加强大学基础化学实验之间联系的尝试

雷杰 高翔 马林 张晋芬 庄继华

(复旦大学化学系 上海 200433)

大学化学实验可以简单分为低年级开设的基础化学实验和高年级开设的综合化学实验两个层次[1-3]。近年来，国内对综合化学实验的认识日趋深刻和完善[2-3]，促使学生综合运用之前所学知识是综合化学实验的教学目的之一。如果学生在进入综合化学实验学习之前，已能将大学基础化学实验内容融会贯通、综合运用，则在进行综合化学实验时将会事半功倍。“化学是一个整体，各二级学科应当互相联系、彼此促进”的思想，已经成为我国化学界的共识[1]。但是，目前对低年级的基础化学实验课程之间相互联系和促进的讨论较少，还没有引起足够的重视。由于学习层面的局限，学生的视野不够开阔，这就需要教师在实验指导过程中不断引导学生。下面以仪器分析实验为例，介绍我们在这方面所作的一些尝试。

1 在仪器分析实验教学实践中发现的问题

任何课程都有其自身特点和在课程体系中的定位[4]，只有认真总结和把握，才能更好地建设课程，并实现该课程与整个课程体系的融合。

在大学化学实验课程体系中，仪器分析实验起着承上启下的作用，学生修完仪器分析实验课程后紧接着开始综合化学实验的学习。因此，在仪器分析实验课上对学生之前所做的基础化学实验进行一次梳理，引导他们将之前分类学习的基本知识和基本技能加以融合是很有必要的。可以实现学生在更高层次上对知识的总体把握和灵活应用，为后续实验课程的学习做好铺垫。此外，仪器分析实验面向对四大基础化学理论课已有较好掌握(已修读完成，或者正在修读)的高年级学生以大循环方式(师生比高)开设，是检验学生整体学习效果的良机。

我们在仪器分析实验教学中针对一些知识点设计了一些思考题，在实验前进行书面小测验或者口头交流，期望能检验学生的预习效果及对基础化学知识的掌握情况，同时引导学生注意增强实验课程之间的联系。在此过程中，发现了一些亟待解决的问题。比如，对于电化学中的三电极系统，我们设置的问题之一为：对于一个电化学体系，只需通过正极和负极两个电极即可测定电压、电流等电化学参数，为何还要引入第3个电极？很多学生的回答经常是似懂非懂。对于这个问题，学生在分析化学和物理化学的理论课上都已学过，同时在仪器分析和物理化学实验中也会不止一次碰到，但是学生很少能主动将这么多次的认知过程联系起来，这就需要教师的适时点拨。在教学过程中发现的类似问题还有很多。这些问题反映出：在目前的教学过程中，大学基础化学实验之间的联系有待进一步加强。

2 加强大学基础化学实验间联系的措施2.1 通过课程体系设置加强大学基础化学实验之间的联系

关于大学化学实验课程体系的设置，各个学校的做法有所不同，但是均考虑到了课程之间的联系和学生的认知过程。复旦大学化学系提出了“以实验技术要素为主线”的改革方案，对原有的按无机化学、分析化学、有机化学、物理化学划分的基础实验进行了组合调整[5-7]。

普通化学实验课程整合了我校原在大一开设的无机化学实验、分析化学实验等课程内容，保留了一些基本技术单元以及无机制备、性质实验、物理化学参数测定、pH计使用等最基本的实验内容，同时还增加了一些简单的有机合成实验以及分光光度法、气相色谱法等仪器分析实验，力求做到反映化学学科最基本的特征[8]。

无机化学与化学分析实验课程整合了原有的普通化学实验、无机化学实验和定量分析实验等课程的主要内容，包含了无机制备实验、定量化学分析实验、化学基本原理的验证以及某些物理量的测定实验、元素及化合物的性质实验、常见离子分离与鉴定实验以及与此相关的综合性和设计性实验等，特别充实了一些产品制备与测定的系列实验，将无机制备与定量分析、定性鉴定有机结合起来[9]。

