无机化学实验教学改革浅议

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摘要：社会发展对人才素养需求的变化使得高校教育需做出相应的改革。无机化学实验是实验教学的基础入门学科，与后续无机化学以及其他化学学科的学习密切相关，对提高教学质量，培养学生实验操作能力以及发现问题、思考问题、解决问题能力具有重要意义，因此开展无机化学实验教学改革至关重要。对当前无机化学实验教学现状进行了分析，并针对实验教学安全、绿色化学、实验教学内容、教学模式等方面存在的问题，提出通过增强安全教育、提高绿色化学意识、优化实验内容体系、丰富实验教学方式等手段进行无机化学实验教学改革。

关键词：无机化学；实验教学；改革

前言

随着时代的进步，科技的发展，行业发展定位也发生着巨大的变化，社会对人才的素养要求也随之有所改变。而传统的教学模式多重理论轻实践，导致培养出的学生实践能力差，创新能力与创造性不足，不能很好地适应时代的需求。为了应对新一轮科技革命和产业变革所面临的新机遇、新挑战，2017年新工科研讨会提出“新工科理念”，志在培养具有创新创业意识、数字化思维和跨界整合能力的“新工科”人才[1-2]，这促使着高校教育需要做出相应的改革。新时代人才的培养，扎实的实验技能是基础。无机化学实验作为高校实验教学的入门，在学生科研素养的培养中具有重要意义[3]。除此之外，无机化学还是一门与其他学科联系紧密的学科，如生物无机化学、医药化学、材料化学、食品化学等。因此，无机化学实验课程的重要性不言而喻，而如何保障无机化学实验教学质量是实现新工科人才培养的关键。目前，无机化学实验作为众多基础化学实验的入门，已逐渐被重视，但受限于实验内容设计、实验条件、教学方式等原因，其人才素质与社会要求仍存在一定差距。在此背景下，针对无机化学实验教学中存在的问题进行分析，提出相应的改革措施，以期为本科无机化学实验教学改革和人才培养提供参考。

1无机化学实验教学现状与改革措施

1.1增强安全教育

安全稳定的校园秩序，是高校开展正常教学和研究，实现办学目标的基本保障。化学实验涉及电器设备、加热操作、高压设备、玻璃仪器等，化学实验过程中又难免会用到易燃易爆、有毒有害试剂，并有可能在实验过程中产生有毒有害气体及废液等，如果没有得到有效处理会产生很大安全隐患。2021年3月31日，在中科院化学所，1名研究生因不当操作反应釜造成爆炸，当场身亡。2021年10月24日本该是一个快乐的周末。然而，南京航空航天大学将军路校区一实验室却发生了爆炸，2人死亡，9人受伤。2021年7月27日，中山大学药学院发生一起实验安全事故。一博士生在清理此前毕业生遗留在烧瓶内的未知白色固体，用水冲洗时发生炸裂。炸裂产生的玻璃碎片刺穿该生手臂动脉血管。屡屡发生的由于实验室安全问题而导致人员伤亡事件给我们敲醒警钟，实验教学中必须坚持以人为本，安全第一。无机化学实验涉及多种安全隐患，如加热电器设备、玻璃仪器、易燃易爆、有毒有害试剂以及相关三废等，都存在很大的安全隐患。目前，学生获取实验安全相关知识的途径多局限在实验室安全手册，内容繁多死板且与实际实验需求脱节，使得学生真正掌握的内容相对较少，这导致在实际实验操作过程中，学生仍缺乏安全意识、操作知识和危险应急能力。因此，实验室安全教育仍需要进一步加强。在教育方式上，除了简单的文字描述，还可加入新媒体和信息化结合进行的视频教学，更加形象生动地为学生展示，帮助学生深刻认知，并且可以结合虚拟仿真平台进行事故及应急预案的操作演练，帮助学生提高危险应急能力，保护学生生命安全。除此之外，还应建立合理的安全知识考核体系，保证每位学生在正式进入实验室前通过相关安全知识考核。

1.2提高绿色化学意识

金山银山不如绿水青山，环境问题刻不容缓。无机化学实验涉及的药品种类繁多，用量较大，部分试剂具有一定的毒性，同时实验中还会产生对人体和环境造成危害的有毒有害物质。这与绿色化学思想中所描述的“减少化学反应中原材料、催化剂、溶剂和试剂等的使用对人体和环境造成的损害，同时尽可能减少有毒有害物质的产生”是相悖的。例如目前开设的无机化学实验中d区金属元素化合物性质，ds区金属元素化合物性质实验中，会用到大量金属盐甚至重金属盐，同时在反应中也会产生有害物质.除此之外，由于缺少绿色化学意识，导致很多学生在实验过程中将有毒有害物质直接倒入下水道或扔进垃圾桶，对人体健康以及环境带来严重的危害。因此，在无机化学实验教学时要注重环保意识的培养，帮助学生树立绿色化学意识[4]。首先，在实验设计上从源头控制实验试剂药品的选用，选择低毒或无毒的化学试剂代替或减少有毒害物质的使用；在实验过程中，通过合理的实验步骤提高试剂药品的利用率，减少浪费；在实验结束时，要关注实验中“三废”的处理，如尽量保证易产生有毒有害物质的反应尽可能在密闭容器中开展，并引导学生参与设计出合理的废液废气废水的收集和处理方案，致力打造无污染的绿色无机化学实验。

