前言:寻找写作灵感?中文期刊网用心挑选的无机化学实验教学探索3篇,希望能为您的阅读和创作带来灵感,欢迎大家阅读并分享。
1前言
随着时代的进步,科技的发展,行业发展定位也发生着巨大的变化,社会对人才的素养要求也随之有所改变。而传统的教学模式多重理论轻实践,导致培养出的学生实践能力差,创新能力与创造性不足,不能很好地适应时代的需求。为了应对新一轮科技革命和产业变革所面临的新机遇、新挑战,2017年新工科研讨会提出“新工科理念”,志在培养具有创新创业意识、数字化思维和跨界整合能力的“新工科”人才[1-2],这促使着高校教育需要做出相应的改革。新时代人才的培养,扎实的实验技能是基础。无机化学实验作为高校实验教学的入门,在学生科研素养的培养中具有重要意义[3]。除此之外,无机化学还是一门与其他学科联系紧密的学科,如生物无机化学、医药化学、材料化学、食品化学等。因此,无机化学实验课程的重要性不言而喻,而如何保障无机化学实验教学质量是实现新工科人才培养的关键。目前,无机化学实验作为众多基础化学实验的入门,已逐渐被重视,但受限于实验内容设计、实验条件、教学方式等原因,其人才素质与社会要求仍存在一定差距。在此背景下,针对无机化学实验教学中存在的问题进行分析,提出相应的改革措施,以期为本科无机化学实验教学改革和人才培养提供参考。
1无机化学实验教学现状与改革措施
1.1增强安全教育
安全稳定的校园秩序,是高校开展正常教学和研究,实现办学目标的基本保障。化学实验涉及电器设备、加热操作、高压设备、玻璃仪器等,化学实验过程中又难免会用到易燃易爆、有毒有害试剂,并有可能在实验过程中产生有毒有害气体及废液等,如果没有得到有效处理会产生很大安全隐患。2021年3月31日,在中科院化学所,1名研究生因不当操作反应釜造成爆炸,当场身亡。2021年10月24日本该是一个快乐的周末。然而,南京航空航天大学将军路校区一实验室却发生了爆炸,2人死亡,9人受伤。2021年7月27日,中山大学药学院发生一起实验安全事故。一博士生在清理此前毕业生遗留在烧瓶内的未知白色固体,用水冲洗时发生炸裂。炸裂产生的玻璃碎片刺穿该生手臂动脉血管。屡屡发生的由于实验室安全问题而导致人员伤亡事件给我们敲醒警钟,实验教学中必须坚持以人为本,安全第一。无机化学实验涉及多种安全隐患,如加热电器设备、玻璃仪器、易燃易爆、有毒有害试剂以及相关三废等,都存在很大的安全隐患。目前,学生获取实验安全相关知识的途径多局限在实验室安全手册,内容繁多死板且与实际实验需求脱节,使得学生真正掌握的内容相对较少,这导致在实际实验操作过程中,学生仍缺乏安全意识、操作知识和危险应急能力。因此,实验室安全教育仍需要进一步加强。在教育方式上,除了简单的文字描述,还可加入新媒体和信息化结合进行的视频教学,更加形象生动地为学生展示,帮助学生深刻认知,并且可以结合虚拟仿真平台进行事故及应急预案的操作演练,帮助学生提高危险应急能力,保护学生生命安全。除此之外,还应建立合理的安全知识考核体系,保证每位学生在正式进入实验室前通过相关安全知识考核。
1.2提高绿色化学意识
金山银山不如绿水青山,环境问题刻不容缓。无机化学实验涉及的药品种类繁多,用量较大,部分试剂具有一定的毒性,同时实验中还会产生对人体和环境造成危害的有毒有害物质。这与绿色化学思想中所描述的“减少化学反应中原材料、催化剂、溶剂和试剂等的使用对人体和环境造成的损害,同时尽可能减少有毒有害物质的产生”是相悖的。例如目前开设的无机化学实验中d区金属元素化合物性质,ds区金属元素化合物性质实验中,会用到大量金属盐甚至重金属盐,同时在反应中也会产生有害物质.除此之外,由于缺少绿色化学意识,导致很多学生在实验过程中将有毒有害物质直接倒入下水道或扔进垃圾桶,对人体健康以及环境带来严重的危害。因此,在无机化学实验教学时要注重环保意识的培养,帮助学生树立绿色化学意识[4]。首先,在实验设计上从源头控制实验试剂药品的选用,选择低毒或无毒的化学试剂代替或减少有毒害物质的使用;在实验过程中,通过合理的实验步骤提高试剂药品的利用率,减少浪费;在实验结束时,要关注实验中“三废”的处理,如尽量保证易产生有毒有害物质的反应尽可能在密闭容器中开展,并引导学生参与设计出合理的废液废气废水的收集和处理方案,致力打造无污染的绿色无机化学实验。
1.3优化实验内容体系
