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大一化学实验课程内容设置分析
来源查字典化学网| 2018-02-26 发表| 132 人浏览| 教学经验分类:化学论文

教学经验

近年来理科院系的学生从大一开始参与化学科研实验的趋势增加,并且暴露出了一些现象和问题。本文通过总结大一新生参与科研存在的普遍问题的汇总,并结合我国高中平均的化学实验基础,对大一化学实验课程内容设置提出一些建议,为高校培养更多的合格的科研人才添砖加瓦。

关键词:科研;化学实验;操作习惯

1研究背景

近年来,理科院校中选择本科毕业后继续读研的学生人数比例愈高,与此同时,无论是研究生推免还是考研,竞争也愈加激烈。[1]而科研经验与成果是本科生进入心目中理想高校或科研机构所必不可少的[2]一方面,科研上的成果是综合测评中的加分项;另一方面,面试是保研和考研的重要环节,而面试中被问及关于科研能力、科研成果、逻辑思维等问题的几率也逐渐增加。故参与研究,取得科研成果不仅能提升综测成绩,还有助学生在面试中取得优势。本科学生大多大学一年级时就尝试参与科研,原因之一是希望较早开始接触研究,积累知识、经验;另一原因在于,根据我国目前的教育体制,学校鼓励大一、大二本科生申请国创和本基等科研项目,这类基金项目时长一般为一年,如果学生在大二期间申请到项目,大三时结题,再整理数据发文章等待接收,一般须在大四成果才能得到发表。然而无论是夏令营还是推免面试,均在大三结束的暑假或大四学期初始。如此规则下,学生只有在大一申请项目,才能有足够的时间在大三下学期获得自己的学术成果。而对于许多理工科专业来说,研究往往涉及化学理论与实验,因此一年级本科生要参与研究,取得成果,必须具有足够的化学理论与实验基础。

2现状

2.1入校时情况

在现有的教学体制下,大一学生入校时具有什么样的化学基础呢?以北京师范大学环境学院为例,每年大一新生中,北京的生源在高中时期相对而言有较多接触化学试验的机会以及科研的经验,而其他地区的学生在高中时期化学实验的经验相对较少,中学参与过科研的几乎没有。[3]并且,大部分学生在初高中接触到的实验仪器与大学实验室中的仪器存在较大差距。在这样的情况下,大一新生对仪器使用的知识储备不足,对有什么仪器、这些仪器能做到什么、怎么用这些仪器缺乏了解。此外,大学科学研究所需的化学理论知识比中学所学更为深入和广泛,新生具备的理论知识显然是不够的。最后,大多学生也因为中学时期实际操作机会不多,入校时尚未养成规范的实验操作习惯。而规范的基础操作正是安全实验、做好实验、获得可靠数据的必需前提。

2.2课程设置

以环境学院为例,在大一开设的化学相关课程有《无机与分析化学Ⅰ》《化学基础实验Ⅰ》,教学内容见表1。通过课程设置可以看出大一实验课程的偏重,没有将具体测量方法的传授、实验安全和基础仪器设备操作单独作为课程讲解。而专门教授仪器相关知识与使用的《仪器分析课程》一般开设在大三或大四,这与大一学生想参与科研实验的现状存在矛盾。这会导致学生在实验过程中往往暴露出一些常用仪器不会用,基础操作不规范的问题。

2.3实验中出现的问题举例

2.3.1移液枪的用法

截至2016年,大多数化学基础实验教材还沿用吸耳球和刻度吸管的方法。事实是,它们早已被大部分实验室淘汰,科研中使用的是更为方便而精确的仪器。就环境学院13个实验室来说,是根本找不到此类设备的。而目前常用的移液枪虽然看似再简单不过,但是如果不系统教授使用方法,非常容易出错,而移液枪的正确使用又几乎关系到所有数据的准确性问题。[4]大一学生犯的常见错误有:使用前不会测试移液枪仪器误差,不会调节量程,进液时大拇指用力过大导致取样过多,松手时速度过快导致液体倒流进移液枪口中,取样时移液枪没有保持竖直状态,枪头离液面过近以及不会计算移液枪带来的个人误差。

2.3.2滤膜的使用

以环境学院实验室为例,主要使用的滤膜有水系微孔滤膜(0.22m/0.45m)、有机系微孔滤膜(0.22m/0.45m)、一次性针式过滤器、尼龙膜、硝酸纤维膜、PVDF膜。不同滤膜作用各不相同,有些是过滤水相的、有些是过滤有机相的、有些是可以用马弗炉去碳、有些是不能暴露在空气中、有些是疏水滤膜。在没有系统的学习或硕士师兄师姐的指导下,大一学生用错滤膜的概率是非常高的。

