大學(xué)化學(xué)實驗探索

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摘要:化學(xué)學(xué)科中理論與實踐結(jié)合的最好方式就是實驗。通過實驗使學(xué)生對化學(xué)學(xué)科產(chǎn)生濃厚的興趣，對化學(xué)現(xiàn)象有更深刻的認(rèn)識。在實驗過程中，可以解決一些書本學(xué)習(xí)的疑惑，提高學(xué)生的動手能力，增強學(xué)生的創(chuàng)新能力，對一流學(xué)科的建設(shè)起到促進作用。本文主要通過對大型實驗儀器的日常操作進行大學(xué)化學(xué)實驗的研究與探索，并對如何提高學(xué)生對實驗儀器的學(xué)習(xí)效果，進行了探索研究。

關(guān)鍵詞:化學(xué);實驗;創(chuàng)新

創(chuàng)新是國家興旺發(fā)達的不竭動力和力量源泉，是實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要保證。高等教育是教育的重要組成部分，在培養(yǎng)人的創(chuàng)新能力方面起著關(guān)鍵性的作用［1］。為了加快一流學(xué)科的建設(shè)，促進交叉學(xué)科的快速發(fā)展，大學(xué)教育除了基本的理論教學(xué)之外，更要加強實驗及實踐環(huán)節(jié)的建設(shè)，培養(yǎng)大學(xué)生的動手能力與創(chuàng)新能力。實驗教學(xué)是一門教授學(xué)生技能型的教學(xué)，通過現(xiàn)場實驗演示，使學(xué)生自己動手，體會化學(xué)的奧妙，掌握實驗原理，以及所使用儀器的基本原理，并對儀器的構(gòu)造有一定的了解，從而能激發(fā)學(xué)生對實驗的熱愛，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力。大型精密儀器由于價格昂貴和高校自身條件的限制，導(dǎo)致大型精密儀器的數(shù)量很少，學(xué)生實際操作的機會不多，導(dǎo)致理論與實踐的脫軌，使學(xué)生的實驗技能得不到有效的提升，從而使學(xué)生學(xué)習(xí)探索的積極性受挫，達不到教學(xué)的實際效果，使學(xué)生的創(chuàng)新能力得不到提升。為了提高大型儀器的實際教學(xué)效果以及目前實驗教學(xué)過程中存在的問題，本文主要以大型儀器實驗教學(xué)為例，對大學(xué)化學(xué)實驗進行研究與探討，在實驗教學(xué)中由淺入深，提高教學(xué)的生動性、活潑型，由被動接受知識，轉(zhuǎn)變成主動學(xué)和我要學(xué)的學(xué)習(xí)模式，增強學(xué)生對實驗的熱愛程度，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1實驗教學(xué)改革的探索

