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[关键词]:无机化学;发展前沿
化学是一种广泛运用于人们生活与工作中的自然科学,是一种基于原子、分子层次,进而对物质的结构、组成、性质变化规律的科学。而无机化学作为化学领域的一个重要二级学科及分支,细致研究了无机物质的结构、组成、性质和相关化学。例如:碳氧化物、硫化物、碳酸及碳酸盐都属于无机化学的研究范围。
由于当前科研工作的复杂性与不确定性,多个领域的研究都出现相互渗透并且相辅相成的现象。目前,无机化学的主要发展趋势是偏向新型的无机化合物的合成和应用,以及对新研究领域的不断探索,并对其进行持之以恒的开辟和建立。
例如,生物无机化学是生物学和无机化学相互渗透的边缘学科;固体无机化学是21世纪大热的新型研究方向。
1、无机化学的发展进程
早期的人类在发展中逐渐学会了使用闪电击打木头致燃烧而产生的火到后来的“钻木取火”也就是使用一定的技术使化学元素充分地为人类所用,当然那时的技术还是较为低级的,不够成熟的。再到后来的古代中国煅烧陶瓷,锻造青铜器,直到这时,人类才真正地开始使用“高级”的技术,运用化学原理和知识技术将某些元素转变为性质不同,用法不同的物质。由于最初的化学研究多为无机物,所以近代无机化学的开始也标志着近代化学的开端。
近代化学始于英国的玻意耳、法国的拉瓦锡以及英国的道尔顿。玻意耳对化学基础做了许多基本研究,比如氢气、磷的制备,金属酸的反应以及燃烧反应等。他着重强调了元素和与合物间差别所在,为化学的建立做出了巨大的贡献。拉瓦锡再使用天平测量之后提出了质量守恒定律,这也是化学学科最重要的定律之一。同时,他确定了物质燃烧是基于氧化作用,了持续百年之久的“燃素说”,以此促进了化学的发展。而英国的道尔顿则提出了原子学说,说明一切元素都是由不能再分割的原子所组成。由此,化学这门科学正式宣告成立。
19世纪30年代时,化学领域已知的元素已达60多种,俄国化学家门捷列夫对这些元素进行了较为细致的研究,从而发现了元素周期律。随后,他将已知的元素按性质进行分类,并绘出了世界上第一张元素周期表。周期律对以后化学的人工合成新元素以及各元素之间的性质类比、寻找替代元素等具有重要作用,因此,元素周期表也对无机化学的现展起到了不可或缺理论支柱。无机化学的研究重点在于解决材料、能源、生命、信息和环境等领域中的科学问题。在1945年核弹,计算机等相关技术的成熟后,原子能技术、计算机、通信等技术大大地推动了无机化学的发展。
现代无机化学的发展同样运用到了大量物理方法和数学定量计算,正在由一个单一学科向边缘学科、交叉学科迅猛发展。例如:二茂铁的合成是这一时代的重要特征,二茂铁是最早被发现的夹心配合物,二茂铁的合成打破了无机化学和有机化学的界限从而开始复兴无机化学。由此,无机化学进入了高速发展时期,同其他化学学科分支一样,从描述性科学向推理性科学过渡、从定性向定量过渡、从宏观向微观深人。
2、无机化学的研究及运用方向
2.1生物无机化学
生物无机化学是现今无机化学学科中一门运用较广泛的分支学科,它是生物学与无机化学的交叉产物。其研究对象多为生物体内的金属(和少数非金属)元素及其化合物。生物无机化学的研究对象范围之广,从分子颗粒大小来说,其涵盖了从生物小分子到生物大分子;从研究的系统来看,它又囊括了从单独的生物分子到整体生物体系。而近年来,研究者们又开始了对细胞层次的研究,并且逐年扩大对其的研究规模与研究力度。