长期以来,无机化学教学过于注重理论知识教学,压缩实验学时,忽视实验教学的意义,使得无机化学实验课程设计多流于表面。同时,实验教学多依附于理论教学,着重于验证理论教学的内容,这就造成了实验教学不能按照实验技术本身的系统性和科学性进行,学生也得不到系统有效的实验训练,从而严重限制了实验教学开展;更重要的是,有些实验设计烦琐且多有雷同,内容单一,综合性和设计性实验比重相对较低,例如大部分的实验内容设计中,整个无机化学学科实验里,设计性实验的比重仅仅是十分之一甚至更少,这在一定程度上扼杀了学生的自主性和创造力,导致很多学生仅仅是简单地按照课本内容操作,很少能真正主动去理解和领会实验的关键思想[5]。为充分发挥化学实验的研究功能,培养学生主动探索和创造能力,应适当增加趣味性、设计性实验和应用型的综合实验,除此之外,内容设计也应与时俱进,不断深化,与当前发展实际发展需求相结合。最重要的是,在整个探索过程中,应以学生为主体,教师为辅,利用学生已有知识进行创新性研究或对未知物质进行探索,独立或者合作设计实验方案,并通过实际操作进行验证,培养其观察问题、分析问题、解决问题、创新等方面的能力,保证无机化学实验教学顺利进行。
1.4丰富实验教学方式
实验教学局限在实验室这个特定的情境中,这在很大程度上限制了实验教学的顺利进行,这个弊端在新冠疫情下的教学显得尤为突出。2019年12月开始的新冠疫情导致很多学生无法按时返校,理论教学尚可通过网络教学实现,实验教学一度无法正常开展,这就将大量的实验教学开展推迟到学生正常返校后。而短时间完成实验教学任务势必极大降低实验教学效果。因此,发展新型的教学方式,使实验教学不仅仅局限在实验室中至关重要。针对无机实验教学中的验证性实验较多的特点,可开发符合无机化学实验教学特点的虚拟仿真程序,建立一套系统的关于实验原理、实验流程与实验操作的讲解视频,实现学生在程序上进行现象性实验验证操作的目的。以虚补实、虚实结合,为学生搭建能力培养平台,从而实现信息技术与课程教学的深度融合,提升高校本科教学的实用性、有效性和高阶性。课前,通过程序熟悉并认知即将要进行实验的相关仪器与药品特性,有利于学生在后续的实验过程中发挥更大的主动性;课中,对一些无法线下操作的高难度、高危险性实验进行模拟教学,弥补线下教学的不足;目前所用的实验教学方式,在走出实验室后无法对整个操作过程进行有效分析即难以实现“复盘”环节,导致很多学生的基本操作不过关而不自知,以至于后续的实验仅仅是错误的简单重复,因此可以在实验结束后在该程序上增加重复实验,利用虚拟仿真小程序,重温实验,通过系统给出的结果分析及时进行课后“复盘”,实现“课前-课中-课后”连贯性的虚拟仿真实验教学。进而达到复习纠错、巩固提高的目的。真正实现“人人皆学、处处能学、时时可学”的学习型社会。除此之外,虚拟仿真实验平台的引入可作为传统实体实验课程的补充,打破常规实验室对实验操作的限制,拓展实验项目,帮助学生更直观地了解理论知识和提高知识运用能力,进一步还可真实再现工厂环境,让学生直观体验实际工业现场操作,增强学习兴趣,培养学生的思维能力和动手能力。与此同时,还将减轻对大型、昂贵仪器设备的损坏,避免危险操作,节省大量人力、物力,降低实验成本,实现真正意义上的实验教学形式改革[6]。同时,科学的实验方式和实验平台的建立,也可以减少实验中有毒有害实际的使用,减少对环境和人体的危害,帮助学生模拟参与特殊环境条件下的实验,可能遇到的危险以及处理方式,真正实现教学中以人为本的教学指导思想。
1.5加强实验室师资队伍建设
在实验教学中,实验技术人员是必不可少的,然而,高校实验技术人员的地位相对较低,所受到的重视和尊敬往往不如理论教师,这也是导致实验开展难有突破的重要原因。也是由于以上原因,实验技术人员队伍组成知识水平相对薄弱,同时很多时候被动地与各项学术教学活动脱离,严重影响到实验室队伍的积极性和稳定性,以及自身知识水平的提高和实践能力的增强。实验室的工作内容包括教学、管理两部分,教师只负责上课,实验员只负责管理,这样一刀切的分工看似合理实则存在很大的弊端。首先,多数实验教学内容编制人员并没有完整地操作实验,无法给出实验操作的最优条件,导致很多现象性实验无法呈现,给实验的顺利开展带来不便。其次,理论教师只注重内容讲授,很少有时间精力关注于实验课程,对实验室的实验设备不熟悉,对当今实验仪器发展趋势不了解,对实验具体操作不熟悉,这样既会使实验室的功能发挥受限,又会导致实验课程落伍。同样,实验员只管理实验室,只是机械的准备实验,缺乏对实验原理以及涉及的相关专业知识和专业发展的理解,这也会造成实验室设备陈旧,跟不上形势。所以,实验教学人员和实验管理人员间应有分工,更应该有合作,将两者充分结合在一起,共同研究无机化学理论和应用特点,把握实验内容设计,掌握实验仪器操作,定制仪器设备购置计划,共同指导学生实验。
