福建省第一届大学生化学实验邀请赛的评析与思考

陈珠灵, 魏巧华, 汤 儆, 张玉荣, 丁开宁, 游 毅, 袁耀锋

(福州大学 化学学院,福建 福州 350108)

化学是一门实验性的学科,化学实验教学在高校本科人才的培养中具有举足轻重的地位[1-12]。为了推进福建省高校化学实验教学与改革,促进化学创新型“一流”人才的教育与培养,福建省教育厅批准成立福建省化学实验竞赛平台,福建省化学会和福州大学化学学院国家级实验教学示范中心于2016年4月27日至30日共同承办了“第一届福建省大学生化学实验邀请赛”。来自厦门大学、福州大学、福建师范大学、华侨大学等福建省内16所高校的教师和学生积极参与了该赛事,同时台湾淡江大学也派出6位学生前来交流参赛。虽然已有20多个省、自治区和直辖市开展了各种类型的高校化学实验竞赛[1-3],但在福建省化学实验竞赛则刚刚起步。该赛事的成功举办不仅在全福建省高校范围内引起了广大师生的极大关注,而且促进了福建省高校与台湾高校在实验教学方面的积极合作和交流。本文通过对福建省第一届大学生化学实验邀请赛的命题思路、试题特点、组织工作、竞赛结果进行分析与探讨,对存在的问题,提出相应的改进意见和建议。

1 福建省第一届大学生化学实验邀请赛赛事概况

1.1 邀请赛命题思路

自从1998年南开大学举办首届“全国大学生化学实验邀请赛” (以下简称“全国化学邀请赛”)以来,其比赛模式对我国高校化学学科实验教学产生的积极作用得到了广大高校师生的广泛认可[4-5]。为了提高我省化学实验教学水平,2015年6月召开了福建省各高校化学实验教学示范中心联席会议,确定了我省的第一届大学生化学实验邀请赛的比赛模式基本以“全国化学邀请赛”的模式进行,包含实验理论笔试(30%)与实验操作考试(70%)2部分,试题内容涉及无机及分析化学、物理化学和有机化学4个基础学科,随后福州大学化学学院成立了命题小组。

命题组认真学习和调研前10届“全国化学邀请赛”以及各省化学实验竞赛的命题模式以及福建省各高校实验教学特点,经过多次充分讨论,确立以“规范操作,控制难度,贴近生活,重视能力”为本次邀请赛的总体命题思路。试题内容和评分标准的设计着重考查参赛本科生的4个基本能力:基本实验技能、基本实验方法、基础实验知识和基本安全规范；考虑到参赛各高校实验教学的情况,操作试题应做到一体化、多层次、有难度,也要有区分度,确保参赛选手在规定的时间内能基本完成比赛任务,同时可以考查参赛学生的观察能力、动手能力、表达能力以及创造能力等综合能力；试题的设计尽量贴近生活,充分体现化学科学的进步、技术的发展及其在社会前进中的应用。

1.2 邀请赛试题特点

本次竞赛分为笔试部分和实验操作部分,试题内容涉及无机及分析化学、有机化学、物理化学4大基础化学,试题内容和评分标准的设计既重视对基础知识和基本技能的考查,又重视对综合实验能力和科学素质的考察。

1.2.1 笔试试题的特点

本次竞赛的笔试试题涉及4大基础化学,其中无机与分析化学占40%、有机化学占40%、物理化学占20%。考查内容包含本科生化学实验中涉及到的实验安全知识、实验原理、基本操作等方面的基本知识。重点考查无机化学实验中无机反应的基本原理、实验现象、元素性质、多种共存金属离子的分离等；分析化学实验中的定量分析的误差、数据处理以及有效数字的概念等；有机化学实验的基本操作在具体分离纯化过程中的合理选择与应用、设计简单的有机物合成实验过程；物化实验中通过设计简单的牛奶热值的测定实验来考核学生的综合设计实验能力。

1.2.2 实验操作试题的特点

本次竞赛实验操作试题重点在考查参赛学生的实验能力,含基本操作能力和产品的质量与分析能力。基本操作能力主要考查参赛学生按给定实验步骤进行实验的能力；重点考察天平称量、抽滤、沉淀洗涤、溶液配制、移液、滴定、样品的研磨、压片、钢瓶、氧弹等正确的基本实验操作。同时该赛注重考查参赛学生的安全和环保意识,观察实验现象、准确记录并科学处理实验数据,正确表达实验结果及对结果进行评价的综合能力。实验操作考试历时8 h,设有无机及分析化学实验、有机化学实验和物理化学实验等组别。

