无机化学实验培养学生科研能力的探索.pdf
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1、 第卷 第期 年月:无 机 化 学 实 验 培 养 学 生 科 研 能 力 的 探 索李 子 峰,刘絮,孟 祥 茹(郑 州 大 学 化 学 学 院 绿 色 催 化 中 心,郑 州)摘要:为 了 适 应 综 合 性 研 究 型 大 学 的 科 研 定 位 需 求,增 强 学 生 的 科 研 能 力,提 高学 生 进 入 科 研 实 验 室 的 适 应 性,对 无 机 化 学 实 验 课 的 教 学 方 法 及 手 段 进 行 了 系 统改 进。构 建 了 线 上、线 下 以 及 虚 拟 仿 真 等 多 元 化 的 实 验 体 系。通 过 教 师 指 导 学 生撰 写 实 验 设 计 方 案 式
2、预 习 报 告、学 生 自 主 学 习 基 本 实 验 操 作、独 立 进 行 实 验、教 师及 时 纠 正 学 生 不 规 范 的 实 验 操 作、指 导 学 生 提 交 科 研 论 文 式 实 验 报 告 等 无 机 化 学实 验 完 整 的 教 学 链 条,全 方 位 地 训 练 学 生 的 独 立 思 考 能 力、动 手 能 力、发 现 和 解 决问 题 的 能 力 以 及 综 合 表 达 能 力。关 键 词:无 机 化 学 实 验;多 元 实 验 体 系;科 研 能 力中 图 分 类 号:文 献 标 志 码:文 章 编 号:(),(,):,:;收 稿 日 期:基 金 项 目:国 家
3、自 然 科 学 基 金 项 目()作 者 简 介:李 子 峰(),女,河 南 新 乡 人,硕 士,高 级 实 验 师,主要 研 究 方 向 为 本 科 生 化 学 实 验 教 学。:;:通 信 作 者:孟 祥 茹(),女,河 南 郑 州 人,博 士,教 授,主 要 研 究方 向 为 本 科 生 化 学 教 学 及 功 能 配 位 化 学。:;:引言化 学 是 一 门 以 实 验 为 基 础 的 学 科。化 学 实 验 课 是培 养 学 生 动 手、独 立 思 考、发 现 及 解 决 问 题 等 综 合 能 力的 最 有 效 方 法。目 前,我 校 针 对 化 学 专 业 的 学 生开 设 了
4、无 机 化 学 实 验、分 析 化 学 实 验、仪 器 分 析 实 验、物 理 化 学 实 验、有 机 化 学 实 验、综 合 化 学 实 验()、综合 化 学 实 验()门 基 础 实 验 课 程。其 中,无 机 化 学第期李 子 峰,等:无 机 化 学 实 验 培 养 学 生 科 研 能 力 的 探 索实 验 作 为 先 导 课 程,是 其 他门 实 验 课 的 基 础,目 的 是训 练、规 范 学 生 的 基 本 操 作,提 升 学 生 的 操 作 技 能,培养 学 生 观 察 实 验 现 象 的 能 力,学 会 正 确 记 录 和 分 析 实验 数 据,树 立 正 确 的 科 学 观、
5、世 界 观 和 方 法 论。但由 于 我 校 本 科 生 来 自 全 国 各 地,高 中 阶 段 化 学 学 习 状况 参 差 不 齐:大 部 分 学 生 只 动 手 做 过 为 数 不 多 的 化 学实 验,少 部 分 学 生 只 看 过 老 师 做 演 示 实 验,还 有 一 些 学生 压 根 没 接 触 过 实 验,只 能 死 记 硬 背 实 验 现 象 和 结 论。总 的 来 看,大 部 分 学 生 受 到 的 实 验 训 练 十 分 有 限,基 本实 验 技 能 缺 失,导 致 常 规 的 实 验 课 教 学 效 果 很 不 理想,更 谈 不 上 对 科 研 能 力 的 训 练。年,
