少学时教学体系下材料类专业基础化学实验教学探索

包新华 程知萱 安保礼 徐甲强

上海大学理学院 上海 200444

少学时教学体系下材料类专业基础化学实验教学探索

包新华 程知萱 安保礼 徐甲强

上海大学理学院 上海 200444

针对我校材料专业实验教学课时大幅缩减的教学现状，从重整实验化学教材、精选实验内容入手，保障实验教学目标。注重学生动手能力、观察能力、以及科学潜质的培养，借助网络教学平台，实现教学内容互动答疑，缩短实验考评时间，保证短学期、少学时教学体系下基础化学实验课堂教学的质量。

教学体系；实验内容；实验教学

近年来，随着教学改革的推进，教学总学时有所减少。我校实行大类招生改革后，总学时再次被压缩，基础学科的学时也被减少。我校材料学院各专业的无机化学实验教学总课时由60课时缩减到20课时，因此无机化学实验转为选修工程化学实验。显然，原有的化学实验的教学内容和教学形式难以满足材料类专业学生的基本技能训练和对创新意识及探索求知精神的培养。为了扭转学时压缩带来的不利影响，培养既有系统的理论知识基础又要有较强动手能力的高素质人才，就必须从提高实验教学质量入手，优化实验教学内容、强化学生创新能力和科研潜质培养，改革考核方法，从而提高基础化学课程教学的质量。

1 优化工程化学实验教学内容培养学生创新能力和科研潜质

工程化学实验是普通高等院校工程类专业和非化学专业的理工科学生开设的必修实验课程之一。通常情况下，开设工程化学实验的学时数较少，约20学时，专业特色较强。材料类专业基础化学实验的目标是：

(1)加深对基础理论教学内容的深入理解。如对酸碱化学平衡的深入理解，酸碱解离平衡常数如何测定，酸碱解离平衡常数与哪些因素有关？如何利用酸碱平衡常数确定一些物质的含量。

(2)要培养学生的基本化学实验操作能力。如化学药品的取用方法，化学反应的温度如何控制？在定量实验中药品的称量方法，标准溶液的配制方法，标准溶液的标定方法，实验常用量筒、烧杯、移液管、吸管、滴定管、锥形瓶的洗涤和使用方法。在制备实验中，如何从原料出发设计出科学合理的实验流程，如何控制制备实验的反应条件、反应过程，如何除去杂质、如何提高制备实验的产率，分离过程和分离方法的实验技术和实验原理，以及目标产物的提纯方法。

(3)培养学生认真观察实验现象的态度和方法、科学记录实验现象和实验数据的方法，科学处理实验数据，得出科学合理的实验结果，如何撰写预习实验报告和实验报告，养成基本的实验素养和实验习惯。

(4)激发学生对化学实验的学习兴趣，培养学生从实验中发现问题，分析问题、解决问题的能力。培养学生的创造性思维、善于思考问题的能力以及丰富的科学想象力等科研潜质。

基于此特点，为了用好这有限的学时，在实验内容上，对原有《工程化学实验》的5个实验进行梳理，补充内容，重新整合。一方面保留其基础化学实验相对独立的成分；另一方面新增补充10学时针对材料类专业学生培养的教学内容。通过整合内容，使学生在短学时教学体系下尽可能掌握较全面的化学技能和多种实验方法。

实验绪论课，在要求学生了解实验的进程，明确实验要求，实验报告的书写，实验数据处理方法和实验室的安全知识的前提下，新增了玻璃器皿的清洗和称量练习，补充了用电导率仪来测定比较去离子水对玻璃器皿润洗的实验效果。作为化学实验教学第一堂课的绪论，这节课并不需要学生掌握多么熟练的实验技巧，而是建立起实事求是、严肃认真的科学态度，培养学生掌握科学的表达能力。

强化对四大化学平衡概念的认知。在这个环节中，我们选择了水的硬度测定、氧化还原反应与电化学和醋酸电离常数的测定及食醋中醋酸含量的测定这三个实验。将配位平衡、沉淀平衡、氧化还原平衡、弱电解质的解离平衡在这三个实验得到了全覆盖，通过带教教师的指导和启发，加深对平衡的理解，了解配离子的相对稳定性和在实际操作中的应用的意义，了解浓度、酸度对平衡的影响，强化理论知识与实践的结合。

