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關鍵詞:環境保護意識 無機化學實驗 三廢 綠色化學
Abstract:With the continuous development of China's economy, people's awareness of environmental protection has also been improved, inorganic chemistry experiment of university has changed from the traditional development model to green. In recent years, the inorganic chemistry experiment in university some pollution is serious, the bigger toxicity experimen
化學實驗在高校教學中十分重要,我們在進行化學實驗時(尤其是無機化學實驗時)不可避免的會一些廢氣、廢液或廢渣即我們所說的“三廢”,實驗之后,如果我們不加處理就將其釋放到空氣中、水中或者土壤中將會給我們生存的環境產生嚴重的危害,從而影響人們生活質量。本文將分析大學無機化學實驗中“三廢”的處理狀況,并從綠色化角度對大學無機化學實驗中“三廢”的問題提出建議,現綜述如下。
一、大學無機化學實驗中“三廢”處理現狀
“三廢”直白的說就是廢氣、廢水、廢渣的總稱。從資源利用角度來看,它被稱為是“放錯地方的資源”。由于無機實驗在我國比重較大,無機實驗也相對比較重要,大學不可避免的需要進行無機化學實驗,而實驗中產生的“三廢”很多有學校進行有效的處理,雖然很多學校都提倡環保但是他們更多的是將其放在口頭上,將無機化學實驗中產生的“三廢”直接進行排放而不采取任何措施。
二、大學大學無機化學實驗中“三廢”的處理
1.廢氣的處理
廢氣是指化學實驗中產生的有毒、腐蝕性氣體,這些廢氣中多含有硫氧化物等成分,如果將這些氣體直接排放到空氣中將會給人體產生很大危害。而我們所說的廢氣凈化(Flue gas purification)則是指根據實驗中產生的“廢氣”成分進行綜合治理的工作 。而在很多大學無機化學實驗中,主要以通風櫥、通風罩等將廢氣排到室外,然后待廢氣被空氣稀釋后再排放出去。
2.廢液的處理
廢液在“三廢”中占有很大比重,無機化學中的廢液往往會包含廢酸、廢堿、等物質。對于廢水處理(wastewater treatment methods)則是指實驗過程中利用物理、化學以及其他方法對廢水進行處理,從而達到回收利用的目的。但是,當前很多大學在無機化學實驗時不注意對廢液處理,經常對廢液不進行任何處理直接傾倒到江河湖泊中,從而造成嚴重的污染。
3.廢渣的處理
化學實驗室中對于“廢渣”的處理也比較困難,廢渣中多含有廢玻璃、廢紙屑等,有的廢渣中甚至含有強毒性化學試劑等。目前,大學實驗室中還沒有明確的規定及其廢渣的處理方法,很多高校為了節約成本直接將廢渣進行丟棄 。
三、大學無機化學實驗中“三廢”的綠色化處理措施
高校無機化學實驗中“三廢”的處理問題是一個復雜的多因素過程,處理過程中我們必須以“安全、綠色”為核心。其次,在處理無機化學實驗中“三廢”過程中,我們還應該遵循以下原則。
1.預先處理
高校無機化學實驗中會產生一些有毒氣體(如:CO等),我們要杜絕直接排放到空氣中,我們應該善于將這些氣體進行預先處理,利用一些物理和化學方法進行轉化、吸收、收集等。此外,高校在進行一般實驗時,實驗中產生的有害氣體相對較少,實驗過程中必須打開窗戶及其排風扇,避免有毒氣體對人體的損害。
2.分類收集
高校在進行無機化學實驗時不可避免的會產生很多毒、廢液等,這些廢棄物種類較多,且成飛比較復雜,一旦隨意丟棄與空氣中的其他成分接觸,可能會產生新的有毒物質,很不利于人體健康。因此,高校無機化學實驗中產生的“三廢”必須經過嚴格的處理,學校要按照廢液的類型進行分類收集,并定期統一處理。這樣既能夠保護環境,又能不危害人體健康。
3.回收再使用
“三廢”直白的說就是廢氣、廢水、廢渣的總稱。從資源利用角度來看,它被稱為是“放錯地方的資源”。在大學無機化學實驗中產生的“三廢”我們可以對其回收二次使用。如:將實驗室制得氨氣后的氯化鈣進行回收作為其他實驗的干燥劑等。因此,大學無機化學實驗中產生的“三廢”我們應優先考慮廢物的資源化,這不僅在環境上有重要的作用,而且在經濟上也具有重要的意義。
四、結束語
高校在進行無機化學實驗室時,所產生的“三廢”必須采取有效措施處理后才能夠排放到空氣中。因此,我們必須采取有效的方法進行處理,一方面,我們應該加上高校師生教育,讓他們善于運用綠色化學的思想處理“三廢”,提高高校實驗室管理人員的環保意識,和監督意識;另一方面,我們必須加強高校校園宣傳,處理過程中要遵循“從源頭抓起”的原則。
參考文獻
作為一種最接近人類自然語言的程序,計算機高級語言在我國很多領域都得到了廣泛應用。其程序中采用了與數學符號和算式非常接近的運算符號以及預算式,不會被計算機具體結構與指令系統所局限,問題處理通用性強。針對以上特點,從計算機編程語言掌握以及知識的運用出發,對如何運用計算機編程來解決大學物理實驗基本計算的實際問題進行研究,以此為學習和研究提供更加便捷、簡化的途徑。
1 大學物理實驗基本計算存在的問題
結合分析,從物理實驗的課程安排看,其屬于獨立的基礎課程,尤其在理工院校,學生是通過實驗的基本訓練,提高對于大學物理知識的掌握,大學階段作為學生系統地接受實驗的開端,若提高實驗方法的掌握能力,會助力于日后學業與事業的有效發展,尤其對于日后要從事科研類專業的學生,是具有積極意義的。在具體實驗階段,主要包括對物理力學、熱學以及光學、電磁學等等的實驗,實驗過程,通過具體的數據與操作展示,提高學生認識。涉及到具體的基本計算實驗包括弦振動研究和液體粘滯系數的測定,以及電位差計的使用與薄透鏡焦距的測定等等。這些實驗內容會利用實驗計算,得出結果進行對比與研究,其體現的更是基本計算,他們之間的共性是大同小異的。也會進行平均值計算、直接不確定度與間接不確定度的計算。在處理過程中,工作較為繁瑣,具體表現在實驗過程需要利用計算,并且計算繁瑣,要使用大量數據,計算過程存在結果除不盡情況,這就導致了繁瑣、復雜性產生,即使是利用了函數計算器,也容易出現錯誤,很多實驗過程,會進行反復工作,包括教師與學生,都會感到處理困難,通過嘗試,可以運用Visual Basic編程來實現對此問題的簡化,可以很好的運用到大學物理實驗基本計算實踐之中。
2 大學物理實驗基本計算的簡化方法
基于以上大學物理實驗計算中存在問題,針對上述問題,對大學物理實驗基本技術方法進行簡化是非常必要的,下面從設計思路、實現過程、設計思路擴展等幾個方面對簡化方法進行幾方面具體分析:
2.1 設計思路
在大學課程中進行實驗的過程中,對于一些出現一些誤差和不準確的現象,是非常正常的,測量的結果中都會存在一些不確定的因素。不確定因素主要是評定測量數據所在的范圍。它主要會展示出在測量中出現誤差的過程中,存在的一些不確定的因素,從而站在概念意義的觀念和角度上,對實際測量得出的結果進行全方面的評價。
在物理實驗對數據處理的過程中,對不確定因素的應用比較多,并且采用的方法也基本一致,實驗過程中的特點也非常鮮明。但是在對直接不確定的數據計算的過程中,需要對其中的平均值進行測量和計算,還要對其中出現的誤差進行改正,并且采用貝塞爾公式的方法,對其中的標準差進行計算,然后通過不確定A類和B類的分量,合成不確定的數值,最終科學合理的完成不確定計算的方法。另外,在對間接不確定數值計算的過程中,會出現相應的偏導問題,并且還與實際的物理公式有著密不可分的聯系。所以,在這樣的情況下,就會導致很難對數據進行統一的處理,從而有效的實現對一些實驗過程的計算。
在對物理實驗過程中對不確定度進行計算的過程中,需要運用計算機編程語言技術對數據進行詳細的描述。這樣就可以運用Visual Basic的編程技術,實現人工計算的發展模式,并且保證在實際運算的過程中計算機程序的流程化和規范化,從而對程序中的功能有進一步的優化,并且更好的服務用戶。另外,為了能夠獲得比較準確的實驗和測量數據,就采用了大量的手工計算放大,經過結果表明,發現對實驗計算結果準確度造成影響的主要原因,就是將實驗過程中產生的數據進行了四舍五入。所以,為了能夠有效的解決這個問題,就需要將計算機編程的思想進行完美的結合,并且將實驗過程中的數據臨時存在一些文件中,這樣不僅可以有效實現程序對原始和中間數據的記憶功能,還可以有效降低實驗數據產生的誤差。