1.6注重学生学习思想转变的培养
无机化学实验是学生进入实验室接触到的第一门实践性课程,是学生实验课程学习习惯与学习思想形成的重要阶段,该课程开设的好坏直接影响到学生后续的理论与实验学习开展。大部分学生进入大学后仍然带着被动接受知识的心态,在实验开展之前不能很好地完成报告预习,仅仅只是对实验内容进行简单的摘抄,从而导致很多学生在真正的实验过程中实验目的不明确,在实验过程中常过度依赖教师,很难在简短的时间内完全掌握实验操作,实验结束后一问三不知。因此,应培养学生自主学习的意识,提高其学习的积极性和主动性。针对以上问题,首先应从实验内容的设计出发,适当增加设计性实验和综合性试验的比例,不设定实验的具体步骤,鼓励学生寻找多种途径实现实验目的,尽量减少甚至杜绝盲目实验的现象。另一方面,引入多种学习方式,如虚拟仿真以及掌上实验小程序,帮助学生提前在云平台上完成相应的虚拟仿真实验,掌握相关安全知识,更形象直观地了解实验过程,对即将进行的实验做到心中有数。实验过程中,自主记录实验数据,系统根据程序设定给出实验结果并输出个性化报告,便于学生进行实验分析。实验教学中另一个重要的步骤是教学考核,由于实验课时的压缩,实验的考核少之又少,实验过程依然更多的是教师讲解学生机械的操作,缺少交流沟通,因此,应将考核贯穿于整个实验教学过程中,例如增加随堂提问帮助学生加深对实验如何操作、注意事项、实现原理以及实验现象解释的理解,将单向交流转变为教师和学生的双向交流。在实验结束后,不再仅仅关注学生的实验结果,而是同时增加对实验操作技能的随堂抽查,并将其列入期末打分,帮助学生训练实验操作技能,真正做到在实践中提高和完善学生的动手能力。
2结语
无机化学实验作为本科实验教学的第一站,对提高学生学习、思考、创新等科研素质具有重要意义,其开展的好坏直接关系着新时代人才素质的培养的优劣。近年来,针对社会发展对人才需求的变化,我校无机化学实验也在进行着相应的改革,改变传统观念,增加年轻的博士队伍,进行探索和改革,在实验教学理念、实验教学方式、实验教学内容等方面均取得了一定的进展,在一定程度上提高了教学质量,激发了学生的探索性和主动性,提高了其动手能力,但离新工科背景下人才培养目标还有一定的距离。总而言之,无机化学实验教学改革是一项任重而道远的工作,未来需要各方面共同努力摸索出一条切实可行的教学模式,以达到新时代人才培养的最终目标。
作者:孙娜 阚二姐 魏学岭 单位:安徽工程大学化学与环境工程学院
无机化学实验教学篇2
科技创新是强国富民的关键,创新是国家和民族发展的重要力量,也是推动人类社会发展的关键力量。21世纪以来,由于科学技术的大力发展,产生一轮新兴的学科如大数据、人工智能和新能源等,给人类和世界的发展带来蓬勃发展。同时为我国的高等教育带来新的挑战,及时调整专业设置和培养方案才能应对为我国经济生活发展提供智力支持和人才保障。新一轮科技改革与产业革命,为国家培养造就一大批掌握高科技技术与产业发展的优秀科技人才,支撑科技服务创新创造驱动发展、提出“中国制造2025”等一系列国家战略[1]。教育部在复旦大学和天津大学分别召开了综合性高校和具有工科优势高校的新工科研讨会,形成了新工科建设的“复旦共识”和“天大行动”。并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》,全力探索形成引领全球工程教育的中国模式和经验,助力于建设高等教育强国发展。新工科教育是在传统工科的基础上发展起卓越教育的升级版,为了进一步促使我国从工程教育大国走向强国,在新一轮工程教育改革世界发挥重要影响力[2-3]。发展和构健的新工科建设的“三部曲”,引导人才培养主方向,开拓了工程教育改革新旋律。系统深入地开展新工科发展和研究,从创新理论、完善政策、研究探索实践中推进和落实,把我国建设成工程教育强国,建立中国模式和标准工程教育强国品牌,形成世界工程教育创新中心和人才基地,为实现“两个一百年”奋斗目标,实现中华民族伟大复兴的中国梦作出新贡献!
