大学综合设计性实验对学生素质提升的拓展——以粗盐提纯实验为例

毕文彦

(河南理工大学化学化工学院,河南 焦作 454000)

在国家大力发展素质教育的今天，全面提升学生的综合素质和实践创新能力已成为高等教育的重要功能[1-3]。而实验教学相对于理论教学更具直观性、实践性、综合性和创新性，是培养学生动手能力和创造性思维能力的重要环节，是培养创新型人才的重要保证[4-9]，其中的综合设计性实验在培养学生综合素质和创新能力等方面作用尤为突出。为实现这一目标，我们在一年级大学生的“大学化学实验”中拟定了“粗盐提纯”综合设计性实验项目。本实验综合性强，内容涵盖面广，涉及多类型化学反应，如酸碱反应、沉淀反应等，且实验步骤及实验基本操作较多，有溶解、过滤、蒸发、浓缩、重结晶，还有产品的净化、产品纯度检验、产率计算及结果分析等，实验过程的每一个环节、每一步骤等都是学生在实验设计时及后续处理过程中要加以全面充分考虑的，而且不仅要做到知其然更要做到知其所以然(如pH值的控制、加热火候的把握等)，只有这样，才能真正把握实验操作过程中的量和度。因此，综合设计性实验对实施素质教育具有重要意义，对全面提升学生的综合素质和能力具有重要作用。

1 实验过程

1.1 实验原理

图1 粗盐提纯实验原理图Fig.1 The experimental principle of raw salt purification

1.2 实验用品

实验仪器：电子天平，烧杯(100 mL)2个，量筒(10 mL，50 mL)各1个，蒸发皿，泥三角，石棉网，三脚架，坩埚钳，酒精灯，普通漏斗，漏斗架，吸滤瓶，布氏漏斗，真空泵。

实验药品：BaCl2溶液(1 mol·L-1)，NaOH溶液(2 mol·L-1)，Na2CO3溶液(1 mol·L-1)，HCl溶液(2 mol·L-1)，(NH4)C2O4溶液(0.5 mol·L-1),镁试剂。

实验材料：pH试纸，滤纸。

1.3 实验实施

利用所学基础理论知识以及实验室现有的仪器、材料和试剂，通过查资料和调研，自主设计实验方案、独立进行实验装置的安装以及整个实验过程的实施和控制(如果需要增加仪器、试剂，说明理由)。

须要完成以下实验目标：

(1)通过对粗盐进行提纯制备出精盐产品并计算其产率。

(2)对精盐产品纯度进行检验和分析。

2 本实验的特点

2.1 学生自主设计实验方案

学生根据拟定实验项目的要求，积极查阅资料，结合所学理论知识，设计合理实验方案，并在某些关键环节对拟采取的措施说明理由，做到有理有据，提交实验教师审阅。

2.2 教师引导学生确立统一实验方案

教师对学生提交的实验设计方案进行认真审阅，在实验实施之前对学生提交的实验方案整体进行点评，特别是对共同存在的问题或是关键细节给予重点强调，并循循善诱，逐步引导学生完善出一个统一而且正确的实验方案。在经历了资料查阅、分析思考、设计实验等过程，再加上教师深入细致的点评和引导，学生不但对实验原理和过程理解深刻，并且能够形成长期记忆，并内化成自身的素质。

2.3 使学生树立产品质量和成本意识

本实验中设计有产品纯度检验和产率计算环节，初步使学生了解产品纯度和质量间的关系，树立起产品质量和产量意识；并根据目标产率和纯度标准，要求学生对结果进行分析，查找总结成功和不足的原因；同时，在不同学生产品结果的比较中，会间接意识到成本的概念，为培养将来参加工作时一丝不苟、严谨工作的职业素养和工作态度打下良好基础。

3 本实验对学生素质及能力的提升作用

本实验项目既具有一般综合设计性实验的共性，同时也具有自身的特点，因而它对学生能力和素养的作用及提升也具有其独特性，具有较大的提升空间。

3.1 提升学生理论联系实际、学以致用的能力

通过本实验，促使学生把课堂上所学的理论知识进行系统性分析，并用于实际产品的制备；促使学生的学习境界提升，不再觉得所学知识只是空中楼阁，而是切切实实与我们的生活生产实际相联系，增强学生学有所用和学以致用的能力，进一步激发学生学习兴趣及学习的自觉性、主动性。

3.2 培养学生探索和创新能力

给定了原料和目标产物，如何实现他们之间的转化？这不仅要求学生有扎实的理论基础，还要有一定的创新精神。要勇于独辟蹊径，尝试不同方法，或者在某一关键环节进行改进，或节约成本，或提高产率，或提升质量等，而每一种尝试都是提升学生创新能力的阶梯，这正是本实验拟定的初衷。

3.3 培养学生的科学素养和人文素养

综合设计实验最重要一步就是学生对实验方案的自主设计，它需要学生充分的资料查询(信息检索能力)、调研分析归纳、系统思维等才能完成，而这些正是科学研究的前提和基础。而且，粗盐提纯实验步骤较多，且一环紧扣一环，每一步稍有不慎，就会影响到产率和产品的纯度，这就要求学生在实验过程中必须树立严谨的科学态度和一丝不苟的精神以及不怕失败和愈挫愈勇的探索精神，在失败和成功的经验中成长。另一方面，实验方案的设计、实验过程的记录、实验结果的描述以及实验报告的撰写等用语是否准确、严谨、生动且易于理解，这正是文学素养的基本的需求，也正是大学教育所要追求的目标之一。

3.4 提升学生的团结协作意识

综合设计性实验是锻炼和考核学生综合分析应用能力的平台，往往涉及多方面的知识、不同的操作需求等，为完成这一复杂的任务，学生之间必须以一定的形式组合起来，形成一个团队，团队成员既要根据分工各司其职，同时更要发扬团队精神，学会与别人沟通交流，献计献策，凝心聚力，共同为达成目标而努力，这种团结协作意识的提升，既是科学精神提升的需要，也是人文素养提升的需要。

4 结 语

综合设计性实验的实际要义是学生在实验教师拟定实验项目前提下，自主查找资料、设计实验方案并付诸实施；实验教师主要负责学生实验结果的评价，重点引导学生对实验结果进行分析，扬长避短。对实验成功的地方，如何进一步强化和拓展，实验不足的地方，查找分析原因，如何避免类似问题再次出现。通过自我行动、自我分析和自我反思，实现创新性的独立分析和解决实际问题。但到目前为止，由于各方面的原因，实验教师顾虑较多，主要是对学生的能力信心不足，担心如果对学生完全放开，完全自主，实验结果难以预料，所以常常是先统一了实验方案后再行实施，即学生的自主性、创造性及创新性并没有得到充分的体现。这是实验教师应该反思和改进之处，“问渠哪得清如许，为由源头活水来”，教师不要担心学生出错，只有让他们大胆地去尝试，在实践中去探求、去创新，才能充分发挥学生的创造力，才能真正跟上时代的脉搏，体会到在实验中创新的意义。