化学实验的基本原则范文

时间:2024-02-23 17:43:35

导语:如何才能写好一篇化学实验的基本原则,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。

化学实验的基本原则

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关键词:中职教学 化学课程 趣味化学

化学课程的实验教学在不断适应教学改革的发展,趣味实验可以激发学生的求知欲望、学习兴趣,让学生掌握有效的化学知识,培养学生的探究能力。同时,通过化学实验,可以让学生正确认识世界的变化规律,培养学生观察、发现、分析、解决问题的能力,提升学生的实践能力、开发学生的创新精神。

一、趣味化学实验教学的必要性

中职学校的生源普遍基础比较差,如果一开始就把无机化学、有机化学等知识教给学生,往往会事倍功半,使得学生对学习产生厌倦。所以,教师在上这些专业课之前可以先上一门《趣味化学》,使学生巩固学习化学知识,又可以接触到职业学校以技能为主的学习氛围,最重要的是对专业化学产生浓厚的兴趣。

这就要求教师在《趣味化学》内容的设计上,遵循操作安全、简单,体现趣味性的原则,充分重视学生的积极性与主动性以及探究知识的能力。

二、化学课程的实验教学实例

1.制作水果电池

(1)设计意图。原电池工作原理本来是比较抽象和乏味的内容,教师通过制作水果电池实验,激发学生兴趣。利用趣味实验,使学生领悟原电池的原理和条件。

(2)实验步骤。一是将一锌片、铜片平行插入稀硫酸中;二是在实验一的基础上用一根导线将铜片和锌片连接起来;三是在实验二的基础上,在导线中接入一电流计;四是利用实验室的材料和水果制作水果电池。

(3)实验原理。把化学能转化为电能的装置叫原电池。原电池将氧化还原反应分开在两个电极上发生。还原剂所失去的电子通过导线流向另一电极,氧化剂再从电极上得到电子而被还原。对照三组实验,得出原电池的三个形成条件 :要有活泼性不同的两种金属(或一种为非金属导体)做电极;要有电解质溶液;组成闭合回路。

(4)教学收获。在本实验教学中,利用现象鲜明、简单易行的方法,使学生明确认识原电池的原理和发生条件。水果电池的制作不但可以巩固所学的内容,还可以激发学生的学习兴趣,探索这一实验过程中电子的转移,同时为氧化还原的实验提供依据。

2.海带中碘的提取和检验

(1)设计意图。让学生了解物质分离、提纯的基本原则,并能在实验方案的实际中考虑这些基本原则的实际应用;理解从海带中分离和检验碘元素的原理念。

(2)实验步骤。称取样品;灼烧灰化;溶解过滤;溶解过滤;萃取分液。

(3)实验原理。分离、检测植物样品中的某些元素时,应先将样品高温灼烧灰化,以除去其中的有机物,然后再在残留的灰分中加水或酸,使灰分溶解,过滤后,滤液用于分离和鉴定。通过本课题的开展,能促使学生了解物质分离、提纯的一般方法和过程,初步形成运用化学实验解决问题的能力。

(4)教学收获。在实验中,学生通过化学实验的方法,把生活中常见的物质海带中的碘元素提取出来,不仅学习了基本的化学实验基本操作,还对后续即将学习的卤素中的碘元素有了感官和直接的了解,增强了学生的学习动力。

三、趣味化学实验在教学上的优势与需注意的问题

通过上述实验实例可以看出,这种表达生动、极富情趣的化学呈现方法,可有效地培养学生的探究精神,激发学生的求知欲望,且效果较为明显。通过有趣、直观化、简单化的实验呈现,使学生有效掌握物质性质变化的特点,同时增强与培养学生的实践能力。该种教学方式应以基础教育新课程标准为基础,体现中学化学课程的教学要求。趣味化学教学法可以在课堂中激发学生的学习兴趣,这就要求教师充分把握教学内容。笔者在教学实践中发现,若教师只是一味地强调激发学生的兴趣,而盲目引入与课程无关的教学内容,没有明确的教学目的,会导致学生有短暂好奇心,但无法有效掌握化学知识,会出现知识链断裂,从而无法有效培养学生学习、实践的能力。所以,趣味化学实验法不能仅注重趣味而忽视目的,教师要有效结合教学目标进行化学实验,以发挥化学实验的功能性作用。

总而言之,从上述教学实践中可以看出,在化学课堂中引入趣味性实验,可以有效地激发学生的学习兴趣,是一种重要的教学手段,可以提高学生的学习、实践能力。

参考文献:

[1]汪文翔,孙颖.“趣味化学实验与生活化学”校本选修课的开发实践与反思[J].化学教育,2009(2).

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中职教育是以培养操作型、技术型和应用型人才为目标,通过理论知识与实践操作能力的紧密结合,使培养的人才具有系统的应用知识、熟练的操作技能、可持续发展的能力,能力本位已成为中职教育的指导思想,而中职学校的实验室和实训中心则是保障实施这一培养目标和能力的主要场所。因此,我们必须努力加强和改进实验教学,把能力培养落到实处,为学生提供充足的动手实践机会。基础化学实验是我校化工专业学生最先接触到的实验,它在培养学生良好的实验习惯、科学的实验方法、规范的基本操作技能以及为后续实验教学奠定良好基础等方面起着至关重要的作用,但由于诸多的原因,基础化学实验并未真正发挥它应有的作用。随着课改的不断深入,基础化学实验教学已越来越不适应新形势下对人才培养的新要求,为此,笔者仔细分析了实验中存在的问题,有目的地对基础化学实验进行了一系列改革探究,突出了能力本位的中职教育指导思想。

1基础化学实验的问题与现状

由于受传统的重理论轻实践观念的影响,基础化学实验教学一直处于教学中的弱势地位,无论是实验内容,还是教学模式都显得有些落后,具体表现在以下几个方面:

(1)实验内容脱离生活与生产实际,大多以性质与验证性实验为主,学生在做实验前就已经知道了实验结果,缺乏对实验的兴趣。

(2)实验项目较少,学生基本技能得不到充分训练,造成学生在后续实验学习过程中出现基本操作不正确、不规范等现象。

(3)前后两次实验间隔时间较长,有不少学生对使用过的仪器、学习过的操作方法仍然感到陌生。

(4)以学科为本位的教学模式依然根深蒂固,教师“包”得太多的现象普遍存在,而以能力为本位的教学模式基本还停留在概念层面,学生被动参与,缺少主动性,能力得不到真正培养。

(5)考核方式落后,标准单一,不利于调动学生实验的积极性。

2基础化学实验的改革

2.1课程改革中实验能力的目标定位

能力本位的课程改革,基本原则是突出课程的能力目标。实验能力构建的原则:是以项目和任务为载体,以学生实践为主体。依据这一基本原则,制定出基础化学实验应达到的能力目标,即学会基础化学实验的各项基本操作,如溶液的配制、玻璃管的加工、物质的提纯等;掌握一些重要的无机化合物的制备;学会运用多种方法对化学物质及其变化进行观察和记录;学会对化学实验问题进行有效的分析和探究;初步运用所学知识和技能与他人合作设计实验方案等。

2.2能力目标的分解与实验任务的设计

实验能力从哪里来?练出来。能力的培养是一个循序渐进的过程,为让学生在经过一年的基础化学实验训练后具备一定的实验能力,笔者尝试将实验能力目标分解成一个个能力单元,针对能力点的设计,对应实验任务来训练学生的能力。有时为了进一步巩固和提升这些能力,在学生顺利完成任务后再用新的任务来进行训练。另外,在设计实验任务时,注重联系生活实际,从学生的生活经验出发,引导学生进行实验,这样有利于激发学生的好奇心和学习兴趣,有利于培养学生运用所学知识解决实际生活问题的能力。现以基本操作训练为例,设计实验任务。表1为基础化学的实验任务与能力设计。