能源化工专业是我校2016年新开设的工科专业,属于教育部提出的新工科的相关专业。能源化工是材料、化学、能源等学科交叉融合发展起来的工程学科,具有新工科的创新性、融合性、交叉性等特征。无机化学实验是能源化工专业一门必修的基础实验课,该课程开设与第一学年,总课时81学时,旨在培养该专业本科生具备化学化工领域的基础知识和实验操作技能奠定基础。无机化学实验的课程内容覆盖面广、知识点分散和理论性强的特点。为了掌握和增强实验操作技能,以前大都是传统的经典实验,和科技前沿脱节严重,导致学生信息化融入新工科建设不足。根据新工科提出的新要求,提出了“一个核心、两个提高、三个融合”的新思路,新思路的核心是培养学生的综合能力,着力提高学生对工科的工程意识和设计研发能力,使通专融合、专创融合、多学科跨界交叉融合相互结合和发展,制定适合使学科向产业需求转变的专业建设和人才培养模式,从单一的专业模式向交叉多学科融合转变,从适用服务向科技前沿和引领科技转变。配合着新的专业建设和人才培养模式的课程体系调整[6],本工科专业的教学内容提出了“两贯通、三结合”的优化思路,即在优化教学内容的过程中,将思想政治教育和工程伦理教育相结合贯通。既要保证教学内容与培养目标的紧密结合,又要保证教学内容与实际生产生活应用的紧密结合和与科技前沿紧密结合[7-8]。科教融合是促进高校专业改革的方法之一,但在一些大学是有“名头”无“应用”,在长期的理论教学和科技前言发展相分离的教育理念下,高校优质丰富的科学研究资源始终无法应用人才培养中,“钱学森之问”基本无解,很难培养出引领科学技术的发明创造创新人才。科教融合的理论实践应用必须正确认识人才培养与科学研究的本质关系和特性。现在我国已经高度重视科教融合的理念,许多大学按照科教融合的理念进行了人才培养的创新,取得了显著的成效。中国科学院大学更是将科教融合作为一个核心命题来发展。在新工科背景下,既要锻炼学生的实验操作技能,又要改变传统的授课思路和掌握科学研究的前沿热点问题,为以后其他相关学科的学习打下坚实的基础,对教和学提出更高的要求。本课程根据教师的科研方向成果引入到工科专业的本科教学中,对工科专业的无机化学实验进行教学改革和探索。这既能激发学生的学习兴趣,又能掌握科技前沿,使学生更容易掌握和理解。用焙烧法制备g-C3N4用于光催化分解水制氢为例,通过合成和表征及应用,使学生掌握大型仪器的使用,通过实验前的准备阶段、实验中的摸索探究阶段和实验后的总结反思,培养学生科学思维和创新思维,为学生后续的科研学习奠基良好的基础,更有助于提升当代大学生的责任感和使命感。
1实验设计
1.1实验目的
(1)了解焙烧浸渍法制备g-C3N4的方法;(2)学习大型仪器的基本原理和使用方法;(3)学习理解光催化分解水制氢的反应机理;(4)掌握g-C3N4光催化分解水制氢的测试方法;(5)掌握数据分析处理。
1.2实验原理
石墨氮化碳(g-C3N4)是一种新型聚合物半导体,由于其合成简单,能带适合,物理化学性质稳定等优点,使其成为目前的研究热点。2009年,《NatureMaterials》首次报道WangXinchen等用g-C3N4光催化剂用于光催化制H2。与TiO2相比,g-C3N4的能带间隙适中,大约为2.7~2.8eV,可见光吸收范围约450~460nm。g-C3N4由于特殊的结构在空气中的热稳定性高。g-C3N4还具有优良的稳定性,不易被酸、碱或有机溶剂溶解等一些特点,因此它被认为是一种很有潜力的无金属半导体催化剂,有望在光催化应用领域取得巨大发展[9]。
2仪器与设备
2.1实验药品
三聚氰胺(C3N3(NH2)3),三乙醇胺(C6H15NO3(TEOA)),氯铂酸(H4PtCl4)。
2.2实验仪器
傅里叶变换红外光谱(FT-IR);粉末多晶X射线衍射(PXRD);热失重分析仪(TGA)。
