化學(xué)選修課實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革實(shí)踐

梁 華, 戴 可, 柯改利, 胡亞敏

(西南科技大學(xué) a. 材料科學(xué)與工程學(xué)院； b. 四川省非金屬復(fù)合與功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 綿陽 621010)

0 引 言

目前，本科化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課中存在著兩種主要現(xiàn)象：一是學(xué)生做完化學(xué)實(shí)驗(yàn)后，常留下大量產(chǎn)品，對(duì)這些產(chǎn)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(gè)實(shí)驗(yàn)只針對(duì)同一門課的當(dāng)屆學(xué)生。前一種現(xiàn)象易造成浪費(fèi)，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品不能有效利用[1-2]；后一種造成實(shí)驗(yàn)調(diào)整的滯后性，即針對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的反饋不及時(shí)，而教師調(diào)整實(shí)驗(yàn)?zāi)承┉h(huán)節(jié)后需等到下屆學(xué)生才能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)調(diào)整的有效性[3-4]。因此從實(shí)驗(yàn)室和學(xué)生發(fā)展角度來說，當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性有待提高。對(duì)于第一種現(xiàn)象，開展“綠色化學(xué)”、縮減實(shí)驗(yàn)用量和開展循環(huán)實(shí)驗(yàn)是不錯(cuò)的方法[5-8]。大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的嘗試是很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索，有利于學(xué)生興趣和科研素養(yǎng)的培養(yǎng)，教師還能及時(shí)獲得學(xué)生反饋的實(shí)驗(yàn)問題，已取得了可喜成績(jī)[9-11]。

上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革多立足于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)或者創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)或平臺(tái)的建設(shè)與改革，但是對(duì)于化學(xué)類選修課的配套實(shí)驗(yàn)而言，大多成為理論課的“附屬品”[12-13]，對(duì)其中的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的有效利用及實(shí)驗(yàn)調(diào)整及時(shí)性的關(guān)注更少。因此，本文針對(duì)上述情況，以兩門化學(xué)類選修課為對(duì)象，對(duì)其中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和調(diào)整。

1 針對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品有效利用的實(shí)驗(yàn)調(diào)整

“精細(xì)化工”是本校針對(duì)材料科學(xué)與工程學(xué)院化學(xué)系應(yīng)用化學(xué)專業(yè)大三學(xué)生開設(shè)的一門選修課，其中洗滌劑和香料知識(shí)分別是本課程的重要理論內(nèi)容。結(jié)合理論知識(shí)、學(xué)生興趣及實(shí)驗(yàn)條件，特設(shè)計(jì)并開設(shè)了“生姜中天然香料的提取”及“手工皂的制作”前后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。與以往設(shè)計(jì)不同，這里的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)是有關(guān)聯(lián)的：前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品是后一個(gè)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)配方。

學(xué)生首先按事先設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，采用水蒸汽蒸餾法得到香料——揮發(fā)性姜油。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)裝置的搭建、實(shí)驗(yàn)中水分和加熱速度等細(xì)節(jié)的控制， 3～4 h后，絕大部分學(xué)生能提取到一定量的姜油，少數(shù)因?qū)嶒?yàn)溫度等控制不佳，油量較少，導(dǎo)致油水分層不明顯。教師將學(xué)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(shí)驗(yàn)中，將上次提取的樣品作為這次實(shí)驗(yàn)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(xué)生可將自己的“作品”帶走。

2 對(duì)比法實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)調(diào)整的及時(shí)性

采用不同的實(shí)驗(yàn)配方在同一門課程中的學(xué)生之間對(duì)比。在手工皂制作的實(shí)驗(yàn)中，準(zhǔn)備了兩種油脂，擬定一半同學(xué)采用配方一，一半同學(xué)采用配方二，再添加上次實(shí)驗(yàn)的姜油。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種配方均可成功制得成型的手工皂，其中一組學(xué)生還嘗試同時(shí)取了兩種油脂來實(shí)驗(yàn)，同樣取得了不錯(cuò)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(shù)組實(shí)驗(yàn)因?yàn)闇囟然驍嚢杷俣鹊膯栴}，在相同制備和老化時(shí)間下，并未制得成型的手工皂。這次實(shí)驗(yàn)表明，3種配方均可制得成品，實(shí)驗(yàn)失敗則來源于實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)控制不當(dāng)。