2.3实验过程的有效规整

实验的过程其实是一个重要的学习过程,它包含了理论、实践、人文、团队、HSE等多学科知识。可我们的学生只是为了做实验而做实验,实验前匆匆翻看一下实验教材,有些学生甚至连看都不看,实验后早把实验内容抛到脑后,很少有学生思考为什么做实验?通过实验能获得什么技能?又能解决什么问题?更有甚者,一个实验结束后,也许还不知道实验所用药品和仪器的名称,当然更不知道环保对环境、对生命的重要了。为提高实验教学的有效性,笔者尝试将基础化学实验教学按照生产企业的运行方式规整为三个环节:实验准备、实验过程、实验结束。

(1)实验准备。注重指导学生阅读实验教材或指定的参考书、分享预习过程中发现的问题、强调实验关键点和安全性等。这样做的好处是学生通过阅读、思考和讨论,其实验内容便成竹在胸,实验目的非常明确,避免实验操作的盲目性。

(2)实验过程。强调实验的操作规范、操作记录、操作安全等。实验操作的规范性是实验教学的重点,实验操作的规范与否直接影响到学生后续实验模块的学习,同时,也关系到实验的安全性。在实验过程中笔者还注意培养学生良好实验习惯的养成,如:细心观察实验现象、严谨记录实验结果、爱惜仪器、节约药品等。

(3)实验结束。强调实验台面的清洁卫生、玻璃仪器的洗涤干燥、实验物品的摆放归位、废弃物的环保处理、个人清洁卫生等等。因为一个完整的实验应该包括实验的后续整理、清洁及废弃物的处理等,这都有助于学生有始有终实验习惯的养成、清洁实验意识的培养和环保意识的建立。

2.4教学模式与能力培养的创新

(1)“实验任务引领”的教学模式。“任务引领”,从学生的角度来说,它是一种以探究为主的综合学习方法;从教师的角度来说,它是一种以任务进行启发的教学模式。教师给出实验任务,师生共同分析完成任务的途径和方法,把总任务细分成一个个容易完成的小任务,学生在任务的驱动下进行自主探究和实践,逐步完成每个小任务,最终完成总的实验任务。学生在完成给定任务的过程中获取知识和技能,获得成就感,并通过相互协作,学会学习、学会做事。

(2)“全程参与”的教学模式。为提高学生的实践能力,笔者对一部分探究性实验进行了改革,改变过去那种教师既提供实验仪器和药品,又提供具体方法和步骤的“承包”式的教学模式;而是以能力培养为主,学生与实验任务形成“全程参与”的教学模式。全程参与教学模式是由4~6名学生组成一个学习团队,完成从实验准备到实验结束的全过程,每一个学习团队都有负责人,团队成员有不同的分工,如查资料、整理、打印、操作、记录、发言等,他们分工协作,共同完成实验。

2.5实验评价方式的改革与探索

传统的实验考核方式是实验操作、实验报告加笔试。这种评价方式不利于学生创新意识、实际能力等综合素质的发展提高。为此,笔者积极探索发展性评价模式,以促进每一个学生全面、和谐、持续的发展。具体做法如下:#p#分页标题#e#

(1)过程评价与终结评价相结合。过程性评价是对学生学习过程的即时评价,贯穿在学生实验准备、实验过程和实验结束的三个实验环节中,它包括资料的搜集、预习中的发现、课堂的交流发言、实验的操作、实验的记录、实验方案的设计、废物的处理、实验仪器的清洁等诸多项目。通过过程性评价能比较全面地衡量一个学生的实验能力,及时了解学生的发展状况,不断调控学生的努力方向,同时也为终结性评价提供参考依据。终结性评价是对学生在一个学期内的实验情况作结论式评价,由学期总评分和教师评语两部分组成,学期总评分以平时的实验分数为主要参考依据(占70%),再结合期末的实验操作考试与笔试分数(占30%),学生从这个评价中可以了解到自己在化学实验方面取得的成绩和存在的不足,从而为下一学期的学习调整努力方向。过程评价性评价强调过程,终结评价性评价注重结果,两者相辅相成,不可或缺。表2为基础化学实验过程评价表。

(2)教师评价与学生评价相结合。教师评价是教学评价常用的形式,其优点是准确性较高,有较强的可操作性,说服力大,但由于教师要关注的学生人数较多,特别是对学生合作完成的实验项目,有时会出现评价不够全面,甚至有偏差的情况。让学生参与评价,不仅能有效避免上述情况的发生,而且还能使学生学会正确地评价自己和评价他人。在学生自评和互评时,教师不是旁观者,而是对评价者进行再评价,及时鼓励、表扬他们。在实际操作过程中,笔者还强调个人竞争与团队协作关系,把个人获得的成绩归功于团队努力的结果。将教师评价与学生评价相结合,既可保证评价的全面性、公正性、准确性,也有利于学生的进步与成长。

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【关键词】 分析化学;实验教学;改革

分析化学实验不仅是分析化学教学中重要的组成部分,同时也是培养学生的实践能力和创新能力、实施素质教育的重要途径。以实验为手段培养学生的实践能力和创新精神是化学教学最显著的特点。为达到这一目的,我们在分析化学教学中,针对药学专业之特点,在教学内容、教学方法和考核方式的改革上进行了探索,通过多年的实践证明我们所采用的改革取得了良好的教学效果。

1 实验内容

实验内容取决于实验教材,实验教材是实施实验教学活动的依据。适宜的实验教材是提高实验教学质量的关键。具体在实验教学中,我们针对实验教学长期存在验证性实验多,研究型、设计型实验少,单元性操作实验多,综合型实验少,经典性实验多,反映学科前沿的实验少的现象,根据药学专业学习之特点,在实验内容上进行了精心的选择,形成了以基础性实验、综合性实验和设计性实验相结合的实验体系。在实验具体项目的选择上,针对药学专业的特点尽量做到前后学科的相互呼应。如在有机化学实验教学中,学生已经进行了药品阿司匹林的合成实验,我们在分析化学基础性实验中,研究对该药品安排用常规的分析方法进行含量的测定,同时在设计性实验中安排了该药品体内含量测定的项目。设计性实验的开设使现代分析化学教学的要求,在分析化学设计性实验的选题上我们遵循这样一个基本原则,即在选题上注重调动学生的积极性、发挥教师主导作用、着重培养学生综合应用能力、考虑能够充分提高教学效果、加强培养学生的创新意识和能力,选题应使实验教学与实际应用紧密结合的基本原则。同时为了培养大学生的科研意识,在设计性实验项目的安排上还特意安排了与教师科研课题相结合的设计性实验项目,使学生的科研能力及科研意识得到了培养。在实验教材的处理上,我们将以前的分析化学实验教学仅为其理论教学的辅助教学的模式,对教材内容按现代药学教育的特点进行了较大幅度的改动,编写了药学专业的《分析化学双语实验教材》,以适应药学专业的分析化学实验教学的需要。

实验操作的正确与否直接影响着实验结果的准确性,实验基本技能训练的规范化、熟练化是实验教学的重点,因此从实验开始我们就着重强调基本操作规范化的重要性和必要性,在教学中我们强化了基本操作和基本训练的比重,并在实验考核中将对学生的实验操作技能的考核作为实验考核的重要组成部分。为保证学生在这方面的训练,我们采用了课余时间实验室对学生开放的方式。