2.3实验步骤
2.3.1g-C3N4的制备
将适量5g三聚氰胺放到坩埚中加热到500℃,保温2h,将块状固体研磨成粉末,再加热到550℃,保温4h。冷却至室温,得到黄色粉末纯g-C3N4[9]。
2.3.2催化剂的表征
2.3.3催化剂性能评价
将100mgg-C3N4光催化剂、80mL水、20mL三乙醇胺、5%1.5mLH2PtCl4溶液置于120mL反应烧瓶中超声,使样品良好分散在溶剂中。反应悬浮液经脱气排出反应系统里的空气后,用300W氙灯(北京泊菲莱有限责任公司)搅拌辐照反应悬浮液。在光催化过程中,用循环冷却水对反应溶液进行降温,利用配备热电偶检测器的气相色谱仪(GC7900,Techcomp)对产生的氢气量进行了测定,可见光辐照采用长程截止滤波器(北京泊菲莱公司)。
2.4结果与讨论
g-C3N4的晶体结构采用粉末X射线衍射(PXRD)测试。如图1(a)g-C3N4出现了两个衍射峰在13.5°和27.4°处,表明了g-C3N4的六方体石墨结构[9]。另外通过FT-IR观察到化学结构(图1(b)),g-C3N4的图谱中显示出振动峰,N-H2键的伸缩振动大约在3000~3500cm-1,苯环的伸缩振动大约在1620cm-1处,s-三嗪环上的C-N键的伸缩振动大约在800~1500cm-1[9]。通过热重测得g-C3N4的热稳定性,从图2(a)可以看出20~600℃,g-C3N4质量减少大约10%左右,这可能失去的是g-C3N4表面吸附的水分子,600~800℃g-C3N4的质量减少70%多,这可能是聚合物分解。复合材料的光催化活性用光催化制H2速率来评价(图2(b)),在80mL(80%)水中加入100mg光催化剂负载1.5mL质量分数为3%的Pt助催化剂和20mLTEOA(20%),纯g-C3N4的HER是5.79μmol/h,在可见光照射下不加Pt和加入Pt的纯g-C3N4HER分别是1.48μmol/h和3.09μmol/h,由于助催化剂Pt的加入,加快了光催化反应速率。
3新工科背景下
3.1实验前实验方案的制定
在落实“双碳”目标中,一方面要加强生态环境区管控和规划,严格控制“高耗能和高污染”项目审批,逐步控制消费化石能源的总量,解决清洁能源的问题;另一方面要提升生产过程的清洁和污染水平的防治,促进两碳技术的应用和创新,尽早达到“双碳”目标。化石燃料的过度消耗,使人类在能源需求和环境问题方面所面临的挑战日益加重,这些问题激发了人们对能源和环境方面的重新认知。随着工业化和人口的增长,预计到2050年,全球将需要能源供应是目前的两倍。目前,石油、煤炭和天然气等化石燃料是世界能源消耗需求的主要依赖,并且化石燃料的燃烧将不可避免地导致对环境的危害。因此,人们一直在寻求化学、物理、材料科学和工程领域的前沿技术来克服这些困难,能使能源有效的转化和环境得到保护。在各种可再生能源项目中,光催化技术是清洁的太阳能转化的可行性技术,在未来新能源开发中占重要位置[6-7]。因此,合理高效地利用太阳能可以解决未来的环境污染和能源匮乏等问题。在“双碳”目标背景下和发展清洁能源的思路下,结合申请双一流高校提出的科教融合的思路,既要夯实学生实验操作基础,又要紧跟科技前沿研究。通过阅读大量的文献,掌握目前解决能源危机的新方法。因此,帮助学生选择g-C3N4光催化分解水制氢的方法及反应机理的课题,归纳总结各类文献中g-C3N4光催化分解水制氢的研究进展,提出实验的方案和流程。在调研阶段,学生通过查找中英文文献,了解化学材料的前言方向,增强掌握科研发展方向的能力。通过组会交流讨论,掌握学习获取关键信息的能力。并通过设计实验方案,有效提高学生信息整合的能力和知识迁移的能力,为以后基础实验和综合实验打下良好的实践能力,同时也提高学生理论与实践相结合、相转化的能力。