采用同一實(shí)驗(yàn)運(yùn)用于不同選修課實(shí)驗(yàn)的對(duì)比?；瘜W(xué)類本科實(shí)驗(yàn)有個(gè)特點(diǎn)：專業(yè)性很強(qiáng)。例如分析化學(xué)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)是分析測(cè)試內(nèi)容，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)則多涉及物質(zhì)的制備和提純。但隨著學(xué)科交叉越來越頻繁，學(xué)科之間的界限不再嚴(yán)格區(qū)分，不同學(xué)科經(jīng)常用到同一種化學(xué)知識(shí)?；瘜W(xué)類選修課實(shí)驗(yàn)應(yīng)能體現(xiàn)這種學(xué)科交叉，但大多數(shù)不同選修課的實(shí)驗(yàn)之間無明顯聯(lián)系。

食物香料是重要的精細(xì)化學(xué)品，也是常用的食品添加劑?！熬?xì)化工”課程的生姜中天然香料的提取的實(shí)驗(yàn)中，按照文獻(xiàn)[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(xué)生實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，水蒸氣蒸餾法提取時(shí)，生姜需要被水充分浸潤(rùn)后才會(huì)提取出油，在目前實(shí)驗(yàn)條件下，干生姜的出油率和出油速度均不高。根據(jù)學(xué)生反饋的問題，將此實(shí)驗(yàn)做了調(diào)整，應(yīng)用到同期隨后的“食品分析”的實(shí)驗(yàn)中，采用切碎的未干燥的鮮生姜為提取對(duì)象，同時(shí)根據(jù)干燥前后生姜中水分的比例，加大生姜的用量，并對(duì)容器做了調(diào)整，實(shí)驗(yàn)表明，出油速度及出油率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果優(yōu)于前次實(shí)驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的成效

(1) 充分利用實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)藥品資源和實(shí)驗(yàn)室存儲(chǔ)資源。不少同仁從實(shí)驗(yàn)教學(xué)角度對(duì)藥品堆放問題進(jìn)行了嘗試，效果不錯(cuò)。比如循環(huán)實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生的有毒廢金屬離子采用化學(xué)法回收再利用[16]。而這里嘗試的改進(jìn)無需耗費(fèi)額外的試劑和精力，對(duì)“精細(xì)化工”實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品，均做到了有效利用：前一個(gè)實(shí)驗(yàn)成果作為后面實(shí)驗(yàn)的配方，最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品作為學(xué)生的成果由其保存利用。

(2) 體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)方案調(diào)整的及時(shí)性。同一個(gè)實(shí)驗(yàn)不同配方的設(shè)計(jì)結(jié)合了學(xué)生興趣及課程特點(diǎn)，使其體會(huì)到精細(xì)化學(xué)品“復(fù)配”的特點(diǎn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣使不少學(xué)生討論并請(qǐng)教實(shí)驗(yàn)配方的改變問題，這有利于培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的意識(shí)。不同組別的實(shí)驗(yàn)配方或比例不同的做法不僅有利于教師及時(shí)總結(jié)實(shí)驗(yàn)調(diào)整的有效性，還能避免學(xué)生實(shí)驗(yàn)的抄襲現(xiàn)象，各自需根據(jù)自己的配比如實(shí)記錄現(xiàn)象和結(jié)果，促使學(xué)生認(rèn)真實(shí)驗(yàn)。

同一實(shí)驗(yàn)在不同課程的運(yùn)用，符合學(xué)科交叉的趨勢(shì)，縮短了實(shí)驗(yàn)調(diào)整周期。本科實(shí)驗(yàn)課開展之前，教師事先已進(jìn)行設(shè)計(jì)和反復(fù)嘗試，以此達(dá)到合理性和安全性。由于其知識(shí)背景的差異，教師在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題和學(xué)生遇到的狀況往往并不相同，而后者反映出的現(xiàn)象和問題才是更具有針對(duì)性，因?yàn)檫M(jìn)行實(shí)驗(yàn)的是學(xué)生本身。若一個(gè)實(shí)驗(yàn)只用于同一門課，那實(shí)驗(yàn)周期至少1年，即改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)只能等到下一屆學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課才能實(shí)施。在同一學(xué)期將兩門不同課程的實(shí)驗(yàn)課聯(lián)系起來，既符合學(xué)科交叉的必然性，也有利于從學(xué)生反饋的問題及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，大大提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié) 語

通過實(shí)驗(yàn)選題和設(shè)計(jì)，將一門選修課實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)不同實(shí)驗(yàn)前后關(guān)聯(lián)起來，使前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的成果作為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原料，能大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)室資源，并且能提高學(xué)生認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)的態(tài)度；將同一種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到不同課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，既符合學(xué)科交叉的趨勢(shì)，也便于教師從中及時(shí)有效地改進(jìn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。這些措施從不

同的角度探索提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，是一種值得進(jìn)一步完善和推廣的嘗試。

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