綜合設(shè)計(jì)性基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索及實(shí)踐

董光霞等

以農(nóng)科《基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》中“實(shí)驗(yàn)室含鉻廢液的處理及Cr（Ⅵ）含量的測(cè)定”為例，闡述了綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以學(xué)生為主、教師為輔的教學(xué)模式及實(shí)施方案。結(jié)論表明，通過(guò)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，符合我國(guó)高等教育對(duì)人才培養(yǎng)的要求。

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式實(shí)施方案綜合素質(zhì)《基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》是高等農(nóng)業(yè)院校所開(kāi)設(shè)的一門公共化學(xué)實(shí)驗(yàn)課，它涉及有農(nóng)學(xué)、園藝、植保、動(dòng)科、林學(xué)、食科、資環(huán)等20多個(gè)專業(yè)，它和《基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)》《無(wú)機(jī)及分析化學(xué)》等一起構(gòu)成了高等農(nóng)林院?；瘜W(xué)基礎(chǔ)課系列教材，也是大學(xué)一年級(jí)的必修課程?；A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的目的，一方面使學(xué)生加深理解理論知識(shí)，另一方有利于培養(yǎng)學(xué)生的操作技能，進(jìn)一步提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，啟蒙學(xué)生的綜合實(shí)踐能力和開(kāi)拓創(chuàng)新的意識(shí)。但是，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)少，而且教學(xué)模式單一，往往把綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也當(dāng)作驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)一樣，照本宣科，學(xué)生照著課本一步一步地做，因此，造成了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性、主動(dòng)性不高，實(shí)驗(yàn)組織能力低下，分析和解決問(wèn)題的能力不足，實(shí)驗(yàn)操作技能欠缺。

早在2004年，教育部在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見(jiàn)》中提出“要增加綜合性與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，提供豐富的教學(xué)參考資料，積極推進(jìn)討論式教學(xué)、案例教學(xué)等教學(xué)方法和合作式學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)大學(xué)生了解多種學(xué)術(shù)觀點(diǎn)并開(kāi)展討論，追蹤本學(xué)科領(lǐng)域最新進(jìn)展，提高自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立研究的能力。要讓大學(xué)生通過(guò)參與教師科學(xué)研究項(xiàng)目或自主確定選題開(kāi)展研究等多種形式，進(jìn)行初步的探索性研究工作。”為了適應(yīng)新時(shí)代的要求，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，我們對(duì)《基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革，增加了一些綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比重，并對(duì)這些實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式進(jìn)行了改革與實(shí)踐，得到了學(xué)生們的積極響應(yīng)，取得了滿意的結(jié)果。

一、《基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》中綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是我校省級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著全校32個(gè)本科專業(yè)，120多個(gè)教學(xué)班的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)任務(wù)，擁有高標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室13個(gè)（其中多媒體實(shí)驗(yàn)室12個(gè)）、演播室2個(gè)、儀器室4個(gè)、電子天枰室2個(gè)、準(zhǔn)備室5個(gè)、純水制備室1個(gè)，每年完成教學(xué)工作量37萬(wàn)人時(shí)數(shù)。實(shí)驗(yàn)室建立以來(lái)，學(xué)校投入了大量經(jīng)費(fèi)，裝備了全新的儀器設(shè)備和多媒體互動(dòng)教學(xué)設(shè)備，為開(kāi)設(shè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了良好的條件，累計(jì)開(kāi)出綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)12個(gè)。