3.2实验中的实践阶段
在实验过程中,学习g-C3N4的各种制备方法,掌握光催化分解水制氢的方法。观察记录实验中发生的现象,了解思考各种制备方法的区别和优缺点。实现纯g-C3N4光催化分解水制氢的实验,从光催化体系的调试、光源的操作、实验中混合溶液的比例、气相色谱的使用等,同时,使学生掌握和了解大型仪器的使用和操作。在实验中的实践阶段,通过实验过程的操作和知识体系的实践,使学生掌握提出问题和解决问题的新方法、新思路,同时提升学生动手操作能力和合作团队精神,培养学生科研思想和创新思维,为以后生涯奠基良好的基础。
3.3实验后的总结
在实验结束,学会使用化学软件处理数据和说明问题,掌握科技论文的写作方法和技巧。用化学软件绘制相应的图表,并对图表进行相应的分析和讨论,得出与实验相结合有意义的结论,根据实验结论,科学规范地书写科研论文以及科研项目书。在实验后的总结阶段可以锻炼学生的文字写作能力和归纳总结能力,使学生放开视野掌握了解世界前沿发展和各国的科技综合实力,使学生有使命感和担当责任感。
4结语
新工科背景下工科专业的发展和改革是各高校发展重要目标,同时国家提出“双碳”目标,结合世界各个国家的能源危机和环境污染问题。科教融合也是双一流高校建设的途径之一,把丰富的科研优质资源转化成工业也是人才培养的选择之一。本实验将g-C3N4的制备及光催化分解水制氢的研究成果引入到能源化工专业的本科教学中,体现了科研和教学相互支撑,同时使学生学到的理论知识和应用实践相结合。在实验不同的阶段,使学生掌握分析问题、解决问题的能力和方法,培养学生的科研思维和创新思维,了解不同国家的科研综合能力,使当代大学生具有责任感和使命感。
作者:毛娜 段晓丽 单位:渭南师范学院化学与材料学院 宝鸡市蔡家坡中学
无机化学实验教学篇3
站在客观角度来说,化学实验操作性、实践性较强,是知识传递、技能培训、专业思维培养的最佳路径。作为理科专业的重要课程,无机化学实验根据专业内容的不同,实验教学内容与方式也有所侧重。因此,如何在课程教学中完成实验教学目标,让学生更好地掌握知识已成为各高校当前实验教学的重要内容。传统教学方式根深蒂固,也对实验教学起到了一定的作用,但是伴随科学技术的发展与高校人才培养目标的深化,其对教学内容与教学方法都提出了新的要求与标准。对此,本文结合文献综述法与实践调查法,探讨了当前高校无机化学实验教学存在的问题,并在此基础之上提出了一系列的优化措施。
1高校无机化学实验教学存在的问题
1.1理论验证为主,忽视能力培养
实验教学也多遵从实验理论,在实验过程中主要以验证为主,对之前讲过的化学理论、化学现象与化学概念为依据,这在潜意识里让学生感觉到实验教学是依附于课堂理论教学的,异化了实验教学的本质目标。很多时候,实验教学以理论验证为主,忽视了对学生能力的培养。由于教材上的知识已经经过了较长时间,然而由于学生并不知道知识的来龙去脉,仅是为了验证而验证,为了实验而实验[2],他们的思维受到了一定的限制。这也为他们后续的学习与专业深化造成了一定的消极影响。
1.2重理论,轻实验
站在客观角度来说,教材中的任何一个知识点往往都可以通过实验进行检验,更可以通过实验让学生获得对知识综合、多方面的了解。而这也是实验教学的优势所在:针对性强、综合性强。而当前的专业教学中,绝大部分教师注重理论知识的教学,不管是在课程教学、作业布置中,理论教学占比较高。这启示教师要在后续的教学中,要重视理论与实验的结合,更好地培养学生的专业思维。
1.3忽视实际操作,成绩评定缺乏很大客观性
从教学目标来看,实验教学往往是为了让学生更好地掌握知识与原理,这样才能在专业学习中积淀更多的理论知识,为后续的学习做铺垫。然而,教师过于关注理论教学,忽视了培养学生的实践能力这一环节,自然而然教师们对实验教学重视程度较低。此外,教师在成绩评定上也缺乏较大的客观性。例如,一些优等生往往在理论学习中分值较高,部分学生在实验过程中能表现得很好。然而在成绩评定上的差异导致了教师的主观臆断,成绩评定缺乏客观性。