2.2 實現過程
使用者可以在特定的空間內,將實驗中獲取的數據合理的輸入,其中的數據主要包括單個數據和多個分散數據等等,對于不同的數據,需要運用空格和回車區別。然后等到數據輸入完畢之后,可以通過單機計算的按鈕觸發click的事件,這樣就可以促使程序對用戶輸入的數據有自動獲取的功能,并且存在另一個硬盤中。然后需要將程序中的數據提取出來,并且貫穿到數組中,然后采用預先設置的運算步驟,從而將數組中的數據進行嚴格的規范。最后,就需要將得出的最終結果,存在硬盤中的文件里,依據得出的不同數據,就可以真實的反映出現實的物理意義,最終可以實現對數據儲存可以合理的在前臺分配。
通過提高控件和觸發的時間,就可以在計算機程序顯示裝置圖的過程中提供合理的操作功能。
2.3 設計思路擴展(下轉第38頁)
(上接第55頁)
可以采用一樣的方式和方法,根據上文中提高的思路,對數據進行不同的處理,就可以大道不同物理實驗流程化計算的描述方法,從而通過在測量之后得出的數據按照實際的物理意義進行分離,從而可以有效實現能夠自主選擇輸出計算的結果。除此之外,還可以將大量的數據,通過文件的讀寫方式,對數據進行嚴格的錄入和修改。
但是如果對一些物理實驗不同的數據進行計算的過程中,就可以保證在最基礎的思路上,合理的增加控件和觸發事件的技術,從而就可以有效實現將多個類別的實現統一在一個工程中,在保障可以提高代碼和計算數組復用性的同時,提高整體的開發效率。
3 調試運行結果與分析
根據上文提到的相關設計思路,非常重要和關鍵的就是計算結果,就可以合理的運用Visual Basic編程語言技術。另外,還可以通過對實物的編程,從而實現更加方便的對功能的添加過程中,從而促使階段的設計會非常便捷和簡單。
如果在對實驗數據處理的過程中,其中存在一些計算量較大和實驗重復性次數較多的實驗數據,就會更加突出編程計算過程中的優勢。這就可以適當的運用嘗試運用Visua Basic計算機編程語言的技術,從而可以實現直接不確定度和間接不確定的完善計算,保證對實驗的數據能夠變得更加簡單和高效,最終保證數據的精確度比較高,并且對實驗的數據進行正確的計算。
關鍵詞:大學物理實驗;項目優化;內容拓展
近年國內外經濟發展形勢對人才類型的需求產生了深遠的影響,就目前分析,高素質應用型人才的培養是工科院校的首要目標。大學物理實驗主要是針對高等學校工科學生開設的一門必修基礎課程,該課程對提高學生初步的研究能力和實踐學習能力是至關重要的。因此,大學物理實驗的教學內容和方式與高素質應用型人才的培養息息相關。我國一般高等院校的多數物理實驗項目、內容仍采用老舊的模式,主要偏重對經典驗證實驗,而對有助于提高應用能力、創新能力,解決實際問題的能力的拓展實驗缺少開發,這與當代科學發展的綜合性和交叉性趨勢是相違背的,也不利于當代所需應用型人才的培養。進行大學物理實驗項目優化和內容拓展勢在必行[1-3]。針對大學物理實驗項目、內容的改革也引起了國內學者的關注[4,5],依據遼寧工業大學(以下簡稱我校)的實驗室設備投入情況和師資條件,抓住我校實施提高大學物理實驗教師教學能力和實驗設備維修能力,開發設計性、綜合性實驗項目能力,指導創新、創業項目的能力活動之契機,對大學物理實驗項目進行了優化,對內容進行了拓展。通過具體實施、實踐,結果表明,新的項目優化與內容拓展的教學模式有效地提高了工科學生應用能力、創新能力和解決實際問題的能力。
一、大學物理實驗項目優化
針對我校工科學生的專業特征和應用型人才培養的需要,在現有實驗室面積和實驗設備數量及實驗室教師的師資水平基礎上,對本學期開設的實驗項目:用復擺測重力加速度、穩態法測量不良導體的導熱系數、用雙臂電橋測低電阻、用惠斯登電橋測電阻、用模擬法測繪靜電場、計算機仿真-熱敏電阻的特性研究、熱電偶的定標、電子束綜合試驗儀的使用、電子示波器的使用、光的干涉-平凸透鏡曲率半徑的測定、邁克爾遜干涉儀、衍射法測量微小長度、用衍射光柵測光波波長、霍爾效應測磁場這14個實驗項目進行優化。為了兼顧工科各專業的學科特點和培養目標,通過現有的大學物理實驗網上選課系統,將學生所上實驗項目分為必做項目和選做項目兩大類。必做實驗項目為具有代表性的經典實驗,必做實驗可以使各專業學生對基本的實驗知識、實驗方法和實驗技能得到系統地學習和掌握;而選做實驗可以使學生按照自身的專業特點自行分類,發揮自己的專業特長。考慮到知識的全面性,力學、熱學、電學和光學實驗都不能缺少,故用復擺測重力加速度和穩態法測量不良導體的導熱系數保留作為必做實驗項目。同為電學實驗的用雙臂電橋測低電阻和用惠斯登電橋測電阻有較大的相同之處,故保留經典的用惠斯登電橋測電阻作為必做實驗項目。電子束綜合試驗儀的實驗有助于學生進一步理解電子示波器的原理,同時電子示波器又是多數工科學生必用的儀器,因此,兩個實驗都作為必做實驗項目。用模擬法測繪靜電場和計算機仿真-熱敏電阻的特性研究這兩個實驗同為模擬實驗,計算機仿真實驗是目前模擬實驗的典型,故選計算機仿真-熱敏電阻的特性研究作為必做實驗。霍爾效應測磁場作為電氣、電子類專業學生的選做實驗項目會更為合適。光學實驗選干涉和衍射的典型實驗——光的干涉-平凸透鏡曲率半徑的測定和用衍射光柵測光波波長作為必做實驗,可以達到對光學實驗的基本方法和基本操作的掌握。經過上述分析,優化后的大學物理實驗項目如表1所示。在原有的大學物理實驗項目的基礎上進行篩選,將實驗項目調整為必做實驗和選做實驗兩大類,各工科專業學生通過必做實驗可以獲得有關物理實驗的基本知識、基本方法和基本技能。通過選做實驗,學生按照專業特點、興趣愛好自主分類,充分調動了學生的學習興趣。同時要求學生做選做實驗時,能自己預習、自己選擇實驗器材、自己設計實驗過程和自己分析實驗結果,教師給予最后的指導和評判,實現開放式的實驗教學過程,這樣可以大大促進學生的獨立思考和創新能力的培養。
二、大學物理實驗內容拓展
通過必做和選做項目的分類固然可以使學生在專業上獲得各有所長的發展,但是學生物理實驗能力和水平也是參差不齊的,一些學生對物理實驗的渴求遠不是這些經典物理實驗能夠滿足的。因此,還需要通過內容拓展來開發出一些創新性拓展實驗,使得有這方面愛好和專長的學生有用武之地。創新性拓展實驗源于基本的大學物理實驗項目,但也不拘于原有的基礎實驗。飛速發展的電子技術使得一些基礎物理實驗項目的方法顯得落后,而基礎物理實驗項目中的物理思想又是永遠值得保留的智慧精髓。針對邁克爾遜干涉儀,可以拓展出一系列的創新性實驗項目,如用邁克爾遜干涉儀測量鈉黃光的光波長和相干長度,用邁克爾遜干涉儀測量薄玻璃片的厚度等。針對衍射法測量微小長度實驗,可拓展出金屬細微絲的直徑的測量。在衍射法測量微小長度項目內,又可增加利用劈尖干涉測量金屬絲直徑的內容。針對霍爾效應測磁場實驗可以拓展出非接觸方式測量導線電流強度的實驗,利用霍爾原理設計實驗測量裝置,通過測量霍爾元件兩端的電勢差和工作電流等物理量,利用單片機編程自動進行數據計算與處理,最后通過LED屏輸出計算載流導線的磁感應強度。針對用復擺測量重力加速度實驗進行內容拓展,可以要求利用光電管制作一個計時器測量周期,利用單片機處理、分析數據,計算出加速度值和不確定度,再利用LED將結果顯示出來。實驗內容拓展所需的軟件和硬件部分分配給不同專業學生完成,又可以培養學生們團結協作的精神。這些創新性拓展實驗項目被安排在必做和選做實驗項目之后,而且不要求全體學生參與,也不作為必修課程,只鼓勵對物理實驗具有強烈愛好又擁有專業特長的學生參與,并有專門教師指導,學生以研究性的論文和作品形式展示成果。這些成果可以參加各類創新競賽,可以用于發表文章,還可以作為畢業設計內容。
三、結論
近三年,利用創新性拓展實驗項目和實驗內容,組織教師和學生,設計并制作了《智能溫度計》、《可視化手動發電機》、《一鍵式智能密度測量儀》、《智能家庭空氣環境測控儀》、《一鍵式金屬膨脹系數智能精密測量儀》、《音頻與聲波儀的制作》、《智能便捷加速度測量儀》、《非接觸式智能電流強度測量儀》、《磁感應強度矢量自動測量儀》等設計作品,參加了近三年的“遼寧省普通高等學校本科大學生物理實驗競賽”,獲得一等獎、二等獎和三等獎多項,并將設計制作的實驗儀器應用在大學物理實驗的教學中,對原有的實驗方法、實驗儀器等進行有效補充。這些作品的設計制作者和實驗學生可能來自同一個專業、同一個學院,他們彼此熟悉,這樣就進一步增強了學生參與實驗創新的興趣,激發了學生的創新意識和創新能力。
參考文獻:
[1]張美茹,吳富根,衛小波.優化大學物理實驗課程設置的實踐[J].中國現代教育裝備,2010(23):100-101.