2 实验教学方法

分析化学实验主要由两部分所组成,即容量分析实验和仪器分析实验。就强化实验操作能力来看,几乎所有的容量分析实验,学生都能自行进行操作,而仪器分析实验则不然,受到仪器数量的限制,特别是一些大型仪器实验(如:气相、高效液相色谱、荧光分析、红外分析等),尽管在我们药学院实验技术中心上述仪器都有,但受到数量的限制,在开设这类实验时,大多是由指导教师进行演示性实验,学生几乎没有实际操作的机会。为了解决这一矛盾,我们引进了先进的仪器分析实验仿真系统,使学生能在电脑上模拟开设简单的仪器分析实验,从实行效果来看,学生通过对实验仿真系统的操作,几乎都能掌握高效液相色谱、气相色谱等大型分析仪器的基本操作和简单的分析操作过程,不仅解决了学生对大型实验仪器的操作问题,同时还为学生后续课程的学习打下了良好的基础。经过努力在实验教学中,我们已经形成了教师讲授、授课录像、实验仿真系统和实验仪器相结合的实验教学体系,能够满足现代分析化学实验教学的要求。

在教学模式上我们将传统的以教师讲授为主的教学方式改为以学生为中心,充发发挥学生学习的积极主动性和创造性,着力于学生动手能力、观察能力、分析和解决问题能力的培养和综合素质的提高。

3 实验考核

根据对实验教材及教学内容改革的特点,其中有相当部分的理论内容已经纳入了实验教学中了,所以在实验考核上我们采取其成绩由理论和实际操作两部分组成。在容量分析实验考核中我们重点放在基本技能考核上,即选择一个综合性较强的实验项目,对学生的基本操作技能进行考核,为此我们制定了详细的考核指标,从学生的每一步基本操作到最终的数据处理都进行记分。在仪器分析部分,根据药学专业的特点,结合仪器分析仿真软件系统,对学生进行单机考核。通过对考核方式的改革,使学生的基本操作技能得以相当程度的提高,强化了学生的实践动手能力,为药学专业学生后续课程的实验教学打下了良好的基础。

4 结论

为了对我们在分析化学实验教学中通过上述三个途径进行改革探索进行评估,我们一是对从实行改革以来学生的分析化学成绩进行追踪分析,同时我们还以通过发放调查表的形式对每一届学生的分析化学实验教学的评价进行了跟踪调查,从分析和反馈的信息可以看出,学生的学习成绩、学习兴趣有较大幅度的提升,实践证明,这种改革使行之有效的。

参考文献

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关键词:分析化学实验;教学过程;质量控制

中图分类号:G642.1 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)05-0221-02

目前,分析化学实验教学过程质量控制方案还没有科学、规范的模式,各高校一般都是根据自己的教学条件和工作习惯比较随意地进行分析化学实验过程的质量控制,因而程度不同地存在着各种影响实验教学质量的问题。制订并实施较为科学、规范的分析化学实验教学过程质量控制方案,对于形成师生相互制约、良性互动的实验氛围,规范实验教学过程,提高实验教学质量具有重要意义。

根据自己多年从事分析化学实验教学的体会,参考相关资料,提出了较为科学、规范的分析化学实验教学过程质量控制方案,并从有关分析化学实验教学过程的以下环节进行了探讨。

一、基本教育

为使学生安全、顺利地完成实验,确保学生实验万无一失,在实验之前,要对学生进行:(1)实验规章制度(安全、卫生、纪律及学生实验守则等)的教育;(2)实验室基本情况(组成、结构与功能、安全通道与消防措施等)的介绍;(3)实验基本知识(实验用水的要求及来源;玻璃仪器与化学试剂的规格、型号、性能及用途等)的培训。同时,要将实验人员及指导教师的基本情况、具体职责,学生成绩评定办法、实验室的基本情况和实验室的有关规章制度、实验教学计划及具体授课安排等相关内容向学生进行说明并张榜公示。另外,对于一些需要学生事先明确的实验事项也要提前由实验教师进行口头通知。所有这些工作环节可使学生在实验之前能够做好必要的思想准备,并初步树立正确而明确的实验导向,同时也有利于形成师生之间的信息畅通、相互约束机制。

二、实验备课

对实验课要精心备课,写出备课笔记。根据实验教材、实验资料、实验条件等情况对实验内容(包括实验目的、基本原理、仪器与试剂、实验步骤、注意事项等)进行备课,写出具体可行的实验备课笔记。需要注意的是,一定要结合自身的实验条件和自己成功的实验经验去对实验过程进行精心设计和科学安排,防止照本宣科、死搬硬套,使实验内丰富多彩,实验过程生动有趣。对实验中涉及的理论问题及实验操作环节可能出现的问题做到心中有数,为顺利准备和指导学生实验做好准备。

三、实验准备与预作

在学生实验之前,对学生实验所需要的仪器、试剂(包括公用与自用)及其他实验辅助材料等实验条件、实验通风(包括室内通风与通风橱通风)、照明(包括室内照明、实验台照明、通风照明等)等实验环境的每一细节进行充分准备,为学生实验创造良好的实验条件和实验环境,做到万无一失。例如,为便于学生有效而正确地判断终点,可制备多套标准色阶供学生参照,这样可有效提高学生的实验效率。在实验过程中,要使学生不因找仪器、试剂或因缺少有效的实验方法而耽误过多时间,从而影响实验的进度与效果。

每次实验之前,教师要对学生所作的实验及相关的实验内容按照实验步骤及实验要求进行预作,熟练掌握实验操作和实验现象,对实验过程中可能出现的问题(如仪器、试剂是否正常,实验条件和环境对实验有何影响等)进行全面的把握,以便在学生实验过程中有效地的指导学生实验,对学生提出的问题能够进行合理而圆满的解答,避免出现被动局面。

四、实验考勤

为加强学生实验的出勤管理,实行“开始点名-中间抽查-结束检查并签名”的管理方法。即学生到实验室后,教师要根据学生选课名单点名并清点人数(防止冒名答到);实验过程中,要注意观察学生人数的变化并随时核查人数(防止中间溜号);最后检查学生实验操作及实验数据,检查合格并在实验名单上亲自签名(防止他人代签)后方可离开实验室。对实验操作或实验数据不符合要求要求的学生必须重做实验。

为便于掌握每个学生的实验情况,每次实验要求学生的实验位置序号必须与实验名单上的序号顺序一致。这要求学生自己根据实验名单的序号与实验位置序号对应入座,并在点名时逐一核实。

五、学生预习

为培养学生良好的预习习惯和自学能力,保证学生有效地完成实验,防止学生在实验过程中的被动应付,要求学生在实验之前进行预习并写出实验预习报告,在进实验室时检查并上交(作为评定实验成绩时参考),对没有预习报告的学生实行缓做实验。

为便于查阅预习报告,预习报告的格式要统一。其基本内容包括实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项等。为避免学生简单抄袭应付且简化书写,要求学生用框图或流程图等形式表达实验步骤。

六、实验讲解

根据实验的基本内容(实验目的、实验原理、仪器与试剂、实验步骤、注意事项等)进行具体讲解。需要重点强调的是实验操作及注意事项,如玻璃仪器(烧杯、锥形瓶、滴定管、移液管、容量瓶等)的名称、规格、性能、用途、使用方法及注意事项;仪器设备(分析天平、分光光度计等)的基本性能、使用方法、注意事项。要使学生明确,在分析实验过程中,始终坚持的基本原则是规范操作,减少误差,逐步建立起“定量”的概念;除了要认真规范的做好每一步实验外,还要处理好每步操作之间的衔接关系。