1.4实验模式单一,学生兴趣不高
当前在实验教学中,实验教学模式较为单一。很多时候都是由教师示范之后,让学生进行训练,或者是教师将实验以视频的形式呈现给学生,让他们在了解的基础上进行实验。这样一来,由于学生们已经知道了实验结果,很难培养他们的思维能力与创新能力。而实验教学也停仅停留在了实验验证这一浅层目标上,学生的兴趣越来越低。
1.5内容重复,操作简单
实验重复现象较为严重,很大程度上限制了学生能力的发展,又浪费了教学资源。还有一些实验操作较为简单,这在培养学生创新能力、操作能力上起到的作用微乎其微。
1.6实验类型单一,不利于培养学生的创新能力
从当前现行高校无机化学实验现行教材来看,其中的课程教学内容多以基础的理论为主。教学内容更新不及时,也无法反映当前专业的最新成果、整体发展态势,由此导致实验教学缺乏综合性、设计性、创新性与前沿性,这种“照葫芦画瓢”似的实验教学模式,也由于学生较多地依赖教材,一旦脱离教材,遇到实际问题,他们往往无所适从,限制了他们的思维能力。
2高校无机化学实验教学优化方法
2.1重视实验预习,减少实验差错
在实验教学过程中,也要重视预习的重要性,强调并鼓励学生进行实验预习,这也是实验获得成功的有效前提与基础。学生们在正式进入实验室前,对实验一无所知,而这时教师又要占用较多的课堂时间去讲解实验步骤、原理、注意事项等,即便这样,在实验过程中,学生们还会遇到各种各样的问题,导致实验秩序紊乱、实验教学时间过长、学生实验出现误差等。而出现以上情况的原因就在于,学生们对实验内容不熟悉。从这一角度来看,在实验教学前,要求学生进行预习,熟悉实验流程与实验注意事项,这样在实验过程中,很多学生便能独立进行实验,还能在最大程度上减少实验误差,激发学生们的成就感,这对提升实验教学效率、教学质量有很大促进作用。
2.2立足实验教学目标,推进实验教学改革
站在实验教学角度来看,无机化学实验的教学目标旨在让学生加深专业理论知识的认知,掌握一般的实验操作技能,学会使用相关仪器。而国外无机化学实验教学旨在,培养学生的科学研究能力,让学生掌握实验操作的基本技能,加深专业理论,最终掌握科学研究的方法与技巧。而我们也可以取其精华,将其优势应用在我国高校无机化学实验教学中,不仅要求学生掌握相关的专业知识与实验流程、内容等,更为关键的是要让学生具备一定的科学研究能力,这也是人才培养的最终价值诉求所在,对整个无机化学实验以及相关专业教学的改革都有很强的借鉴意义[3]。
2.3优化实验内容,探索实验教学新体系
无机化学实验在整个专业教学过程中占比较高,也影响着学生今后的专业学习效果。然而,传统的无机化学实验教学中简单的实验内容较多,而且操作重复,很大程度上降低了学生对实验的学习兴趣。从这个角度来看,优化实验教学内容,选取更具代表性、更典型性的实验,以此构建实验教学的新体系,能有效培养学生的实验学习兴趣,让学生掌握扎实的专业理论基础。在探索无机化学实验教学体系过程中,必须要注意以下几个方面的内容:(1)元素性化学实验急需改革。特别是在新时期,高校在人才培养过程中,更注重培养学生的综合素质。由此对无机化学实验教学也提出了新的标准。在基础性化学实验中,化学实验的基本操作与技能成为主线,其实验教学地位也受到了一定质疑。有些高校对此进行了一定的缩减,而有一些学校将之摒除,可以说在元素性化学实验的改革中,成为化学实验体系的重要改革内容。但必须考虑到元素性化学实验在帮助学生在专业学习过程中的重要性,因此对该类实验的压缩、摒弃等并不是实验改革的最终目的,而应该在其固有实验教学内容基础上进行一定的优化。