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谈实验教学内容及教学方式的选择

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发布日期:2019-03-08 17:25

摘要:就如何提高应用化学专业学生的动手能力,介绍一些具体的做法.应用化学专业实验项目的选择,应从巩固基本实验技能、突出应用特色、体现“三废”处理、玻璃仪器向小型金属设备的转换、用现代仪器完成传统实验等方面考虑.教学方式要不拘一格、灵活选择.力争培养出符合市场需求的应用化学专业毕业生.

关键词:应用化学专业实验;教学内容;教学方式

0引言

应用化学作为介于化学和化工之间的一门应用型学科,它培养的人才要具备化学的基本理论、基本知识和较强的实验技能[1].应用化学专业实验是高等院校应用化学专业学生必修课程之一,是帮助学生掌握化学化工的基本理论知识和提高实验操作技术技能必不可缺的环节[2].通过实验教学的实施,对培养学生的应用化学实验及其他相关学科实验的兴趣,提高发现问题、分析问题和解决问题的能力,有着举足轻重的作用,可以有效地为学生走向就业岗位奠定基础,有利于实现学校、学生、企业三者共赢的局面.笔者多年承担应用化学专业实验教学工作,加之近几年接触一些应用化学专业毕业生的用人单位,了解企业的需求情况.反思教学现状,深深意识到必须斟酌选择应用化学专业实验项目,灵活选择教学模式.

1巩固基本验技能,现场验证实验结果

应用化学专业实验一般是在本科生的第6或第7学期开课,也就是说学生已经学习过基础化学实验,具备一定的实验技能.但是,其实际能力往往让用人单位失望.所以有必要在专业实验开课时进行巩固、强化,培养学生独立完成实验能力,教学方式要不同于基础实验的“照方抓药”.实验内容要强化目标要求,比如:配制一定物质量浓度的酸、碱、金属离子溶液,测定未知物的熔点、沸点、闪点等.受课时的限制,首先让学生课前预习、准备相关知识,课堂随机确定同学只做其中的一两项,让学生独立完成,教师不讲授具体实验步骤,加强巡视,随时记录学生的操作情况,务必用相应的仪器(如:离子浓度测定仪等)验证其实验结果,依据结果评定实验成绩.最后由教师集中点评本次实验中出现的问题,促使学生共同进步.其教学流程为:课前预习→分配实验任务→学生独立完成→验证实验结果→教师集中点评→给出实验成绩.

2突出应用特色,贴近生活

开设贴近生活的应用型专业实验,可以较好地提高学生的学习兴趣,加深对“应用化学”的进一步理解.近年来食品安全问题,已引起各级政府及普通百姓的关注,应当开设相应的定性或定量的检测实验.例如:色谱分析技术是应化专业实验的必开项目,气相色谱法的经典实验是定性或定量测定苯及同系物,该实验与生活有一定距离且有较大的毒性,也不符合环境友好的理念,建议开设气相色谱法测定酱油、果汁、罐头等调味品或饮料中的山梨酸和苯甲酸,可以依照“芝麻油”国家标准GB8233-2008,测定其中某项理化指标.高效液相色谱的经典实验是定量测定苯甲酸甲酯、奈、吡啶等,完全可以依照GB14963-2011《食品安全国家标准蜂蜜》测定其中的葡萄糖、果糖、蔗糖.这里之所以选择芝麻油、蜂蜜作为检测对象,主要是这两类产品的市场尤其混乱,普通百姓难以判定其真假,通过开设该类实验,学生的专业自豪感油然而生,同时也拓宽学生的知识面.也可以利用课余时间开展一些兴趣实验,比如:掺假牛奶、面粉中有毒添加剂、问题松花蛋、食品中有害元素(或微量营养元素)鉴定等,不要以为该类实验档次低,不足以挂齿.创新意识、能力的培养没有高低之分,教学流程为:自带检材→独立规范制样→集中检测→交流结果→告知百姓.