現(xiàn)以“實(shí)驗(yàn)室含鉻廢液的處理及Cr（Ⅵ）含量的測(cè)定”為例予以詳細(xì)說(shuō)明。一般來(lái)說(shuō)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的含鉻廢液主要是由鉻酸洗液、重鉻酸鉀滴定分析實(shí)驗(yàn)、氧化還原反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)等產(chǎn)生，其中，主要含有Cr3+、Fe3+和Cr2O72-等。國(guó)家對(duì)各類水中鉻的含量做了明確規(guī)定：飲用水中Cr（Ⅵ）含量不得超過(guò)0.05mg·L-1，地表水中Cr（Ⅵ）含量不能超過(guò)0.1 mg·L-1，工業(yè)污染水中Cr（Ⅵ）和總鉻的最高允許排放量分別為0.5 mg·L-1、1.5 mg·L-1，超過(guò)該值則必須處理。目前處理高濃度含鉻廢液的方法主要是還原-沉淀法。其基本原理是：在酸性條件下，向含鉻廢液中加入還原劑，然后再加入堿性的物質(zhì)，使Cr3+生成Cr（OH）3沉淀，過(guò)濾出去。此法是具有成本低、處理效果好、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，得到的Fe（OH）3、Cr（OH）3沉淀可用于生產(chǎn)微晶玻璃，Cr（OH）3可用來(lái)回收金屬鉻或配成鍍件用的拋光膏，因此該法得到廣泛應(yīng)用。除還原-沉淀法以外，處理方法還有：鋇鹽沉淀法、鐵氧體法、陰離子交換樹(shù)脂法、生物治理法、黃原酸酯法、光催化法等方法。處理后的溶液可用分光光度法測(cè)定Cr（Ⅵ）含量。用原子吸收法測(cè)總鉻的含量。對(duì)于還原-沉淀法，此實(shí)驗(yàn)涉及到廢液的pH測(cè)定、Cr（Ⅵ）的測(cè)定、還原劑種類的選擇、還原劑的理論用量、堿的選擇、堿的用量及加入方式、分光光度計(jì)及原子吸收分光光度計(jì)的使用、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的判定等。這些環(huán)節(jié)由學(xué)生自行設(shè)計(jì)并組織實(shí)施，自行分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果并得出結(jié)論；教師引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方向，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作，幫助解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生的思維等這種“以學(xué)生為主，教師為輔”的教學(xué)模式，這種模式適用于綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。

二、《基礎(chǔ)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)》中綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐

《基礎(chǔ)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)》中綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容豐富，涉及到多個(gè)領(lǐng)域。因此，學(xué)生要完成實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間較長(zhǎng)，且教師的工作量較大，但如果能夠認(rèn)真對(duì)待，按照要求完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的綜合能力將得到很大的提高。

（一）實(shí)驗(yàn)題目的確定

首先，教師給出綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的題目，學(xué)生自由組合或由教師指定2～4人一組，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求查閱相關(guān)資料，選擇和確定實(shí)驗(yàn)材料，并以組為單位、以書面形式上交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。方案有：還原-沉淀法、鋇鹽沉淀法、陰離子交換樹(shù)脂法等；在選擇還原劑方面有：Fe粉、Na2SO3、NaHSO3、FeSO4；在堿選擇上有：生石灰、NaOH等；也有提出了一些意想不到的方法等，可謂百花齊放，百家爭(zhēng)鳴。也進(jìn)一步證明了學(xué)生查閱了大量的文獻(xiàn)資料。

（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的確定

指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生上交的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行審閱，給出合理化建議并反饋給學(xué)生，學(xué)生對(duì)方案商議、修改后再上交指導(dǎo)教師，敲定最后的方案。

（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)備

依據(jù)敲定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員把方案中所涉及的實(shí)驗(yàn)用品、儀器和試劑等，逐一配齊。

（四）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的實(shí)施

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師在上實(shí)驗(yàn)課時(shí)，組織學(xué)生以組為單位，每組大約5分鐘，介紹本組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，給大家互相學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，然后學(xué)生以組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師指導(dǎo)和監(jiān)督實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程。

（五）實(shí)驗(yàn)總結(jié)并撰寫論文

實(shí)驗(yàn)結(jié)束以后，學(xué)生要整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并在一周內(nèi)以課程論文的形式寫出實(shí)驗(yàn)總結(jié)。

三、結(jié)論

多年來(lái)，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)居多，到后來(lái)，逐漸增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的比重，再到真正以學(xué)生為主、教師為輔的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，極大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，由被動(dòng)實(shí)驗(yàn)到主動(dòng)實(shí)驗(yàn)，最后積極投入到實(shí)驗(yàn)中，不但鞏固了理論知識(shí)，而且還提高了學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及在創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作的意識(shí)等方面都得到了鍛煉和提高，為他們以后在專業(yè)課上的學(xué)習(xí)與實(shí)踐打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這也完全符合我國(guó)高等教育對(duì)人才培養(yǎng)的要求。

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