核磁共振波譜(nuclearmagneticresonancespectroscopy)NMR是當(dāng)代化學(xué)中一種重要的譜學(xué)研究手段，其廣泛的應(yīng)用范圍是磁共振波譜學(xué)活躍領(lǐng)域的一個重要特征［2］。在液相狀態(tài)下研究生物大分子空間構(gòu)象的時候，通過利用高分辨核磁共振技術(shù)可以更加直觀形象地進行表述;在研究材料方面利用固體NMR研究方法，可以更加快捷的進行表征，縮短研究時間，提高研究的效率，核磁共振儀器已成為國家高尖端研究方面不可缺少的重要工具。通常，我們在進行核磁共振儀教學(xué)的過程中，一般從核磁共振儀儀器原理介紹、實驗條件的選擇以及實驗數(shù)據(jù)的處理等方面進行教學(xué)。在我們傳統(tǒng)的教學(xué)過程中一般采取的是理論加示范，缺乏實際操作方面的教學(xué)，這種教學(xué)方式的弊端是學(xué)生不能有效地接觸儀器，不了解核磁共振儀具體的部件，不能實際進行操作，不能深刻地掌握實驗的原理，對實驗課程的內(nèi)容不能很好的掌握，學(xué)生對實驗學(xué)習(xí)的主動性降低，不能充分發(fā)揮核磁共振實驗儀器的應(yīng)有效果。如何提高學(xué)生對實驗儀器的學(xué)習(xí)效果，主要從以下幾個方面進行探索研究:1.1增加實際操作的學(xué)習(xí)課時。首先，給學(xué)生提供足夠的實驗儀的操作時間。學(xué)習(xí)時間是學(xué)習(xí)效果的最好保證，學(xué)習(xí)時間得不到保證，實際效果就會大打折扣。由于大型實驗儀器在高校中的數(shù)量較少，限制了學(xué)生實際接觸儀器機會，學(xué)生可以進行分組分時段進行實際操作學(xué)習(xí)，對于核磁共振儀儀器的原理介紹，數(shù)據(jù)處理，實驗條件的選擇等方面集中在理論課上進行學(xué)習(xí)，在儀器操作時只需對理論進行簡單的回顧，重點將時間留給學(xué)生實際操作。在學(xué)生操作的過程中，教師對核磁共振儀器操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行指導(dǎo)。在實驗的過程中，教師可以進行隨機提問，以便于學(xué)生更好地掌握該儀器的操作方法。1.2及時增加教學(xué)內(nèi)容。當(dāng)前，科技的發(fā)展日新月異，實驗儀器的更新?lián)Q代也非常迅速，實驗室的一些儀器可能跟不上時代的發(fā)展，這就要求在實驗教學(xué)過程中適當(dāng)增加一些新的儀器介紹，使學(xué)生了解最新的實驗方法，提升學(xué)生知識的廣度與厚度。1.3改革教學(xué)模式。通過由淺入深，循循漸進的教學(xué)模式，在教學(xué)上將基礎(chǔ)型實驗、提高型實驗、科研型實驗進行分類進行。(1)基礎(chǔ)型實驗。學(xué)生實驗的入門階段即為基礎(chǔ)型實驗，該階段主要安排學(xué)生學(xué)習(xí)一些基礎(chǔ)實驗技能，一些儀器的簡單操作，實驗結(jié)果初步分析等是該階段主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。例如:在電子掃描電鏡(SEM)樣品的制備過程中，樣品需要穩(wěn)定可重復(fù)并不能受到污染，這樣做出的表征才能更能表征出制得樣品的特性，對后續(xù)做出的樣品可以進行比較。用SEM進行表征時，需要注意樣品無毒及不具有放射性，并且待表征的樣品必須具有導(dǎo)電性，如果需要待表征的樣品導(dǎo)電性能較差或不具備導(dǎo)電性，必須進行導(dǎo)電處理，這樣才能確保表征樣品的實效性［3］。(2)提高型實驗。提高型實驗是在學(xué)生掌握基本理論和基本儀器操作的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生對所學(xué)實驗知識的掌握程度，學(xué)習(xí)進度以及專業(yè)方向等客觀因素，對學(xué)生給予分配不同的實驗任務(wù)，讓學(xué)生根據(jù)實驗要求自己設(shè)計實驗，從而提高實驗技能以及學(xué)生的創(chuàng)新能力［4］。例如，學(xué)生在進行光催化劑樣品制備的過程中，通過不同的實驗條件制備出的樣品所用SEM表征的結(jié)果是否一致。pH的變化，反應(yīng)溫度的變化等反應(yīng)條件的變化對制備樣品的影響。通過提高型實驗教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計實驗，熟練實驗儀器的操作，提高學(xué)生獨立解決實驗問題的能力。(3)科研型實驗。在基礎(chǔ)性實驗和提高型實驗積累到一定程度后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生做一些科研型實驗，學(xué)生根據(jù)自身興趣，自己申請實驗課題，設(shè)計實驗。例如:學(xué)生自己根據(jù)查閱的文獻，對鎢酸鉍材料進行熒光光譜(PL)分析，以研究鎢酸鉍材料的電子－空穴重組速率與其材料性能的關(guān)系。圖1所示的樣品制備條件為:pH為5，水熱溫度為160℃，水熱時間為24h下制得的樣品，將制得的樣品干燥后放入馬弗爐中在400℃下煅燒3h，將最終制得的鎢酸鉍光催化劑樣品在激發(fā)波長為300nm的激發(fā)狀態(tài)下產(chǎn)生的光致發(fā)光圖譜。從圖1中可知在439nm處為鎢酸鉍光催化劑的本征發(fā)射且發(fā)射峰較強，其原因是Bi6s和O2p雜化軌道中(VB)的空穴和WO2－6絡(luò)合物的W5d軌道(CB)中的電子發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移引起的［5－6］。在波長為532nm附近出現(xiàn)的發(fā)射峰，其原因歸因于鎢酸鉍晶核長大的過程中所形成的金屬缺陷和氧空位而引起的［6－7］。由于光致發(fā)光的熒光強度越高，樣品光生電子和空穴的復(fù)合幾率就越大。圖1Bi2WO6樣品的熒光圖譜(λEX=300nm)Fig.1Theroomtemperaturephotoluminescence(PL)spectrumofBi2WO6samples(λEX=300nm)學(xué)生在科研型實驗中，鍛煉了自己在課題選擇、實驗設(shè)計、樣品表征以及數(shù)據(jù)處理等方面的能力，形象直觀地感受到科研探索的過程以及化學(xué)實驗的奧妙，加深了學(xué)生對儀器的理解程度，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力，增加了學(xué)生對本專業(yè)的熱愛程度，為學(xué)生以后的更深層次的科研項目研究打下基礎(chǔ)。1.4網(wǎng)上預(yù)約實驗制度。為了更有效地推進基礎(chǔ)型實驗、提高型實驗以及科研型實驗的建設(shè)，將實驗室平臺對學(xué)生進行開放，建立學(xué)生網(wǎng)上預(yù)約制度，結(jié)合教師進行自主實驗。網(wǎng)上預(yù)約實驗制度的實施，使實驗儀器得到了充分的利用，使學(xué)生能夠充分調(diào)整自身的實驗進度，同時節(jié)約了大量的時間，讓學(xué)生充分感受到實驗的樂趣，增強實驗技能，通過實驗提高自身的獨立思考能力，創(chuàng)新能力。

2結(jié)語

大學(xué)化學(xué)實驗的研究與探索是一個系統(tǒng)的工程，需要學(xué)校各種資源的支持，只有不斷地為學(xué)生提供愉快，創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生在實驗中能夠得到快樂，得到進步，鍛煉能力，才能更好地達到我們預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，才能培養(yǎng)出創(chuàng)新型、復(fù)合型的實用型人才，才能更好地推進一流學(xué)科的建設(shè)。

參考文獻

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作者:晁 迪 田 慶 單位:河南師范大學(xué)化學(xué)國家級實驗教學(xué)示范中心