高等院校普通化学实验的教改与实践

摘 要：针对专业需要和学生的能力基础,在时间紧、内容多、教学条件有限的情况下,本文提出了普通化学实验精心选择实验项目和教学方法的思路；讨论了先进实验技术在普通化学实验教学中应用的局限性.通过教学实践,充分肯定了所做选择的教学效果,使基本的化学实验知识和技能,在非化学类专业学生中发挥了积极的作用.

关 键 词：普通化学；实验教学；改革与实践

化学是一门以实验为基础的学科.在高等院校,针对非化学化工类专业开设的普通化学实验,是一门非独立设课的实验课程,其教学目的是培养学生的综合应用能力,为相关专业的学习与研究奠定基础,因此,注重的是学生的“三基”训练（基础知识、基本操作、基本技能）.太原理工大学轻纺工程与美术学院（以下简称“我院”）纺织工程与服装工程专业开设的纺织化学课程,即是为这两个专业纺织材料和服装材料等课程的学习与应用铺路搭桥.在多年的教学实践中,在实验教学方面我们不断总结经验,优化教学方案,以求达到最佳的教学效果.

一、教学内容的选择

在我院,目前作为专业基础课的纺织化学,按照教学计划制定的化学实验课时数见下表.

从上表不难看出,受教学大纲和学时数的限制,该专业普通化学实验课的教学难度和深度,远远无法与化学类专业相比.我们认为,在如此少的学时内,实验教学的目的和内容,只能以培养学生的基本实验操作技能为主,一般无法要求学生的实验精度和熟练度,基本上没有时间,也没有能力开展复杂性、设计性实验项目训练.

在教学内容的选择上,教材内容要与教学目的和专业方向相结合,主要以《纺织化学》[1]教材为参考,本人认为适宜选择的实验项目分别是：简单蒸馏与回流、乙酸乙酯的制备、洗涤剂的配制与对照、分析天平的使用、滴定基本训练、纺织工业用水总硬度的测定、纺织品甲醛含量的测定等.选择这些项目,主要是基于以下几个方面的考虑：

1.与教学时数相匹配

在12～16课时内,实验项目数最多为5～7个,项目过多或过少都难以完成一个完整的实验教学内容.项目过多,单个实验时间少了,就达不到熟练操作的目的；项目过少,单个实验时间充裕了,但会减少训练内容,使整个技能训练教学不完整.

2.与教学目的相匹配

我们认为,在学时有限的前提下,每一个实验都应同时具备多项“功能”,充分调动学生的主动性与积极性,与教师形成互动体系,使得学生每做一个实验,都能有所收获[2].为此,我们对实验教材内容进行了大胆改革,删除了过于复杂的实验内容,选择具有代表性的与专业及生活相关的综合性实验,以求包含较多的操作性强的内容.

这些项目所涉及的都是最基础和较全面的实验原理和基本操作,如蒸馏、回流、分液漏斗、液体的洗涤与干燥、各种加热方法、测温、搅拌、台秤天平、分析天平的使用,不同状态物质的称量、滴定操作、移液管使用、分光光度计的使用等.这些基础知识和操作技巧,符合普通化学教学目的,也满足了专业及社会生活中对相关化学应用的要求.如我院纺织专业师生在科研方面,一直从事纺织新材料的合成研究,这就要求学生在蒸馏和回流操作方面有扎实的实验功底.

我们舍弃的一些实验内容,如纺织纤维的鉴别,是考虑到它与后续专业课程“纺织材料学”实验内容是重复的；还有分馏操作实验,它一般仅应用于化工类专业的精细分离过程,对非化工类专业来说,进行这方面的训练多少有些脱离实际,意义不大.当然,在整个实验体系中,缺少了化学元素性质部分的实验,但这是纺织化学课程教学内容本身的局限性,如果在实验中强行加入元素性质项目的话,学生缺乏这方面的知识基础,也达不到应有的教学效果.

3.与学生的能力基础相匹配

普通化学实验的教学对象,一般是大学一年级学生,他们在高中阶段所接受的化学教育,一般仅限于理论知识,大多数学生,特别是来自农村地区的学生,几乎没有使用过化学实验仪器,只见过老师演示操作.在这种情况下,普通化学实验教学的目的,主要是帮助学生从感性上认识常规化学仪器的使用操作,了解一些常用的实验原理,掌握化学实验及其相关研究的基础能力.在基础教学阶段就为他们选择难度较大的、设计性的实验项目,显然是不合时宜的.以纺织化学教材中列出的纺织品甲醛含量的测定实验为例,要完成该实验,需要准备的储备液、标准溶液、中间液等就多达5种,再加上绘制标准曲线时,标准溶液测试之前的恒温显色及常温放置时间（60分钟）、样品处理时间（60分钟）、其他辅助项目以及多种仪器设备的使用等,以大一学生的实验能力,在4个小时内都难以全部完成这些内容,因此,要选做该实验,实验教师就要做好大部分前期准备工作,在有限的时间内,协助学生完成该测试方法的基本操作.