在本次邀请赛的总体命题思路“规范操作,控制难度,贴近生活,重视能力”的指导下,无机及分析实验项目选择贴近生活的试题:“废旧易拉罐制备明矾及其铝含量的测定”[6],这一试题既可以较全面考查参赛选手的实验操作技能(如称量、过滤、溶液配制、移液及滴定等),同时试题中设置了一些考点,如Al2(SO4)3溶液的保温问题、明矾的结晶的注意事项、基准试剂称量方法和返滴定法测定产品中铝含量的计算公式等。

有机化学实验试题为“二溴化六甲基丙二铵有机物的制备”[7],重点在考查参赛选手的基本实验操作技能(蒸馏、回馏、重结晶、萃取洗涤、抽滤等),同时试题中也考查参赛学生对化学知识的综合应用能力,例如,在第一步 1,3-二溴丙烷合成中,参赛学生需要思考判断初产物是否蒸出完全；萃取洗涤过程中,有机层是在分液漏斗的上层还是下层；用氯化钙干燥初产物时干燥剂的用量和干燥时间等。另外,还在试卷中设置问答题,例如,在萃取分液中用浓硫酸洗涤洗去什么以及原理是什么,最后用乙酸乙酯为什么可以使产物析出等。

物理化学实验试题从当今能源与环境的主题出发,结合物理化学参数测定在社会生产和生活中的应用,试题定为“主焦煤及无烟煤燃烧热值及其含硫量的测定”。 该试题既能考查参赛学生对燃烧热值测定的基本物理化学实验原理和实验方法的理解,又能考查学生对煤中硫含量的测定分析方法的掌握情况,突破常规物理化学实验只测定物理化学参数的局限,综合性强,能较好地反映出参赛学生对化学知识的综合应用能力。

1.3 邀请赛组织工作

与理论竞赛不同,实验竞赛牵涉的面非常广,为了确保竞赛公平、公正、合理有序地进行,竞赛筹备组提早一年进行了命题的准备工作,首先在福州大学化学学院范围内遴选命题组和实验后勤组成员,成立了命题小组和实验后勤组。命题小组专家具有副高以上职称的教师组成,他们具有较丰富的实验和理论教学经验,确保竞赛命题的科学性；实验后勤组由年轻的实验指导教师组成,确保实验准备工作的有效进行。命题组初步制定命题后,与实验后勤组一起进行了详细的条件摸索,并邀请厦门大学资深教授进行审题,最后确定试题。

竞赛时需要大量的监考和评分的教师,为了保障竞赛的公平和公正,在组织工作中,加强了对实验监考教师的遴选和培训工作。监考的教师从具有讲师以上职称的专业教师中遴选,并按各个命题小组制定的实验监考教师评分细则与注意事项进行了严格的培训。每个科目分别有4～5名主监考教师和4名辅助监考教师组成监考组。同时,与相关的教师签证保密协议,以确保实验试题的严格保密。在竞赛期间还成立了由北京大学、厦门大学以及福州大学的专家组成的巡考组,对整个竞赛过程进行全程监督和巡查,确保整个竞赛过程的公平和公正。

2 竞赛结果与分析

本次竞赛包含实验理论笔试与实验操作考试,满分均以100分计。竞赛的总成绩由30%笔试成绩和70%实验操作成绩构成。图1为福建省内16所参赛高校48位参赛学生的笔试、操作和总成绩统计分布图。

图1 48位参赛学生的笔试、操作和总成绩统计分布图

从图1可以看出:

(1) 笔试成绩总体不理想,60分以下的人数占总人数的52.1%,41.7%的学生在60～69分数段；高分人数太少,80分以上的仅有3人,均来自厦门大学,说明我省其他地方院校学生的实验理论基础不够扎实,与厦门大学的学生相比差距较大。分析笔试试卷发现,参赛学生对实验室安全知识、实验基本原理、有机基本操作在分离纯化中的合理选择与应用等知识掌握普遍较好,但在无机元素性质方面的知识掌握程度较弱,特别是设计性实验非常弱,说明我省各高校的学生的综合实验能力亟待加强。