讲解时,要以演示为主,讲解为辅。讲解力求目的明确,重点突出,条理清晰,简明扼要。为提高演示效果,可结合多媒体技术进行讲解与演示。

七、实验指导

实验指导是保证实验教学质量的关键环节。指导实验的基本原则是热情辅导,严格要求。在实验过程中,要求学生的基本操作一定要规范、正确,对不规范或错误的操作,及时加以指导纠正;对违反实验纪律的学生坚决处理,不留情面;要始终在实验现场进行手把手的指导,对学生提出的问题耐心解答,并注意与学生的互动,以不断提高实验指导的感召力,使学生积极主动地去完成实验。同时,为有效把握学生的整体实验情况,避免顾此失彼,尽量增加巡视频率。对于学生在实验过程中的表现(实验态度等)及存在的问题,要用专用的学生实验指导记录单(在实验之前根据实验名单顺序制出)进行记录,为评定实验成绩提供依据,也为今后有针对性地指导学生实验积累经验。

八、检查验收

学生实验结束、离开实验室前,必须对学生的实验操作、实验数据、仪器试剂、环境卫生等进行全面、严格的检查。检查合格并经指导老师在学生原始实验记录上签名确认后,才能离开实验室,否则,需要学生重做实验直至检查合格后方可离开实验室,以培养学生严肃认真、善始善终的良好实验习惯。

九、实验报告

为使学生对实验情况进行系统总结并锻炼学生书写实验报告的能力,学生必须按要求写出实验报告并及时上交。其中实验报告必须附有指导教师签名的实验原始数据。教师要及时批改实验报告,并做好批改记录。对实验报告中存在的问题或错误进行归纳、总结,及时向学生反馈。一般情况下,要在下次实验之前,向学生反馈上次实验报告的批改信息,使学生及时了解自己在实验中存在的问题与错误,并加以解决和改正。

实验报告成绩在整个实验成绩中占有较大比例。因此,批改实验报告、确定实验报告成绩一定要公平合理。严禁抄袭或他人实验报告现象发生。一旦发现此类现象,该门实验课按零分计。

十、实验考试

实验考试既是对学生实验情况的考核,也是对教师教学效果的检验,又是促使学生平时做好实验的动力。

要合理确定考试内容,要使考试内容具有系统性和代表性。参考理论考试,将考试内容以试卷的形式发给每一个学生。试卷要明确实验内容和具体要求,可以采用多种试卷或同种试卷进行考试。实验考试时,要尽可能多配备监考教师,做到每位教师监考的学生数不超过10名,以便教师全面把握每个学生的实验信息。与实验指导记录一样,要有相应的实验考核记录,以作为评定实验成绩的依据。

十一、实验成绩

实验成绩包括单一实验成绩和实验总成绩。

影响单一实验成绩的基本因素包括:实验预习,实验态度,实验纪律,实际操作、实验报告等。其各种影响因素影始终贯穿在每个实验的整个实验过程中。因此,教师只有平时尽量把握每个学生实验各方面的具体情况,才能使实验成绩全面、客观,防止仅据实验报告确定实验成绩的错误做法。

单一实验成绩为综合考虑了影响实验成绩的各种因素后的综合得分,即:单一实验成绩=预习(5%)+操作(50%)+态度(5%)+纪律(10%)+报告(30%)

平时实验成绩为所有单一实验成绩的总和(∑单一实验成绩)除以实验个数(n),即所有实验成绩的平均值:平时实验成绩=∑单一实验成绩÷实验个数n

实验总成绩由平时成绩与考试成绩(成绩确定方法同单一实验成绩)两部分组成,即:实验总成绩=平时成绩(50%)+考试成绩(50%)

实验成绩确定后,要及时向学生公示,接受查询。

十二、实验总结

为了不断改进和完善实验教学过程,提高实验教学质量,实验结束后,指导教师要及时对学生实验情况进行全面的回顾和总结,包括单一实验总结和整体实验系统总结。

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作者:尚宏利 李军 桑雪梅 王敏 单位:重庆理工大学化学化工学院

学生根据指导老师提供的实验题目或自选的实验题目,自行查阅参考资料,自行设计实验方案,自选与组装实验设备,自拟实验操作步骤,实施实验方案,对实验结果进行分析和总结,并以小论文的形式写出完整的实验报告的科学实验的基本训练过程。其基本操作过程一般有三个步骤。准备阶段选题选题主要依据以下几个方面:(1)根据实验教学大纲,结合学生的兴趣、爱好、能力以及知识结构等,且考虑实验室的实际实验条件来指导学生选择课题。(2)所选的课题要有一定的深度,选题覆盖面要广,综合性要强,保证学生对知识能融会贯通、灵活运用,注重提高自身综合运用知识的能力。(3)要结合物理化学设计性实验的形式。物理化学设计性实验一般有四种形式:扩展实验内容,改进实验方法或装置,提高实验的准确性以及开辟新的物理化学实验等。在实验内容的设计上,可以采用以下途径:①用已学过的仪器装置做某些实验体系在实验条件发生重要变化时的探索;②相同的实验方法在新体系中的应用研究;③物理化学研究方法在与生产、生活等跟实际有关的课题方面的应用;④教师科研课题中的子项目等。例如《蔗糖水解动力学实验》设计实验内容添加温度和酸浓度的影响,实验除了测定速率常数和半衰期,还可测定活化能,综合运用了动力学知识,加深学生对速率方程的理解[3]。针对制药专业学生,如果把实验中的催化剂改为酶,除了以上的内容外,还需了解酶催化反应、酶的分离提纯及活性测定等相关理论知识,同时实验方案、步骤及结构分析等都有更高的要求。

查阅资料确定选题后,就要着手收集相关资料。除了物理化学和物理化学实验教材上的理论知识外,还可请教资深老师;或利用图书资料、网上资源等查找相关数据。在搜集充分的文献资料后,将所获取的信息进行阅读、整理和选取,寻找合理的条件,初步拟定实验原理、方法和步骤。为拟定实验方案作好充分的准备。拟定方案(1)拟定方案要遵循三个基本原则:科学性原则、创新性原则、环保性原则。科学性原则要求设计过程都要科学、合理,所采用的设计标准,方法和步骤等都要有一定的物理化学理论依据或实践基础。创新性原则要求实验设计要敢于突破陈规,独到新颖,能反映新观点、新方法和新思路等。环保性原则是指要从环境保护的角度来考虑实验的设置、手段、方法等各方面因素,尽可能采用简约的实验方法和实验装置,用较少的实验步骤和实验药品、仪器,在较短的时间内完成效果明显的实验。培养学生建立绿色化学理念,培养学生用“3R”原则[4](减量化、再利用、资源化)的思维方式来考虑和如何解决化学实验中出现的污染问题,达到较好的环境效应。例如《二元金属相图实验》,实验中使用的铅替换为铋或锌。实验经改进后转变为绿色实验,实验药品用量减少,降低实验成本,且测量结果理想。例如《燃烧热的测定》无需改变实验方法,可以用蔗糖直接代替有毒的萘。(2)拟定方案的要求拟定方案要求学生要充分运用已掌握的理论和实验知识或技能,综合地考虑问题,根据实验的目的和具体要求,寻求科学的、可靠的的实验原理,根据实验原理拟定实验方法;根据实验方法,合理地选择仪器和准备实验器材,周密地分析实验中可能出现的问题,并拟定消除或减少这些问题的措施和办法;最后确定实验的实验步骤,安排实验进程等;完成实验方案后提交指导老师审阅,以确保实验的可行性。实验阶段实施设计性实验的方案是设计性实验操作过程中的关键主体。学生根据自己设计的方案,准备实验仪器,实验药品。认真阅读仪器设备的使用说明,熟悉物理化学实验仪器的性能构造、工作原理、使用方法和注意事项。准确,安全地安装、调试、维护和使用仪器,以便在精密的条件下测量到所需的数据。例如旋光仪的使用,在测量前,要将旋光仪预热,和调零等。学生按操作要求要认真操作、细心观察、作好记录,将测得的数据按设计方案的原理进行处理、分析,培养严谨的科学态度。结果处理阶段学生通过对实验现象的观察,取得有关的数据,通过作图,列表等手段,进行分析、综合、判断等活动来获取结论。在获取结论后,还应对实验的步骤进行反思、讨论和总结,并以论文的形式写出实验报告。

