化學選修課的實驗教學改革

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摘要：以節約實驗室資源和實驗改進及時性這兩方面為提高實驗教學效果的出發點，采用關聯和對比的方法，對兩門化學類選修課的實驗進行了改進。針對其中一門課設計了兩個具有前后關聯的實驗，使前一個實驗的成品能為后一個實驗充分利用。再根據學科交叉的特點，將這門課的一個實驗進行調整后運用到另一門選修課實驗教學上。結果表明，在鍛煉學生實驗技能的同時，關聯實驗有效利用了實驗產品和實驗時間；對比實驗有利于教師進行實驗觀察和研究，以便及時調整實驗方案。因此，這種改進從學生、教師及實驗室方面均體現了顯著的效果，是一種值得嘗試的實驗室教學探索。

關鍵詞：化學選修課;實驗教學;關聯;對比;學科交叉

0引言

目前，本科化學類實驗課中存在著兩種主要現象：一是學生做完化學實驗后，常留下大量產品，對這些產品的處理一般是直接丟棄或者一直存放而找不到用武之地；二是同一個實驗只針對同一門課的當屆學生。前一種現象易造成浪費，實驗產品不能有效利用[1-2]；后一種造成實驗調整的滯后性，即針對學生實驗中遇到的問題，實驗報告的反饋不及時，而教師調整實驗某些環節后需等到下屆學生才能驗證實驗調整的有效性[3-4]。因此從實驗室和學生發展角度來說，當前的實驗教學有效性有待提高。對于第一種現象，開展“綠色化學”、縮減實驗用量和開展循環實驗是不錯的方法[5-8]。大學生創新實驗的嘗試是很好的實驗教學探索，有利于學生興趣和科研素養的培養，教師還能及時獲得學生反饋的實驗問題，已取得了可喜成績[9-11]。

上述實驗教學的改革多立足于基礎化學實驗或者創新性實驗或平臺的建設與改革，但是對于化學類選修課的配套實驗而言，大多成為理論課的“附屬品”[12-13]，對其中的實驗產品的有效利用及實驗調整及時性的關注更少。因此，本文針對上述情況，以兩門化學類選修課為對象，對其中的實驗進行了設計和調整。

1針對實驗產品有效利用的實驗調整

“精細化工”是本校針對材料科學與工程學院化學系應用化學專業大三學生開設的一門選修課，其中洗滌劑和香料知識分別是本課程的重要理論內容。結合理論知識、學生興趣及實驗條件，特設計并開設了“生姜中天然香料的提取”及“手工皂的制作”前后兩個實驗。與以往設計不同，這里的兩個實驗是有關聯的：前一個實驗的產品是后一個實驗的一個配方。

學生首先按事先設計的方案進行第一個實驗，采用水蒸汽蒸餾法得到香料——揮發性姜油。經過實驗裝置的搭建、實驗中水分和加熱速度等細節的控制，3～4h后，絕大部分學生能提取到一定量的姜油，少數因實驗溫度等控制不佳，油量較少，導致油水分層不明顯。教師將學生提取的樣品分別收集并保存在冰箱里。在手工皂的制作實驗中，將上次提取的樣品作為這次實驗的配方，用作手工皂制作的原料。手工皂制備完成并能夠脫模后，學生可將自己的“作品”帶走。

2對比法實現實驗調整的及時性

采用不同的實驗配方在同一門課程中的學生之間對比。在手工皂制作的實驗中，準備了兩種油脂，擬定一半同學采用配方一，一半同學采用配方二，再添加上次實驗的姜油。實驗結果表明，兩種配方均可成功制得成型的手工皂，其中一組學生還嘗試同時取了兩種油脂來實驗，同樣取得了不錯的效果。另外由于添加了姜油，手工皂中還有天然的姜香。有少數組實驗因為溫度或攪拌速度的問題，在相同制備和老化時間下，并未制得成型的手工皂。這次實驗表明，3種配方均可制得成品，實驗失敗則來源于實驗細節控制不當。

采用同一實驗運用于不同選修課實驗的對比。化學類本科實驗有個特點：專業性很強。例如分析化學開設的實驗是分析測試內容，有機化學實驗則多涉及物質的制備和提純。但隨著學科交叉越來越頻繁，學科之間的界限不再嚴格區分，不同學科經常用到同一種化學知識。化學類選修課實驗應能體現這種學科交叉，但大多數不同選修課的實驗之間無明顯聯系。

食物香料是重要的精細化學品，也是常用的食品添加劑。“精細化工”課程的生姜中天然香料的提取的實驗中，按照文獻[14-15]，采用原料為干生姜，水分的去除是為了增加生姜中姜油的比例，提高提取率。但是在學生實際操作中發現，水蒸氣蒸餾法提取時，生姜需要被水充分浸潤后才會提取出油，在目前實驗條件下，干生姜的出油率和出油速度均不高。根據學生反饋的問題，將此實驗做了調整，應用到同期隨后的“食品分析”的實驗中，采用切碎的未干燥的鮮生姜為提取對象，同時根據干燥前后生姜中水分的比例，加大生姜的用量，并對容器做了調整，實驗表明，出油速度及出油率的統計結果優于前次實驗。

3實驗改進后的成效

(1)充分利用實驗產品，節約了實驗藥品資源和實驗室存儲資源。不少同仁從實驗教學角度對藥品堆放問題進行了嘗試，效果不錯。比如循環實驗，產生的有毒廢金屬離子采用化學法回收再利用[16]。而這里嘗試的改進無需耗費額外的試劑和精力，對“精細化工”實驗的產品，均做到了有效利用：前一個實驗成果作為后面實驗的配方，最后一個實驗產品作為學生的成果由其保存利用。

(2)體現了實驗方案調整的及時性。同一個實驗不同配方的設計結合了學生興趣及課程特點，使其體會到精細化學品“復配”的特點。對實驗的興趣使不少學生討論并請教實驗配方的改變問題，這有利于培養學生設計實驗的意識。不同組別的實驗配方或比例不同的做法不僅有利于教師及時總結實驗調整的有效性，還能避免學生實驗的抄襲現象，各自需根據自己的配比如實記錄現象和結果，促使學生認真實驗。

同一實驗在不同課程的運用，符合學科交叉的趨勢，縮短了實驗調整周期。本科實驗課開展之前，教師事先已進行設計和反復嘗試，以此達到合理性和安全性。由于其知識背景的差異，教師在實驗中遇到的問題和學生遇到的狀況往往并不相同，而后者反映出的現象和問題才是更具有針對性，因為進行實驗的是學生本身。若一個實驗只用于同一門課，那實驗周期至少1年，即改進后的實驗只能等到下一屆學生的實驗課才能實施。在同一學期將兩門不同課程的實驗課聯系起來，既符合學科交叉的必然性，也有利于從學生反饋的問題及時調整實驗方案，大大提高了實驗教學質量。

4結語

通過實驗選題和設計，將一門選修課實驗中的幾個不同實驗前后關聯起來，使前一個實驗的成果作為下一個實驗的原料，能大大節約實驗室資源，并且能提高學生認真對待實驗的態度；將同一種實驗應用到不同課程的實驗教學中，既符合學科交叉的趨勢，也便于教師從中及時有效地改進和設計實驗。這些措施從不

同的角度探索提高實驗教學的效果，是一種值得進一步完善和推廣的嘗試。

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作者:梁華 戴可 柯改利 胡亞敏 單位:西南科技大學材料科學與工程學院 四川省非金屬復合與功能材料重點實驗室