(2) 实验操作成绩在60分以下有12位,其中有10位来自物理化学实验组,2位来自有机实验组,占总人数的25.0%；60～70分之间的有9位(物理化学和无机及分析实验组各4位,有机实验组1位),占总人数的18.8%；70～79分之间的有17位(物理化学实验组2位,无机及分析实验组7位,有机实验组8位),占总人数的35.4%；80分以上的有10位(有机和无机及分析实验组各5位),占总人数的20.8%。无机及分析化学和有机化学实验组操作成绩的分布比较合理,而物理化学实验组的操作考试成绩总体偏低,说明本次竞赛无机及分析化学和有机化学实验组的操作试题难度和评分标准是适宜的,基本符合化学实验竞赛的目的和要求；而物理化学实验操作试题难度较大、综合性强,大多数的参赛学生没有认真审题,认为只要按常规物理化学实验课的要求,完成物理化学参数燃烧热的测定实验就好,而忽略了该赛题还要求对硫含量进行滴定分析测定,将吸收了主焦煤燃烧产生的SO2及SO3的Na2CO3溶液直接倒掉,导致实验的完成度不够。另外心理因素也是影响物化实验组操作成绩的一个重要因素。从监考教师反馈的信息看,大部分参赛学生看到这种综合性强的实验,没有心理准备、竞赛全程比较紧张而未能发挥出正常的水平。这与学生心理承受能力不强、平日心理训练匮乏不无关系。

(3) 总体成绩偏低,60%的参数学生成绩在60～79分之间,高分学生的比例较小。部分选手操作成绩较差,基本定位了参赛学生实验能力的基本水平。有些选手的基本操作得分较高,但综合能力题得分低,特别是物化实验组的选手,导致了竞赛总成绩不高。这种结果客观反映了我省高校本科生的综合分析问题的能力比较欠缺,化学实验教学水平亟待提高。

3 实验教学改革的几点建议

福建省第一届大学生化学实验邀请赛的竞赛结果和成绩反映出了我省地方高校化学实验教学水平还有待提高,化学专业本科学生普遍存在实验理论基础不够扎实、化学实验规范化操作有待加强、综合分析解决问题的能力及数据处理能力亟待提高等问题。针对这些问题,特提出以下建议[8-13]:

(1) 改变学生“照方抓药”的做实验习惯,调动学生主观能动性去查找和借鉴相关的文献资料,让学生积极参与化学实验内容设计、化学实验规范化操作要领的分析以及化学基本理论的解释等教学活动,让学生不仅知其然,也知其所以然,变“要我学”为“我要学”,加强学生自主思考和学习能力的培养。

(2) 改变实验教学模式,采用讲授式、互动式及讨论式等混合教学模式,提高学生的学习兴趣,发展学生的思维潜力与创新能力。

(3) 完善教学内容,在大学二、三年级的基础化学实验教学中,增设综合性实验教学项目,着重以基本技能训练为主,注重学生实验能力、数据处理能力和综合素质的培养,突出创新能力与实际操作能力的培养与训练,提高我省地方各高校本科生的综合分析解决问题的能力,促进“一流”化学人才培养与教育。

(4) 我省地方高校应以承办或协办省化学实验邀请赛为契机促进实验平台的软硬件建设。把化学实验

竞赛纳入日常的实验教学日程中,让更多的学生和教师参与,教师与学生围绕竞赛问题共同努力,可以达到互相启发、教学相长的效果。

4 结语

福建省第一届大学生化学实验邀请赛为我省高校提供了一个交流化学实验教学经验和提高教学质量的平台,激发了本科生热爱化学和从事化学研究的热情,促进化学创新型“一流”人才的教育与培养。但如何使该竞赛真正成为传统化学实验教学的有益补充、有利于我省高校整体实验教学质量的提高,同时符合“促进福建省各高校化学实验教学改革,培养本科生学习化学实验和从事化学实验研究的兴趣,探索培养和提高本科生创新能力的思路、途径和方法”的竞赛宗旨,其组织形式、参赛模式和竞赛方式等还需进一步探索和完善。

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