[2]官邦貴,秦炎福,張永鋒,等.大學物理實驗教學內容重組的研究與實踐[J].成都師范學院學報,2014,30(9):116-119.
[3]薛禹.淺談大學物理實驗教學體系的構建與優化[J].高教學刊,2016(9):97-98.
[4]胡光,張俊,唐亞陸.大學物理實驗課程的教學與改革探討——基于拉伸法測量楊氏模量實驗[J].工程技術研究,2016(8):225-226.
關鍵詞:無機化學實驗;教學改革;創新能力培養
一、無機化學實驗原教學過程中存在的問題
1.課程教學目標單一、規程化、實驗項目缺乏專業特色。目前,我校無機化學實驗教學目標還只停留在要求學生掌握“三基”即基本原理、基本知識和基本操作,規范操作驗證實驗教材中正確的數據和結論[2]。這一目標導致驗證式實驗過多,實驗時間短、內容少,規程化問題較突出,無論是制藥工程專業、還是食品科學工程專業開設的無機化學實驗項目基本都一致,缺乏專業特色,不利于學生對自己所學專業的認知。2.實驗教學管理模式較單一,不利于激發學生的創新意識。傳統的實驗教學管理模式都是以教師為中心,學生做什么實驗、什么時間做實驗、實驗步驟是什么、要用到哪些實驗藥品儀器,一旦確定就很少改變,這種單一的教學模式無法滿足學生自主設計學習過程,學生往往是被動接受知識,缺乏主觀能動性,很容導致學生上實驗課時不主動思考,甚至在課上出現手足無措的現象,這樣很不利于激發學生的創新能力和主觀能動性。3.四大化學實驗室單獨設置,現有實驗資源浪費。我校四大化學(無機化學、有機化學、分析化學、物理化學)實驗室都是獨立設置并開設課程,實驗資源沒有互通。由于每門課程開設的時間不同,導致出現某一特定時段集中在某個實驗室開展教學,實驗室極度擁擠、實驗試劑及儀器短缺,而有的實驗室閑置無用的現象。4.現有實驗教學隊伍師資嚴重匱乏,教學經驗不足,不利于保障實驗教學質量。我校實驗教學隊伍師資隊伍嚴重匱乏,師生比遠遠超過1∶8,不得不大量使用年輕教師或助教授課,但年輕教師往往由于教學經驗不足,使得其對實驗理解不夠全面、操作不規范、指導學生不到位、批改實驗報告不嚴謹,難以保證實驗教學質量[3]。5.學生實驗成績評定的隨意性大、缺少科學的評定標準。無機化學實驗課程考核成績評定一般是由平時成績和實驗報告兩部分組成。學生即使沒有認真做實驗也可以通過抄襲別人或者教材中的實驗步驟等完成考核。而且一般由于沒有科學詳盡的評定標準[4],教師只能根據主觀判斷給出一個較為籠統的分數,成績評定存在隨意性大、不合理的問題,十分不利于全面衡量學生對實驗知識的掌握能力[5]。
二、大學無機化學實驗教學改革與學生創新能力培養
1.豐富課程教學目標,優化調整實驗教學內容,培養學生的創新能力。將無機化學實驗分為三種類型:基礎實驗、綜合性實驗、創新設計性實驗。①基礎實驗:通過無機化學的基礎實驗,使學生規范化、熟練化和標準化地掌握化學基本操作技能,是綜合性實驗和創新設計型實驗能順利進行的保證。針對很多大一同學在高中化學課中只有理論知識而沒有實驗經驗的現象,在最新修改的無機化學教學大綱中,第一次實驗課的內容就是詳細系統地講解化學基本儀器操作規范,包括:各種儀器放置規則、如何清洗玻璃儀器及洗凈的判定標準、使用托盤天平的注意事項、溶液的配制、加熱、過濾、冷卻結晶的操作以及離心機、吸量管和容量瓶的使用等。首先由教師示范操作,然后讓學生進行練習,最后隨機抽查學生演示操作,讓其他同學和老師進行點評,達到學生熟練掌握的目的。②綜合性實驗:通過綜合性實驗內容,如測定化學反應速率和活化能的實驗,在使學生具備熟練的化學實驗能力的同時,對化學反應速率和化學平衡的理論知識進行實踐驗證。在實驗后要求學生計算反應速率和速率常數。這樣不僅可以改變以往學生在實驗中只是照搬照抄教材上的實驗步驟、被動地學習不動腦等問題,進一步提高學生做實驗的積極性和綜合運用知識的能力。③創新設計性實驗:創新設計性實驗是提高學生創新精神和實踐能力的有效途徑。例如,將從廢白鐵中制備硫酸亞鐵和硫酸亞鐵銨由驗證性實驗改為設計性實驗,要求學生設計與教材不同的制備方法。在教學實踐中,大多數同學根據設計的實驗方法制備了兩種產物,少數同學雖然沒有制備成功,但通過與同學之間的充分溝通,對失敗的原因進行了探討,較好地培養了學生的創新精神,提高了其獨立設計、分析問題、解決問題的能力。2.更新實驗教學方法,構建新型實驗教學體系。無機化學實驗不應僅僅局限在鞏固學生對無機化學的理論知識,或者讓學生掌握化學實驗的基本操作,更重要的是培養學生的創新意識并將理論知識運用到實際操作的能力,但是傳統的教學方式無法激起學生的學習興趣,更會使學生喪失創新意識。①在傳統實驗課堂講授中,一般先由教師通過板書講解實驗基本原理、實驗操作步驟和注意事項等,并進行儀器操作示范,學生復制完成實驗。在教學改革后,教師事先安排學生對實驗內容進行預習,課堂上要求學生對本次實驗當眾講解和示范,這使學生由過去的教學受體變為教學主體,有利于提高學生的主動性。當然,學生對實驗內容的理解不可能完全正確,在講解和示范過程中難免會出現錯誤,這時需要老師及時給予糾正和指導,加深學生的印象,更好地達到教學目的。②創新安排實驗項目,同學可以根據自己感興趣的無機化學理論知識,設計相關實驗,創設教學情境,采用啟發引導式的實驗教學方法。在部分實驗中,由教師講解該實驗可能會出現的現象或問題,引導學生思考解決問題的方法或產生實驗現象的原因,從而構建出新型實驗教學體系。③更新實驗教學手段,加強師資隊伍的建設。引入多媒體輔助實驗教學,對于一些較為先進的實驗技術,制藥及食品專業學生需要了解,對于學生日后工作中具有指導意義,而受到實驗條件的限制,又不能親自實踐的實驗內容,教師在互聯網上下載一些多媒體資源來引導學生探索,也可由學生組成興趣小組,教師指導學生通過查閱參考資料、互聯網資源,豐富學生的視野,避免以后工作中接觸到此類技術時茫然無知。開設開放實驗與課外研究,以培養學生創新性思維和研究性學習的能力。在本教改項目實施中,每年3—6月派遣相關教師赴中南大學進行實驗教學技能培訓。同時,將經驗豐富、具有中級以上職稱的實驗人員納入實驗課程教學團隊中,負責指導學生的基本實驗和儀器操作訓練,這樣既減輕了實驗教師的工作量,又發揮了實驗人員的優勢,提高實驗教學效果[6]。3.實現實驗室資源共享,充分利用開放實驗室資源。改變傳統的四大化學實驗室單獨設置出現的資源浪費現象,建立基礎化學實驗教學平臺,實現實驗室開放和資源共享,做到一舉兩得,減少人為因素導致的資源匱乏問題。為了更好地培養學生的創新精神,可以通過開放實驗吸引學生利用課余時間進入實驗室,鼓勵學生申請國家、學校和院系多級大學生創新創業基金,讓學生在這些基金的支持下,利用學校開放的化學實驗教學平臺,將科研與本科教學相結合,如已開展的2017年貴州省大學生創新創業項目:貴州余甘子干果與鮮果中有效成分的分析和提取工藝的研究。學生在科研過程中自主學習,從項目選題、設計實驗工藝條件、實驗操作、記錄和處理實驗結果所有過程學生都親自參與,啟發了學生創新思維,培養了創新精神。4.利用實驗技能和創新競賽促進實驗教學,提高學生的學習興趣。我院連續兩年舉辦了全校“大學生化學實驗技能大賽”,對推進、深化無機化學實驗教學改革,激發學生學習化學基礎課的興趣,培養學生實驗操作技能和綜合應用能力發揮了重要作用。5.改進實驗考核方法,有理有據地評價學生成績。無機化學實驗課實行獨立的考核、考試和成績評定,為了全面達到無機化學實驗課的培養目標,發揮學生的主觀能動性,促進學生創新能力的形成,需要改進、完善現有的實驗考核方法。我們對無機化學實驗考核內容和方式進行了重新設計,采取平時考核和期末考試相結合,平時成績占70%,期末考核成績占30%,平時考核包括:預習、出勤率、實驗紀律、實驗操作、實驗結果、實驗報告、實驗衛生等,逐項打分。期末考試中采用設計性實驗,由教師在課堂教學結束前兩周給出實驗目的,學生利用課外時間進行資料查閱、設計實驗方案等,然后在規定時間內根據自己設計的方案來完成實驗,教師對每位學生的操作進行評分,這將真正培養學生設計實驗的創新能力,大大激發學生對無機化學課的興趣。