综合实验技能训练。我们选择七水合硫酸亚铁这个合成实验作为代表，来了解制备实验的方法，训练获得晶体的操作技术。经过几年的教学实践，取得了较好的教学效果，受到选课学生好评。

2 改进实验课堂教学方式提高学生综合能力

理工类专业都具有实践性和应用性强的共同特点，因此在短学时下的实验教学应尽可能地朝注重基础、淡化专业、强化能力的方向努力，依据原有《工程化学实验》课程注重基础的教学环节设置，兼顾材料类专业的后续课程，更好地符合对学生发现问题、思考问题、解决问题能力等综合能力的培养的要求。

2.1 强化实验教学规范，注重教学过程指导

实验教学是一种来源于理论教学又高于理论教学的实践教学活动，规范、熟练的实验操作是培养学生实验操作技能技巧的基础。针对短学期少课时教学，我们采取一名教师负责带教16人的标准实验班，要求教师加强课堂巡视，仔细观察学生的操作，对不正确的操作做到及时纠正。在实验过程中，不能认为验证性实验比较简单，容易操作，实验现象在课本上又很容易找到而放任学生自己操作，自己则在一旁独自处理实验报告等非课堂教学活动。同时配套编写了《实验带教参考》，从实验原理、实验技能和培养目标等多方面来明确、规范每个实验的带教要求，设计具体的问题来引导学生学会用化学思维来分析问题、解决问题的能力，方便不同带教教师学习、了解实验要点和注意事项，避免因不同教师的个人喜好导致带教实验要求上的缺失。

2.2 以点带面，全面培养学生动手操作能力、分析问题、判断问题的能力

课时数大幅减少，但实验训练要求不能降低。合成制备实验是最训练学生综合能力的实验环节，以前的实验课程至少会安排3～4个合成实验来培养、训练学生，现在只有一次，这就要求教师能尽可能地做到以点带面，全面培养学生动手操作能力、分析问题、判断问题的能力。如实验“合成七水合硫酸亚铁”，既包含了水浴加热、溶解、蒸发、结晶、抽滤和样品洗涤等合成实验的基本操作训练，也涉及化学合成反应和对产物产率影响的因素。我们在带教时主要抓好三个阶段。

第一是预习阶段。明确预习内容，将《工程化学实验带教参考》的实验训练目标挂在网上，要求学生对实验原理、实验涉及的步骤和基本操作通过预习做到知其然、知其所以然。

第二是实验阶段。实验课开始时教师围绕实验内容进行课堂讲解和提问，加深对实验内容的理解。实验过程中要求学生规范操作，培养良好的实验习惯。教师加强巡视，对不规范操作、可能有危险的错误操作等，通过与学生交流、分析，引导学生思考进行纠正，一般的实验操作由学生自己完成，允许学生犯错纠错，培养学生的动手能力。实验中提醒学生认真做好观察和记录工作，培养科学的实验态度。同时让学生体会到实验现象和结果是由反应条件所决定的。

第三是总结阶段。实验结束后，弱化实验结果，强化实验结果的分析。对于每个参与实验的学生一般都非常在意自己合成产量，认为量越多越好。这时我们的教师就运用溶解度、重结晶的原理，引导和帮助学生分析产量和纯度的关系。如指导学生学会如何利用硫酸亚铁的溶解度曲线来确定最佳溶解温度来提高硫酸亚铁的结晶量，又如何根据最佳溶解温度下的溶液体积来分析预测温度降至室温时产物的结晶量，预测推算实际可能得到的产物的最高产量等等技巧，帮助学生运用课堂上的理论知识和方法来解决实际问题，真正学会分析问题和判断问题的能力。

3 借助网络教学平台，提高学生学习效率

利用学校的网络教学平台，可以拓展学生的学习时间和空间，使教与学都得到有效的延伸。教师可把实验教学内容、仪器的使用和注意事项、示范视频等教学资源放到网络教学平台上，供学生预习用。