6、我 校 确 立 了 从 教 学 型 向 综 合 科 研 型 大 学转 变 的 办 学 定 位。最 近,化 学 学 科 入 选 教 育 部 基 础 学科 拔 尖 学 生 培 养 计 划 基 地,对 本 科 生 的 培 养 提 出了 提 高 科 研 能 力 的 新 要 求。为 了 适 应 新 时 代 本 科 生 培养 要 求,我 们 学 院 会 安 排 学 生 在 大 二 的 第 一 学 期,根 据个 人 兴 趣,以“导 师 制”或 者“大 学 生 创 新 创 业 训 练 项目”等 形 式,提 前 进 入 教 师 科 研 团 队 开 展 科 研 训 练。再 考 虑 到 我 院 大 部 分 本 科
7、生 毕 业 后 走 上 了“读 研”道路 或 者 其 他 科 研 岗 位。凡 此 种 种,都 对 本 科 生 的 科 研能 力 提 出 了 新 要 求。如 何 通 过 实 验 课 教 学 尤 其 是 从 无机 化 学 实 验 课 教 学 开 始,除 了 使 学 生 掌 握 基 本 的 实 验技 能,还 能 使 学 生 尽 快 地 熟 悉 基 本 的 科 研 流 程,培 养 良好 的 科 研 习 惯,使 学 生 尽 早 进 入 科 研 状 态 显 得 十 分 迫切 和 重 要。鉴 于 此,我 们 希 望 通 过 对 无 机 化 学 实 验 课的 改 进 和 优 化,来 达 到 上 述 培 养 目
8、 的。本 文 探 讨 如 何 在 传 统 的“基 本 操 作预 习 报 告实 验 操 作 与 实 验 记 录实 验 报 告”的 实 验 教 学 环 节 中附 加 学 生 科 研 能 力 培 养 元 素,训 练 和 培 养 学 生 的 科 研能 力。采 用“线 上线 下虚 拟 仿 真”多 元 化 的 教学 模 式,训 练 学 生 的 基 本 操 作 化 学 科 学 研 究 植 根 于 实 验,因 此,扎 实 的 实 验 操 作功 底 尤 为 重 要。无 机 化 学 实 验 课 作 为 大 学 生 入 学后 第 一 门 实 验 课,首 要 使 命 是 训 练、规 范 学 生 的 基 本 操作 和
9、提 高 实 验 技 能。但 是,受 实 验 课 时 的 制 约,该 培 养 目 标 的 完 成 受 到 了 限 制。近 年 来,结 合 网 络 时代 的 到 来,尤 其 是 受 到 小 视 频 受 到 年 轻 人 追 捧 的 启 发,我 们 将 无 机 化 学 实 验 所 涉 及 的 基 本 操 作 全 部 拍 成 了 小视 频,放 置 于 实 验 中 心 网 站 供 学 生 自 主 下 载 或 提 前 一周 把 相 关 基 本 操 作 的 短 视 频 通 过 网 络 发 给 学 生,寓 教于 乐,达 到 提 前 预 习 的 目 的,建 立 了“线 上线 下虚拟 仿 真”多 元 化 的 教 学
10、 模 式,提 高 了 实 验 课 的 教 学 效率 以 及 学 习 效 果。例 如,硫 酸 亚 铁 铵 的 制 备 实 验 前,就把 固 体 试 剂 的 取 用、倾 析 法 洗 涤、液 体 试 剂 的 取 用、水浴 加 热 方 法、蒸 发 浓 缩、结 晶、常 压 过 滤、减 压 过 滤、目视 比 色 等 一 系 列 基 本 操 作 的 短 视 频 发 布 到 实 验 中 心 平台。学 生 在 观 看 了 这 些 短 视 频 之 后,就 会 直 观 地 了 解这 些 基 本 操 作,激 发 动 手 实 验 的 兴 趣,使 学 生 真 正 实 现了 按 需 学 习,培 养 了 学 习 的 主 动
11、性。另 外,学 生 还 可 以登 录 我 院 的 虚 拟 仿 真 实 验 平 台,完 成 一 些 虚 拟 仿 真 实验。实 践 证 明,这 种 依 托 于“互 联 网”的 教 学 模 式 极大 地 丰 富 了 实 验 课 教 学 的 手 段 和 内 容,拓 宽 了 授 课 渠道,延 伸 了 实 验 课 教 学 的 时 间 与 空 间,激 发 了 学 生 的 学习 兴 趣,为 实 际 操 作 奠 定 了 基 础,节 省 了 课 堂 教 学 的 时间,大 大 提 升 了 实 验 课 的 教 学 效 果。以 设 计 实 验 方 案 的 模 式 撰 写 预 习 报 告撰 写“预 习 报 告”是 实 验
