無機合成實驗課程教學(xué)改革實踐中的探索與思考＊

張玉鵬 王 嬌 寶冬梅 肖 寒 王軍剛 侯學(xué)清

（貴州民族大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025）

貴州省作為少數(shù)民族地區(qū)，早期社會經(jīng)濟、教育等各方面發(fā)展相對緩慢，特別是高等教育與發(fā)達(dá)地區(qū)相比存在較大差距。近年來，貴州省在政府領(lǐng)導(dǎo)下經(jīng)濟發(fā)展走上快車道。同時，采取了一系列改革措施促進(jìn)教育全面發(fā)展，比如大量引進(jìn)高層次人才，提升科研能力，完善教學(xué)質(zhì)量，以提高等教育質(zhì)量，培養(yǎng)具有社會責(zé)任感、具有創(chuàng)新能力、實踐能力的應(yīng)用型、復(fù)合型人才。然而，作為民族高校，大部分學(xué)生都是少數(shù)民族，學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，落后的教學(xué)理念、陳舊的教學(xué)方法已難以持續(xù)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)探究的熱情，造成一些學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、知識面狹窄、綜合能力不強[1]。因此，深化教學(xué)改革勢在必行，教育教學(xué)改革中實驗課程改革顯得尤其重要，停止一些過時陳舊的實驗，開設(shè)與實際生活密切相關(guān)的新實驗，以及結(jié)合學(xué)術(shù)前沿研究的實驗，目的是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實踐能力，提高動手實踐能力及創(chuàng)新思維能力。

無機合成化學(xué)是無機化學(xué)的一個分支，它是研究無機物和無機材料制備與合成的原理、方法和技術(shù)的一門學(xué)科。課程內(nèi)容涵蓋經(jīng)典的無機合成反應(yīng)的實驗原理與技術(shù)設(shè)備以及近年來發(fā)展迅速、應(yīng)用前景廣闊的無機材料的合成化學(xué)基礎(chǔ)和應(yīng)用等諸多方面[2]。而無機合成化學(xué)實驗與無機合成理論課相統(tǒng)一的課程，是對理論課知識的具體實踐與升華。因此，通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅掌握了加深了理論知識的理解，而且學(xué)會使用一些新的合成手段，材料表征方法，更重要的是激勵學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，特別是前沿學(xué)術(shù)研究。

一、無機合成化學(xué)實驗課程設(shè)置情況

1.課程設(shè)置情況

自2015年貴州民族大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院開設(shè)無機合成化學(xué)實驗課程以來，已經(jīng)列入了本科生培養(yǎng)方案，課程設(shè)置在本科第六學(xué)期或第四學(xué)期進(jìn)行，課時24學(xué)時。在無機化學(xué)、分析化學(xué)實驗、有機化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗、有機合成實驗課等課程學(xué)習(xí)結(jié)束之后進(jìn)行。目前，還沒有專門的無機合成化學(xué)實驗教材可供使用。因此，授課時采用教師集體整理的講義。

2.教學(xué)內(nèi)容與課時按排

無機合成化學(xué)實驗在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上，重點夯實基礎(chǔ)理論知識，突出理論與實驗相結(jié)合的思路，提高學(xué)生動手能力、培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)為目標(biāo)。因此，在教學(xué)內(nèi)容上設(shè)置上要面廣、質(zhì)量高。一方面，選取無機合成經(jīng)典的制備方法進(jìn)行教學(xué)實踐，比如“非水溶劑的合成—四碘化錫的制備”“微波輻射合成磷酸鋅”等。另一方面，選取學(xué)術(shù)前沿研究熱點，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣，開闊學(xué)生思路，為后期完成畢業(yè)論文，或繼續(xù)深造讀研究生種下科研興趣的種子。例如“金納米粒子的制備與表征”等。教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上盡可能利用學(xué)?，F(xiàn)有的儀器設(shè)備進(jìn)行。比如微波反應(yīng)器，紫外—可見光譜等儀器。

另外，學(xué)生需要了解無機合成化學(xué)領(lǐng)域研究發(fā)展的最新動向，因此，要求授課教師收集儲備國內(nèi)外相關(guān)研究成果，在講授相應(yīng)實驗時及時補充、擴展知識面。也可提前讓學(xué)生課后查閱相關(guān)文獻(xiàn)。

表1 無機合成化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容與課時

二、無機合成化學(xué)實驗課程遇到的問題

針對應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝專業(yè)本科生開設(shè)無機合成化常實驗，通過幾年的教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)無機合成化學(xué)實驗課程的教學(xué)還面臨一些困難。主要有以下幾個方面。

1.缺乏權(quán)威教材

無機合成化學(xué)理論課程目前選用的是武漢大學(xué)出版社張克立等編著的《無機合成化學(xué)》教材，第二版，內(nèi)容較第一版進(jìn)行了補充和修訂。然而，無機合成化學(xué)實驗沒有權(quán)威教材可供選擇。因此，教師需要自己整理總結(jié)實驗，開展預(yù)實驗最后形成講義發(fā)給學(xué)生。但是講義具有局限性，不能廣泛傳播使用，而且缺乏系統(tǒng)性和權(quán)威性。期望通過多年教學(xué)實踐，逐步總結(jié)積累編寫出一本兼顧通用性、系統(tǒng)性、權(quán)威性的實驗教材。