三、結語
本文分析我校無機化學實驗教學中存在的問題,從教學內容調整、教學方法、教學資源共享、教學手段及考核模式等方面提出了一些思路和方法,并在2017級制藥工程、藥學、食品科學與工程3個班建立無機化學實驗教學改革試點,進行了教學改革實踐,明顯激發了學生的學習興趣,提高了學生自主創新能力,達到了預期的效果。但無機化學實驗教學涉及教學過程的各個方面,不可能一蹴而就,還需要不斷提高一線實驗教師的教學能力和綜合素質,把注重學生的創新能力培養作為實驗教學的重要任務,這樣才能滿足新時期社會對人才素質培養的要求。
參考文獻:
[1]常慧,寧滿俠.有機化學實驗教學改革研究與高素質人才培育[J].實驗室科學,2007,(2):48-50.
[2]江文輝,羅一鳴,唐瑞仁,等.有機化學實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2009,12(28):115-118.
轉型背景下地方高校必須要就當前的教學結構進行適當的調整,以便提高教學的有效性,為社會培養更多優秀的實用型人才。但是就當前我國地方性高校無機化學實驗教學的實際情況來看,高校在教學的有效性和實用性方面還存在較多的不足,嚴重限制了學生的全面發展。本文先就轉型背景下地方性高校無機化學實驗教學的現狀和問題進行探析,然后就應該如何進行實驗教學改革提出若干建議。
關鍵詞:
地方性高校;無機化學;實驗教學改革
1.引言
轉型背景下國家教育部門和政府對高校技術性人才的培養尤其重視,要求各高校能夠從學生的職業技能培養出發,將學生培養成為技術性人才和實用性人才,滿足普通本科高校畢業生將來的就業發展,同時也有助于促進社會就業,推動社會經濟的發展。無機化學實驗課程是化學的基礎課程,以我校為例,無機化學實驗是化學、化學工程與工藝、材料化學、應用化學和環境化學等專業實驗的先修課程,其在培養學生的創新能力、實踐能力以及獨立思考和解決問題的能力等方面具有重要的作用,要求各高校能夠重視無機化學實驗教學的改革,培養優秀的實用型人才。以下本文就相關內容進行簡要的探討。
2.高校無機化學實驗教學中存在的問題
(1)教學內容有待優化、調整
從當前我國高校無機化學實驗教學的內容來看,大部分高校采用的無機化學實驗教學內容為兩部分的內容,一部分為元素化學,另一部分為無機化學的原理內容。而這兩部分的內容主要的作用是讓學生能夠準確把握元素的性質和原理知識等,也就是讓學生在實驗操作中掌握基本的操作技能,熟悉操作的步驟和程序等。除此之外,絕大多數現行高校無機化學實驗教學中并沒有要求學生進行綜合性實驗的操作,也沒有讓學生進行實驗的自主設計,這就導致學生在無機化學實驗教學中無法得到綜合實踐能力、自主學習能力、創新能力以及解決問題能力等發展的可能,無法達到將學生培養成為實用型人才的目的和作用,因此需要引起重視。多數高校對實驗的應用性考慮不足,像周口師范學院定位為地方應用型本科院校,在無機化學實驗內容的編排上就沒有足夠體現出培養實用型和應用型技術人才的理念。另外,大多數高校無機化學實驗教學中并未涉及綠色化學和環境保護的理念,在大綱設計和實驗設計方面體現出意識薄弱的一面,這也是需要在實驗教學過程中引起重視的。為適應地方高校本科實驗技能的培養要求,無機化學實驗課程在教學內容的編排上,仍需要進一步的優化、調整。
(2)教學方法較為落后
部分高校無機化學實驗教師在教學中采用的教學方法依然為傳統的教學方法,即先對學生進行教學原理的介紹和講解,然后給學生示范或者講解實驗的基本步驟或者原理,最后讓學生進行實驗操作。有的高校甚至沒有將多媒體輔助教學引入無機化學實驗課程。這種教學模式下學生較為依賴教師的講解和實驗示范,雖然這種教學方法下學生的實驗安全性以及實驗操作準確性得到了有效地提高,但是學生的學習質量卻受到了巨大的影響。因為在這種情況下,大部分學生的學習屬于被動學習,他們不會考慮為什么要這么操作,只知道教師要求要這么操作,也不會輕易嘗試主動實驗和創新實驗。例如,在部分實驗中,教師會要求學生先將導管或者連接器拔下,然后再關上泵。學生聽課之后嚴格按照教師的安排和指導進行實驗操作,但是卻沒有學生會想想為什么不能換個順序,如果換個順序會出現什么樣的效果,以及在其他的實驗操作中是否也需要遵循這樣的操作規律等。這說明高校學生在這方面學習的主動性較差,學習效果也還有較大的提升空間。
(3)實踐操作的力度不足
就傳統的無機化學實驗教學來看,為了趕超教學的進步,完成教學任務,也為了學生實驗操作的安全性以及處于學校資源設備使用情況的考慮,部分教師喜歡讓學生進行觀察學習。即教師對學生進行示范或者直接由教師為學生播放視頻,讓學生進行觀察學習和領悟學習,只要學生能夠知道實驗的具體步驟,將其背下來或者記下來即可,很少給學生進行實踐操作的機會。這樣的實驗教學很明顯是不對的,實踐能力、創新能力以及實驗操作技能的培養和提高必須要以實踐操作為前提和基礎,沒有經過實踐訓練,或者說沒有經過充分實踐操作訓練的實驗教學必須會限制學生實踐能力的發展,從而降低無機化學實驗教學的有效性,無法達到理想的教學效果。
(4)實驗設備、儀器的不足
由于地方性高校自身實力的不足,加上相關經費投入十分有限,很多學校現有的實驗設備、儀器早已落后甚至早就要被淘汰,但仍然作為本科生無機化學實驗的必要設備在一直使用著,這直接導致本科生實驗條件過于簡陋,實驗儀器和設備非常落后,勢必會影響到某些實驗結果的正確性。另外,由于條件限制,有的本科生很有必要做的無機化學實驗就不能做了,如此一來,就滿足不了日常實驗教學。
3.轉型背景下高校無機化學實驗教學改革的策略探析
(1)豐富、優化和調整實驗教學內容
從內容上看,教學內容對教學的實踐過程起著重要的指導和基礎作用,轉型背景下學生必須要具備的實驗能力包括動手能力、創新能力以及實踐技能等,因此無機化學實驗教學的內容也需要體現這些方面的能力。目前我國高校無機化學實驗教學內容還存在較多的不足,這就要求高校能夠加強對無機化學實驗教學內容的優化和調整,從學生的綜合發展尤其是就業和技術發展角度出發,幫助學生進行各方面能力的培養。例如,無機化學實驗教材中出現的重復性、純理論性以及過時的內容,高校和教師需要進行刪除或者減少,如光學分析知識、托盤天平知識以及酸堿滴定實驗知識等。適當增加探索性實驗知識、綜合性實驗知識以及小組實驗知識內容,讓學生能夠在實驗學習中主動進行實驗研究、探索以及實驗驗證和自主設計,這樣可以較好地啟發學生的創新思維、實踐思維等。
(2)創新實驗教學方法
轉型背景下教師需要采用更多自由和多元化的無機化學實驗教學方法,要充分尊重學生在實驗學習中的主動性和主體性特點,讓學生進行主動的學習和摸索學習,以便提升實驗教學的效果和質量。例如,在實驗之前,教師可以啟發學生進行積極思考,讓學生通過翻找資料或者討論學習來猜想實驗的程序和步驟,然后再讓學生進行具體的實驗操作訓練,讓學生在嘗試中找到正確的實驗方法和實驗結果。當然,為了考慮學生的安全問題,教師一定要做好課前的備課工作,事先提醒學生需要注意的安全實驗事項,保證實驗的安全性。除此之外,教師還可以利用多媒體技術進行實驗教學的交流和溝通,讓學生觀看更多的實驗視頻或者在論壇中對實驗操作有可能的進行廣泛地討論和研究,這種做法有助于加強學生對無機化學實驗操作的理解,提升教學的效果。
(3)開放無機化學實驗室