1.3优化实验内容体系

长期以来，无机化学教学过于注重理论知识教学，压缩实验学时，忽视实验教学的意义，使得无机化学实验课程设计多流于表面。同时，实验教学多依附于理论教学，着重于验证理论教学的内容，这就造成了实验教学不能按照实验技术本身的系统性和科学性进行，学生也得不到系统有效的实验训练，从而严重限制了实验教学开展；更重要的是，有些实验设计烦琐且多有雷同，内容单一，综合性和设计性实验比重相对较低，例如大部分的实验内容设计中，整个无机化学学科实验里，设计性实验的比重仅仅是十分之一甚至更少，这在一定程度上扼杀了学生的自主性和创造力，导致很多学生仅仅是简单地按照课本内容操作，很少能真正主动去理解和领会实验的关键思想[5]。为充分发挥化学实验的研究功能，培养学生主动探索和创造能力，应适当增加趣味性、设计性实验和应用型的综合实验，除此之外，内容设计也应与时俱进，不断深化，与当前发展实际发展需求相结合。最重要的是，在整个探索过程中，应以学生为主体，教师为辅，利用学生已有知识进行创新性研究或对未知物质进行探索，独立或者合作设计实验方案，并通过实际操作进行验证，培养其观察问题、分析问题、解决问题、创新等方面的能力，保证无机化学实验教学顺利进行。

1.4丰富实验教学方式

实验教学局限在实验室这个特定的情境中，这在很大程度上限制了实验教学的顺利进行，这个弊端在新冠疫情下的教学显得尤为突出。2019年12月开始的新冠疫情导致很多学生无法按时返校，理论教学尚可通过网络教学实现，实验教学一度无法正常开展，这就将大量的实验教学开展推迟到学生正常返校后。而短时间完成实验教学任务势必极大降低实验教学效果。因此，发展新型的教学方式，使实验教学不仅仅局限在实验室中至关重要。针对无机实验教学中的验证性实验较多的特点，可开发符合无机化学实验教学特点的虚拟仿真程序，建立一套系统的关于实验原理、实验流程与实验操作的讲解视频，实现学生在程序上进行现象性实验验证操作的目的。以虚补实、虚实结合，为学生搭建能力培养平台，从而实现信息技术与课程教学的深度融合，提升高校本科教学的实用性、有效性和高阶性。课前，通过程序熟悉并认知即将要进行实验的相关仪器与药品特性，有利于学生在后续的实验过程中发挥更大的主动性；课中，对一些无法线下操作的高难度、高危险性实验进行模拟教学，弥补线下教学的不足；目前所用的实验教学方式，在走出实验室后无法对整个操作过程进行有效分析即难以实现“复盘”环节，导致很多学生的基本操作不过关而不自知，以至于后续的实验仅仅是错误的简单重复，因此可以在实验结束后在该程序上增加重复实验，利用虚拟仿真小程序，重温实验，通过系统给出的结果分析及时进行课后“复盘”，实现“课前-课中-课后”连贯性的虚拟仿真实验教学。进而达到复习纠错、巩固提高的目的。真正实现“人人皆学、处处能学、时时可学”的学习型社会。除此之外，虚拟仿真实验平台的引入可作为传统实体实验课程的补充，打破常规实验室对实验操作的限制，拓展实验项目，帮助学生更直观地了解理论知识和提高知识运用能力，进一步还可真实再现工厂环境，让学生直观体验实际工业现场操作，增强学习兴趣，培养学生的思维能力和动手能力。与此同时，还将减轻对大型、昂贵仪器设备的损坏，避免危险操作，节省大量人力、物力，降低实验成本，实现真正意义上的实验教学形式改革[6]。同时，科学的实验方式和实验平台的建立，也可以减少实验中有毒有害实际的使用，减少对环境和人体的危害，帮助学生模拟参与特殊环境条件下的实验，可能遇到的危险以及处理方式，真正实现教学中以人为本的教学指导思想。