3开设“三废”处理实验,培养环保意识

环境保护已引起人们的高度重视,基于化学学科特点,其生产过程中或多或少的要产生“三废”,如何降低“三废”的排放,或者说如何变“三废”为资源,是摆在化学工作者面前的长期课题.应当开设固体废弃物的再利用、废水的无害化处理、废气的资源化吸收实验,重在培养意识、拓展视野、养成习惯.当然,不同的地区其“三废”特色不尽相同,可以结合本地实际开设相应的实验,就淮北而言,固废物方面可以开设煤矸石制备净水剂、粉煤灰制备氧化铝、磷石膏制备化肥等实验,废水方面可以开设有色废水的脱色或降解、COD的测定、有害元素的去除等实验,废气方面可以让学生利用互联网查阅相关资料,借鉴市场上尾气吸收技术提出自己的新方案,然后开展模拟试验,重在培养解决问题的能力.

4合成化学实验,强化对实验产品的检测

传统的合成化学实验教学往往偏重于制备过程,只在表观上判定目标产物的质与量,这与化工企业的生产管理是不相符的,有一则广告语“药材好,药才好”,讲的是企业要严把原料的质量,好原料是生产出高质量产品的首要条件,上游企业的产品又是下游企业的原料,所以企业都严格把守“进”“出”两关,这里不是说生产过程不重要,对企业来讲其生产工艺、技术参数一旦确定,基本保持固定的操作方式,轻易不作变动,而原料、产品的批次不尽相同,相关人员要了解常用的检测仪器,掌握其检测方法.因此应把这一理念引入日常教学中,认真测定原料和目标产物的理化指标,在条件许可的情况下,让学生多见识相关的检测仪器(比如:旋光仪、卡尔费休水分测定仪、粘度仪、密度仪、白度仪等).

5玻璃仪器向小型金属设备转换

基础化学实验是以玻璃仪器为工具完成的,若应用化学专业实验还是在玻璃仪器中实现制备、结晶、分离等操作,不能更好地让学生体会到专业实验的特色,况且应用化学专业的毕业生大部分就业到化工企业,大学期间若不储备一些常用化工设备的感性知识,不熟悉常见设备基本操作,就业后面对工业化的金属设备会一片茫然,用人单位自然会俯视我们的毕业生,以致他们在短时间内很难打开局面,不得不补习该类知识板块.因此专业实验应开设一定数量的用金属设备来完成的制备实验.重在丰富学生的实践阅历,为就业以后尽快适应工作岗位做铺垫.当然,也存在开课成本高及制备出的产品的去路问题,可以考虑无偿送给有需求的单位或个人,做到物尽其用,比如,生产(制备)的涂料可以送给学校后勤用于美化校园,若是制备某日化产品(如:洗衣粉等)可以让学生带回去享用自己的劳动成果.可以考虑开设如下项目,1)特色涂料的制备,2)天然色素的提取,3)特色洗衣粉的制备,4)建筑脱模剂的制备,5)建筑用胶的制备.

6用现代仪器完成传统实验

传统实验是化学研究的基石,是化学工作者的基本能力之一,随着时代的发展,实验手段也在不断更新,应让学生多了解一些现代的仪器,培养学生的创新能力.利用氧化还原反应原理可以制备多种精细化工产品,传统的方法是让氧化剂(无机物或有机物)与还原剂(有机物或无机物)在适当的条件下反应,最终获取某种目标产物,不仅成本高且对环境或多或少地造成污染(产生“三废”).有机电解合成是现代化工业尤其是精细化工中的一个“高效清洁”的新工艺.电化学不仅与有机化学、分析化学及无机化学有关,还渗透到环境科学、能源科学和生物科学等诸多科学研究领域.建议开设相关的实验,比如:由马来酸电解法制备琥珀酸,该实验周期短、现象明显.有机物的批量生产,其分离提纯是基本操作单元之一,传统方法是采用蒸馏、分馏(精馏)等方式来提高产品的纯度,受自身原理的限制很难制得更高纯度的产品.而现代的方法是采用“分子蒸馏”可以轻松得到高纯度目标产物,建议开设“分子蒸馏”实验.再如微电解处理污水、微波干燥、超声提取等,均可以引入应用化学专业实验中.切实做到从玻璃仪器实验为主向以机、电、光、磁等实验为主转变.