4.实验项目的实用性

在选择的实验项目中,实验项目与实际生活的相关性也很重要,它可以激发学生的学习兴趣,往往可以达到立竿见影的效果.如液体洗涤剂的配制与对照实验,通过这个实验,学生不仅可以锻炼一些基本操作技能,还可以获得很多洗涤剂的知识.在实验之前,指导教师不仅要讲解液体洗涤剂的配方原理,还要穿插一些固体洗涤剂的基础知识以及胶体体系的基本性质等.在实验完成后,可以让学生将配制的产品带回去,与日用洗衣粉等洗涤剂做对照洗涤,代替了在实验室内与标准洗涤剂相对照的测试,这样可以大大加深学生的实验印象.总之,为了达到提高教学效果的目的,就要灵活处理一些实验内容和教学方式.

5.实验项目的环境无害化

绿色化学（greenchemistry）又称为环境无害化学（environmentallybenignchemistry）、环境友好化学（environmentallyfriendlychemistry）、清洁化学（cleanchemistry）,其最大特点在于从源头上预防污染的发生,实现过程和终端均为零排放或零污染.世界上很多国家已经把“化学绿色化”作为新世纪化学发展的主要方向之一[3,4].近年来,随着环保意识逐渐深入人心,我国的绿色化学研究蓬勃开展,很多绿色化学技术在化学、化工、材料、医药等领域得到应用[5].高校实验教学作为推行绿色化学概念的重要环节,承担着向大学生传输绿色化学理念和绿色化学技术的新任务[6-8].

在化学实验教学中,采用最新的科学研究成果,改革现行的实验教学体系,逐渐把绿色化学思想引入到实验教学课堂上,已经开始成为化学教育家们的共识,是今后化学实验教学改革的方向,并且某些绿色化学实验项目在一些高校得到实施.

二、先进实验技术应用的局限性

目前,在化学实验教学中,新的实验方法和实验技术不断得到应用,国内外一些先进的实验教学理念,在教学实践中也已经得到广泛认同,并且成为今后化学实验教学改革的方向.然而,对于像我们这样的非化工类专业院校来说,为了开展普通化学实验教学,学院对实验室建设和教学投入不可能太大,因此,实验条件一般只能处于较低的水平上,要开展技术先进的实验项目,势必困难重重,甚至根本不可能进行.

例1：对于水中钙含量的测定,按照国家标准的规定[9],通常采用火焰原子吸收分光光度法或EDTA（乙二胺四乙酸）滴定法测定.火焰原子吸收分光光度法尽管测定速度快、效果好,但需要昂贵的仪器及专门的操作技术,在一般实验室的条件下难以应用.EDTA滴定法干扰现象严重[10],同时该法存在着终点变化不明显和指示剂的封闭等问题,使得测定结果的准确度不高.

受实验条件的限制,并根据教学目的要求,我们只能采用后一种方法开展教学,主要让学生充分练习滴定操作的基本技能.为了让学生了解更多的新实验技术和测试方法,弥补教学条件的不足,我们就在实验讲解中给学生传授有关国家标准,以及在实践中得到应用的其他检测方法,如“草酸盐—高锰酸钾法”[11]等.

例2：乙酸乙酯的制备,传统的实验方法,是将乙醇和乙酸的混合液在浓硫酸催化下,回流30～40分钟,然后将产品分离提纯.在新发展的实验方法中,有人将微波技术引入了该项实验中[12],通过使用微波催化合成仪催化,将原来的回流反应时间缩短为只有5分钟,而且提高了反应收率.

但是,对于每台需要数千元的微波催化仪,并不是所有的化学实验室都能投资得起.对于我院来说,虽然该设备在科研项目中已经得到应用,但由于化学实验室仅面对非化工类专业的学生开展教学,而且使用率较低,所以在本科教学中对于这些新技术的应用,我们就只能望梅止渴了.

三、结束语

实践证明,创新人才培养的重要途径是引导科学探究.普通化学实验虽然仅仅是专业基础的一部分,但要让它真正发挥应有的作用,就得对它认真研究探索,让学生在起步阶段就踏实稳健.我们通过不断的教学改革,利用现有的教学资源和有限的教学时间,已将纺织化学实验开展得有声有色,并且使其在进一步深造的学生中发挥着重要的作用.