開放實驗室的目的是讓學生可以在課件或者課后時間進行實驗的實踐操作,有助于提高學生的實驗訓練力度,提高實驗教學的效果和質量。不少學校和教師在無機化學實驗教學中沒有為學生提供充分的實驗操作機會,導致學生的實踐操作能力較差,理論知識和實踐能力發展不成正比,限制了學生未來的就業發展和技術發展。因此,學校和教師可以采用開放實驗室的模式進行無機化學實驗教學,讓學生在學習之外的時間也能夠進行自主實驗研究、自行設計實驗或者進行探究實驗,以便提高學生的實踐能力、實驗能力以及技術能力等。當然,開放實驗室模式要求學校能夠加強對實驗室的管理,依然要做好實驗室的安全管理以及學生實驗操作的安全工作。
(4)加大實驗設備、器材的投入及使用效率
雖然各地方高校都有可能面臨本科生實驗經費緊張等各方面原因而導致在這方面的投入力度多數都不大,但無機化學實驗是一門很重要的先修課程,耽誤不得。這需要在加大本科生實驗經費投入的同時,需要對實驗儀器設備、試劑等合理使用、嚴格管理,努力提高教學實驗面積的效率,進而提高實驗儀器、設備的使用效率,對提高本科生的實驗技能、培養其創新能力和應用能力以及培養創新型、應用型人才有著十分重要的作用,同時也能為高校轉型提供重要幫助。
4.結語
綜上所述,轉型時期各高校需要認識到轉變人才培養模式,培養和提高人才實踐能力、創新能力以及解決問題能力的重要性。目前我國高校無機化學實驗教學改革中還存在不少問題,嚴重制約了學生在這些方面的發展,要求無機化學實驗教師能夠進行教學的模式和教學方法的調整,同時要求高校能夠進行相應的無機化學實驗教學改革,提高無機化學實驗教學的效率和質量,培養更多實用型和技術型人才。
【參考文獻】
[1]許登清,代忠旭,張昕,張榮華.“教—學—用”一體化建設在(無機化學及實驗)課程教學改革中的實踐[J].廣東化工,2014,21:237-238.
[2]賀志麗,郭思奇,佟艷斌,石祥瑞,趙麗.應用技術型大學無機與分析化學實驗課程教學改革研究[J].安徽農業科學,2015,01:308-309.
[3]歐陽淼,銀秀菊.高校轉型中化學專業無機化學實驗教學的改革實踐與思考[J].廣東化工,2015,01:129-130.
[4]姜健,姜洪武,盧聲,楊梅,叢振.基于應用型人才培養的無機化學實驗教學模式改革研究[J].山東化工,2016,22:148-151.
[5]張超,周喜.轉型發展背景下基礎有機化學實驗教學改革初探[J].山東化工,2016,10:114-117.
關鍵詞:無機化學實驗室;實驗室安全管理;教學改革
中圖分類號:G642.0文獻標志碼:A文章編號:1001-9677(2015)024-0219-02
無機化學實驗是學生從中學步人大學后所接觸的第一門實驗課,在整個化學教學中占有舉足輕重的地位,該課程對于培養學生的實驗操作能力,提高學生的觀察能力、獨立思考、分析問題、解決問題的能力,激發學生的創新意識,啟發學生的科學思維方法,使學生養成嚴謹的科學態度和良好的實驗素質等方面起著非常重要的作用。然而,當前部分高校無機化學實驗室的安全管理相對滯后,存在著安全問題,實驗教學中存在一些共同性問題,嚴重制約著無機化學實驗人才培養目標的實現。
實驗室安全管理方面存在著:(1)實驗準備階段粗略化、大量化,易造成實驗過程中試劑用量加大、有機溶劑大量揮發等問題;(2)實驗臺藥品架上化學試劑擺放混亂,存在安全風險;(3)實驗教學過程中監管不夠,部分學生將實驗過程中產生的廢液隨意傾倒在下水道,固體廢棄物隨便丟棄在垃圾桶里,有些同學甚至將試劑、制備的產品等帶出實驗室,存在著安全問題。教學過程中存在著:(1)教學模式和教學方法單一實驗課堂以教師講授為主,實驗步驟、實驗現象、實驗中會出現的問題等都給學生講到,無法激發學生的創新意識、探索意識;(2)實驗內容過于陳舊實驗內容基本以驗證基礎理論為主,反映不出當前化學學科的最新成就和發展趨勢,缺少綜合性、設計性實驗;(3)實驗課考核方式單一[1]實驗課考核僅重視期末考試成績,忽視了學生平時的表現,不能客觀全面地反映學生的學習情況,不利于提高學生的上課積極性。
1加強無機化學實驗室的安全管理與教學改革
淮陰師范學院一直以來非常重視無機化學實驗在培養創新人才能力方面的重要作用,采取了一些切實可行的措施,加強無機化學實驗室的安全管理與教學改革探討:
1.1實驗室安全管理方面
(1)實驗準備階段精細化、少量化和綠色化。在實驗準備階段,充分考慮實驗中化學試劑的用量,做到精細化、少量化和綠色化,從而在實驗的源頭上節約化學試劑,減少污染。例如,無機化學實驗很多是定性實驗,可以在不影響學生觀察實驗現象的情況下,將藥品的濃度減小;在不影響實驗效果的前提下,將固體實驗藥品的藥勺由大的換成小的,液體藥品裝在滴瓶中,從而可以減少學生的取樣量;一些易揮發、易氧化的試劑可以現場配制,學生用多少配多少,避免浪費。總之,懷著精細化、少量化和綠色化的觀念,多考慮和關注實驗準備階段的細節,更加科學化的準備實驗,以達到減少藥品揮發、浪費,減少對環境污染的目的。
(2)藥品按類別整齊擺放在藥品架上。每次實驗前,實驗準備人員將配好的藥品整齊歸類的擺放在藥品架上,學生用完后,必須將其放回原處,絕不允許學生將實驗藥品帶出實驗室。
(3)規范化處理實驗室“三廢”[2]。首先,對實驗過程中產生的廢物盡可能的加以回收重復利用,不能怕麻煩,如實驗室所用的固體藥品,無論剩余多少,一律回收再用;液體藥品如實驗剩余的酸、堿,可以用大瓶子回收起來。其次,可以通過合理的實驗編排來處理實驗過程中產生的廢物,達到變廢為寶的目的,如銨鹽中氮的測定實驗中標定的氫氧化鈉溶液可以用于滴定操作練習實驗中標定草酸的濃度。最后,對那些不能有效利用的實驗室廢物,進行集中、統一分類處理,盡可能將“三廢”降到最低,可采用化學的處理方法如酸堿中和法、氧化還原法、電解法、沉淀法等來處理,以降低對環境的危害。目前,我校加大資金投入,加強排污建設,建好的廢液處理池完全能滿足實驗廢液的處理要求。
1.2實驗教學改革方面
1.2.1建立以教師為主導,學生為主體的多元化教學方式
教師在授課過程中要注重因材施教,把學生的學習方式從被動變為主動,充分調動學生的學習積極性和主動性,激發學生的學習興趣。例如,采用啟發式教學、翻轉課堂教學等等,學生由聽從和依賴老師轉變為自己思考問題,不僅能激發學生的學習熱情,還能培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。
1.2.2改革實驗教學內容,增加綜合性、設計性的實驗同時融入最新的科研成果
實驗內容的優化整合[5]應該以培養社會所需的創新型人才為目的。以前,無機化學實驗教學內容多為驗證性實驗,大綱中安排的綜合性、設計性實驗較少,學生做驗證性實驗時主動性和創造性得不到發揮,不符合培養創新型人才的要求,難以提高學生的實驗水平和創新能力。因此,我校2013版教學大綱對傳統的無機化學實驗教學內容進行了大幅度優化整合,增加了綜合及設計性實驗的比例,同時,盡量多的采納學科發展前沿及技術含量高的探究性實驗,使學生能夠及時了解學科進展,接觸前沿知識,確保課程內容的先進性和完整性,以滿足新時期創新型人才培養的需要。
1.2.3充分利用現代教學手段,改進教學方法
(1)借助多媒體輔助教學[6],將多媒體、板書以及實驗演示有機結合,全方位、多角度、立體化展示化學實驗,從而激發學生實驗興趣,提高教學效率。比如一些實驗操作(如酸堿滴定、分析天平的使用、原電池裝置等等),可借助多媒體進行教學,讓學生先看視頻,有個直觀的了解,然后再在老師的指導下自己動手,從而快速的掌握這些實驗操作。
(2)充分利用網絡資源。網上資源如實驗教學課件、實驗數據庫等的充分利用不僅可以使實驗內容更加豐富,省時省力,產生較好的教學效果,還可以培養學生駕馭現代教育信息技術的能力。近年來,我校加大了對無機化學實驗室多媒體教學的建設,同時投入精力建設化學實驗中心網站,目前,學生可以方便的從中心網站上學習化學和化學實驗相關知識,并下載實驗資料及課件。
