美国部分高校大学化学实验开设情况分析*

桂清文，刘卓靓，蒋红梅，杨建奎，苏招红

(1 湖南农业大学理学院，湖南 长沙 410128；2 国防科技大学文理学院，湖南 长沙 410072)

化学是一门基础性、实用型的课程，同数学、物理同属于于基础自然学科。化学也是一门实验科学，在课程开设的同时会有对用的实验课程。在我国的高等教育中，越来越多的高校将《大学化学》作为一门基础通识课列为低年级学生的公共课程中。而不同高校对于《大学化学》及《大学化学实验》开设的学时数和实验设置不同。《大学化学》理论课的学时数一般在32～54学时之间，而《大学化学实验》从6学时到60学时不等[1]。各个高校的具体开设情况与其任课老师的数目以及实验室数目等固定组成有关。在我国建设“双一流”大学的道路上，我们一方面要注重高校的科研实力的发展，另一方面也要对高校的教学进行反思与改进。在此，我们以《大学化学》以及《大学化学实验》为例，总结了美国几所高等的院校的开设情况，进行分析，为课程建设提供新的思考和方法。

1 课程地位及性质

在综合性的高校，化学材料医学农业等专业会开设四大基础化学课程，包括《无机化学》、《分析化学》、《物理化学》、《有机化学》。而学习四大基础化学的学生一般不再学习《大学化学》。《大学化学》主要授课对象是非化学及密切相关专业的学生。中国地质大学(北京)、北京大学、同济大学的《大学化学》开课对象为一般理工科。而重庆大学、北京科技大学授课对象范围更广，还包含文科经济政治等专业的学生。我们从表1可以看出，美国许多高校都开设有《大学化学》及《大学化学实验》，相对于国内的授课对象，基本没有具体学科的要求，实验课程的选择要求是在学习完相关理论课程后。国内高校的开课时间在理论课与实验课之间有一段间隔，但是没有明确要求修完理论课的全部课程才可以进入实验课学习。从开课的学期来看，理论课与实验课在同学期开课，只是实验课程一般开课晚于理论课。有些高校会将实验课程作为理论课程的附属部分，不会单独作为一门课程。《大学化学》课程及实验课程对于大学生掌握物质的组成，反应的基本原理等知识有着重要意义。可以培养学生的科学素养，辨别真伪，解决日常生活中与化学相关的问题，具有基本的化学伤害的处理能力。因此，《大学化学》及实验在整个人才培养上具有正要意义。

2 具体实验开设情况

表2 《大学化学实验》课程开设实验统计表

续表2

密歇根大学实验1:密度测定实验2:有趣的气体定律密度的测定实验3:氯化钠水溶液密度实验4:碘化锌合成实验5:电导率和化学反应实验6:未知酸滴定实验7:溶液的热量测定实验8:漂白剂中的次氯酸盐分析实验9:碳酸钙药片分析实验10:植物性食品中磷的分析实验11:光谱法介绍实验12:分析阿司匹林普渡大学实验1:实验安全以及基本操作实验2:基本实验技术介绍实验3:密度的测定实验4:从曲奇和薯条中分离脂肪实验5:分子几何与极性实验6:电解质与非电解质实验7:化学作用力实验8:浓度测定技术实验9:水硬度测定实验10:酒的分析实验11:化学反应和热交换明尼苏达大学实验1:中性原子与原子质量、安全练习实验2:火焰测试和电子配置实验3:晶体生长实验4:元素和化合物实验5:实验室测量与技术介绍实验6:确定经验公式实验7:分子化合物的化学模型实验8:挥发性液体的摩尔质量实验9:摩尔浓度:应用于比色法实验10:离子方程实验11:碳酸钙的合成及其限制性反应波士顿大学实验1:鸡蛋的密度是多少?实验2:这是什么———鉴别未知物。实验3:确定氯化铜的分子式。实验4:从废铝中提取铝实验5:研究化学反应实验6:分光光度法测定维生素片中铁实验7:滴定抗酸剂实验8:测定过氧化氢水溶液的质量百分比组成实验9:氧化镁的生成焓莫瑟尔大学实验1:挥发性液体的摩尔质量与化学式实验2:冰点下降实验3:动力学:浓度效应实验4:动力学:温度效应实验5:气体平衡实验6:碱和缓冲实验7:光谱法测定铁离子实验8:水溶液中的平衡实验9:硼砂的热力学实验10:电化学

