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摘要：社會發(fā)展對人才素養(yǎng)需求的變化使得高校教育需做出相應的改革。無機化學實驗是實驗教學的基礎入門學科，與后續(xù)無機化學以及其他化學學科的學習密切相關，對提高教學質量，培養(yǎng)學生實驗操作能力以及發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題能力具有重要意義，因此開展無機化學實驗教學改革至關重要。對當前無機化學實驗教學現(xiàn)狀進行了分析，并針對實驗教學安全、綠色化學、實驗教學內容、教學模式等方面存在的問題，提出通過增強安全教育、提高綠色化學意識、優(yōu)化實驗內容體系、豐富實驗教學方式等手段進行無機化學實驗教學改革。

關鍵詞：無機化學；實驗教學；改革

前言

隨著時代的進步，科技的發(fā)展，行業(yè)發(fā)展定位也發(fā)生著巨大的變化，社會對人才的素養(yǎng)要求也隨之有所改變。而傳統(tǒng)的教學模式多重理論輕實踐，導致培養(yǎng)出的學生實踐能力差，創(chuàng)新能力與創(chuàng)造性不足，不能很好地適應時代的需求。為了應對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革所面臨的新機遇、新挑戰(zhàn)，2017年新工科研討會提出“新工科理念”，志在培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識、數(shù)字化思維和跨界整合能力的“新工科”人才[1-2]，這促使著高校教育需要做出相應的改革。新時代人才的培養(yǎng)，扎實的實驗技能是基礎。無機化學實驗作為高校實驗教學的入門，在學生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)中具有重要意義[3]。除此之外，無機化學還是一門與其他學科聯(lián)系緊密的學科，如生物無機化學、醫(yī)藥化學、材料化學、食品化學等。因此，無機化學實驗課程的重要性不言而喻，而如何保障無機化學實驗教學質量是實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)的關鍵。目前，無機化學實驗作為眾多基礎化學實驗的入門，已逐漸被重視，但受限于實驗內容設計、實驗條件、教學方式等原因，其人才素質與社會要求仍存在一定差距。在此背景下，針對無機化學實驗教學中存在的問題進行分析，提出相應的改革措施，以期為本科無機化學實驗教學改革和人才培養(yǎng)提供參考。

1無機化學實驗教學現(xiàn)狀與改革措施

1.1增強安全教育

安全穩(wěn)定的校園秩序，是高校開展正常教學和研究，實現(xiàn)辦學目標的基本保障?；瘜W實驗涉及電器設備、加熱操作、高壓設備、玻璃儀器等，化學實驗過程中又難免會用到易燃易爆、有毒有害試劑，并有可能在實驗過程中產(chǎn)生有毒有害氣體及廢液等，如果沒有得到有效處理會產(chǎn)生很大安全隱患。2021年3月31日，在中科院化學所，1名研究生因不當操作反應釜造成爆炸，當場身亡。2021年10月24日本該是一個快樂的周末。然而，南京航空航天大學將軍路校區(qū)一實驗室卻發(fā)生了爆炸，2人死亡，9人受傷。2021年7月27日，中山大學藥學院發(fā)生一起實驗安全事故。一博士生在清理此前畢業(yè)生遺留在燒瓶內的未知白色固體，用水沖洗時發(fā)生炸裂。炸裂產(chǎn)生的玻璃碎片刺穿該生手臂動脈血管。屢屢發(fā)生的由于實驗室安全問題而導致人員傷亡事件給我們敲醒警鐘，實驗教學中必須堅持以人為本，安全第一。無機化學實驗涉及多種安全隱患，如加熱電器設備、玻璃儀器、易燃易爆、有毒有害試劑以及相關三廢等，都存在很大的安全隱患。目前，學生獲取實驗安全相關知識的途徑多局限在實驗室安全手冊，內容繁多死板且與實際實驗需求脫節(jié)，使得學生真正掌握的內容相對較少，這導致在實際實驗操作過程中，學生仍缺乏安全意識、操作知識和危險應急能力。因此，實驗室安全教育仍需要進一步加強。在教育方式上，除了簡單的文字描述，還可加入新媒體和信息化結合進行的視頻教學，更加形象生動地為學生展示，幫助學生深刻認知，并且可以結合虛擬仿真平臺進行事故及應急預案的操作演練，幫助學生提高危險應急能力，保護學生生命安全。除此之外，還應建立合理的安全知識考核體系，保證每位學生在正式進入實驗室前通過相關安全知識考核。