而我国对生物无机化学的研究主要体现在:稀土元素生物无机化学、药物中的金属及抗癌活性配合物的作用机理、金属离子与细胞的作用、生物矿化,环境保护等方面。其中,在研究金属蛋白的结构与功能作用、生物大分子与金属配合物的相互作用、生物矿化、金属离子生物效应的化学基础以及无机药物化学等方面都具有了相对成熟的研究团队与相对固定的研究方向,并且,研究队伍也趋于年轻化。
对生命过程的研究是生物无机化学中最重要的研究之一。生命过程的核心之一是能量的转换,而能量转换的中心过程是电子的传递,因而生物电传递成为近年来生物无机化学研究的热门课题,包括以微生物培养基为电解液的生物原电池研究以及对生物电的利用。
我国的生物无机化学是在国际学术潮流引领之下,初步发展起来的一门新兴学科。在短短的几十年的时光中,在研究人员的共同努力下,不仅得到了令人瞩目的成果,并且涌现一大批愿为科学献身的年轻人才。而从长远来看,我国生物无机化学学科的发展将趋向于生物大分子更深层次的研究,并且逐步在国际无机化学领域展露头角。
2.2绿色化学
绿色化学的核心是使用一定的化学技术从源头彻底治理或减少现代工业和化学实验中产生的对人体有害,对大自然有明显危害作用的副产物,而不是先污染再治理。
近年来,研究开发无毒、无害的原料代替有毒、有害的原料来生产所需要的化工产品等等已经成为绿色化学的研究热点之一。比如对新型制冷剂的研究,当人们已经意识到价格低廉,使用方便,效果明显的氟利昂对环境有着极大的伤害,例如,氟利昂会破坏生物赖以生存的臭氧层,加剧温室效应等等。就开始了对新型制冷剂的研究。比如碳氢化合物特别是丙烷已经在石化工业大型制冷装置中应用多年。因为丙烷具有优良的热力性能,相对分子质量比氨大,但不及氟利昂中的CFC、HCFC、HCF的效果显著。除此之外,还有能够防止白色污染的生物降解塑料的研究开发及应用等。因此,绿色化学越来越受到人们的欢迎。
2.3固体无机化学
固体无机化学是一门由固体物理、无机化学、材料科学等学科的相互渗透、交叉形成的一门边缘学科。固体无机化学趋向于研究无机化学材料的性质、组成、结构、制备、功能等一系列相关领域,属于现今无机化学领域中研究较为热门,运用较为广泛的学科。
在该领域,研究人员们不断发现了许多具有特殊功能的化合物,如:C60 、纳米材料、火箭助燃剂N2H4等等。同时,研究人员们也在原电池,电解池等方面广泛应用了固体无机化学方面的知识,并获得了较为重大突破,可以使化学物质在电流的作用下所产生的能量以及物质充分地为人类所用。而在对盐类水解的相关研究中,研究人员们发现便于找到元素内在的性质和微观数据的方法,从而引导人们制造出更加精密的测量仪器和材料,在无机化学中起到了不容小视的作用。在固态物体中,有着比液态和气态更复杂的结构,所以对固体无机化学研究的发展前景也是非常广阔的。
3.结束语
面对不断加快的生活脚步、面对不断提高到人民生活需求与对自然改造的要求、面对环境科学、材料科学、信息技术科学等众多学科的高速崛起、快速发展的挑战,化学作为“前辈”学科也在不断地进步出新,努力设计出新型品种来满足国民物质文化生活需求,使人类的生活方式更加简单。当然,对化学的研究最终的目的是造福国家,造福人类,尽管人们也已经发现了许多,但是,大自然是无穷无尽的,还有更多的未知世界等待我们的探索。虽然这很困难,但是我相信,我们在国家和党的领导下,一定能克服种种困难完成我们的任务,推动国家的发展,从而实现中华民族的伟大复兴!