传统的化学实验教学中，一般分预习、实验、撰写报告3步进行。实验原理和实验内容是实验预习的主要内容。预习时，学生只能看书，预习效果不好。由于每个学生的知识基础和动手能力不同，他们在预习过程中会遇到各种问题，而传统的实验教材限于篇幅，无法面面俱到。采用网络教案能突破篇幅和形式的限制，可以把动画、视频、图片、图表等有机结合起来，从而提高学生的学习效率和学习兴趣。各种玻璃仪器的操作和规范性，实验仪器的原理和使用方法以及注意事项是实验预习的重要内容。只通过教材的介绍学生没有感性的认识，往往很难掌握。将教师的示范视频放在网上，就大大增强了学生对实验的掌握，减少了教师在实验过程中的指导时间，提高了实验课程的效率。

网络教学平台将处在不同空间、不同时间的教师与学生密切联系在一起，实验教学课堂大大拓展。学生可以随时将化学实验中遇到的疑难问题在网上发布出来；教师可以及时获得学生的反馈信息，随时掌握学生的学习动态，必要时给予指导[3]。

通过网络教学平台，可以锻炼学生利用网络信息的各项能力。另外，通过实验报告电子化，改变了传统的手写实验报告的方式，可以提高学生的文字处理、数据处理、图形制作能力。

4 改革实验成绩考核方法，激励学生主动学习

化学实验不同于一般的理论课，必须建立一套符合该课程特点，有利于培养学生基本实验技能和创新能力的考核方法，以公正、客观地评价学生的实验成绩。我校采取平时成绩与实验考试成绩相结合的考核办法。平时成绩主要依据学生的考勤、每次实验的预习情况、操作熟练程度、实验条理性、实验结果和实验报告的书写情况等多个方面给予综合打分。由于实验课时少，实验项目只有5个，为避免学生因为各种原因的缺课，规定学生只要缺课超过1次，该课程将不予通过。每次实验之前要先检查学生的预习报告完成情况，实验完成后，指导教师要对学生记录的实验原始数据进行确认并签名。这样不仅可以检查学生所得实验结果的正确性，还可以防止学生在写实验报告时可能发生的涂改原始数据的行为，确保实验数据的严肃性。实验报告书写增加了对实验结果的讨论部分，要求学生对实验结果或实验过程中出现的异常现象进行讨论，并做出合理的解释。期末考核包括笔试和操作两部分，由于课程学时的限制，采用网络教学平台完成有关化学实验的基本知识、基本原理的测试。实验操作考核对部分学生采用在平时做过的实验中随机抽题，要求学生在规定的时间内完成抽中的实验内容，教师根据学生的完成情况给予评分。实践证明，采用目前的实验考核办法，可以更好地调动学生的实验主动性和积极性，更有利于对每个学生既公平又公正地评价[4]。

5 结束语

在全面实施素质教育和培养创新人才的今天，尤其是本科培养计划的总学时数趋于减少，基础学科的学时往往受到较大波及的情况下，实验教学改革是一项艰巨的任务。相信随着化学实验教学改革的深入，工程化学实验在确保基础化学实验的教学质量，提高学生素质和培养全面发展的创造性人才方面将会发挥更大的作用。

[1] 宋心琦.化学学科的现状及基础化学改革教育[J].大学化学，2001，16(1)：40-47.

[2] 郭保章. 沉痛悼念戴安邦先生[J].化学教育，1999，20(6)：7-9

[3] 黄紫洋.吴华婷，林深.现代教育技术在大学化学教学中的应用[J].大学化学，2011，26(2)：8-12.

[4] 周立亚.无机化学实验教学改革探讨[J].高教论坛，2008(1)：113-115.

[5] 韩志达.网络教学在大学物理实验教学中的应用[J].中国电力教，2009(19)：157-158.

Exploration on Basic Chemical Experimental Teaching for Materials Majored Students under Education System with Limited Hours

Bao Xinhua， Cheng Zhixuan， An Baoli， Xu Jiaqiang
Shanghai University， Shanghai， 200444， China

In order to meet the circumstances of experimental courses with limited hours for the students majored in materials， the teaching materials and the contents for the experimental classes have been regulated seriously to guarantee the teaching objectives. The students have been trained to improve their manipulative and observational abilities as well as their scientific potential. Network teaching platform has been used for answering questions interactively， and it also saves much time to evaluate the students’ experimental abilities. The classroom quality for basic chemical experimental teaching has been successfully guaranteed under education system with limited hours.

teaching system； experiment content； experiment teaching

2014-08-04

包新华，副教授。徐甲强，教授，博士生导师。