1.2提高綠色化學意識

金山銀山不如綠水青山，環(huán)境問題刻不容緩。無機化學實驗涉及的藥品種類繁多，用量較大，部分試劑具有一定的毒性，同時實驗中還會產(chǎn)生對人體和環(huán)境造成危害的有毒有害物質。這與綠色化學思想中所描述的“減少化學反應中原材料、催化劑、溶劑和試劑等的使用對人體和環(huán)境造成的損害，同時盡可能減少有毒有害物質的產(chǎn)生”是相悖的。例如目前開設的無機化學實驗中d區(qū)金屬元素化合物性質，ds區(qū)金屬元素化合物性質實驗中，會用到大量金屬鹽甚至重金屬鹽，同時在反應中也會產(chǎn)生有害物質.除此之外，由于缺少綠色化學意識，導致很多學生在實驗過程中將有毒有害物質直接倒入下水道或扔進垃圾桶，對人體健康以及環(huán)境帶來嚴重的危害。因此，在無機化學實驗教學時要注重環(huán)保意識的培養(yǎng)，幫助學生樹立綠色化學意識[4]。首先，在實驗設計上從源頭控制實驗試劑藥品的選用，選擇低毒或無毒的化學試劑代替或減少有毒害物質的使用；在實驗過程中，通過合理的實驗步驟提高試劑藥品的利用率，減少浪費；在實驗結束時，要關注實驗中“三廢”的處理，如盡量保證易產(chǎn)生有毒有害物質的反應盡可能在密閉容器中開展，并引導學生參與設計出合理的廢液廢氣廢水的收集和處理方案，致力打造無污染的綠色無機化學實驗。

1.3優(yōu)化實驗內容體系

長期以來，無機化學教學過于注重理論知識教學，壓縮實驗學時，忽視實驗教學的意義，使得無機化學實驗課程設計多流于表面。同時，實驗教學多依附于理論教學，著重于驗證理論教學的內容，這就造成了實驗教學不能按照實驗技術本身的系統(tǒng)性和科學性進行，學生也得不到系統(tǒng)有效的實驗訓練，從而嚴重限制了實驗教學開展；更重要的是，有些實驗設計煩瑣且多有雷同，內容單一，綜合性和設計性實驗比重相對較低，例如大部分的實驗內容設計中，整個無機化學學科實驗里，設計性實驗的比重僅僅是十分之一甚至更少，這在一定程度上扼殺了學生的自主性和創(chuàng)造力，導致很多學生僅僅是簡單地按照課本內容操作，很少能真正主動去理解和領會實驗的關鍵思想[5]。為充分發(fā)揮化學實驗的研究功能，培養(yǎng)學生主動探索和創(chuàng)造能力，應適當增加趣味性、設計性實驗和應用型的綜合實驗，除此之外，內容設計也應與時俱進，不斷深化，與當前發(fā)展實際發(fā)展需求相結合。最重要的是，在整個探索過程中，應以學生為主體，教師為輔，利用學生已有知識進行創(chuàng)新性研究或對未知物質進行探索，獨立或者合作設計實驗方案，并通過實際操作進行驗證，培養(yǎng)其觀察問題、分析問題、解決問題、創(chuàng)新等方面的能力，保證無機化學實驗教學順利進行。