为了客观、公正、全面地反映学生的实验综合能力,制定了成绩评定标准:包括查阅资料、方案设计、实验方法、实验操作、实验结果、协作精神、实验安排、创新内容、环境保护、清洁安全和实验报告。实验报告以论文的形式考评,格式要符合科学期刊的要求,标出标题,摘要,关键词,报告最后还要附有参考文献等。论文的内容除了实验目的,实验原理,实验仪器与药品,实验的操作情况,实验数据和实验结果外,还可以写上实验过程的心得体会,指出实验中的不足、改进的地方及尚待进一步解决的问题,以便供学有余力的学生进一步探索通过开设设计性环保物理化学实验,学生不仅可以接触到一个比较完整的研究工作过程,包括实验选题、实验方案设计、实验现象观察和数据采集、实验结果的分析讨论以及实验报告的撰写等,而且可以大大激发学生的学习兴趣和主观能动性,充分发挥其聪明才智;同时培养了学生的创新精神,实践能力,分析和解决问题的能力、环保意识及严谨的科学态度。总之,我们力争通过实验训练,把学生培养成综合应用型高素质人才。

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1.作业布置考试化

化学作业是化学课堂教学反馈的重要途径,每一节化学课都离不开“布置作业”这个教学环节。然而,由于认识上的偏差,不少教师往往把作业的功能定位在“巩固知识”和“强化技能”上,以练习和重复训练为主,为应试教育服务,认为完成作业是为了更好地在考试中取得好成绩。因此,布置的化学作业出现了“要求太高、数量太多、选择太滥”的误区。误区之一,作业要求太高。作业是课堂教学的有机组成部分,通过作业练习,可以检测学生掌握知识的程度。所以,要根据各个知识点的不同教学目标设计作业。一般而言,知识点的目标可以分成“了解、知道、理解、掌握、应用”等几个层次,这应该是教师布置作业的主要依据。而在课堂教学中,我们不难发现,教师往往一味追求“高大难”,对知识点不加选择,统一提高到“理解、掌握、应用”的高度,实行“一步到位”与中高考接轨。导致学生出现作业“老大难”现象。误区之二,作业数量太多。及时的反馈与适切的训练是作业布置的基本原则。但是,有的教师在壁纸作业时片面的认为,课内损失课外补,上课不足作业补,于是,“以练代考”、“以考代练”、“考练不分”等现象称为作业的常态。作业的布置不是在质量上做文章而是在数量上动脑筋。课内作业课外做,课外作业回家做,导致学生陷入“题海”不能自拔,学生失去的是自主学习的实践,换来的仅仅是意义不大的重复作业。误区之三,作业选择太滥。针对性与选择性是作业布置的重要策略。然而,有的教师在布置作业时根本没有从学生实际出发,“拿来主义”盛行。作业的无选择性有两种表现。首先是教师对作业没有“筛选”,而是直接将自己“钟情”的教辅书上的作业一并布置;其次是学生对教师布置的作业没有选择性,要求是“一刀切”,不管学生的基础如何,导致学生对作业采取“应付“的态度,失去了作业应有的“反馈、巩固、监测、诊断“功能。

反思:化学作业作为化学课堂教学的有机组成部分,无论是从形式还是功能上有其特有的规律与基本原则。既不能以“量”取胜,更不能以“难”为标准。化学作业的设计必须考量题目的基础性和巩固性,选择性和针对性,拓展性和分层性,力求做到“选题典型化,突出针对性,数量科学化,追求有效性,内容生活化,呈现开放性,过程活动化,突出实践性,形式多样化,具有趣味性,要求弹性化,迭现差异性。”从而真正体现作业的价值与功能。

2.化学知识“妖魔化”

近些年来,化学的名声实在不大好,无论在中国还是全世界,都是如此。在一些人的心目中,化学品简直成了“毒药”的同义词,以至于英文中竟多了一个“Chemo-phobia”(化学恐惧症)的新词。鉴于此,有些中学毕业生在填报志愿时不愿意超填报化学化工专业,在中学化学教学中,学生的学习往往会出现大面积“分化”,产生“分化”的原因尽管很多,但从心理因素分析,学生对化学知识价值判断的偏差是一个重要的因素。这种偏差的主要来自以下三方面。原因之一,不良人群对化学的过度开发。化学是一门基础性科学,与人们的关系十分密切。无论是“衣食住行”还是“工农商学兵”都离不开化学。化学在为人类造福的同时,也为不良的人群创造了牟利的良机。于是,食品添加剂滥用,假冒伪劣商品流行,大气水域土壤污染,甚至化学武器严阵以待。致使让人们对化学产生一种“毛骨悚然”的感觉。原因之二,新闻媒体的过度“报道”与“渲染”。每当发生一件“食品中毒”或者“环境污染”事件,媒体总是把惩罚的大棒举向无辜的“化学”,而把肇事的“真凶”晾在一边。致使人们以为“化学是污染之源”。原因之三,化学教育的自动失责与推波助澜。比如,前几年的中高考题目中经常出现的“信息题”在设置“情景”时不外乎以“某时某地”发生的环境污染、食品中毒等事件为背景;课堂上,苏丹红、三聚氰胺、二恶英等也成“化学明星”,致使化学知识的正能量受到抑制。

反思:作为人类文明产物的化学,不但是一门应用广泛的基础科学,也是一门充满审美情趣的艺术。所以,在化学课堂上,化学教师要十分重视“三维目标”的达成,在传授知识与技能的同时,要加强过程与方法的体验,要形成正确的情感态度价值观。

3.化学实验教学的“虚拟化”

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关键词: 化学实验教学 探究性实验 新课改

化学是一门以实验为基础的自然学科。实验教学可以帮助学生形成概念、理解和巩固化学知识,培养学生观察现象、提出问题、分析问题和解决问题的能力;帮助学生掌握一些常用的化学学实验的基本技能,培养学生实事求是、严谨细致的科学态度和科学方法。实践告诉我们,化学实验教学中要始终坚持三个基本原则,即:客观性原则;严谨认真的原则;尊重学生,灵活引导的原则。

以前初中化学实验中大部分为演示实验,约占实验总数的90%以上。演示实验又以验证性实验为主,这种实验教学的常用模式是实验前教师明确讲清有关的知识点,将实验方案和步骤及注意事项明确地教给学生,再进行演示实验,然后把实验现象、结果与所讲授的新知识作对应比较,最后由教师或学生作概括总结。观察实验和做实验主要是对所学知识的应用和巩固,是为了进一步掌握已学的知识,书写实验报告时进行的概括、小结等也是为了更好地进行知识的整理、归纳,以便构成相关知识的网络体系,使之更有利于学生对知识点的记忆。在这些过程中学生一般只是被动地接受、巩固和检验知识,实验起的仅是帮助学生巩固和检验知识的作用。而条件差的一些学校,化学教师甚至采取讲实验背实验的方法完成实验教学,学生的考试成绩却不一定差。评价学校及化学教师的标准也主要是考试分数,所以化学实验教学一直处于次要地位,学生的动手能力及解决实际问题的创造力也未得到锻炼和培养。

以前的实验教学忽视了实验在情感领域和能力、方法领域的培养。实际上化学实验在激发学生学习兴趣、培养科学态度,培养观察能力、思维能力实验、设计能力、实践能力,训练科学方法等方面具有课堂讲授等其他手段不可替代的作用。

那么在当今如火如荼的课改中,我们该如何开展化学实验教学?如何改变过去单纯的教师讲学生听的现象?如何使化学实验教学变得丰富多彩?

