综合型工科无机实验案例在教学中的应用*

王 薇，刘娇娇，王 杰，孙 丹，王龙胜

(湖北工业大学材料与化学工程学院，湖北 武汉 430068)



综合型工科无机实验案例在教学中的应用*

王 薇，刘娇娇，王 杰，孙 丹，王龙胜

(湖北工业大学材料与化学工程学院，湖北 武汉 430068)

提出了一个具体的无机实验教学案例，用于提高工科化学、生物类大一新生的实验学习兴趣和积极性，旨在较短学时内快速提高学生的实验操作技能。该实验项目做到了“承上启下”：不仅实验原理简单有趣，适合实验基础较差的大一新生，而且内容上能与后续实验课程相衔接，并能在此过程中提高学生的科学素养，教学效果良好。

无机化学实验；教学案例；衔接；科学素养

2003年教育部制订了《普通高中化学课程标准(实验)》，提出要按照课程内容的要求，积极开展实验探究活动[1]。新课标高中化学实验教学内容要求学生能在经历科学探究的过程中，了解以实验为基础的实证方法，注重学生实验中蕴含的科学方法在化学学习和科研中的应用，并且内容围绕“绿色”、“实用”的主题安排，目的是为了提高学生对化学知识的探知兴趣，明确化学在实际生产、生活中发挥的“可持续性”作用。

目前，在高中化学课程改革方兴未艾的同时，我国各大高校的化学、生物类专业课程的改革也在积极探索之中。因此，大学基础化学教学在其前后两个教学阶段的改革双重“挤压”之下，必须跟进改革力度，做好前后的衔接工作，提高新生的实验动手能力及科学素养。

1 无机化学实验教学改革的指导思想

2010年以来，本着培养具备一定创新能力的工科毕业生的目的，我校基础化学课程的授课学时及周期都进行了压缩，以便学生在大四期间有更多的时间进行社会实践和科研工作，以提高学生的就业竞争力。基础化学课程周期的压缩和授课节奏的密集度提高，给基础化学老师提出了更高的要求。如何在较短的时间内，让大一新生适应实验教学模式、进度，达到授课的要求，提高新生的实验技能，对于基础化学的老师来说是一个巨大的挑战。

基础化学实验教学中，衔接高中和大学的实验课程一般为无机化学实验。因此，改革的重点首先要从无机实验入手，实验课程内容的合理设置及革新是今后改革的大方向。

我校无机实验项目一般包括基本操作实验、验证型实验、综合型实验等[3]。大一新生通过基本操作实验和验证性实验的训练后，基本上具备了一定的动手能力。但在综合型实验中，仍然表现出许多科学素养方面的欠缺。比如，实验过程中的良好习惯还未巩固，分析问题和解决问题的能力还较难达到教学的要求。很多操作的注意事项、具体步骤，如果不详细讲解，学生做起来还是显得比较忙乱，甚至出现严重的错误。任课教师普遍感觉，即便是在综合型实验训练中，学生仍然是“照方抓药”，只是个“操作工”而已，学习的兴趣并不浓厚，遇到问题不愿意自己去分析和解决，仍然十分依赖老师。

因此，只有提高了学生的学习兴趣，才能提高实验教学效果和效率。同时，也要考虑无机实验在高中化学和大学后续实验课程(比如分析化学实验、有机化学实验等)[4-5]之间的承前启后的作用。因此，无机实验教学改革应在实验项目和内容上做文章。

在学时固定的情况下，可以尝试将综合型实验项目替换掉部分验证性实验项目。这种综合型的实验也包括了一些基本的仪器操作步骤，同时内容更具实用性。只有学生觉得自己学习的内容和生活、生产息息相关，有“用武之地”，学生在实验过程中的自主积极性才能有效提高，达到事半功倍的效果。

2 无机实验案例说明

2.1 实验项目名称

二氧化锰在有机废水处理中的应用

首先，基本技能既能增加个人的选择能力，也能增加个人的认知能力。受过基本教育使个人能够较容易的实现自尊和得到社会认同，使个人易于参加团体活动或获得医疗卫生和安全保障等方面重要信息的机会。这能增加个人的选择能力，也增加个人对物质和非物质资源的控制能力。此外，能够从方法上处理理论和应用学科的原理，促进自主学习，获得创造性思维和特殊知识。

2.2 实验目的

(1) 了解MnO2的物理和化学特性；(2) 了解有机废水处理方法、原理，化学环保的意义；(3) 掌握紫外分光光度计的使用方法。

2.3 实验原理

二氧化锰是一种较常见的工业生产废渣，有很高的继续开发的价值。二氧化锰具有很多优异的性质，可应用于污水处理、高性能电池、催化剂、氧化剂、电子等方面，还有望成为良好的热敏材料。随着现代化学工业的飞速发展，使用到的有机物种类和数量也越来越多。因此，在生产和使用过程中产生的有机废水也越来越难处理。目前急需一种既经济实用，又高效环保的处理有机废水的方法。活性二氧化锰具有较强的氧化降解能力，可在染料废水处理、有机废水处理等方面发挥其优良的性能。