[参考文献]:
[1]杨频,我国生物无机化学的发展,化学通报,1999,12
论文摘要:本文主要叙述了生物无机化学的研究进展。主要从对含有微量元素的蛋白的突变、结构及性质的研究;酶的模拟;无机药物化学;金属元素中毒的研究等四个方面来介绍现在生物无机化学的进展。
论文关键词:生物无机化学;蛋白质;螯合剂;酶;无机药物化学
生物无机化学是无机化学和生物化学交叉的领域。它的任务是研究金属与生物配体之间的相互作用,它有赖于无机化学和生物化学两门学科水平的发展。由于研究方法的进展,使得揭示生命过程中的生物无机化学成为可能。生物无机化学主要分为两部分:一是研究生物体本身微量元素的作用,二是研究外界微量元素对机体的影响。
一、研究生物体本身微量元素的作用
(一)含有微量元素的蛋白的研究
含有微量元素的蛋白是生物无机化学中偏向生物领域的研究对象,做此项研究主要依靠生物化学技术。含有微量元素的蛋白是微量元素与蛋白质形成的配合物,与酶的区别在于含有微量元素的蛋白并不表现催化活性,但却有其他的重要功能。现在的研究在于发现新的蛋白,确定其结构、性质。
现在热门的蛋白有硒蛋白,因为硒蛋白是硒在体内存在和发挥生物功能的主要形式。硒的作用,主要在癌症、神经退行性疾病和病毒等方面,但结论不统一。现在主要在探索新的硒蛋白作为预防药物开发、癌症治疗和药物筛选靶标。如杜明等通过硫酸铵沉淀等方法,从富硒灵芝中获得了一种新的含硒蛋白,并研究了它的抗氧化活性与其硒含量间的关系。研究发现该蛋白的抗氧化活性与其硒含量具有相关性。
另外,也有对细胞色素进行研究。如官墨蓝等对细胞色素b5的突变体做了研究。为了深入了解细胞色素b5的64位氨基酸对血红素辅基微环境及蛋白性质的影响,对细胞色素b5第64位氨基酸残基进行保守性和非保守性突变。研究表明,细胞色素b5第64位氨基酸残基对稳定血红素辅基和维持蛋白的结构有重要的作用,在64位引入其他氨基酸残基使蛋白结构不太稳定。
(二)酶的模拟
酶的模拟就是从酶中挑选出起主导作用的因素来设计合成一些能表现生物功能的、比天然酶简单得多的非蛋白分子,通过研究它们来模拟酶的催化过程,找到控制生化过程的因素,从而得到更好的催化剂。
如硒酶的研究。通过对硒酶结构与功能的模拟,人们不仅可以了解硒酶结构与功能的关系,还可以进一步开发与硒酶相关的药物。对于硒酶的合成主要有三种方法,一是对硒酶进行化学模拟,二是对硒酶进行化学修饰,三是用基因工程方法生产含硒酶。对硒酶化学模拟主要集中在硒酶活性中心催化三联体Se-N的相互作用的模拟中。在这个方面主要有合成含有Se-N键的硒酶模拟物和在硒原子的附近引入氮原子,用分子内的螯合作用间接形成分子内螯合物,达到Se-N键的作用。对硒酶化学修饰主要方面有:1、将天然酶改造为含硒酶;2、设计含硒生物印迹酶;3、设计含硒抗体酶。硒蛋白模拟物在理解硒酶的生化作用中起着非常重要的作用。硒蛋白模拟物在抗氧化、抗癌及抗滤过性病原体等范围具有治疗潜能。
又如刘海洋等对核酸酶的化学模拟。核酸酶的化学模拟对于生物技术和分子生物学研究具有重要意义,Corrole是具有共轭电子结构的大环化合物,其结构上导致其配位化学行为易与金属形成配合物,其形成的配合物在许多反应中均有催化活性。该科研组研究了单羟基Corrole锰配合物对DNA的催化氧化断裂作用。结果表明,锰Corrole配合物可催化DNA的氧化断裂,而且断裂程度随着反应时间的增加而增加。宋玉民等研究了全反式维甲酸合钇配合物对DNA的切割和键合作用。实验表明,该配合物在生理条件下比配体和金属离子能更有效地切割质粒DNA。岳蕾等研究了铬配合物切割DNA的活性。研究表明,在H2O2存在条件下,Cr的配合物[Cr(bzimpy)2]+具有氧化切割DNA的活性,但被切割的DNA可被大肠杆菌修复。