2.學(xué)生理論基礎(chǔ)薄弱，動手能力差

無機合成化學(xué)實驗是一門綜合性很強的課程。需要學(xué)生具備多門核心課程知識，而理論課程課時數(shù)少，學(xué)生實踐機會少，導(dǎo)致理論基礎(chǔ)薄弱，動手能力差。目前，開設(shè)無機合成化學(xué)理論課本身僅32學(xué)時，然而無機合成化學(xué)及實驗涉及的內(nèi)容很廣。從合成方法而講，涉及光、電、高溫、低溫、微波、高壓、低壓、氣相、液相、固相等，從合成對象方面，包括陶瓷材料、納米材料、單晶、絡(luò)合物等，課時少，知識點多，難度大，會導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)、畏學(xué)情緒。因此，實驗課上一些學(xué)生不愿思考、動手實踐，只是觀看小組同學(xué)進(jìn)行實驗。另外，具體實驗過程中可能用到一些國家管控的易制毒溶劑，味道較大，個別學(xué)生有抵觸情緒，不愿意動手實驗。比如經(jīng)典實驗“非水溶劑合成四碘化錫”用到醋酸酐，開展過程中，如實驗室通風(fēng)條件不好的情況下，味道較大，學(xué)生會產(chǎn)生不良情緒。

3.學(xué)校儀器平臺有限，授課教師團隊較小

目前，學(xué)校已有的儀器平臺，不能滿足相對復(fù)雜的教學(xué)實驗。目前，開展的實驗大部分只能做到材料的制備，而不能進(jìn)行表征。因此，可以開展的實驗內(nèi)容受到極大限制。另外，目前只有兩位老師參與實驗課的教學(xué)實踐，還沒有形成較完善的教學(xué)團隊。教學(xué)方法單一，主要是教師講授，學(xué)生被動聽課也導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情不高。

三、無機合成化學(xué)實驗課程改革實踐與思考

1.教學(xué)效果較好實驗案例

無機合成化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容受多方面因素影響，可選擇的空間并不大。如何兼顧理論與實踐，經(jīng)典與創(chuàng)新對教師提出了較高要求。根據(jù)這幾年的教學(xué)實踐，“金納米粒子的制備”實驗是較為成功的一個例子。金納米粒子是直徑為1～100nm的膠體，具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)[4]，其高電子密度、介電特性和催化作用，能與多種生物大分子結(jié)合，且不影響其生物活性，其優(yōu)良的穩(wěn)定性、獨特的光學(xué)及電學(xué)性質(zhì)使其在生物醫(yī)學(xué)、傳感器、催化等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用[5]。另外，金納米顆粒獨特的性質(zhì)與其尺寸及形貌密切相關(guān)，隨著尺寸和形態(tài)的變化，其光學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出了良好的可調(diào)控性。因此，金納米粒子的制備一度成為人們研究的熱點。

在該實驗中，采用了經(jīng)典的檸檬酸鈉還原法合成金納米粒子。該實驗具有前沿性，容易操作，而且實驗現(xiàn)象明顯，容易觀察。比如制備得到的金納米粒子粒徑大約在20nm，呈現(xiàn)出酒紅色，用激光筆照射會出現(xiàn)一條光的通路，學(xué)生可以觀察到丁達(dá)爾效應(yīng)。更重要的是可利用現(xiàn)有紫外—可見分光光度計，對其特征吸收峰進(jìn)行表征，制備的金納米粒子在520nm左右出現(xiàn)特征吸收峰，如圖1所示。學(xué)生既能觀察到實驗現(xiàn)象，又可以得到表征數(shù)據(jù)，學(xué)會了儀器的使用，自然會產(chǎn)生成就感，對課程產(chǎn)生興趣。另外，從學(xué)生實驗報告的上總結(jié)分析，呈現(xiàn)出學(xué)生對新知識的渴望及興趣。

圖1 金納米粒子紫外—可見吸收光譜

2.后期實踐中的探索思路

基于成功的實驗例子，提出后期實踐方案，以提高教學(xué)效果和質(zhì)量。第一，現(xiàn)有實驗室條件下，無法做到學(xué)生合成材料的表征。因此，在實驗室增加多媒體設(shè)備，現(xiàn)場向?qū)W生展示材料的表征儀器及具體表征原理和方法，比如透射電鏡等。第二，向校學(xué)院建議增加教學(xué)實驗室建設(shè)經(jīng)費，增添必要的教學(xué)科研兩用的表征儀器，不斷完善硬件條件，開展更加豐富的實驗內(nèi)容。這不僅可以提高本身課程的教學(xué)質(zhì)量，更重要的是為后續(xù)學(xué)生做畢業(yè)論文及繼續(xù)深造讀研究生打下堅實的基礎(chǔ)。第三，擴大教學(xué)團隊，讓更多不同知識背景的年輕教師加入這個課程教學(xué)中，集思廣益，開兼顧課程本身與學(xué)術(shù)前沿創(chuàng)新實驗。因此，授課過程中讓學(xué)生不僅可以獲得本課程的知識，更重要的是開闊視野，激勵科研創(chuàng)新精神。第四，通過多年實踐總結(jié)經(jīng)驗，教學(xué)團隊可編寫較為系統(tǒng)、權(quán)威的無機合成實驗教材，供國內(nèi)高校中開設(shè)本課程的學(xué)校使用。

結(jié)語

總之，針對無機合成實驗課程，化學(xué)化工相關(guān)專業(yè)本科學(xué)生不僅要掌握相關(guān)理論知識，更重要的是學(xué)習(xí)新知識、新方法、新思想。特別是將學(xué)術(shù)研究熱點融合到教學(xué)實驗當(dāng)中，讓教學(xué)內(nèi)容緊跟時代前沿，不斷完善教學(xué)手段與評價體系，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)興趣，有意引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思維的形成，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。