合成化学实验以原来的有机化学实验为主体，并加入了部分无机合成实验和少量结构表征实验[10]。

仪器分析与物理化学实验是由原来的仪器分析实验和物理化学实验组合而成[11-12]。

经过以上调整，大学基础化学实验之间的联系得到增强。以上思想已经体现在相关教材和教学论文中，在此不再赘述。对于一门课程或者某个实验的教学工作者而言，所需做的事情就是在具体实验教学实践中，进一步加强大学基础化学实验之间的联系。

2.2 通过教学实践加强大学基础化学实验之间的联系

任何教学改革，最终都要通过教学实践环节来实现。在仪器分析实验教学中，我们采取了课程内纵向联系和课程间横向联系相结合的实践模式，来加强大学基础化学实验之间的联系，使学生不仅得到实验技术方面的训练，同时进一步培养学生的实验设计思想等，最终提高学生的综合能力。

对于课程内纵向联系，我们已经探讨了增强仪器分析实验课程中各个实验项目之间联系的一种方式[13]。具体做法是，通过引导学生对同一分析对象选择不同的分析方法和仪器进行测量，以比较不同仪器分析方法的优缺点，同时培养学生举一反三、触类旁通的能力。

另外，我们在实验讲解中尽量结合学生的已有知识过渡到本次实验，比如在指导原子发射实验时，有学生上周刚做过原子吸收的实验，此时我们就可以通过知识迁移将之前学过的原子吸收的知识过渡到原子发射，并通过类比，让学生思考：同样是原子化器，是否可以将原子吸收实验中的火焰原子化器应用到原子发射实验中，从而取代交流(或者直流)电弧？如果可以，是否需要改变实验条件？这些知识虽然在理论课教材上出现过，但在实验指导过程中，我们发现很多学生在回答该问题时，大多是自由发挥，说明学生对教材上的这个知识点印象不深刻。为此，我们要求学生查阅相关资料，通过实验讨论，理解并回答这个问题。这样一来，学生对这个知识点的掌握将非常深刻，因为他们在这个知识点上已经融入了自己的想法。

对于课程间的横向联系，我们已介绍过加强仪器分析实验与有机化学实验之间联系的方式[14]，提出了将有机化学实验中的原料或者产物作为仪器分析实验教学中的实际样品进行教学的方式。在不增加课时、不开设新课程的情况下，可操作性较强，并且可以灵活运用。这一尝试将有助于充分利用教学资源，提高办学效益；同时有利于提高学生的学习兴趣，帮助学生构筑全面知识、提高应用能力、增强科研意识等。

与有机化学实验的联系还有很多，比如有机化学实验中常用的“过柱子”，即现代高效液相色谱的雏形，但是学生在做有机化学实验时很少提到正相色谱、反相色谱的概念。目前仪器分析实验教学中的液相色谱几乎全部是反相色谱，学生很少用到正相色谱，这时候结合有机化学实验讲解，不仅可以使学生将已有知识纳入新知识体系，而且是对仪器分析实验学习的一个拓展，使学生对正相色谱有更好的认识。学生在有机化学实验中很少能认识到固定相颗粒大小、形状对分离的影响，在仪器分析实验教学中，我们通过联系有机实验所用固定相(100～150目为宜)、填充柱气相色谱常用固定相(60～80目)和高效液相色谱常用固定相(5μm)的颗粒大小和形状，结合范氏(Van Deemter)方程，讲解固定相颗粒大小和形状对分离的影响，以及色谱是如何从有机化学实验中所用的一根玻璃管演变到仪器分析实验中所用商品化的高效液相色谱仪。