12、 教 学 的 一 个 重 要 环 节,可以 锻 炼 学 生 的 实 验 设 计 能 力,提 升 学 生 自 主 学 习 的 能力,是 学 生 顺 利 安 全 完 成 实 验 的 前 提 与 保 障。传 统 的 预 习 报 告 主 要 包 括 实 验 名 称、实 验 目 的、主要 仪 器 和 试 剂、实 验 原 理、实 验 步 骤 和 注 意 事 项 等。由于 和 实 验 教 材 基 本 一 致,导 致 学 生 大 多 照 抄 照 搬 教 材,敷 衍 了 事。为 了 培 养 学 生 的 科 研 能 力,尝 试 让 学 生 把每 次 实 验 课 当 成 一 个 小 的 科 研 课 题,把 预 习
13、报 告 当 作实 验 设 计 方 案 来 写。教 师 根 据 教 学 计 划,提 前 告 知 学生 实 验 课 的 题 目 和 目 的,提 出 需 要 解 决 的 问 题,引 导 学生 带 着 问 题 查 阅 文 献 资 料 并 设 计 出 合 理 的 实 验 方 案,然 后 师 生 共 同 探 讨 设 计 方 案 是 否 可 行,最 后 进 行 实 践操 作。以 硫 酸 亚 铁 铵 的 制 备 为 例,事 先 提 出 如 表所示 的 一 系 列 问 题,给 学 生 思 考。要 搞 清 楚 表中 的 这 些 问 题,学 生 就 必 须 线 下、线上 广 泛 查 阅 文 献。开 始 时 可 以
14、让 学 生 先 查 阅 中 文 文献,再 慢 慢 适 应 查 阅 外 文 文 献,逐 步 熟 悉 与 化 学 相 关 的各 类 文 献 资 源,培 养 文 献 查 阅 能 力,为 今 后 的 科 研 选 题做 准 备。学 生 通 过 查 阅 文 献,对 整 个 实 验 项 目 了 然 于胸 后,开 始 设 计 撰 写 预 习 报 告。实 验 步 骤 就 是 在 理 解实 验 原 理 的 基 础 上,精 心 设 计 的 实 验 方 案,要 做 到 具体、详 实。如 表所 示,实 验 步 骤 与 实 验 现 象 要 一 一 对应,在 充 分 预 习 的 基 础 上,写 出 每 一 步 操 作 过
15、程,包 括何 时 准 备 水 浴、何 时 加 热 漏 斗、何 时 制 备 无 氧 水 等。在右 栏 要 预 留 足 够 的 空 间,记 录 实 验 现 象 和 数 据 以 及 每步 实 验 所 消 耗 的 时 间。规 范 实 验 操 作,引 导 学 生 正 确 观 察 和 如 实 记录 实 验 现 象 和 数 据“授 人 以 鱼 不 如 授 人 以 渔”,为 了 培 养 学 生 的 动 手能 力,避 免 一 些 有 依 赖 性 的 学 生 旁 观 实 验,一 律 实 行 单人 单 组,独 立 操 作。尽 管 学 生 通 过 预 习、观 看 基 本 操 作小 视 频 以 及 虚 拟 仿 真 训
16、练 对 即 将 进 行 的 实 验 操 作 有 所了 解,但 由 于 基 础 薄 弱,实 验 操 作 难 免“慌 腔 走 板”。在 实 验 过 程 中,教 师 要 及 时 纠 正 学 生 的 不 规 范 操 作。第卷表硫 酸 亚 铁 铵 制 备 实 验 中 的 常 见 问 题编 号问 题答 案请 查 找 相 同 温 度 下 硫 酸 亚 铁 铵、硫 酸 铵 和 硫 酸 亚 铁 的 溶 解 度如 何 除 去 废 铁 屑 表 面 的 油 污制 备时 为 什 么 选 择 的 硫 酸?浓 度 过 高 或 者 过 低 有 何 影 响如 果 铁 屑 为,需 要 多 少 毫 升 的 硫 酸硫 酸 与 铁 屑