(3)多元化的考核方式。無機化學實驗課的考核,是無機化學實驗教學的重要內容,也是檢驗教學效果的重要手段。根據無機化學實驗的特點,我們把實驗成績考核分為兩個部分,即平時考核和期末考試,實驗成績評分標準見表1(表中每一項的具體評分規則,由實驗室統一規定,并在開課前向學生公示實驗評分標準)。平時考核包括平時報告(預習報告和實驗報告)和課堂表現兩部分:預習報告和實驗報告的內容占總成績的40%,主要檢查實驗目的、實驗原理是否清楚,報告的內容是否完整,結論、解釋是否正確、合理等等;課堂表現占總成績的40%,主要檢查考勤情況,基本操作是否規范,數據或實驗現象是否真實等等。期末考試為操作考試,占總成績的20%,重點考查學生的實驗基本技能和操作規范。通過成績考核的改革,學生不僅僅重視考試,而且對平時的基礎技能訓練也更加嚴謹了,從而達到了無機化學基礎實驗的目的:使學生熟練掌握實驗技術與技巧,學會觀察現象、提出問題、分析問題和解決問題的科學方法,提高其綜合素質。
2結語
在學校、學院領導的正確領導下,在廣大師生的積極參與下,我們在實驗室安全方面采取了:實驗準備階段精細化、少量化和綠色化;藥品按類別整齊擺放在藥品架上及規范化處理實驗室“三廢”等措施加強實驗室安全管理,在實驗教學改革方面采取了:建立以教師為主導,學生為主體的多元化教學方式;改革實驗教學內容,增加綜合性、設計性的實驗同時融入最新的科研成果;充分利用現代教學手段,改進教學方法;建立多元化的考核方式等方面促進教學改革,逐漸形成了自己的特色,也積累了一定的經驗。但同時,我們也應該認識到實驗室安全管理及教學改革是一項長期艱巨的工作,在未來的工作中,我們應繼續以開拓創新的精神和飽滿的工作熱情投入到這項工作中,為培養創新型人才創造條件。
參考文獻
[1]侯玉霞,李永芳,李蕓玲.無機化學實驗課程教學改革探索[J].周口師范學院學報,2012,29(2):77-78.
[2]錢曉麗.大學無機化學實驗中“三廢”的綠色化處理[J].中國化工貿易,2013(12):426.
[3]彭艷芬,劉天寶,李敏,等.新升本科院校《無機化學實驗》教學改革初探[J].化學工程與裝備,2010(7):212-213.
[4]徐敬芳,鄧強,顧雪凡.重視實驗細節探究實踐藝術[J].廣東化工,2015,42(2):137-138.
[5]楊宏偉.無機化學實驗教學內容優化整合研究[J].內蒙古師范大學學報(教育科學版),2013,26(3):130-133.
關鍵詞:無機化學實驗 教學改革 綠色化學
無機化學實驗作為化學專業學生學習的第一門大學化學實驗課,將綠色化學理念融入其中,實現無機化學實驗綠色化,使學生一開始就在潛移默化中受到綠色化學的教育,這對培養學生科學的環境觀、資源觀,提高他們的環保緊迫感和責任感,樹立綠色化學的意識都有相當大的意義。
綠色化學是維護生態環境的化學,從長遠的發展觀點看,放棄有污染的傳統化學實驗,探索傳統化學實驗的綠色化,是化學實驗工作的必然趨勢。本文依據綠色化學在使用化學藥品時遵循的5R原則,即:拒用危險品(Reject);減量使用( Reduce) ;循環使用(Recycle);重新使用(Reuse);再生(Regenerate),就如何實現無機化學實驗的綠色化進行了初步的探討。
1、尋找替代品
綠色化學的理念在于不再使用有毒、有害的物質,不再產生廢物,從而也就不再需要考慮廢物的處理。遵照綠色化學的理念,從源頭上阻止污染,可以根據實驗目的,在能夠達到同樣教學效果的前提條件下,尋找替代品, 盡量用低毒或無毒化學試劑替代有毒化學試劑。比如無機化學實驗中多相離子平衡這個實驗,實驗的目的是根據溶度積規則及平衡移動原理驗證沉淀的生成、溶解、分步沉淀及沉淀的轉化。為了既保留傳統實驗的精華,又減少實驗廢棄物對環境的污染,我們根據綠色化學的理念以及多相離子平衡的實驗原理重新選擇沉淀離子及沉淀劑,并對傳統實驗和改進后的實驗進行了對比。結果表明,改進后的實驗效果也非常好,現象很明顯,同樣達到了實驗目的,而且減少了有毒物質的使用和排放,實現了無機化學實驗的綠色化。
2、推行微型實驗
微型化學實驗是綠色化學的一項實驗方法,它是在微小型的儀器裝置中,在可能的實驗條件下,采用盡可能少的試劑來進行的實驗。與傳統實驗相比,它具有節約開支、減少污染等優點。微型化學實驗不是常規實驗的簡單縮微,也不是對常規實驗的補充,更不是與常規實驗的對立,它是在綠色化學理念下,用預防化學污染的新實驗思想、新方法和新技術對常規實驗進行改革和發展的必然結果,是化學實驗方法的創新性的變革。
由于微型化學實驗的成套儀器較貴,要完全實現無機化學實驗的微型化,還有一些困難;但可以在能夠達到實驗目的的前提下,在可能的實驗條件下,通過改造實驗裝置,使之趨于微型化。比如無機化學實驗中的一些性質實驗,傳統的做法都是在試管中進行,試劑使用量一般為1~2mL,我們采用點滴板操作,試劑用量減少為幾滴,同樣可以達到實驗效果,減小了化學藥品對環境的污染,使這部分實驗趨于綠色化。
3、發展封閉式實驗
對于一些有有毒氣體產生的實驗,傳統的做法是在通風櫥中進行,這樣只能避免實驗室小環境的污染,有毒氣體排放到空氣中還是造成了環境污染。應用綠色化學的理念,可將這部分實驗設計成封閉式實驗,讓反應在封閉體系內進行,而且能在反應系統內將尾氣吸收掉, 實現零排放。
比如硫酸亞鐵銨的制備,該實驗通常選用機械行業產生的廢棄物――鐵屑為原料。從環境保護的角度來說,屬于變廢為寶的環保型實驗;然而由于傳統實驗裝置為敞開式,廢鐵屑中含有的硫、磷等雜質和硫酸反應時生成H2S、H3P等有毒氣體,導致實驗室彌漫著強烈的刺激性氣體,直接危害師生的身體健康,不符合綠色化學的要求。我們改進實驗的第一步,將硫酸亞鐵的制備改為閉路回收式,借鑒文獻[3]的實驗裝置采用堿性吸收液吸收第一步反應產生的H2S、H3P等有毒氣體,實現零排放,大大改善了實驗環境。
4、發展串聯實驗
串聯實驗是指通過調整實驗教學計劃,巧妙地安排實驗項目和次序,充分利用相關反應,盡可能地使第一個反應的產物轉變成下一個實驗的反應物,實現實驗的連續性。這也是實現無機化學實驗綠色化的一個重要途徑,它在一定程度上減輕了對環境的污染,有利于環境保護。根據綠色化學的理念,我們重新安排實驗內容,有效地利用同一元素物質之間的轉化關系,設計成串聯實驗,以鐵的化合物的性質為例說明如下。
用煮沸過的去離子水配制(NH4)2 Fe(SO4)2溶液,酸化后,把裝有煮沸過的NaOH溶液的滴管插入(NH4)2 Fe(SO4)2溶液底部,慢慢放出NaOH溶液,觀察Fe(OH)2沉淀的生成, 靜置一段時間,觀察沉淀顏色的變化,了解Fe(Ⅱ)的還原性;滴加少許稀鹽酸,觀察沉淀的溶解,了解Fe(OH)3在稀鹽酸中的溶解性;將溶液分成兩份,一份滴加KSCN溶液,觀察溶液顏色的變化,了解Fe3+的定性檢驗,接著滴加NH4 F溶液,觀察溶液血紅色的褪去,了解Fe3+與F 的配位反應;另一份滴加K4[Fe(CN)6]溶液,觀察藍色沉淀的析出,了解Prussian藍的生成。
實踐證明,改進實驗后,不但可以大大減少實驗廢棄物的排放量,實現無機化學實驗的綠色化,而且可以促進學生對物質轉化關系的了解。
5、結束語
通過開展無機化學實驗綠色化的研究,我們認為,要實現無機化學實驗的綠色化,需在綠色化學理念的指導下,實行污染預防全過程控制。從教學管理角度出發,在制定教學計劃、教學內容、教學方式等每個環節都要考慮保護生態環境,都要符合綠色化學的要求;而且,在實際教學過程中,要在保證實驗教學效果的前提下,積極、合理地應用綠色化的措施,實現無機化學實驗的綠色化。
參考文獻:
[1]閔恩澤.綠色化學技術[M].南昌: 江西科學技術出版社,2001.