从工业废渣中提取二氧化锰，经水洗、酸洗、高温活化后，在20～100 ℃下进行有机废水的氧化处理，有效降解了废水中的有机化合物。该方法其原料来源广泛、成本低廉、方法简单实用、处理效果好，可作为一种处理有机废水的理想方法。

2.4 实验步骤

2.4.1 废渣的预处理(教师准备部分)

(1) 工业生产废渣MnO2100 g，用大量的自来水洗涤、抽滤，直到所得滤液为无色澄清为止，保存滤饼。在50 ℃下干燥所得滤饼，得到水洗MnO2(90 g左右)。

(2) 将浓硝酸和蒸馏水按1:1的体积配置成50%硝酸溶液，用50%硝酸洗涤MnO23～5次，再用自来水水洗至中性，最后用乙醇洗涤2～3次，滤饼在50 ℃下干燥，得到酸洗MnO2(73 g左右)。

(3) 称取4.0 g的酸洗MnO2和160 mL二次蒸馏水于聚四氟乙烯反应器中，在室温下搅拌15 min，倒入水热反应釜并放入烘箱中，于180 ℃下连续加热24 h，自然冷却，抽滤，二次蒸馏洗涤3次，酒精洗涤3次，滤饼50 ℃干燥4 h，即得β-MnO2(3.84 g左右)。

2.4.2 污水处理(学生操作部分)

在50 mL烧瓶中，依次加入30 mL的有机废水，以及不同质量的β-MnO2和商业活性碳，在不同的温度下搅拌回流一定时间。自然冷却，过滤均可得到无色、透明的溶液。

表1 实验条件的选择与优化

2.4.3 溶液检测(学生操作部分)

紫外光谱仪分别测定反应前的有机废水溶液和反应后的澄清溶液，比较两者紫外光谱的异同，并说明哪种方案的处理效果最为理想。

2.4.4 注意事项及开设说明

(1)“教师准备部分”可以开设为“开放实验”项目，让学生参与进来，另算学时。实验过程中使用到硝酸，应在通风厨中进行相关操作，作好防护。

(2) 将一个班的学生先进行分组，每一组负责一组实验条件的摸索，实验结束后对数据进行汇总，集体讨论得出最优化实验条件。

(3) 要求学生自行设计填写实验报告，讨论实验结果，并得出结论，教师在实验过程中只引导，不详细讲解实验操作过程。

(4) 该实验“学生操作部分”初设4学时，建议紫外光谱仪只要求学生会操作，到分析实验阶段再详细讲解检测原理。

3 结 语

该实验利用的是无机材料，对有机物质进行降解净化，且利用到分析仪器进行检测。实验原理简单，步骤并不繁琐，便于大一新生理解接受。项目与环境问题有关，利民利国，从选题上来说符合高中新课标“绿色”、“实用”的要求，做到了“承上”；内容“着眼于无机，放眼于有机，借助于分析”，做到了“启下”。实验步骤中包涵了基本操作、条件的优化等内容，满足验证性和综合型实验的教学要求，并且实验内容能大大提高学生的学习积极性，有望在较短学时内，快速提高学生的实验操作技能，培养学生的创新意识。

[1] 宋心琦. 普通高中课程标准实验教科书.化学(选修6).3版[M]. 北京:人民教育出版社, 2007.

[2] 黎红梅, 刘静, 王险峰. 大一基础化学实验教学实践与总结[J]. 大学化学, 2011, 26 (5):39.

[3] 石俊昌, 许维波, 关春华, 等. 国家精品课程教材. 无机化学实验. 2版[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.

[4] 高华寿, 陈恒武, 罗崇建. 高等学校教材. 分析化学实验. 3版[M]. 北京: 高等教育出版社, 2002.

[5] 高占先. 普通高等教育“十一五”国家级规划教材. 有机化学实验. 4版[M]. 北京:高等教育出版社, 1980.

A Comprehensive Case of Inorganic Chemistry Experiment Applied in Teaching of the Engineering Specialty*

WANGWei,LIUJiao-jiao,WANGJie,SUNDan,WANGLong-sheng

(School of Materials and Chemical Engineering, Hubei University of Technology, Hubei Wuhan 430068, China)

A concrete experiment teaching case to improve the study interest and enthusiasm of the freshmen with the engineering specialty in the chemical experiments was proposed, which can develop the students’ experimental skills in shorter periods. The case not only had a simply and interesting principle, which was suit for the freshmen with a poor experimental basis, but also can connect the subsequent experiment courses to cultivate their scientific literacy during the teaching process.

Inorganic Chemistry experiment; teaching case; connection; scientific literacy

湖北工业大学校级教研项目(校2012018)。

，王薇(1978-)，女，讲师，主要从事无机及分析化学教学及教育心理学研究。

王龙胜(1978-)，男，副教授，主要从事有机化学教学研究。

G633 8

A

1001-9677(2016)024-0142-02