(2)增加实验量。由于无机化学实验的教学重点在于,培养学生的实验操作技能与核心素养。以往在无机化学实验教学中,有关一些合成类实验缺少了量的成分,由此导致学生对产品不能进行组成或者检测,影响了实验的严谨性,同时也失去了培养学生的科学态度、严谨思维的最好时机。因此,适当增加化学实验量,对于一些化合物的制备、合成等,也要将其与其他相关学科进行结合,构建化学实验的新体系。(3)增加研究型、创新型、设计型实验,更好地反映最新的教学成果,拓展无机化学实验教学的深度与广度。这样一来,更有利于调动学生对实验的主观能动性。由此一来,学生在进行实验前,可以先进行实验设计,然后由老师进行审阅,批准后学生们可以独立实验,验证自己的观点。这对培养学生的实践操作能力、独立思考能力,深化专业学习等都大有裨益。
2.4改进实验教学方法,提升实验教学效果
(1)伴随科学技术的发展,现代教育信息技术也在高校人才培养中发挥着重要作用。对此,在无机化学实验教学中,也可以利用信息技术丰富实验教学内容,为实验教学创造更多的可能性,延伸学生的知识视野。特别是在一些难度较大的实验中,可以为学生呈现实验视频,让学生了解整个实验流程,加深对实验结论的认知。一来节省了教学资源,二来提升了实验教学效果。(2)在实验教学中可以采用问题驱动式实验教学,由于以往的实验教学都是由教师先对内容进行讲解或者示范,然后让学生进行实验,以此得出结论。这样机械化的实验教学模式看似没有瑕疵,然而在实践过程中,学生缺乏学习的主动性,全程都是跟着教师的思路与框架进行实验,缺乏独立思考的意识与能力,不利于高校创新型人才的培养。而采取问题驱动式教学,先由教师提出一系列有关实验的问题,让学生根据问题设计实验,进行实验,必要时教师加以一定的辅导。这不仅可以加深量学生对理论知识的认知与对实验流程的印象,更有利于培养他们的综合实践能力。(3)还要考虑到更多元化的考核与评价方式,让成绩的评定更客观、更全面。将实验预习评价、对实验原理基本流程的认知、对实验操作、实验结果、实验报告完整性、实验结束后的行为、实验纪律等囊括其中,作为学生成绩评定的标准。
2.5探索开放型实验,培养学生的实验兴趣
根据实验教学的固有特点,探索开放型实验,培养学生对实验的兴趣,也是无机化学实验教学改革的有益探索。例如,将仿真技术、多媒体技术等应用于无机化学实验教学中,以人机交互将简单复杂的化学实验变得更生动更有趣,学生也可以根据操作动手演示,培养其动手能力和创新能力,提升整体的实验教学质量与效果。
2.6更新实验内容,加强综合性实验
考虑到高校人才培养目标,在无机化学实验教学中,必须要培养学生学以致用的能力。教材上部分实验能够让学生达到其他各种能力,特别是要强化对学生综合能力的培养,在实验操作、实验报告形成、科学研究等能力上,学生能力不足。对此,要进行不同程度地强化,促进学生的综合发展。
3结束语
高校无机化学实验教学对学生的专业学习有很大帮助。面对实验教学中存在的问题,必须要积极探索有效路径,寻求相应的解决办法,更好地解决实验教学问题,加快实验教学改革,更好地让学生习得知识、掌握能力。今后,我们也要在长期的实验教学中总结、反思,并立足人才培养目标、专业教学动态,引入更多、更新的前沿成果,助力无机化学实验教学改革,探索更科学、更完善、更合理的实验教学体系,让学生受益,提升高校人才培养质量。
参考文献
[1]侯芹芹,韩彤.浅析高校无机化学实验教学存在的问题及改革方法[J].山东化工,2019,48(5):181,184.
[2]史锐,陈冰.浅谈无机化学实验教学改革与实践[J].辽宁中医药大学学报,2007,9(4):206.
[3]李红喜,郎建平.无机化学实验教学改革的探索与实践[J].苏州大学学报:自然科学版,2011,27(4):92-94.
作者:陈爱敏 单位:新乡学院