1.5加强实验室师资队伍建设

在实验教学中，实验技术人员是必不可少的，然而，高校实验技术人员的地位相对较低，所受到的重视和尊敬往往不如理论教师，这也是导致实验开展难有突破的重要原因。也是由于以上原因，实验技术人员队伍组成知识水平相对薄弱，同时很多时候被动地与各项学术教学活动脱离，严重影响到实验室队伍的积极性和稳定性，以及自身知识水平的提高和实践能力的增强。实验室的工作内容包括教学、管理两部分，教师只负责上课，实验员只负责管理，这样一刀切的分工看似合理实则存在很大的弊端。首先，多数实验教学内容编制人员并没有完整地操作实验，无法给出实验操作的最优条件，导致很多现象性实验无法呈现，给实验的顺利开展带来不便。其次，理论教师只注重内容讲授，很少有时间精力关注于实验课程，对实验室的实验设备不熟悉，对当今实验仪器发展趋势不了解，对实验具体操作不熟悉，这样既会使实验室的功能发挥受限，又会导致实验课程落伍。同样，实验员只管理实验室，只是机械的准备实验，缺乏对实验原理以及涉及的相关专业知识和专业发展的理解，这也会造成实验室设备陈旧，跟不上形势。所以，实验教学人员和实验管理人员间应有分工，更应该有合作，将两者充分结合在一起，共同研究无机化学理论和应用特点，把握实验内容设计，掌握实验仪器操作，定制仪器设备购置计划，共同指导学生实验。

1.6注重学生学习思想转变的培养

无机化学实验是学生进入实验室接触到的第一门实践性课程，是学生实验课程学习习惯与学习思想形成的重要阶段，该课程开设的好坏直接影响到学生后续的理论与实验学习开展。大部分学生进入大学后仍然带着被动接受知识的心态，在实验开展之前不能很好地完成报告预习，仅仅只是对实验内容进行简单的摘抄，从而导致很多学生在真正的实验过程中实验目的不明确，在实验过程中常过度依赖教师，很难在简短的时间内完全掌握实验操作，实验结束后一问三不知。因此，应培养学生自主学习的意识，提高其学习的积极性和主动性。针对以上问题，首先应从实验内容的设计出发，适当增加设计性实验和综合性试验的比例，不设定实验的具体步骤，鼓励学生寻找多种途径实现实验目的，尽量减少甚至杜绝盲目实验的现象。另一方面，引入多种学习方式，如虚拟仿真以及掌上实验小程序，帮助学生提前在云平台上完成相应的虚拟仿真实验，掌握相关安全知识，更形象直观地了解实验过程，对即将进行的实验做到心中有数。实验过程中，自主记录实验数据，系统根据程序设定给出实验结果并输出个性化报告，便于学生进行实验分析。实验教学中另一个重要的步骤是教学考核，由于实验课时的压缩，实验的考核少之又少，实验过程依然更多的是教师讲解学生机械的操作，缺少交流沟通，因此，应将考核贯穿于整个实验教学过程中，例如增加随堂提问帮助学生加深对实验如何操作、注意事项、实现原理以及实验现象解释的理解，将单向交流转变为教师和学生的双向交流。在实验结束后，不再仅仅关注学生的实验结果，而是同时增加对实验操作技能的随堂抽查，并将其列入期末打分，帮助学生训练实验操作技能，真正做到在实践中提高和完善学生的动手能力。

2结语

无机化学实验作为本科实验教学的第一站，对提高学生学习、思考、创新等科研素质具有重要意义，其开展的好坏直接关系着新时代人才素质的培养的优劣。近年来，针对社会发展对人才需求的变化，我校无机化学实验也在进行着相应的改革，改变传统观念，增加年轻的博士队伍，进行探索和改革，在实验教学理念、实验教学方式、实验教学内容等方面均取得了一定的进展，在一定程度上提高了教学质量，激发了学生的探索性和主动性，提高了其动手能力，但离新工科背景下人才培养目标还有一定的距离。总而言之，无机化学实验教学改革是一项任重而道远的工作，未来需要各方面共同努力摸索出一条切实可行的教学模式，以达到新时代人才培养的最终目标。

参考文献

[1]刘婧靖，王晓娟，肖锡林，等.面向新工科人才培养的课程思政的探究和实践——以《无机化学》为例[J].高教学刊，2021,35（8）:54-55.

[2]李育佳，朱成建，张剑荣.“三三制”人才培养模式下化学实验教学改革的探索与实践[J].大学化学，2020（2）：6-9.

[3]陈世界，李金龙，尹彦冰，等.工程教育认证背景下无机化学实验教学改革与实践[J].化工时刊，2021，35（2）：54-55.

[4]石峰，丁玲.新工科背景下的无机化学教学改革探索[J].广东化工，2021（8）：148-151.

[5]平兆艳.大学化学实验改革初探[J].宿州学院学报，2013，28（10）：108-109.

[6]李柯燃.无机化学实验改革对大学生创新能力培养的探究[J].广州化工，2021，49（8）：209-210.

[7]杜静，赵温涛，冯霞，等.化学化工虚拟仿真实验教学平台的建设与应用[J].大学化学，2021，36（1）：1-7.

作者:孙娜 阚二姐 魏学岭 单位:安徽工程大学化学与环境工程学院