对于固氮酶模拟的报道比较多。模拟固氮酶的目的主要是在温和的条件下将空气中的氮分子转化成有机化合物,从而加以利用。对固氮酶的活性中心模拟主要是钼铁硫原子簇,另外还有钼-硫醇等等的研究报道。
二、研究外界微量元素对机体的影响
(一)无机药物化学
无机药物的发展在生物无机领域中有很重要的地位。顺铂的抗肿瘤作用的发现开辟了无机药物化学的新领域。在抗癌药物应用中,顺铂药物目前仍在临床上使用,主要有四种铂配合物:顺铂、卡铂、顺糖氨铂、奥沙利铂。从1980年发现二烃基锡衍生物具有抗癌活性以来,人们先后合成了具有顺铂结构的二烃基二卤化锡配合物,与卡铂结构类似的有机锡化合物,以及有机锡羧酸衍生物等等。在锗化合物方面,从发现1971年合成的β-羧基乙基锗倍半氧化物具有抗癌活性以来,人们先后合成了许多有机的锗化合物。此外还有茂钛衍生物和稀土配合物。因为癌症是人类健康寿命最主要的杀手,所以在抗癌药物的研究开发方面将有很大的发展前景。除了合成新的药物外,在原有的药物基础上对原有的药物进行改良也是未来的科研方向,因为原有的药物具有较高的毒副作用,且抗癌范围较小。所以在无机抗癌药物这一方面,合成具有广谱高效抗癌活性且有较低的毒副作用和较长的持续时候的抗癌药物是主要发展方向;另外,对于无机金属药物的抗癌机理尚没有统一的理论,因此研究无机抗癌药物的作用机理也是主要研究方向。
无机药物在其他方面也有重要的应用。如金配合物在抗类风湿方面的应用,应用治疗类风湿关节炎有金Au的硫醇盐。在治疗胃病的过程中,铝盐也是主要依赖的药物,含铋的化合物是治疗胃溃疡的的主要药物。在无机药物的研究中,尚不清楚各种药物对机体疾病的治疗机理,所以研究无机药物的作用机理具有较大的前景。
放射照影药物的发展也是无机药物的发展方向。由于放射示踪、核磁共振在医学上的应用,使得各种造影剂的成为医生临床应用不可或缺的一个方面,如钡的造影剂。
(二)金属元素中毒的治疗
在外界的金属元素超过机体所需的浓度后,该元素就会对机体产生负面效应,引起疾病。元素的毒性主要因为它与机体基团的强配合性。对金属元素中毒的治疗主要是研究具有更强螯合能力的的螯合剂,使其跟有毒的金属离子结合形成更加稳定配合物,然后排出体外。理想的螯合剂须满足以下的条件:1、水溶性,且在生理的pH条件下有足够的螯合能力;2、分子大小和结构必须合适;3、必须专一迅速结合金属元素;4、很容易从体内排出;5、没有明显的毒性。如用EDTA来排出多余的离子,EDTA螯合性虽然很强,却选择性不强,在排出有害的金属离子的同时,同时也会损失一些有益的离子。如用去铁草胺B去除多余的铁,但是它不能去除血红素或运铁蛋白中的铁。现在的医用螯合物的研究方向主要是研究新的药剂,因为现在的螯合剂无论是在种类还是排出金属中毒的效率都不能满足医学的需要。
三、生物无机化学的发展趋势
生物无机化学以后的发展趋势是生命科学与技术进行有机紧密的融合。
1.1自我展示
无机化学教学共两个学期,在每学期的期初组织一次自我展示演讲。演讲题目自拟,以感人为最终目的;要求团队所有成员参加,时间限制在3分钟以内。在自我展示的教学环节中,学生演讲最多的题材是对就业的困惑、对人生的感悟、对未来的向往、自己最喜欢的人或最近最热点的话题等。演讲时间虽短,但是本环节给学生提供了一个展示自己的平台,锻炼了学生的表达能力,增进了同学之间的了解。由于演讲成绩取团队成员演讲成绩的平均值,所以在演讲前每个团队成员之间都会积极准备,彼此之间互相讨论和帮助,争取本团队成员都能在比赛中完美展示,共同获得好成绩,从而可最大限度的激发学生的进取精神和团队合作精神。