2.3.3蒸馏水、纯净水、超纯水不分

大一学生对实验需要简单化、纯化的原则认识不够清晰,不能正确的判断什么情况下需要用什么样的水。再加上不懂得蒸馏水、纯净水、超纯水3种水在杂质、电阻上的区别,会经常出现标液不纯的现象,降低了实验效率,也浪费了实验耗材。

2.3.4称量与天平的使用

以环境学院为例,常用天平有万分之一、十万分之一、百万分之一天平。不同的天平工作环境不同,操作要求也不同。如使用百万分之一天平时,必须戴手套,否则一个指纹就会导致0.02mg质量的偏差;空气温度要保持平衡;避免强光照射;尽量避免空气流动;开机前要至少预热2个小时等等。[5]然而,笔者经常会看到夏天的时候,大一的学生在开着空调的房间内用百万分之一天平称重。其次,精密天平使用前需要调节水平,并尽量避免挪动天平,这些基础知识大一学生在没有系统学习过化学基础实验的情况下是几乎不可能注意到。其他称量操作问题就更多,最常见的是几乎所有的大一学生为了给课题组节省药品,将称过量的药品用称量勺放回试剂瓶中。这种做法不仅仅没有节省药品,反而污染了试剂。

2.3.5安全性

近年来,本科生的实验设计若趋于高端、紧密结合现实,则更有机会获得青睐,故针对多环芳烃、农药、抗生素、VOC、PM2.5等环境有害物质的研究实验屡见不鲜。但是这些物质都有一个共性,就是环境浓度很低,往往不能直接进行上机检测。因此样品富集、活化洗脱、氮吹三部曲是本科生需要独立面对的最常见的样品前处理方法。但是在这一过程中,多个环节涉及毒性较强的有机溶剂。大一学生如果缺乏有机化学基础知识,即便在师兄师姐指导下,也易出现实验事故,并对身体造成不同程度的危害。此外,气瓶也是本科生做实验时经常需要单独操作的设备。笔者曾经对环境学院大一学生进行过统计,有30%的学生对气瓶恐惧不敢使用,而大约有10%的热血学生,在看不清气瓶的字体,不懂得气瓶颜色代表的意义的情况下就敢于装上就用。尽管在实验室严格管理下已经不会出现易燃易爆气体,但这样的无畏仍然给学生安全以及仪器正常运行带来隐患。最后,对废液的处理,自身防护的安全意识,化学事故的应急处理办法,有毒药品的存放等都需要有专人向大一的学生传授。

3建议

为了避免上述情况发生,也为了让学生可以独立的参与国创、本基等基金的申请,发挥学生的主动思考能力,笔者建议从大一实验课程体系上,首先授课群体可实行小班授课,一个实验班的学生15-20人为最佳。其次为了培养学生学习兴趣,建议基础实验课适当的和项目挂钩,让学生有机会举一反三,带着好奇和问题去主动学习。并适当增加对基础、常用仪器设备的使用及应用的授课比重。在实验课教学方面,应该注重传授规范的实验操作方法,培养学生养成良好的实验操作习惯。在此基础上,尽可能增加实验安全课程,提高学生的自我安全意识。最后,建议将大三、大四开设的《仪器分析实验》课程的部分内容作为《初级仪器分析实验》在大一的教学体系中开设,并建议结合本院系的科研平台和研究方向,有针对性的向大一学生传授与院系特色相关的化学基础实验。理工科大学生从第一年就参与科学实验可以激发学生的科研热情和学习兴趣,大一的化学实验课是大学新生走进实验殿堂的入门课程,因此,更需要着重培养学生的实验习惯,教授常用仪器的使用方法,提高学生的理论知识水平,从而弥补学生自身水平与科研基础间的差距,为我国培养更多优秀的科研人才。

参考文献:

[1]毕红艳.云南民族大学学报(哲学社会科学版),2007,24(04):60-62.

[2]曹运姣,陈雅楠.管理观察,2016,36(19):91-93.

[3]吴晗清.中国教育学刊,2013,34(02):68-72.

[4]于涛,赵秋蓉,吴迪.农产品加工,2016,35(08):36-38+42.

[5]王学琴,梁秀丽,拓锐.化学计量分析,2013,22(02):67-69.

作者:赵金博 赵昕悦 胡俊梅 单位:北京师范大学环境学院 水环境模拟国家重点实验室

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