对于吸光光度-化学计量学分析方法测定饮料中混合色素的实验[15]，我们首先要求学生回忆一年级做过的普通化学实验吸光光度法测定铁的实验步骤，并对两个实验进行比较，使学生切身体会到化学计量学的重要性，领会本实验的设计思想。另外我们还要求学生通过查阅资料并结合自己的使用体验，比较之前所用的S22PC型和现在所用的TU-1901型分光光度计的区别(光源、光路系统等)，使学生进一步加深对仪器的了解。

在原子吸收分光光度法测定奶粉中的钙实验中，我们将其与高锰酸钾法测定钙盐中的钙含量实验联系起来，要求学生找出以前的实验报告，并通过文献查阅，从准确度和使用范围等角度比较两种方法的优缺点，以加强仪器分析实验和无机化学与化学分析实验的联系。通过类似的对比，可以使学生对容量分析和仪器分析各自的长处与局限性有进一步的感性认识，深化对于分析误差理论的认识，改变现在科研中对仪器的盲目信赖和对容量分析的误解。

仪器分析实验中的气相色谱的保留值法定性及归一化法定量和物理化学实验中的气液色谱法测定无限稀溶液的热力学函数两个实验所用均为填充柱气相色谱仪，但是实验侧重点不同，一个是用来定性和定量，一个是通过测定活度系数来求偏摩尔混合焓和偏摩尔溶解焓。此外，在两类实验中均用到电化学工作站和分光光度计。通过这一系列实验的联系和对比，可让学生认识到：仪器先进与否固然重要，但更重要的是需要有自己的思想；通过不同角度思考问题，可以不断获得新的知识、涌现鲜活的想法。

3 结束语

以上介绍的课程体系设置改革，以及教学实践中的类比与联系(无论是课程间的，还是课程内的)，最终目的都是让学生将所学知识融会贯通，达到举一反三、触类旁通，最终将大学化学的实验课程学习编织成一个网络，一个个实验就是这个网络上的节点，互相之间有着交叉联系。通过以上教学实践，有助于培养学生联系和类比的思维习惯，锻炼其归纳总结能力，最终使得学生学会学习，终生受益。

本举措自2007年实施以来，得到学生好评。在学校教务处的网上教学评估系统中，学生对相关课程的评分逐年提升。同时，仪器分析实验课程的教学实践有力地支持了化学系课程体系和教学内容的改革。以上措施已经在其他基础化学实验课程中开始推广，但是普及之路任重道远，因为要达到较好的教学效果，对教师有较高的要求，需要实验指导教师对所有大学化学实验课程有全面的了解。

参 考 文 献

[1] 金若水,吴性良,谢高阳.大学化学,1998,13(6):12

[2] 吴性良,陆靖.实验技术与管理,2001,18(2):108

[3] 张逢星,李珺,郭慧林.大学化学,2009,24(3):18

[4] 雷杰,张晋芬,吴性良,等.宁夏大学学报(自然科学版),2007,28:158

[5] 陆靖,吴性良,姚子鹏,等.高等理科教育,2000,34(6):55

[6] 徐息良,吴性良,姚子鹏,等.大学化学,2001,16(6):21

[7] 姚子鹏,陆靖,庄继华.实验室研究与探索,2002,21(4):39

[8] 沈建中,马林,赵滨,等.普通化学实验.上海:复旦大学出版社，2006

[9] 赵滨,马林,沈建中,等.无机化学与化学分析实验.上海:复旦大学出版社，2008

[10] 李妙葵,贾瑜,高翔,等.大学有机化学实验.上海:复旦大学出版社，2006

[11] 吴性良,朱万森.仪器分析实验.第2版.上海:复旦大学出版社，2008

[12] 复旦大学.物理化学实验.第3版.北京:高等教育出版社，2004

[13] 雷杰,张晋芬,吴性良.全国化学实验教学与实验室建设研讨会论文集.武汉,2010:58

[14] 雷杰,张晋芬,马林,等.第10届全国大学化学教学研讨会论文集.北京,2009:426

[15] 雷杰,张晋芬,朱万森,等.大学化学,2008,23(5):36