1.2学生授课
每学期选出部分无机化学理论课程和实验课程分配给各个教学团队,队长组织本队成员对分配的教学内容进行教学设计。教学设计的内容包括:课堂导入、主要教学内容、课后小节等。课堂要求互动和质疑,还需要进行合理的扩展,授课时间要求在45分钟之内。教学形式不限,以生动并能激发学生的学习兴趣为目的。教学过程中,教师必须全程参与,监督和辅助学生在教学过程中对知识点准确性的把握。我们以学生主讲的无机化学理论课程设计为例:课前需要进行如下准备:①研读教材掌握教学的基本理论;②利用各种网络资源对教学内容进行深入学习,以便在教学中进行合理的知识扩展;③进行课堂教学设计,设计内容包括教学内容和教学环节的分工,以及教学互动环节等。④正式上课前,进行模拟教学,教师在模拟教学中进行质疑,提出与本节课相关的知识点,指出学生在教学中的不足、不准确和不正确的地方。在正式的课堂教学中,教师要辅助课堂教学,回答“小老师”不能准确回答的学生的质疑,在教学小结中总结本节的知识要点,并对学生的授课情况做简要的短评,让学生了解自己的优缺点,以便在以后的学习和生活中不断的提升自己。此环节中,团队成员的成绩依旧相同,因此可有效的提高学生的综合素质:首先,提高积极向上的进取精神和团队合作精神;其次,通过课外预习和资料的检索可以培养学生良好的学习习惯,增强学习能力;再次,在课堂教学过程中锻炼了自己的表达能力、应变能力、组织能力、以及发现及解决问题的能力。此外,同学的质疑过程对授课学生知识准备的充分与否、快速反应能力和学以致用能力也是考验和锻炼。
1.3撰写科研小论文
鼓励学生实时检索无机化学领域的最新研究成果,选择自己感兴趣的相关研究方向自学并撰写专业小论文。目前学生撰写的论文报告有“纳米材料”、“最新分离技术”、“石墨烯的应用”、“单壁碳纳米管的制备及应用”等。每个团队选拔出最优秀的论文,制作演示文稿,在第二课堂时间(每学期选择一个休息日)进行论文汇报。本环节中,学生的团队精神不仅得到了培养,在文献检索、阅读过程中还拓展了专业视野。另外,通过学习了解了自己感兴趣的领域,从而明确未来学习和工作领域的选择,显著提高市场竞争力。
2培养创新能力及操作性
2.1知识扩展
化学教育专业最大的特点是具有师范性,大学生的专业水平和知识视野的大小直接决定其在未来中学教育中的教学水平。因此,在教学过程中注重知识的扩展,激励学生主动学习,引导学生探究的科研思维也是教学改革的重要目标。因此,本教研室教师会在教学的相关理论中引入本领域最新的研究成果,包括教师自己课题组的相关科研成果。例如:在学习第五和第六副族元素时,教师把自己课题组最新制备的官能化杂多酸成果介绍给学生,重点介绍科研思想。因为科研成果为自己的老师研究所得,所以在进行教学过程中可以让学生感觉到创新过程和创新成果离自己没有那么遥远,从而可以激励他们的学习兴趣、提高参与意识,培养科研思维,将被动学习变成主动学习。
2.2开放实验室