一、引导学生多动脑筋,勤于思考,重视实验探究过程

探究性实验教学方式是以问题为核心的教学。这种实验教学方式,为学生提供了发现问题和解决问题的机会,与之对应的学习是始于问题,推进于问题,归结于问题,学生通过搜集、查阅大量的资料,寻求解决问题的途径;设计解决问题的实验方案;通过实验进行观察试验......最后经过自己的努力将问题解决。可见,探究式实验教学方式能促进学生自主地观察实验现象,从中发现问题并设计实验方案来解决它,激励他们用学过的知识来解决问题或发现新的规律等。在此过程中,学生的能力特别是创新能力得到了很大的发展。因此在实验教学中,学生的验证性实验向探究性实验的转变,对发展学生的多种能力,尤其是创新能力,具有更重要的意义。

二、以生为本,全面发展,调动学生的积极性和主动性

新课改侧重让学生用化学的视角去认识生活中的相关问题,引导学生主动参与、亲身实践、独立思考、合作探究,发展学生收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析解决问题的能力,以及交流与合作的能力,形成良好的情感态度与价值观。新课程着眼于学生的学习,以提高学生的科学素质为主旨,对每一个阶段学生的发展应达到的目标都提出了具体要求,强调学生的体验、体会、感受、经历。也就是说,突出学生在实验教学中的主体地位,真正成为实验的“主人”,而不是教师指挥下的“机器人”。

三、培养学生良好的习惯

俗话说:良好的开端是成功的一半。在初中化学实验教学中注意使学生养成良好的实验习惯,是培养学生科学态度的重要措施。良好的实验习惯包括:正确使用仪器、规范的实验操作、认真观察并记录实验现象、如实完成实验报告、遵守实验室规则、注意节约药品和实验安全等。在教学中应注意从科学态度、规范操作上给学生进行示范,对学生遵守实验室规则提出严格要求,对如何观察、记录、实验现象、填写实验报告则加以具体指导。例如,学生在做“酸的性质”分组实验时,对盐酸与带锈铁钉的反应,在实验过程中不仅可看到铁钉表面的锈斑被盐酸所溶解,铁钉表面变得光亮,而且由于使用的盐酸过量,过量的盐酸和铁会继续发生反应,还可以看到铁钉表面有气泡冒出的现象。我要求学生将实验所观察到的所有现象如实填出,并对所产生的现象作相应的解释,以此来培养学生实事求是的科学态度。每次实验结束,教师要留出3~5分钟,让学生清洗实验仪器、整理药品,保持桌面整洁,养成良好的实验习惯。

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在化学教学中,要加强化学与社会、化学与人的关系的教学,化学教学与环保意识教学水污染、空气污染和土壤污染,是当今世界三大污染。防治污染问题,是环境保护的重要内容。当今世界各国都面临着这一环境问题。环境的污染、治理和保护已列入我国的基本国策。它关系到我们人类的生存,关系到国计民生。环境问题,在我国的形势是非常严峻的。由于我国对环境的治理起步较晚,法制上还不十分健全,人民群众的环境意识和环保观念也很淡簿。最近看到蚌埠市民买水吃的现实,这又给我们敲响了一记警钟,环保确实应该引起全社会高度重视了。所以加强环保意识教育和环保法制的教育,已显得特别重要。为了教育学生,强化环保意识,在化学教学中,我从以下几方面做了一些工作。首先,让学生深刻地认识化学与环境的关系,了解环境污染的原因,可能造成什么样的恶果,以及如何保护环境,改善环境的首理,深入浅出地阐明环保工作的重要意义。为了做好环保教育工作,作为化学教师平时应等收集、积累环保信息和先进科技成果,把收集到的材料自然渗透到教学中,使化学教学要为生动活泼,紧密联系实际。通过实地环保教育,对增强学生环保意识,掌握一些实际的环保知识是有好处的。

二、利用多媒体优势提高化学实验的效果

现代多媒体信息技术的广泛应用正在对化学实验教学才产生积极影响,可以针对实验课程内容、实验教学重点,创设相对应的多媒体课件,辅助化学实验教学,使之能够顺利而且有效完成。初中化学课程应提倡实现现代信息技术与实验课程内容的有机整合,现代多媒体教学与化学教学整合的基本原则应该以提高素质教育和优化实验教学环境为基本要求,进一步激发学生学习化学的兴趣,以提高化学实验教学质量为目得。实现教学资源整合有利于学生形象化地理解化学知识,通过多媒体辅助化学实验教学,有利于学生认识和理解化学概念的形成过程。信息技术与化学课程整合成为初中化学教学的发展趋向,尤其在新课改实施以来,为强化学生素质教育,充分发挥学生的主观能动作用,更加重视教与学的互动。

随着多媒体技术的广泛应用,可以把一些被同学们认为单调、乏味的化学实验,变得更加生动、活跃起来,既增加了学生的学习兴趣,又可激发学生对化学新知识的探究信心。在化学实验中应用多媒体辅助教学,可以展开铺垫,迅速把学生的注意力集中起来,通过预设的一些相关教学情境视频,能够把学生引入学习这一节课的能动思维中。

首先能很快很方便地为学生展现一幅幅情境、画面,都是围绕一些很重要的化学知识,或者是我们身边的而又不容易被重视的现象,学生观看以后提出必须解答的问题,只有在完成此项化学实验以后才能得到很好的解释,这样对于学生探究新知识,认真做好每一个化学实验,有很大的促进作用。在化学实验教学中,教师借助已经准备好的多媒体教学课件,通过网络等多媒体对相关化学问题进行有效的归纳以后,需要在实验过程中探究相关问题,启发学生积极思考探索化学实验中的重点和难点,有利于构建研究探讨性化学实验课堂。能够有效应用多媒体技术实施数字化教学模式,随着现代科技的迅猛发展,化学教学面临着新的挑战,教师、学生和多媒体技术应用到化学实验教学是很大发展潜力的,值得教师利用多媒体技术,以高度的注意力和以极强的逻辑思维能力去分析化学实验中存在的问题。

三、结束语:

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随着公众日益关注的环境污染问题,化学化工行业与环境保护有着密切联系,高校化学实验不容忽视。传统的高校化学实验在人才培养中起着举足轻重的作用,但在许多高校化学实验中没有很有效的利用资源,并产生一定的“三废”,对环境造成了不同程度的污染。20世纪90年代,绿色化学作为新兴交叉学科应运而生。绿色化学核心内涵是在生产或反应过程中减少以致消除使用和产生有害物质。化学是实验科学,其中重要组成部分包括化学实验,高校实验室是师生学习和科研的重要场所,如何实现实验室教学科研绿色化,主动地减少和消除实验室的化学污染,是实施可持续发展战略必然要求。

一、绿色化学及其原则

(一)“绿色化学”定义

绿色化学概念最早是在1991年ACS提出的,又称清洁、环境无害、环境友好化学。绿色化学以在使用和生产化学品时有效利用原材料、不产生废物、避免危险和有毒的试剂及溶剂为目标,其最大的特征在于从产品生产的始端就采用科学手段来控制污染,通过“原子经济性”的原则来设计和实施化学转化,在化学转化中充分利用每个原料每一个原子来获得目标产物,并且在生产过程和最终产品使用中均做到零排放和零污染,它既充分利用了资源,又防止了污染。可见,绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学,不仅将给传统的化学工业带来革命性变化,是目前化学化工行业的研究热点和前沿课题,是开发从始端到终端解决污染的新兴学科,对保护环境、促进社会可持续发展有着重要的时代和历史意义。