1.4豐富實驗教學方式

實驗教學局限在實驗室這個特定的情境中，這在很大程度上限制了實驗教學的順利進行，這個弊端在新冠疫情下的教學顯得尤為突出。2019年12月開始的新冠疫情導致很多學生無法按時返校，理論教學尚可通過網(wǎng)絡教學實現(xiàn)，實驗教學一度無法正常開展，這就將大量的實驗教學開展推遲到學生正常返校后。而短時間完成實驗教學任務勢必極大降低實驗教學效果。因此，發(fā)展新型的教學方式，使實驗教學不僅僅局限在實驗室中至關重要。針對無機實驗教學中的驗證性實驗較多的特點，可開發(fā)符合無機化學實驗教學特點的虛擬仿真程序，建立一套系統(tǒng)的關于實驗原理、實驗流程與實驗操作的講解視頻，實現(xiàn)學生在程序上進行現(xiàn)象性實驗驗證操作的目的。以虛補實、虛實結合，為學生搭建能力培養(yǎng)平臺，從而實現(xiàn)信息技術與課程教學的深度融合，提升高校本科教學的實用性、有效性和高階性。課前，通過程序熟悉并認知即將要進行實驗的相關儀器與藥品特性，有利于學生在后續(xù)的實驗過程中發(fā)揮更大的主動性；課中，對一些無法線下操作的高難度、高危險性實驗進行模擬教學，彌補線下教學的不足；目前所用的實驗教學方式，在走出實驗室后無法對整個操作過程進行有效分析即難以實現(xiàn)“復盤”環(huán)節(jié)，導致很多學生的基本操作不過關而不自知，以至于后續(xù)的實驗僅僅是錯誤的簡單重復，因此可以在實驗結束后在該程序上增加重復實驗，利用虛擬仿真小程序，重溫實驗，通過系統(tǒng)給出的結果分析及時進行課后“復盤”，實現(xiàn)“課前-課中-課后”連貫性的虛擬仿真實驗教學。進而達到復習糾錯、鞏固提高的目的。真正實現(xiàn)“人人皆學、處處能學、時時可學”的學習型社會。除此之外，虛擬仿真實驗平臺的引入可作為傳統(tǒng)實體實驗課程的補充，打破常規(guī)實驗室對實驗操作的限制，拓展實驗項目，幫助學生更直觀地了解理論知識和提高知識運用能力，進一步還可真實再現(xiàn)工廠環(huán)境，讓學生直觀體驗實際工業(yè)現(xiàn)場操作，增強學習興趣，培養(yǎng)學生的思維能力和動手能力。與此同時，還將減輕對大型、昂貴儀器設備的損壞，避免危險操作，節(jié)省大量人力、物力，降低實驗成本，實現(xiàn)真正意義上的實驗教學形式改革[6]。同時，科學的實驗方式和實驗平臺的建立，也可以減少實驗中有毒有害實際的使用，減少對環(huán)境和人體的危害，幫助學生模擬參與特殊環(huán)境條件下的實驗，可能遇到的危險以及處理方式，真正實現(xiàn)教學中以人為本的教學指導思想。

1.5加強實驗室?guī)熧Y隊伍建設

在實驗教學中，實驗技術人員是必不可少的，然而，高校實驗技術人員的地位相對較低，所受到的重視和尊敬往往不如理論教師，這也是導致實驗開展難有突破的重要原因。也是由于以上原因，實驗技術人員隊伍組成知識水平相對薄弱，同時很多時候被動地與各項學術教學活動脫離，嚴重影響到實驗室隊伍的積極性和穩(wěn)定性，以及自身知識水平的提高和實踐能力的增強。實驗室的工作內容包括教學、管理兩部分，教師只負責上課，實驗員只負責管理，這樣一刀切的分工看似合理實則存在很大的弊端。首先，多數(shù)實驗教學內容編制人員并沒有完整地操作實驗，無法給出實驗操作的最優(yōu)條件，導致很多現(xiàn)象性實驗無法呈現(xiàn)，給實驗的順利開展帶來不便。其次，理論教師只注重內容講授，很少有時間精力關注于實驗課程，對實驗室的實驗設備不熟悉，對當今實驗儀器發(fā)展趨勢不了解，對實驗具體操作不熟悉，這樣既會使實驗室的功能發(fā)揮受限，又會導致實驗課程落伍。同樣，實驗員只管理實驗室，只是機械的準備實驗，缺乏對實驗原理以及涉及的相關專業(yè)知識和專業(yè)發(fā)展的理解，這也會造成實驗室設備陳舊，跟不上形勢。所以，實驗教學人員和實驗管理人員間應有分工，更應該有合作，將兩者充分結合在一起，共同研究無機化學理論和應用特點，把握實驗內容設計，掌握實驗儀器操作，定制儀器設備購置計劃，共同指導學生實驗。