此环节主要是利用学生的课余时间进行,学生可根据自己的兴趣自愿参加。2.2.1开放本科实验室每学期本科实验室开放两次,开放时间在期中,因为此时,大学生的实验技能和无机化学理论知识体系已相对完善,能够独立或合作设计完成实验活动。参与开放实验室活动的同学要先递交“申请书”,申请中写明实验内容、所需仪器和设备、相关药品及材料。学生可在实验教师指导下反复实验,直至成功达到设计目的。每学期活动的内容主要围绕如下几个方面:①鼓励学生对做过的无机化学实验设计大胆质疑,提出改进方案,并指明改造后的优势;②对做过的无机化学实验,学生在保证实验结果准确、实验现象明显的前提下,可对某个实验或某个实验步骤进行微型化设计;③在教师的介绍下与合作中学的一线化学教师共同探讨中学化学实验的教学改革,参与中学化学实验的设计及教学对学生来说是提高未来就业竞争力,搞好中学教学的重要实践渠道。此环节可以培养学生良好的思维习惯、创造性和实践操作性。同时还间接的培养了学生的学习兴趣和进取精神。2.2.2开放研究生实验室在20世纪90年代,美国首先提出了整合教育培养创新型人才的新思路[5]。以此为鉴,在无机化学课程教学的后期,允许部分实验技能较强、勤思考、爱提问的同学参与到研究生的创新性科研工作中。对于刚进入实验室本科生的培养主要包括两个层次。一是科研基本技能培训,包括学习国内外科研文献的检索方法、熟读科研文献、了解无机化学领域的理论和最新研究热点、掌握无机合成技术、掌握无机化合物制备及性质研究方法、掌握实验数据处理方法、参加研究生的科研组会并适当进行文献汇报。二是科研探索,在经历了基本的学习训练后,对于学习能力强的本科生,在保证不耽误本科课程学习的前提下,在导师的指导下和研究生的监督下完成一些可行性较强的科研项目。目前每年都有部分本科生在国内外学术期刊上公开发表科研论文,这些学生是校大学生创新和创业项目的主要申报者,也是未来攻读硕士研究生的主要生源。和其他学生相比,他们都会较早的制定人生规划,有目标、有理想、能吃苦、善于思考且动手能力强,而且在未来选择研究生报考专业时的目标更明确。
3结语
关键词:无机化学实验教学;预习;实验考试;实验教学方法
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)05-0277-02
无机化学实验作为大学新生的第一门基础实验课,有着承上起下的作用。它的主要目的是使学生通过实验加深对理论课的理解,培养学生独立思考、独立解决问题的能力,掌握无机化学实验的基本操作和技能,学会运用基本仪器测量数据和处理数据,培养严谨的科学态度和良好的实验素养。如何才能提高无机化学实验教学的质量是我们一直在思考的问题。我们现在面临的主要问题是:一是很多学生在高中期间,没有真正做过实验,一些高中实验是通过教师讲授完成的,学生没有实验基础;二是许多学生不会看书,因为高中教学大多采用填鸭式教学,学生自学能力培养不够;三是学生本身不重视实验,由于在高等教育阶段之前的应试教育,只看理论成绩,不考核实验操作能力,学生不重视实验教学。针对以上问题,我们因材施教,采取以下方法进行实验教学,并取得了良好的效果。
一、通过实验课前考试,培养学生的自学能力,提高实验预习效果
只有做好预习,才能对实验做到心中有数,从而提高实验课效率.我们要求学生课前必须预习并写好预习报告。针对学生不会看书,我们在课前讲授阶段,出1~2道题进行考试。考试的题目可以引导学生学会预习,同时可以检查学生的预习情况,考试成绩记入期末总成绩。比如,在做溶液的配制时,我们会考如何配制100ml 6M NaOH溶液?因为配制方法在书的下角标已说明,很多学生在预习时却没注意。在做气体密度法测定CO2分子量时,我们会考本次实验最少需要称量几次?在做硫酸亚铁铵制备时,我们会考减压过滤时滤纸剪多大合适?在做气体摩尔常数测定时,我们会考气体常数R的国际单位是什么?等等。因为一些学生在预习时不注意细节问题,虽然考试题非常简单,却答不对,得分很低甚至零分。考虑到学生总是得分很低,会影响到他们学习的积极性,我们也会偶尔考书上的预习题,学生一般都能答对,进而增加他们的自信心。