我们从国内部分高校的统计结果来看，《大学化学实验》大部分是作为一门单独的实验课程开设，课时从十几到几十不等[1-2]。根据每个实验的难易程度，单个化学实验安排2～4课时，对应的实验数目大约为4～16个之间。从表1美国几所高校开设的实验数目来看，与我国高校开设的数目基本一致，也在5～12个左右。而从表2中看具体的实验，实验室安全教育在哈佛大学、普渡大学作为单个的实验项目开设，而其他六所学校没有将此实验作为单独实验。但是，作为非化学专业的学生，日常课程与生活中较少涉及化学药品与实验室相关安全，作为一门通识课程最好有一节专门的实验室安全课程来加深学生对实验室、化学实验的了解。我们从这些高校开设的实验可以看到许多反应是基于基本的化学反应原理，比如化学反应热的测定、物质化学式的确定、生成焓的测定、能斯特方程；一些与实际样品相关的实验，包括废铝中铝的提取、漂白剂中次氯酸盐的测定、从曲奇和薯条中分离脂肪等，甚至还有鸡蛋密度的测定这类看似与物理非常相关的实验；另外有少数实验涉及一些仪器的使用，这些实验一般是面向化学相关专业开设的仪器分析实验。从实验类型的分布上，基本包含四大化学涉及的实验，每个科目至少有一两个代表性实验。所以，《大学化学实验》包含的范围较广，代表性较强。而且其中的一些趣味性实验贴合学生的实际生活，更容易引起学生的兴趣和激发他们的探索精神。

3 美国大学化学实验课程对于我们的启发

通过对美国几所高校的调研，我们发现大学化学实验作为一门基础实验课程，要具有双重性质，一是作为科学探索的严谨性，其中要涉及一些基本化学反应的原理的探讨或者经典实验的重现；二是作为一门基础通识课程实验课程具有的趣味性，体现在具体的实验设置上选取人们在日程生活中常见的物质进行分析，拉近生活与科学的距离，使得学生对于学科的存在意义更为了解，作为非专业学生来理解化学进而更好地学习《大学化学》这门课程。

3.1 注重实验安全，加强安全教育

实验室规范以及安全应该是大学化学实验的第一课。在此次课程中，首先应该准确告知逃生通道，防毒面具、紧急冲淋装置、灭火器的使用存放位置，的使用及位置，酸碱腐蚀一般处理方法。实验室安全规则包括日常着装、实验室内禁止饮食、打闹嬉戏等。美国密西根大学是教学研究型大学，新生进入实验室需要经过严格的培训，包括安全培训以及实验仪器的培训，培训结果以考试形式考察[3]。在大学化学实验中，虽不会涉及到培训的考察，最好让学生以实验报告形式提交本节课所述重点，加深印象。

3.2 构建架构合理的操作性强的实验体系

整个实验课程的设计尽量包含四大化学的基础实验，原理性探究实验，实际样品分析实验合理比例，构建一个架构合理的操作性强的实验体系。这些基础性实验的选取，一般选择实验效果明显，所用的化学试剂毒性危害性小的实验。四大实验有各种的特点，利用高校自身的四大化学基础实验室可以完成各类实验教学。学生通过在不同的实验室做实验，可以感受四大基础化学的异同[4]。而我们在具体实验设置时，需要考虑实验的难度以及可操作性、实验室条件、教师授课时间等因素的前提下，我们应当将更大的精力投入到设计一些难度适宜、具有启发性的实验。而对于理工科或文史类学生，考虑到学生基础不同，在教学方法以及内容上做适当调整，使得不同学科背景的学生能更好地掌握实验内容。而在过程指导中，教师主要负责实验技能包括基本仪器操作，实验操作，后续的数据处理可以提供相关软件资源和范例，最后的实验报告完成应由学生独立完成。

3.3 增设开放性的拓展实验

在基本实验完成的前提下，可以增加一个开放性实验作为课程拓展实验。一方面可以作为实验课程的一种考察形式，可以体现学生经过一段时间的学习后实验技能以及知识运用能力。而在硬件需求方面，根据具体实验可以参照专业实验进行配置，实现资源的最大化利用。另一方面，学生在独立完成设计实验的同时，可以加深对课程的理解，对专业的理解。对于某些学校大一大二年纪不具体分专业的学生而言，为其以后选课甚至专业选择提供参考。对于教师而言，在前面几个实验对学生进行专业技能培训后，最后的综合性拓展实验在实验操作上指导减少，而在实验前的实验设计过程中的指导增加。这对教师的综合素质有较高的要求，而且在时间上投入增加。如何尽可能地完成实验目的，在实验设计中所需要的条件的提供，这是教师在综合设计实验中必须注意的。

4 结 语

实验教学与理论教学相比，有它的特殊性。学生在实验教学中的主体作用比理论教学更为明显，而实验的潜在危险性也使得教师必须更加密切的关注学生的行为[5]。我们在这里选取了八所美国知名高校开设的大学化学实验进行讨论，这些实验涉及的范围较广内容较多，没有就个别实验展开详细讨论，只从实验类型进行分析。我们要从中选取可以借鉴之处，结合自己学校特色，开展好大学化学的实验教学。在整个实验课程中，注重学生安全意识、创新意识、批判性思维的培养，为我国“双一流”高校建设助力。