duì)于學(xué)生的管理，例如簽到，實(shí)驗(yàn)室的使用、衛(wèi)生保障，試劑和儀器的使用管理都有難度。如果教師和實(shí)驗(yàn)室工作人員管理不善，對(duì)自己要求不嚴(yán)格的學(xué)生就會(huì)不積極投入實(shí)驗(yàn)，或試劑擺放混亂，儀器操作不正確、不歸位，或者不注意打掃實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生等。因此，教師在鼓勵(lì)學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)這門課程的同時(shí)，必須對(duì)學(xué)生加強(qiáng)管理，嚴(yán)格執(zhí)行簽到制度，進(jìn)行平時(shí)數(shù)據(jù)檢查，明確每個(gè)課題的任務(wù)，進(jìn)行工作量階段檢查以及每天的監(jiān)督和檢查等。這時(shí)，指導(dǎo)教師的任務(wù)不再是對(duì)學(xué)生傳授知識(shí)點(diǎn)，而是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的引導(dǎo)以及實(shí)驗(yàn)的輔導(dǎo)、啟發(fā)、協(xié)助、監(jiān)督和管理。這樣既能幫助學(xué)生逐漸養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，又能保障學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體性。

（三）需要構(gòu)建科學(xué)的實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)模式

激發(fā)學(xué)生興趣的不只是實(shí)驗(yàn)題目及實(shí)驗(yàn)過(guò)程的探索，還有來(lái)自教師的鼓勵(lì)以及合理的實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)。課程開(kāi)始時(shí)要對(duì)學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)室規(guī)則、課程要求、每個(gè)課題的總體要求和成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)等，這樣會(huì)促使學(xué)生有內(nèi)在壓力和自身要求，有利于提高實(shí)驗(yàn)效率。成績(jī)總評(píng)包括學(xué)生的方案設(shè)計(jì)成績(jī)（占10%）、平時(shí)成績(jī)（占40%）、科技論文成績(jī)（占50%）。方案設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定依據(jù)方案是否具有多樣性、是否有新意以及是否詳細(xì)。平時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定主要包括學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)工作量、實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、分析和解決問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)環(huán)保和實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生等方面的評(píng)價(jià)?？萍颊撐某煽?jī)?cè)u(píng)定主要考慮學(xué)生撰寫的文獻(xiàn)綜述是否有深度和廣度；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否真實(shí)、可靠和有效，數(shù)據(jù)的分析和討論是否有理有據(jù)、是否體現(xiàn)創(chuàng)新意識(shí)；結(jié)論是否準(zhǔn)確；寫作格式是否規(guī)范等。目前，我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)準(zhǔn)備增加答辯環(huán)節(jié)，通過(guò)學(xué)生陳述、回答教師提出的問(wèn)題的情況給出答辯成績(jī)。總之，綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)考核的科學(xué)性與合理性是影響該課程教學(xué)方法和教學(xué)效果的重要因素，還需要通過(guò)調(diào)研、考查和討論來(lái)確定更全面的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而構(gòu)建科學(xué)、合理的實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)模式，進(jìn)一步提高學(xué)生進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)的積極性，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)延伸了理論教學(xué)和無(wú)機(jī)及分析化學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，給學(xué)生提供了一個(gè)很好的鍛煉實(shí)踐能力、科研能力的平臺(tái)。綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)題目的選擇至關(guān)重要。綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)與教師科研、生產(chǎn)實(shí)踐、學(xué)生課外科研、綠色化學(xué)相結(jié)合，具有綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性、應(yīng)用性和綠色環(huán)保性特點(diǎn)。要與時(shí)俱進(jìn)、不斷挖掘新路徑，選擇有創(chuàng)新性的、可操作的實(shí)驗(yàn)題目，去掉不利于鍛煉學(xué)生能力的題目，從而使實(shí)驗(yàn)題目科學(xué)化、多樣化，有利于全面提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。在綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，要著力解決實(shí)驗(yàn)室管理和運(yùn)行難，學(xué)生管理、學(xué)生合成樣品的表征難等問(wèn)題。學(xué)院、化學(xué)系和實(shí)驗(yàn)中心應(yīng)提供大力支持，為學(xué)生順利進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、儀器使用和樣品表征提供更多的條件與方便，這樣才能保證學(xué)生對(duì)這門課程感興趣，愿意投入更多的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)實(shí)踐狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的實(shí)踐教學(xué)模式；也才能促使學(xué)生主動(dòng)去質(zhì)疑、思考，體會(huì)科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性、探索性、綜合性和實(shí)用性，從而更好地提升學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力、綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐能力、科研創(chuàng)新能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。