[2]孟平安,萬平,何國強,等.結合實際工作推廣微型實驗[J].化工高等教育.
[3]梁起,黃華珍,唐建鋒,等.“綠色化學”實驗的探索[J].實驗技術與管理,2004.
關鍵詞:無機化學實驗;實驗教學方法;Bb教學平臺
中圖分類號:G642 文獻標識碼:C DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2015.23.068
《無機化學實驗》是一門獨立的基礎實驗課程[1],是化學實驗的重要分支,許多化學理論和規律都源自實驗,化學實驗教學在化學類、醫藥類、生物類、環境類等專業的大學教育中占有相當重要的地位。傳統的無機化學實驗授課方式主要是教師單向表述,課上簡單演示。教師要求學生專心聽講和被動接受,學生按照教師所講述的進行實驗,不注重對學生自主學習能力和自主設計實驗能力的培養,因此課程內容和教學方法的改革顯得愈發迫切、重要。網絡教學平臺是各高校開展網絡教學的一個重要平臺,目前應用較為廣泛的Bb網絡教學管理平臺(BlackboardLearningSystem)為教師、學生提供了強大的施教和學習的網上虛擬環境。因此,將Bb教學平臺應用到無機化學實驗中,對教學來說具有重要意義。
1目前無機化學實驗教學中存在的主要問題
1.1無機化學實驗與無機化學課程銜接不緊密
無機化學實驗是基礎實驗課,高校的化學院、生命學院、藥學院、環境學院等理科專業均為實驗必修課。無機化學實驗對于化學院學生來說學時非常多,實驗課程緊密,時常出現實驗課所涉及的知識理論課還沒有講授,實驗的時候學生只是模仿,不明白實驗的原理是什么。
1.2學生重理論,輕實驗
無機化學實驗課是依附于無機化學課的,實驗主要目的是驗證理論課所講過的化學概念、理論等。這就決定了實驗課只能是從屬地位,不能體現實驗課的特點和規律。
1.3學生預習效果不好
學生普遍認為實驗是聽老師講解后動手完成即可,很少會考慮預習的問題。縱然老師要求學生交預習報告,學生也只是在完成任務般的抄寫,不能認真預習實驗內容。甚至有些學生為了完成任務,直接抄寫同學的預習報告,根本無預習目的可言。
1.4學生被動實驗
由于學生對實驗課的不重視,導致學生做實驗過程中不能認真思考,只是機械的模仿、重復實驗步驟,不明白實驗現象產生的原因,甚至對錯誤現象也不能識別。學生本次實驗中用過的實驗方法、操作步驟等,當下次還需要操作時又都不記得,充分說明學生是被動的重復。1.5綜合性、設計性等實驗難以開展現行課程體系內容基本以驗證基礎理論為主,實驗內容過于陳舊,需要增加綜合性、設計性實驗來反映出當前化學學科的最新成就和發展趨勢。但現行化學實驗課由于實驗條件所限,很多實驗涉及危險品或昂貴儀器時,這種綜合性的實驗就很難實施。
2Bb教學平臺解決無機實驗教學問題的實施方案
通過引入Bb教學平臺能夠解決目前無機化學實驗中存在的一些問題,更好的掌握實驗知識跟技能,實施方案如下:
2.1利用Bb教學平臺做課前預習
針對學生不會做預習的情況,授課教師將該實驗的原理、儀器的使用方法、注意事項等內容分別以PPT、文本文檔等形式上傳至Bb教學平臺,學生登錄后,參照老師提出的要點進行閱讀,并預習相關問題,自己查閱預習內容并回答問題,這樣提高了知識的針對性及學科的交叉性。
2.2利用Bb教學平臺做預實驗
學生可以利用教學平臺教師上傳的課程相關內容,根據原理寫出反應方程式,預計實驗現象,推測出實驗結果。這樣學生在做實驗過程中,就不會只是盲目的重復步驟,有利于鞏固學習效果。
2.3利用Bb教學平臺做課后答疑
學生在課后寫實驗報告的時候,如果發現疑難問題可以通過平臺與同學或老師進行交流,使學習過程不只局限課堂時間[2]。
2.4利用Bb教學平臺拓展實驗內容
一些危險性大、儀器設備受限制的實驗,實驗教師可以通過上傳視頻的方式,讓同學自學。同時授課教師還可以上傳一些國外實驗課程內容,讓同學們感受不同的教育方式。
3應用Bb教學平臺需要注意的問題
《無機化學實驗》Bb教學平臺在使用中還應該注意一些問題:①為學生提供的內容是否“因材施教”。平臺可以大量信息內容,授課教師必須有選擇的提供給學生參考,否則容易事倍功半。②是否根據課程內容不斷更新。《無機化學實驗》由于課程的限制,不能做到經常換實驗內容,所以在同一實驗內容中要找出不同的問題重點,或貼近科研進展,擴大實驗內容。③培養學生使用平臺的意識。平時課上要多介紹Bb平臺的使用方法及優點,調動同學使用該平臺的積極性,充分利用優秀的教學資源。
參考文獻:
[1]高敬群,吳瓊,王君,楊奇.提高無機化學實驗教學質量的幾點嘗試[J].教育教學論壇,2014,(5).