(二)“绿色化学”原则

20世纪90年代对绿色化学提出的12条原则仍然适用于现代化学发展方向,也被国际公认,其指明了该学科的发展方向。近些年,化学研究者以12条原则为指导开展了深入、细致的工作,在绿色化学方面取得了突破性进展和突出的研究成果。绿色化学12条原则可概括为:①防止污染优于污染形成后处理;②设计合成方法时应最大限度地使所用的全部材料均转化到最终产品中;③使反应中使用和生成的物质对人类和环境无毒或毒性很小;④设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性;⑤尽量不用辅助剂,需要使用时应采用无毒物质;⑥能量使用应最小,并应考虑其对环境和经济的影响,合成方法应在常温、常压下操作;⑦最大限度地使用可更新原料;⑧尽量避免不必要的衍生步骤;⑨催化试剂优于化学计量试剂;⑩化学品应设计成使用后容易降解为无害物质的类型;11分析方法应能真正实现在线监测,在有害物质形成前加以控制;12化工生产过程中各种物质的选择与使用,应使化学事故的隐患最小。绿色化学从根本上对化学工作者提出了新的要求,要求其以全新的角度来考虑化学研究和生产过程。

二、高校开设“绿色化学实验”重要性

(一)绿色化学实验

“绿色化学实验”必须遵循“绿色化学”提出的十二原则,通过对指导思想、实验仪器、实验装置、实验内容、实验步骤、反应过程等的改变,对常规实验进行改革而形成的化学实验新方法。绿色化学实验对化学药品的使用以重复使用、回收、再生、减量、拒用等为基本原则。

(二)高校开设“绿色化学实验”的重要性

化学是一门实验学科,实验在高校化学教学中起着非常重要的作用,能够很好地培养学生的观察能力、动手能力、分析问题能力和解决问题能力,同时激发学生的创新力。高校化学实验涉及比较多的专业、学科,实验项目内容涵盖化学、化工和环境、生物、医药、医学、农业、检验、食品、护理等相关学科。高校中每天都有大批学生通过各种各样的化学实验来学习、理解各类基础知识,消耗的药品种类繁多、消耗量比较大,时常包含有腐蚀性或有毒药品、往往还会伴随有毒或有害物质的产生。目前,将“三废”直接排入环境的高校实验室还很多,仅有少数设有相应处理设施。虽然单独一个实验室排放三废量不大,但整个国家或地区排放的总量还是相当大的,不容忽视其对环境的累积破环效应,污染环境、破环生态平衡、威胁人类健康等等使社会发展走向不可持续。在高校建设绿色化学实验室,推行绿色化学实验,开展绿色化学研究,宣传绿色化学实验思想,将能够大大减少环境污染,维持生态平衡、保护人类健康,增强环保意识都会产生现实意义和历史意义。

三、高校开设非绿色化学实验的原因

(一)资金投入不足和管理者思想认识不到位

实验教学本身花费就很大,同时一些学校又对实验教学资金投入不足,购买实验药品往往也是唯价格论,能够开设的化学实验很有限,更没有处理实验“三废”的能力,凸显对污染的防治无能为力。此外,实验管理者思想认识不足,缺乏有效的管理方法。实验室管理人员中部分存在环保意识薄弱,更有甚者认为实验室产生的“三废”只是一点点,对环境构不成什么污染,完全认为是小题大作,这就导致在药品使用上存在浪费现象、废物排放处置上比较随意,增大了化学实验对环境的污染。在对学生实验管理上有时也存在不足,部分实验管理者和实验指导老师没有很好的要求学生,同时学生在实验中也缺少相关的环保意识,存在操作不规范,乱倒废液、废渣,任意排放废气等现象。

(二)实验有效指导缺乏、安排不合理

高校化学实验在教学上牵涉面比较广,往往涉及实验计划、实验内容、实验教材等等。很多高校还一直沿用老的实验内容,虽然实验教材经过了多次的修订和改版,但所做实验多年沿袭,疏于创新,在这种情况下实验本身就是非绿色的,所以只要做实验,就会带来污染。同时,通观现行的化学实验教材多数明确指出要求学生掌握实验目的、步骤、现象和结果讨论;然而在实验中使用的原料、试剂、添加剂、催化剂等药品的毒性、危害性,实验过程、后处理等可能产生的“三废”、带来的环境污染以及如何减少“三废”产生或避免污染很少涉及,没有做到人文关怀和环保意识的培养。另外,化学“三废”的种类较多,处理方法各异,耗资较大,再加上大家环保意识缺乏,致使至今还没有较全面的整理。

四、高校化学实验如何实现绿色化

根据绿色化学的十二原则,高校化学实验实现绿色化应从以下几个方面进行改革。(1)采用绿色化的化学试剂,例如选择无毒试剂和可再生资源用作实验试剂;(2)采用绿色化的溶剂,例如选择挥发性小、无害的溶液,避免有毒有害溶剂的使用;(3)采用绿色的催化剂,例如选取无害、无毒、无腐蚀性的催化剂;(4)选择无毒副产物生成或毒副产物生成最小化的反应条件,实现反应条件绿色化;(5)选择不具有原子经济性反应,避免“三废”的产生,实现化学反应绿色化;(6)反应的产物(包括副产物)应无害、无毒、环境友好,实现反应产物绿色化;(7)在保证实验效果的前提下,选择最小剂量的试剂、溶剂、催化剂,实现剂量绿色化;(8)合理分类收集“三废”,并做好无毒、无害化处理,实现“三废”处理绿色化。具体措施如下:

(一)培养实验人员的绿色化学意识

绿色化学意识的培养是高校绿色化学实验的保证。只有实验管理人员、教师和学生都有很强的绿色化学意识,才能为高校推行绿色化学提供有效的保证。当前,未进行传统化学实验教学内容改革的高校,在绿色化学实验方面的知识还比较缺乏,致使实验人员未能意识到绿色化学实验的重要性。目前实验人员的首要任务是更新观念、培养绿色化学意识,这就要求所有与化学实验有关的人员充分认识绿色化学实验的迫切性和重要性,系统掌握化学基础知识和实验技能,深入研究绿色化学实验理论和最新研究成果,积极实践、共同探讨,尽早实现传统化学实验到绿色化学实验教学的转变。同时,要加强宣传、严格要求、完善教学环节,使学生充分了解绿色化学实验,养成良好的实验习惯,确保化学实验教学中各个环节均实现绿色化。

(二)废除污染、毒性大的化学实验

依据高校化学实验教学的要求,在保证实验教学任务的前提下,修订实验课程教学体系,更新实验教学内容,选择污染小、毒性低、后续处理更环保的实验内容代替污染大、毒性高、“三废”产生多的实验内容,来完成高等学校对学生在化学实验基本操作方面要求的目的。这样不仅避免了实验对环境的污染,还增强了学生的环保意识。

(三)寻找有毒有害试剂、溶剂、催化剂的替代品

化学转化往往存在多种途径,高校化学实验教学应按照无毒或低毒化原则选择实验药品,尽量寻找选择无毒试剂和可再生资源用作实验试剂。选择挥发性小、无害的溶液,避免有毒有害溶剂的使用。例如,能够在水中进行的实验尽量使用水作为溶剂,使用更安全的甲苯代替苯。用无害、无毒、无腐蚀性的催化剂代替强腐蚀性催化剂。例如阳离子沉淀实验中使用硫代乙酰胺替代有毒的硫化氢反应,乙酸乙酯制备中催化剂使用固体酸代替浓硫酸。

