本站原创以农科《基础化学实验》中“实验室含铬废液的处理及Cr（Ⅵ）含量的测定”为例,阐述了综合设计性实验,以学生为主、教师为辅的教学模式及实施方案.结论表明,通过综合设计性实验教学模式的探索与实践,提高了学生的综合素质,符合我国高等教育对人才培养的要求.
综合设计性实验基础化学实验教学模式实施方案综合素质《基础化学实验》是高等农业院校所开设的一门公共化学实验课,它涉及有农学、园艺、植保、动科、林学、食科、资环等20多个专业,它和《基础有机化学》《无机及分析化学》等一起构成了高等农林院校化学基础课系列教材,也是大学一年级的必修课程.基础化学实验课教学的目的,一方面使学生加深理解理论知识,另一方有利于培养学生的操作技能,进一步提高学生分析问题和解决问题的能力,启蒙学生的综合实践能力和开拓创新的意识.但是,传统的实验教学内容陈旧,验证性实验较多,综合设计性实验少,而且教学模式单一,往往把综合设计性实验也当作验证性实验一样,照本宣科,学生照着课本一步一步地做,因此,造成了学生的实验积极性、主动性不高,实验组织能力低下,分析和解决问题的能力不足,实验操作技能欠缺.
早在2004年,教育部在《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》中提出“要增加综合性与创新性实验,提供丰富的教学参考资料,积极推进讨论式教学、案例教学等教学方法和合作式学习方式,引导大学生了解多种学术观点并开展讨论,追踪本学科领域最新进展,提高自主学习和独立研究的能力.要让大学生通过参与教师科学研究项目或自主确定选题开展研究等多种形式,进行初步的探索性研究工作.”为了适应新时代的要求,全面提高学生的综合素质,我们对《基础化学实验》的教学内容进行了改革,增加了一些综合设计性实验的比重,并对这些实验的教学模式进行了改革与实践,得到了学生们的积极响应,取得了满意的结果.
一、《基础化学实验》中综合设计性实验的教学模式
基础化学实验室是我校省级化学实验教学中心的重要组成部分,担负着全校32个本科专业,120多个教学班的基础化学实验的教学任务,拥有高标准、现代化实验室13个（其中多媒体实验室12个）、演播室2个、仪器室4个、电子天枰室2个、准备室5个、纯水制备室1个,每年完成教学工作量37万人时数.实验室建立以来,学校投入了大量经费,装备了全新的仪器设备和多媒体互动教学设备,为开设综合设计性实验创造了良好的条件,累计开出综合设计实验12个.
现以“实验室含铬废液的处理及Cr（Ⅵ）含量的测定”为例予以详细说明.一般来说,化学实验室的含铬废液主要是由铬酸洗液、重铬酸钾滴定分析实验、氧化还原反应实验、验证实验等产生,其中,主要含有Cr3+、Fe3+和Cr2O72-等.国家对各类水中铬的含量做了明确规定：饮用水中Cr（Ⅵ）含量不得超过0.05mgL-1,地表水中Cr（Ⅵ）含量不能超过0.1 mgL-1,工业污染水中Cr（Ⅵ）和总铬的最高允许排放量分别为0.5 mgL-1、1.5 mgL-1,超过该值则必须处理.目前处理高浓度含铬废液的方法主要是还原-沉淀法.其基本原理是：在酸性条件下,向含铬废液中加入还原剂,然后再加入碱性的物质,使Cr3+生成Cr（OH）3沉淀,过滤出去.此法是具有成本低、处理效果好、操作简便等优点,得到的Fe（OH）3、Cr（OH）3沉淀可用于生产微晶玻璃,Cr（OH）3可用来回收金属铬或配成镀件用的抛光膏,因此该法得到广泛应用.除还原-沉淀法以外,处理方法还有：钡盐沉淀法、铁氧体法、阴离子交换树脂法、生物治理法、黄原酸酯法、光催化法等方法.处理后的溶液可用分光光度法测定Cr（Ⅵ）含量.用原子吸收法测总铬的含量.对于还原-沉淀法,此实验涉及到废液的pH测定、Cr（Ⅵ）的测定、还原剂种类的选择、还原剂的理论用量、碱的选择、碱的用量及加入方式、分光光度计及原子吸收分光光度计的使用、实验结果的判定等.这些环节由学生自行设计并组织实施,自行分析实验结果并得出结论；教师引导学生实验设计方向,指导实验操作,帮助解决实验过程中遇到的问题,启发学生的思维等这种“以学生为主,教师为辅”的教学模式,这种模式适用于综合设计性实验的教学.
二、《基础化学的实验》中综合设计性实验教学的探索与实践
《基础化学的实验》中综合设计性实验,内容丰富,涉及到多个领域.因此,学生要完成实验所需时间较长,且教师的工作量较大,但如果能够认真对待,按照要求完成实验,学生的综合能力将得到很大的提高.
(一)实验题目的确定
首先,教师给出综合设计性实验的题目,学生自由组合或由教师指定2～4人一组,根据实验要求查阅相关资料,选择和确定实验材料,并以组为单位、以书面形式上交实验设计方案.方案有：还原-沉淀法、钡盐沉淀法、阴离子交换树脂法等；在选择还原剂方面有：Fe粉、Na2SO3、NaHSO3、FeSO4；在碱选择上有：生石灰、NaOH等；也有提出了一些意想不到的方法等,可谓百花齐放,百家争鸣.也进一步证明了学生查阅了大量的文献资料.
(二)实验设计方案的确定
指导教师对学生上交的实验设计方案进行审阅,给出合理化建议并反馈给学生,学生对方案商议、修改后再上交指导教师,敲定最后的方案.
(三)实验设计方案的准备
依据敲定的实验设计方案,实验指导教师和实验技术人员把方案中所涉及的实验用品、仪器和试剂等,逐一配齐.
(四)实验设计方案的实施
实验指导教师在上实验课时,组织学生以组为单位,每组大约5分钟,介绍本组的实验设计方案,给大家互相学习的机会,然后学生以组为单位进行实验,教师指导和监督实验整个过程.
(五)实验总结并撰写论文
实验结束以后,学生要整理实验数据,并在一周内以课程论文的形式写出实验总结.
三、结论
多年来,基础化学实验以验证实验居多,到后来,逐渐增加综合设计性实验的比重,再到真正以学生为主、教师为辅的综合设计性实验教学模式,极大激发了学生的学习兴趣,由被动实验到主动实验,最后积极投入到实验中,不但巩固了理论知识,而且还提高了学生运用所学知识,分析问题和解决问题的能力,以及在创新能力、动手能力、团结协作的意识等方面都得到了锻炼和提高,为他们以后在专业课上的学习与实践打下了坚实的基础,这也完全符合我国高等教育对人才培养的要求.