比如在做锡、铅、锑、铋时,我们会考设计分析铅丹(Pb3O4)组成的实验方法。这样做,虽然给教师增加了很多工作量,但是,却激发了学生学习的积极性。学生越来越重视预习,效果也越来越好(见统计表)。有些学生采取集体预习的方式,互相讨论,通过讨论明确了实验原理、过程、影响因素。通过预习不但培养了学生的自学能力,加深了学生对实验知识的深刻理解,调动了学习的积极性,提高了实验水平和实验效率,同时也培养了学生的协作精神,使学生体会到科学合作的重要性。
二、多种教学方法并用,培养学生分析问题、解决问题的能力
在实验讲授过程中,针对学生没有实验基础,基本操作我们都是采取演示的方法进行的。在做硫酸亚铁铵的制备时,我们把蒸发皿放在水浴锅(烧杯)上,让学生真实感受到,水浴加热蒸发浓缩是怎么回事。在讲减压过滤时,启发学生为什么滤纸要比布什漏斗的内径小。用酒精洗涤晶体时为什么要关闭真空泵?时刻提醒学生不断思考。我们常对学生说的一句话是:要用你的大脑去做实验。在学生具体操作时,我们不厌其烦,耐心指导,甚至对个别学生要从划火柴教起。为了在有限的时间内让学生学到更多的东西,我们也想了许多办法。因学时有限,没有开设玻璃工实验,我们安排有兴趣的学生利用课外时间做一些简单的玻璃工,使他们多掌握一些实验技巧。一些实验,存在个别药品短缺,我们也想方设法让学生把实验进行下去。比如,在做验证PCl5水解产物实验时,实验室没有PCl5,我们就让学生用5滴盐酸1滴磷酸混合物来代替PCl5水解产物,保证了实验的进行。为了培养学生的实验兴趣,对设计实验我们允许学生用不同的方法进行实验。比如,在做氯化铵制备时,学生可以用加热法、冷却法或两种方法同时进行,这极大地调动了学生实验的积极性,经过我们耐心地指导,学生的进步非常快,同时培养了他们的实验兴趣和解决实际问题的能力。
三、教学过程严格要求,培养学生实事求是的科研态度
我们在学生实验过程中对他们的要求非常严格。除第一周实验数据没有量化要求外,其余实验数据都有误差要求。我们要求学生真实的记录实验结果,并一再告诫学生:你的实验数据做坏了没有关系,找出原因,重做,老师也会一直陪着你,但绝对不允许更改实验数据。事实上,不管学生做实验做得多晚,我们都毫无怨言地进行指导监督,所有实验数据必须在实验室处理完毕并登记,目的就是为了培养学生科学严谨的实验态度和实事求是的科研态度。
四、采取一对一的方式批改实验报告,及时发现和解决学生的问题
实验报告是学生对实验的总结,即要反映实验结果又要求真实性。由于是大一的学生,学生没有写过实验报告,尽管我们在第一次实验课中已经讲授了如何书写实验报告,但是学生在写实验报告时还是存在很多问题。因此,我们在批改学生实验报告时,采取一对一的方式,当面批改实验报告,及时给学生指出错误的原因及如何改正。最初几周,几乎每个学生都存在问题,随着实验的进行缺点和错误越来越少。(见统计表)这种方法对教师来说很麻烦,但能及时发现和解决学生的问题,并能做到因材施教,教学效果好。
五、改革实验课考核方式
以前实验课成绩主要是根据实验报告、预习报告及实验操作三者综合来确定学生的实验成绩。现在实验课成绩是根据实验考试、实验报告、预习报告及实验操作四者综合来确定学生的实验成绩,这样就更加客观和公平了。
多年的实验教学使我们认识到,对于大一的学生,教师只要有足够的爱心和耐心,他们就会以最大的进步来回报你,这也正是我们所追求的。
参考文献:
[1]高敬群,张向东,邓敏,王建平,齐立权.计算机模拟实验教学的探索[J].化学教育,2001,(1).