1.6注重學生學習思想轉變的培養(yǎng)

無機化學實驗是學生進入實驗室接觸到的第一門實踐性課程，是學生實驗課程學習習慣與學習思想形成的重要階段，該課程開設的好壞直接影響到學生后續(xù)的理論與實驗學習開展。大部分學生進入大學后仍然帶著被動接受知識的心態(tài)，在實驗開展之前不能很好地完成報告預習，僅僅只是對實驗內容進行簡單的摘抄，從而導致很多學生在真正的實驗過程中實驗目的不明確，在實驗過程中常過度依賴教師，很難在簡短的時間內完全掌握實驗操作，實驗結束后一問三不知。因此，應培養(yǎng)學生自主學習的意識，提高其學習的積極性和主動性。針對以上問題，首先應從實驗內容的設計出發(fā)，適當增加設計性實驗和綜合性試驗的比例，不設定實驗的具體步驟，鼓勵學生尋找多種途徑實現(xiàn)實驗目的，盡量減少甚至杜絕盲目實驗的現(xiàn)象。另一方面，引入多種學習方式，如虛擬仿真以及掌上實驗小程序，幫助學生提前在云平臺上完成相應的虛擬仿真實驗，掌握相關安全知識，更形象直觀地了解實驗過程，對即將進行的實驗做到心中有數(shù)。實驗過程中，自主記錄實驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)程序設定給出實驗結果并輸出個性化報告，便于學生進行實驗分析。實驗教學中另一個重要的步驟是教學考核，由于實驗課時的壓縮，實驗的考核少之又少，實驗過程依然更多的是教師講解學生機械的操作，缺少交流溝通，因此，應將考核貫穿于整個實驗教學過程中，例如增加隨堂提問幫助學生加深對實驗如何操作、注意事項、實現(xiàn)原理以及實驗現(xiàn)象解釋的理解，將單向交流轉變?yōu)榻處熀蛯W生的雙向交流。在實驗結束后，不再僅僅關注學生的實驗結果，而是同時增加對實驗操作技能的隨堂抽查，并將其列入期末打分，幫助學生訓練實驗操作技能，真正做到在實踐中提高和完善學生的動手能力。

2結語

無機化學實驗作為本科實驗教學的第一站，對提高學生學習、思考、創(chuàng)新等科研素質具有重要意義，其開展的好壞直接關系著新時代人才素質的培養(yǎng)的優(yōu)劣。近年來，針對社會發(fā)展對人才需求的變化，我校無機化學實驗也在進行著相應的改革，改變傳統(tǒng)觀念，增加年輕的博士隊伍，進行探索和改革，在實驗教學理念、實驗教學方式、實驗教學內容等方面均取得了一定的進展，在一定程度上提高了教學質量，激發(fā)了學生的探索性和主動性，提高了其動手能力，但離新工科背景下人才培養(yǎng)目標還有一定的距離。總而言之，無機化學實驗教學改革是一項任重而道遠的工作，未來需要各方面共同努力摸索出一條切實可行的教學模式，以達到新時代人才培養(yǎng)的最終目標。

參考文獻

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作者:孫娜 闞二姐 魏學嶺 單位:安徽工程大學化學與環(huán)境工程學院