17、的 反 应,采 用 水 浴 加 热 还 是 直 接 加 热?为 什 么为 什 么 硫 酸 与 铁 屑 的 反 应 温 度 不 能 超 过 为 什 么 在 硫 酸 与 铁 屑 的 反 应 过 程 中 需 要 适 当 补 水?不 补 水 或 者 补 水 过 多 会 出 现 什 么 情 况在 硫 酸 与 铁 屑 的 反 应 过 程 中 为 什 么 溶 液 会 变 黄?该 怎 么 补 救?如 何 避 免 溶 液 变 黄如 何 判 断 硫 酸 与 铁 屑 的 反 应 基 本 完 成常 压 过 滤 之 前 为 什 么 需 要 再 加 的 硫 酸硫 酸 与 铁 屑 反 应 完 毕 之 后 为 什 么 要 趁
18、 热 过 滤如 何 确 定 硫 酸 铵 的 用 量蒸 发 浓 缩 时 采 用 水 浴 加 热 还 是 直 接 加 热?为 什 么蒸 发 浓 缩 的 过 程 中 需 要 不 停 地 搅 拌 吗?为 什 么蒸 发 浓 缩 过 程 中 若 溶 液 由 浅 绿 色 变 为 黄 色 怎 么 办为 什 么 蒸 发 浓 缩 到 出 现 晶 膜 即 停 止 加 热出 现 晶 膜 之 后,为 什 么 要 充 分 冷 却 才 能 抽 滤?如 果 没 有 充 分 冷 却 会 出 现 什 么 情 况为 什 么 用 无 水 乙 醇 洗 涤 硫 酸 亚 铁 铵 晶 体?可 以 用 纯 水 洗 涤 吗硫 酸 亚 铁 铵 晶
19、 体 可 以 用 烘 箱 烘 干 吗?为 什 么如 何 计 算 硫 酸 亚 铁 铵 的 产 率?是 根 据 铁 的 用 量 还 是 硫 酸 铵 的 用 量产 品 质 量 检 验 时,为 什 么 要 用 无 氧 水 配 制 硫 酸 亚 铁 铵 溶 液?如 何 制 备 无 氧 水在 制 备 硫 酸 亚 铁 铵 的 过 程 中 如 何 避 免 被 氧 化 为 如 何 设 计 实 验 证 明 产 品 中 含 有、和 表操 作 步 骤 与 记 录 表操 作序 号操 作 步 骤实 验 现 象 和数 据 记 录操 作 起止 时 间打 开 柜 子 之 后 烧 左 右 的 水,作 为 铁 屑 与 硫 酸 反 应
20、 的 水 浴称 取 铁 屑 于 的 锥 形 瓶 中,加 入 的溶 液,加 热 煮 沸 除 去油 污。然 后 用 倾 析 法 除 去 碱 液,再 用 纯 水 洗 涤 铁 屑 至 中 性(碱 液 和 洗 涤 用 水 一 并 回 收 到 的 烧 杯 中,用 来 吸 收 反 应 的 尾 气)铁 屑 质 量:溶 液 体 积:现 象:搭 建 反 应 装 置在 锥 形 瓶 中 加 入 的 硫 酸,并 维 持 水 浴 温 度 在 之 间(注 意 温 度 不 能过 高,否 则 硫 酸 亚 铁 晶 体 容 易 析 出,亚 铁 离 子 也 容 易 被 氧 化)。此 时 洗 一 个 干 净 的 漏 斗 放 入 的 烘
21、 箱 中 加 热,以 备 后 续 过 滤 使 用;另 外 再 准 备 的 无 氧 水,以 备 产 品 质 量 检 验 使用。称 硫 酸 铵 于 蒸 发 皿 中硫 酸 用 量:水 浴 温 度:现 象:在 铁 屑 与 硫 酸 的 反 应 过 程 中,若 有 硫 酸 亚 铁 晶 体 析 出,可 通 过 针 管 适 当 补 水。待 铁 屑 与 硫酸 反 应 完 毕 之 后,加 纯 水 于 锥 形 瓶 中 以 防 止 过 滤 时 硫 酸 亚 铁 晶 体 析 出,趁 热 常 压 过 滤至 蒸 发 皿 中(此 时 可 以 搅 拌 蒸 发 皿 中 的 滤 液 促 使 硫 酸 铵 固 体 尽 快 溶 解),用
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- 无机化学 实验 培养 学生 科研 能力 探索
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