7结合实际开设不同方向的应化专业实验

应用化学专业在发展过程中逐渐形成天然产物化学及其应用、精细化学品化学以及应用分析技术3个专业大方向[3].而每个大方向又有多个分支.如精细化学品又分为表面活性剂、日用化学品、涂料与粘合剂、轻工化学品、纳米材料、工业催化剂等,受学时数等诸多因素的限制,不可能开设太多的实验项目,可以以选做或开放实验的方式将实验项目提前告知学生,学生结合自己的兴趣选做某方面的实验.项目来源要结合本校教师的研究方向及实验场所的具体条件进行确定,当然也要限定一定数量的学生参与,避免“冷热不均”现象的发生[4].

8专业实验依托毕业论文实验

应用化学专业实验不仅要训练学生熟练的实验操作技能,更重要的是培养学生的综合素质和实践创新能力[5].毕业论文实验可以较全面的锻炼学生查阅相关资料、设计实验方案、发现问题、解决问题的综合能力.本科学生可以自由结合成立课题小组,建立高年级研究生与本科生组合实验的模式,让高年级的研究生参与到相关的课题组,既可以锻炼研究生的组织协调能力,更有“教学相长”的功效,本科生可以借鉴研究生在科研思维、实验方法及实验技巧等方面的优势,通过小组内的讨论及交流,集思广益直至形成基本的研究思路,设计出具有探索性或启发性的实验方案,从理论及实践两方面论证其可行性,有选择地通过实践验证设计方案的科学性,并且不断完善实验方案,最终实现设计目标.建立本科生为主体、研究生参与其中、教师辅助指导的实验教学新模式.

9开放实验室,鼓励学生申报挑战性课题

目前,我们的实验室只有在开课时学生才能进入,且仅能完成教学计划规定的实验项目,限制学生思维、实践活动,与当前的教育导向不相符.当然,实验室的开放确实存在成本、安全、管理等方面的顾虑,笔者认为不能因噎废食.第一步可以在一定前提下,在非教学时间段对学生开放.实验室开放不仅可以提高实验室的利用率,提高投资效益,而且对调动学生学习的积极性和主动性,培养学生的创新意识、动手能力、分析问题和解决问题的能力,培养高质量的创新人才具有十分重要的意义[6].学生可以利用开放实验室实施自己的创意,验证新思路的可行性,探索一些未知的实验现象,从中受到相应的启发,进而修正自己的实验方案,直至实现创意目标.与此同时,又可以将取得的阶段性成果申报挑战性课题,学生通过参与科技创新项目、实验设计大赛、毕业设计大赛等活动,培养并提高动手能力和创新能力.实验室开放还可以给学生提供可自行完成设计、制作和实验的实验设备与实验手段,使学生在亲身实践的过程中理解、拓展和提高基础理论及专业知识,得到全方位的科研训练,学到科学的思维方式和研究方法,逐步形成有利于创新能力培养的完整体系.实验室的开放形式要灵活多样,体现“以人为本”的教学理念.总之,专业实验的开设既要巩固学生的基本实验技能,也要注重创新能力的培养,养成善于思考、勤于动手、乐于挑战、坚忍不拔的好习惯.

参考文献:

[1]教育部理科化学教学指导委员.化学专业化学教育基本内容[J].大学化学,1999,14(3):13-22.

[2]章青,周双六,王小龙.应用化学专业实验的教学改革与探讨[J].广东化工,2014,41(24):122-125.

[3]陈创前.应用化学实验过程中对学生安全环保意识的培养[J].山东化工,2015,44(22):142-143.

[4]冯丽娟,李先国,张栋梅.应用化学专业(方向)实验的新模式设计与实践[J].化工高等教育,2015(2):48-50.

[5]王永垒,方红霞,李海云.应用化学专业实验改革[J].高教学刊,2016(1):69-70.

[6]李凡修,孙首臣,邓仕英.浅谈应用化学专业实验教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2014,33(4):198-201.

作者:王永秋 魏振中 单位:淮北师范大学化学与材料科学学院

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