中国科学技术大学无机化学实验课程建设的探索与实践

　第29卷第3期2014年6月

大学化学

UNIVERSITY CHEMISTRY Vol.29No.3

Jun.2014　中国科学技术大学无机化学实验

课程建设的探索与实践*

黄微**　李婉　刘卫　刘济红　田红军

(中国科学技术大学化学实验教学中心　安徽合肥230026)

摘要　结合中国科学技术大学国家级化学实验教学示范中心的建设,介绍了无机化学实验课程在建设过程中的一些探索与实践,探讨了在建设课程体系㊁更新实验内容㊁提升学生兴趣㊁强化过程管理㊁加强师资建设等方面所采取的措施,以及所取得的初步成效,并对课程今后的发展提出了展望㊂

关键词　无机化学实验　教学改革　课程体系　过程管理

无机化学实验是中国科学技术大学(以下简称中科大)面向化学与材料科学学院㊁少年班学院㊁地空学院的一年级本科生所开设的实验课程,年授课学时为200,年授课人数约300㊂作为新生进入高校后的第一门实验课,无机化学实验在整个化学教学中占有举足轻重的地位㊂因此,如何通过该课程的教学,在传授知识的同时,逐步提高低年级本科生学习化学的兴趣,培养学生的实验操作能力与分析观察能力,激发学生的创新意识,是该课程建设过程中亟需解决的问题[1⁃2]㊂近年来,笔者所在的无机化学实验课程组密切配合安徽省精品课程 无机化学”的课堂教学,在建设实验教学体系㊁更新课程内容㊁提升学生兴趣㊁强化过程管理㊁加强师资建设等方面采取了多项举措,获得了一定成效㊂现就我们在课程建设过程中的探索和实践与各位同仁探讨,以期作为参考㊂

1　合理建设课程体系

无机化学实验的授课对象为刚跨入大学校门的新生,他们在学习方法和思维习惯上还处于由中学生到大学生的角色转变阶段,因此,在课程设置方面,我们依照学生在不同阶段所具备的知识水平与认知情况,对无机化学实验的教学内容进行了合理设计与编排,根据循序渐进的原则,分3层次开展实验教学㊂

针对大部分新生实验基础薄弱,实验知识缺乏的情况,在一年级的第一学期(即秋季学期),课程组开设了无机化学实验(上)(必修课,80学时)㊂内容设计以传授学生基本实验知识㊁训练学生基本操作为目标㊂因此,该阶段的教学内容以基础型和验证型实验为主,如 硝酸钾的制备及提纯”, 容量分析操作”, 由废铁屑制备莫尔盐”㊂实验内容包括称量㊁溶解㊁加热㊁过滤㊁结晶㊁移液和滴定操作等㊂实验时,教师对每个基本操作进行演示,讲解操作要点,并认真观察学生操作情况,及时纠正错误操作㊂通过该阶段的实验训练,学生的实验技能有了逐步提高,实验操作开始较为自如,数据的精密度和准确度均有所提高[3]㊂

在学生掌握了基本实验知识,进行了较为充分的基本实验技能训练之后,实验教学的重心应转移至培养学生发现问题㊁分析问题㊁解决问题的能力上㊂因此,在一年级第二学期(即春季学期)的无机化学实验(下)(必修课,80学时)中,我们逐步增加了综合型实验的比例㊂实验项目既有经典的综合型实

* **基金资助:国家级实验教学示范中心建设项目;2012年安徽省教学研究项目(No.2012jyxm020);中国科学技术大学本科教学研究

项目;2013年度安徽省重大教学改革项目

通讯联系人,E⁃mail:hwnk@

验,如 三草酸合铁酸钾的制备及配阴离子电荷数的测定”㊁ 顺式二甘氨酸合铜的制备及铜含量测定”㊁ 葡萄糖酸锌的制备及成分分析”;又有由科研成果转化而来的综合型实验,如 银纳米片的合成及光谱分析”㊁ 纳米氧化型石墨烯的制备及表征”, 酞菁酮大环配合物的制备及表征”㊂通过上述综合实验的学习,一方面可以进一步强化学生对化学基本理论的理解和对化学基本定律的灵活应用;另一方面也可以培养学生对实验现象的分析观察能力,以及对实验中出现问题的思考和解决能力㊂ 此外,考虑到我校有部分化学竞赛保送生,以及化学科技英才班学生,面对上述统一的实验内容,他们常常感觉 吃不饱”㊂因此,针对这部分学有余力㊁对科研有浓厚兴趣的低年级本科生,我们在一年级的第三学期(即夏季学期)适时开设了化学科研基础训练实验选修课程(40学时)㊂授课教师基于学科最新进展和社会热点问题,为学生精心设置了多个研究设计型实验项目,如 壳聚糖纳米药物载体的制备及体外缓释性能研究”[4], 纳米氧化锌的制备及光催化性能研究”[5], 食用碘盐中碘含量的测定”, 无机荧光材料的制备”[6]㊂课程形式为完整地模拟一次科研过程㊂即在教师指导下,学生自主选择研究课题,完成从文献检索㊁方案设计㊁实验实施㊁问题解决到论文撰写㊁结题汇报这一完整的科研实践过程㊂该阶段的实验教学,既从实验内容上加强了各学科间的交叉融合,又从教学方式上强化了学生的中心主导地位,是对学生所学知识的综合应用以及掌握情况的实战训练,给学生提供了更多自我选择㊁自主学习的空间[7]㊂ 上述的3层次实验教学体系,涵盖了基础型㊁综合型㊁设计型实验,依据先简单后复杂的教学模式,层层递进,不断深化,有利于不同阶段㊁不同认知水平学生的能力培养与发展㊂

2　及时融入科研成果 在无机化学实验教学中,课程组还参考学科发展的最新报道及科研实践,有选择地进行归纳㊁取舍,将部分学术前沿内容渗透至实验教学中,使学生能够及时了解学科进展,接触前沿知识,确保课程内容的先进性和完整性,有效实现了中科大资源共享和教学科研双赢的目的㊂例如,依据2010年诺贝尔物理奖的工作,并结合本校化学系杰出青年基金获得者俞书宏教授的工作[8],无机化学实验课程组于2011年为学生开设了 纳米氧化型石墨烯的制备及表征”实验,即利用氧化反应破坏石墨层的π⁃π作

用,得到氧化型石墨烯(图1)㊂学生感慨道 没想到这么前沿的科学领域居然是基于最基本的理论知识,真是学以致用

!”图1摇制备氧化型石墨烯的反应式

又如:纳米贵金属(尤其是Ag 和Au)因其在光㊁电㊁催化等方面具有不同于块体材料的特性而成为材料科学领域的研究热点㊂无机化学实验课程组适时为学生开设了 银纳米片的合成及光谱分析”实验㊂该实验采用液相还原法,以硝酸银为前驱体,以聚乙烯吡咯烷酮和柠檬酸三钠为表面活性剂和保护剂,通过加入不同剂量的硼氢化钠还原硝酸银,从而得到不同厚度的银纳米片㊂ 将科研成果转化为本科实验教学,能使学生在实验中了解科学研究的前沿进展,领悟科学探索和研究的方法,提高综合实践能力与创新能力,进一步提高教学质量㊂但在二者的转化过程中,往往要利用仪器对产品性能进行表征,而学生在一年级时却尚未学习仪器分析课程㊂因此,如何使学生既能掌握前22大学化学第29卷