(四)推广减量、半微量或微量化学实验

在满足教学大纲要求通过高校化学实验获取化学信息的量,积极推广减量、半微量或微量化学实验。通过试剂用量、辅助材料、水电消耗的减少也可以大大降低实验成本,也就能够缓解学校对实验教学有限投入的压力;其次也能够减少实验过程中比如爆炸、中毒、燃烧等事故的发生,使得实验更具有安全性;同时由于用料的减少,实验中“三废”的排放也将减少,对环境的污染将减小,实验环境条件将会得到一定的改善。在保证高校实验教学效果的前提下,应大力推进微量实验的开发和推广。在没有更好的实验方案的情况下,通过微量实验减少污染也是目前实现化学实验绿色化的一个重要途径。

(五)开展串联实验

传统化学实验教学是在理论课开设的同时或紧跟理论课来开设实验课程,每个实验基本上都是单独开设的、孤立的,因重复实验增加实验投入和“三废”的产生。通过对实验进行分类、整合实验课程,将存在关联的实验进行研究并调整实验内容,打破学科间、实验间的壁垒,开展串联实验。如把无机实验中溶液的配制与分析实验中滴定串联,有机实验中化合物的合成与提纯与仪器分析实验中产品纯度测定串联,合成实验与化学动力学实验串联。经串联以后开设的实验课程,可提高试剂的利用率,减少环境污染,降低实验费用。

(六)开设微波、超声等先进技术实验

在高校化学实验中引入微波、超声波等先进技术,设计、开设相关的实验项目,比如微波辅助提取、微波灼烧、微波消化、超声提取、超声催化。微波、超声波等先进技术实验的开设将大大减少环境污染、提高效率、节约能源,更有助于拓展学生对相关先进科学技术的深入了解,激发学习兴趣,提高学习效率。

(七)建立虚拟仿真化学实验室

伴随着当前信息技术及互联网技术的快速发展,在国家信息化发展战略指导下,虚拟现实技术在教育教学领域和管理过程中的应用正在逐步深入,有力促进了教育模式、教学方法和学习方式的深刻变革。针对放射性、高危险、高污染、学生难以理解的抽象的理论和概念,以及中学化学实验中有毒有害、易燃易爆等真实实验难以开展的实验项目,设计并建设一系列化学虚拟仿真实验项目,通过虚拟仿真实验教学平台实现开放共享。根据《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》,教育部高等教育司已在2013年开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作。目前已立项两批国家级虚拟仿真实验教学中心建设项目。

(八)处理化学实验中的三废

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一、化学探究性实验设计的基本原则

不依规矩,无以成方圆。探究性实验也不是天马行空的想象,它要遵循一定的原则。在设计探究性实验时主要遵循以下原则:(1)目的性原则。(2)科学性原则。(3)创新性原则。(4)启发性原则(5)简约性原则。(6)安全性原则。(7)趣味性原则。(8)可行性原则。以上各原则是渗透在整个探究性实验设计过程中的,我们可以在设计的时候不断地修正,使我们的设计方案达到最佳效果。

二、化学探究性实验设计的基本方法

探究性实验的基本内容是:课题、假设、设计实验、预期、完成实验、观察并记录结果、分析结果、得出结论。针对这些内容,在教学实践中,我们进行了探索,总结了一些基本的方法。

(一)认真研读教材,充分挖掘探究性实验课题

我们的教材是化学知识的集合体,多数教材中的实验是验证性的实验,这对培养学生的探究能力就比较不利,因此,需要教师进行研究改进,把能够改成探究性的实验进行改进,或者自己设计新的探究性的实验进行教学,从而提高学生的探究能力。

《化学反应原理》是高中化学阶段的重难点内容,抽象且枯燥,实验多为验证性的实验。因此,《化学反应原理》中的实验就需要教师进行改进,力求充分利用好化学实验,使学生参与进来,用探究性的实验帮助学生加深理论知识的理解。例如,鲁科版《化学反应原理》第三章第四节讲解酸碱中和滴定实验的时候,书本上是直接给出反应原理和实验步骤。虽然是定量实验,我们也可以增加其探究性,可以先给出测定NaOH溶液浓度的多种方案,如用滴定管实验、烧杯实验、试管实验,然后让学生讨论各种方案的准确性、可行性、最终确定实验方案。

(二)积极总结经验,建立一套探究性实验设计的“套路”

进行探究性实验的设计不是说什么都要从头开始,什么都要从四面八方思考,这样的话效率很低,而且可能会偏离教材的主题。我们在教学实践中既要懂得思考、探究、创新,也要懂得积累经验,优秀的经验会让我们事半功倍。经过一轮高中教学实践,我们总结了一些常用的“套路”。

1.加强对实验仪器的探究设计

把基本实验仪器进行组装、改进、优化,这是培养学生思维和动手能力的重要方法。比如,讲解启普发生器时,先让学生思考讨论原理,并总结其优缺点,等学生掌握理解后,就可以开始让学生探究:如何用实验室的其他仪器组装成类似启普发生器原理的装置?教师可以先给出一些基本仪器,然后让学生组装。

让学生进行实验装置的设计是探究性实验设计的重点内容,教师应设计更多的这种类型的探究性实验,让学生不断尝试,以提高运用的能力。

2.丰富对实验原理的探究设计

对实验原理的探究很多样化,为了丰富学生的思维,提高运用和创新能力,教师应该进一步丰富对实验原理的探究设计。例如,鲁科版高中化学选修《化学反应原理》第二章第3节中,在探究浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响时,书本的确是设计了探究性的实验,但是书上的探究实验都是针对一个因素的单独对比探究,然后分别进行分析讨论,得出独立的结论,这就为学生减轻了探究的难度。如果我们能够在该实验探究完后,将三个因素综合起来,设计新的内容让学生进一步探究,那就可以大大提高学生综合运用的能力。

3.重视对实验异常现象的探究设计

对于化学实验,经常因为药品不纯,反应条件的不同而出现不同的实验现象。当出现这种状况时,要及时启发学生进行思考,并找出原因,还可以让学生思考是否有改进的方法,从而提高思考能力和创新能力。比如,鲁科版高中化学选修《化学反应原理》第一章第3节,做铜锌原电池演示实验时,以锌和铜为电极,稀硫酸为电解液进行实验,理想的现象是铜电极表面有气泡产生,而锌电极没有。但是实际演示会遇到的情况是:两电极都有气泡产生,甚至有的出现锌极产生的气泡远多于铜极。这时就要引导学生思考:为什么锌极也有气泡产生?进而分析出是因为锌中含有碳等杂质,锌本身和杂质形成许多微小的原电池,所以有气泡冒出,从而加深对原电池原理的认识,也增强学生积极思考的意识。

4.扩展对生活应用实验的探究设计

新课程改革要求:加强课程内容与学生生活以及现代社会和科技发展的联系,关注学生的学习兴趣和经验,精选终身学习必备的基础知识和技能。如果我们能很好地引导学生将实验与生产生活联系起来,一方面,可以使学生感到化学就在身边,从而提高学习化学的兴趣;另一方面,可以使学生清楚所学的知识能用来做什么和怎么做,从而对化学的本质和价值有一个正确的认识,体现高中化学探究性实验的时代性。比如,鲁科版高中化学选修《化学反应原理》第一章第3节中探究原电池反应原理时,可以在讲完原电池的组成条件后,让学生用家里面的材料自己组一个原电池,让学生动脑、动手,提高理论运用于生活的探究能力,激发学习的兴趣。