我們化學化工學院自學校升本以來相繼建成了四個工科專業,教師中年齡在40歲以下的占75%以上。前幾年多數年輕教師每學期承擔了三門以上課程的教學工作,教學任務過重,導致備課時間不夠充分,課堂上批改作業或實驗報告、甚至離開實驗室的情況時有發生。因此很容易把無機化學實驗等課程上成“走過場”,疏于對學生的管理,導致課堂上學生做實驗流于形式,教學目標難以達到。在學生實驗成績評價方面問題也很突出,主要是以實驗報告書寫內容來評分。由于實驗課堂考察不到位,導致實驗操作評分出現很大的盲區。另外,由于我校升本以來連續擴大招生數量,出現了生源參差不齊、質量下降等問題。部分學生基礎較弱,加上對未來出路感到茫然,學習自主性不高。以上兩種情況使得無機化學實驗的教學效果大打折扣,難以實現培養目標。在這樣的背景下,我們通過對無機化學實驗教學的不斷思考,近兩年來對無機化學實驗課堂管理與學生成績評價進行了初步的改革探索,取得了一定的效果。
2無機化學實驗教學改革文獻綜述
我們通過文獻檢索,了解到近年來很多教師對無機化學實驗教學提出了改革意見和做法,如林秋月等對計算機輔助無機化學實驗教學進行了研究,提出了利用音像動畫代替課堂演示、采用多媒體課件進行實驗教學等措施。白麗娟等認為,在培養學生基本操作技能和科學素養的基礎上,培養學生的創新精神和創新能力。她提出改革后的考核內容以無機化學實驗的基本知識、基本操作、應用能力和創新能力為主,采用平時考核和期終考核相結合的辦法:平時考核包括預習、操作、實驗素養與習慣、實驗速度、實驗結果、實驗報告和實驗創新;期終考核包括筆試、實驗操作及實驗小論文。殷平等提出課內課外加強師生互動、實施輔助教學手段、開放實驗室、充實無機化學實驗教學中的科研內容、努力提升無機化學實驗教學條件等方面就無機化學實驗教學改革進行了探索研究。李向清等從大學無機化學實驗的基礎性、無機化學實驗的綜合性和研究性、無機化學實驗的環保性教育、無機化學實驗的微型化等方面提出了改革意見,具體措施比如:安排一些簡單無機化合物的合成和提純實驗,以訓練學生動手能力;每節新課改為先預習、再實驗、后總結的做法;每次實驗結束最好能留有一定的時間以便教師和學生之間互相交流;適當增加一定量難度適中、有一定趣味性和應用性的綜合實驗技能訓練內容,等。石振武等對工科無機化學課程實驗教學提出了以下改革措施:抓好實驗前預習報告培養學生自學能力,要求學生以自己的語言完成預習報告;加強學生實驗操作過程的管理和考核,以實驗操作是否得當正確、操作是否熟練、用時長短、實驗記錄的結果是否準確、儀器是否干凈、實驗臺是否整潔等幾方面作為實驗操作成績評定的基本依據;完善實驗記錄的方法和評定,要求學生根據實驗的內容制定恰當的實驗現象和結果的記錄表并進行忠實詳細地填寫,并將該實驗記錄表經指導教師簽字確認后黏貼在實驗報告中。王霞等將ProblemBasedLearning教學法引入無機化學實驗課程教學,強調學生在學習中的自主性,由學生提出問題、查閱資料、分組討論、設計方案、動手實驗、觀察現象、測定數據、最后總結反思。她們并以實驗“硫酸亞鐵銨的制備”為例初步探討該教學法在無機化學實驗教學中的應用。關于成績評價研究也有一些,但發表時間較早,如:楊秀清等提出無機化學實驗成績由六個部分組成,其中預習20分,實驗紀律10分,實驗操作20分,實驗記錄10分,衛生整理10分,實驗報告30分。并對各部分分值提出了具體操作要求。姜潤田等認為應該將開設的每個實驗的成績取平均,再乘以70%作為本門課的平時成績;期末成績以綜合性實驗考核為準,占30%;把平時和期末兩塊成績加起來即為本門課的總成績。開放性實驗屬選修性質,考核合格即可。
3無機化學實驗教學課堂管理方面的改革探索
3.1設計問題提問,加強對學生預習情況的檢查
學生在實驗課前對即將要做的實驗是否有整體全面的認識,是否掌握了基本知識和相關原理,是否對一些具體的細節進行過認真的思考,直接關系到其做實驗的效果,甚至是成敗。如何提高學生預習的積極性呢?我們做了如下改革:將以前上課剛開始一段時間的講解改變成現在的提問。課前我們盡量做到把實驗中所有的細節設計成問題,有必答題和搶答題等多種形式,然后上課時就設計的問題提問學生,并把他們回答的結果簡要記錄下來,留待課后打分給成績時參考,或者當堂直接給出成績,這個成績將作為總評成績的一部分。該部分成績在最后的總評中所占的比例應事先向學生公布。設計問題的總數最好能覆蓋大部分或全部同學。回答的結果要及時點評,給出正確答案,以便在接下來的實驗中為學生提供正確的指導。由于回答問題的好壞直接牽涉到最后該門課的總評成績,因此容易引起學生的重視,客觀上起到了提高學生課前預習積極性的效果。另外,還要提出一些有探究性的問題,讓學生在實驗中去發現和總結。比如在《氧化還原反應》實驗中,反應物相對量的不同會影響某些反應最終的實驗現象和結果,可以就此設計問題。
3.2課堂上不斷巡視,加強對學生實驗操作過程的監督
在學生進入實驗操作環節以后,教師不要像以前那樣只顧做自己的事情,而是要加強對學生實驗過程的考察。我們采取了以下做法:教師在課堂上認真巡視每位同學做實驗的過程,并做好相關記錄。這樣做有三個目的:一是要及時掌握每位同學實驗開展的情況,防止有的小組中個別同學不做實驗、依靠別人,這種情況會時有發生,應及時提醒;二是要及時發現個別同學的錯誤操作,并給予當場糾正,對較嚴重的具有普遍性的問題要同時提醒全班同學加以防范;三是要注意發現操作非常認真規范的同學,適當給予表揚。另外在巡視的過程中也要及時解決學生遇到的困難,比如有學生某個知識點忘記了,要及時給予解答;有的同學儀器損壞了,要及時為其更換,也就是說教師這時候還要為學生做好服務工作。課堂考察的結果也要給出相應的分數,并確定其在總評成績中的比例。
3.3對實驗數據和產品拍照留存,加強對學生實驗結果的考察
在以往的學生實驗課上,我們發現有學生不夠認真,沒有做出實驗結果就草草收場。由于當時不注意對學生實驗結果的考察,對這種現象未在實驗總評成績中體現。我們對此進行了認真的思考,提出了以下改革措施:對每一位學生的實驗結果進行取證,包括對實驗數據原始記錄和實驗產品進行拍照,并對實驗數據的合理性進行檢查。將檢查記錄的結果打出成績,并將該成績作為總評成績構成的一部分。我們發現,這種做法大大提高了學生做實驗的認真程度。當然對實驗失敗的同學,我們的做法是鼓勵其重新做一遍,以獲得較好的實驗結果。
3.4及時交流,提高學生對本次實驗的再認識
等到大部分學生做完實驗以后,可以考慮開始一邊繼續前面的工作,一邊與學生進行交流,其目的主要是考察本次學生實驗的整體情況,了解哪些地方比較成功,哪些地方容易失敗,并督促學生進行反思,同時也為自己下一次設計問題提供素材。另外,時間允許的話,可以讓做的好的同學向大家介紹經驗,主要說出他在課前對哪些關鍵點做了深入的思考,做實驗時注意了哪些方面?等等。也讓做的不好甚至失敗的同學分析自己本次實驗沒做好的原因,以免后面的同學重蹈覆轍。比如在做“硫酸亞鐵銨的制備”實驗時,有的同學得到的產物量多且結晶性好,而有的同學所得產品量少且呈面糊狀,甚至有少數同學產品發黃,這就應要求學生結合具體情況進行分析。
4無機化學實驗教學學生成績評價方面的改革探索
4.1根據出勤情況對每位學生進行評價判分
一般來說,學生除了生病或有重要的事情才請假外,都會正常出勤的。在我們所帶的三屆學生無機化學實驗課堂上,缺勤情況比較少見,但遲到現象比較多,也有少量學生會早退,即實驗未完成或實驗臺沒整理好就離開了實驗室。因此,我們認為出勤成績應考慮到對遲到和早退現象的處理,我們采取了如下做法:對遲到和早退現象進行酌情扣分,并按一定比例將其體現在總評成績中。
4.2根據預習情況對每位學生進行評價判分
學生預習情況主要包括預習報告完成情況和課堂上回答問題情況。學生預習實驗報告不能直接抄襲書本,應采用自己的語言書寫,內容應包含新使用儀器設備的原理、使用步驟和注意事項,以及對實驗課本中思考題的解答,等。由于無機化學實驗大部分為驗證性實驗,實驗思考題的解答可以通過課前查閱資料來解決。我們根據學生預習實驗報告的書寫情況和課堂回答問題的情況給出合理的分數,并確定其在總評成績中的比例。
4.3根據課堂巡視情況對每位學生進行評價判分
以往對學生實驗成績的評價未充分考慮學生在實驗過程中的表現,現在我們要根據上述課堂管理中課堂巡視的結果,給出學生相對公平的操作分,當然這一點做起來還是比較困難的,需要事先合理設計出給分點或扣分點。我們的做法是先設定一個基本分,然后再根據每位學生做實驗過程中的表現,對操作準確到位的情況加上一定的分數,而對操作不當或出現錯誤的情況減去一定的分數,并將該部分分數按一定比例體現在總評成績中。
4.4根據實驗報告書寫內容對每位學生進行評價判分