1.现行化学实验课设置所存在的问题
1.1化学实验课依附于理论课
现行化学专业理论课开设从大学一年级至大学四年级顺序为:无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、结构化学、化工基础、教材教法等。与之相对应地开设同名实验课。二者相呼应、相匹配。这虽然有利于学生对化学理论知识的学习和对化学原理的验证,但这不利于拓宽学生实验操作技能训练,致使学生重视化学理论学习,轻视实验技能动手能力的训练,与高师院校化学教育专业培养目标不相适应。
1.2照方抓药,缺乏创新性
在化学实验教学过程中,教师首先要求学生写预习报告,告诉学生实验题目、实验原理、所用仪器、实验方法、步骤及注意事项,并且教师把溶液的配置、标定,怎样安装调试实验仪器及装置。这种教学方法属于服从型、照方抓药型,不能调动学生的探索实验的积极性、主动性、创新性。如果出现前面做过.的实验,后面与之重复内容只看别人做实验而自己不动手,重结果轻过程,使学生实验操作技能训练单调、零散、重复、缺乏系统性。
1.3验证性实验多,综合设计性实验少
现行化学专业所开实验课绝大部分是模仿验证性实验,多次实验操作内容重复、单调,不能激发学生对化学实验操作的兴趣,结果使学生仅仅验证化学实验知识的内容的对与错,只会在限定时间内按照实验方案进行模仿,而对整个实验过程中设计构思、方法选择、仪器使用组装、结果分析评价等不进行探讨,不能使具体实验技巧在实验中应用。而综合设计性实验既能培养学生的创造性思维能力,又能提高学生分析问题、解决问题的本领,还能培养学生思维的独特性、流畅性、深刻性、多思路性等品质。
2.实验课程体系改革
2.1调整实验课程体系
目前,各门课都感到学时不够。理论课改革首先要研究各门课之间的内在联系,以无机化学、有机化学以及相关实验课为主线进行合并、归纳与抽提,至少要做到删繁就简,减少重复,如无机化学、分析化学、物理化学中的溶液的化学平衡,有机化学(包括有机分析)、仪器分析和波谱分析中的四大光谱部分等。与此相对应的实验课内容大致可分为三大块:第一部分实验:以基本知识和基本操作为主,如实验室规则,玻璃仪器的洗刷与使用,简单玻璃工操作,天平称量与使用,溶液浓度的表示方法与配制,有效数字与偏差,元素、无机物、有机物性质实验等。第二部分实验:以合成技术和定量分析为主,包括无机合成和有机合成中难度较高的操作技术,这既是化学实验中的难点也是重点部分。第三部分实验:利用光、热、电、磁等物理信号的测量进一步揭示物质的内在性质,学习现代测试仪器的操作方法,了解并掌握各类波谱与物质内在结构的关系。第四部分实验:实践性实验,根据学生在前三年的学习与社会实践,结合中学实验,本地区农业生产的需要,教师科研项目等,学生自己提出课题,设计实验方案,论证合格后在教师指导下独立完成。
2.2减少验证性实验,增加综合设计性实验,提高毕业论文质量
为了适应二十一世纪社会发展对中学教师的需求,必须对高师现开设化学实验课程体系进行改革。针对目前高师化学实验课存在的问题,按照高师教育目标、化学实验教学培养目标、化学基础实验课内容、学生掌握化学实验技能程度,打破常规实验课附属理论课程设置,调整化学实验课程体系,减少验证性实验,增加综合设计性实验,将有利于化学实验教学质量提高和学生实验技能的训练。