应用化学实验实施探究式教学的优化设计研究

　　应用化学专业是介于化学专业和化学工程与工艺专业之间的应用型、理工结合的宽口径交叉学科专业[1]。我校为应用化学专业大三学生开设应用化学综合实验这门课程。应用化学综合实验是将无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等化学基础课与无机合成、有机合成、环境化学、材料化学、天然产物化学、药物化学等专业基础有机结合形成一门综合的实验课程。

　　我校应用化学综合实验设置了《甘草酸的提取》、《芦丁的提取、精制与鉴定》、《二茂铁及其衍生物的合成与色谱分离》、《水体自净程度的指标》、《空气中氮氧化物的日变化曲线》、《食品色素――苋菜红的合成与表征》、《四碘化锡的制备》、《菠菜色素的提取与分离》、《乙醇气相脱水制乙醚的动力学测试》、《格式试剂的生成及反应机理研究》等十个实验。

　　探究式教学是指学生在学习知识、技能时，教师只给他们一些事例和问题，让学生去独立探究，自行发现并掌握相应原理和结论的一种方法。探究式教学以学生为主体，让学生自觉地、主动地探索，掌握认识和解决问题的方法和步骤，研究客观事物的属性，发现事物发展的起因和事物内部的联系，从中找出规律[2]。应用化学综合实验课程中实施探究式教学，有利于进一步激发学生兴趣和潜能，强化学生对实验内容和过程理解。我们对应用化学实验的实验内容进行了优化设计使之更适合于探究式教学。

　　一、有关天然产物提取分离的实验

　　《甘草酸的提取》实验侧重于酸碱反应和水解反应在天然产物提取与分离的应用。甘草中除了含有甘草酸还含有甘草次酸、甘草黄酮等活性物质，教师在课前给学生提出的问题是如何在提取甘草酸的同时，能够有效提取甘草次酸和甘草黄酮，提取甘草酸、甘草次酸和甘草黄酮应该如何控制条件，请同学预习应用化学实验指导书和上网查阅相关资料，设计合理的提取方法和路线。《芦丁的提取、精制与鉴定》实验侧重于有机溶剂萃取天然产物和重结晶提纯天然产物。提取粗芦丁常用的溶剂是沸水，精制芦丁常用的溶剂是95%的乙醇，教师在课前给学生提出的问题是根据芦丁的结果和溶解性能，提取粗芦丁和精制芦丁是否可以选择其它溶剂，选择其它溶剂对提取芦丁的效率和精制芦丁的效果有怎么样的影响，请学生自行设计芦丁性质和纯度检验的方法。《菠菜色素的提取与分离、检验》侧重于有机溶剂萃取天然产物与层析法分离、提纯天然产物相结合，重点在于层析法分离胡萝卜素、叶绿色、叶黄素的过程与方法。教师在课前给学生提出的问题是选用萃取和层析洗脱菠菜色素所用溶剂选择依据是什么，层析柱的制作和使用有哪些注意事项，请学生思考最后如何检验得到色素的种类。通过以上探究问题的提出，学生通过探究实验迅速掌握天然产物提取分离的常见方法，对天然产物化学的理论知识的理解和认识得到很大加深。

　　二、合成实验

　　《二茂铁及其衍生物的合成与色谱分离》实验从初始原料逐步反应最终得到二茂铁并提纯。教师在课前告诉学生二茂铁及其衍生物是一类具有特殊夹心结构的重要的化合物，率先发现二茂铁具有夹心结构的两位化学家因此获得了诺贝尔化学奖。请同学们查阅二茂铁的合成和结构分析相关文献，设计适宜在实验室内合成二茂铁的实验方法和路线。《食品色素――苋菜红的合成》实验依次要进行硝化反应、还原反应、磺化反应、重氮化与偶合反应。教师在课前给学生提出的问题是合成路线依次顺序进行这些反应的原因是什么？初始原料不变是否可以设计新的合成方法、合成路线进行合成苋菜红，不同的合成方法哪种更适宜用于生产食品色素。《四碘化锡的制备》实验在应用化学综合实验的实验指导书上只介绍一种乙酸-乙酸酐溶剂合成法，并且没给出合成四碘化锡的适宜温度。教师课前给学生提出问题是除了乙酸-乙酸酐合成法外，还可以使用哪些非水溶剂法合成四碘化锡，如何提高生成四碘化锡的转化率，合成温度控制到多少最为适宜，请学生参阅资料，设计实验方案后，进行分组对照实验探究和验证自己的方案。

　　三、环境化学实验

　　水体污染和自净与所有人的健康息息相关，《水体自净程度的指标》实验并不需要教师提出过多的问题供学生思考，学生自发就去查阅资料设计分析水体污染和自净测试的指标和方法。《空气中氮氧化物的日变化曲线》实验需要收集一整天空气中氮氧化物并测定含量，教师在《空气中氮氧化物的日变化曲线》课前给学生提出问题是自行设计便于收集和测定氮氧化物的小型装置，要求学生使用自己设计制作的小型仪器收集和测定空气的氮氧化物，并与使用专用仪器测定的结果相对照。很多学生设计制作的小型仪器测定结果与专用仪器的测定结果吻合度很高，学生为此兴奋不已。

　　四、反应机理研究实验

　　《乙醇气相脱水制乙醚的动力学测试》实验重点在于掌握研究反应器原理、使用，学习自动控制仪表的使用以及实时在线分析方法。学生对自动仪器的使用非常有兴趣，教师只要给学生讲解仪器用途和基本使用方法，并且给出《乙醇气相脱水制乙醚的动力学测试》实验的最终要求是测试出不同温度下，反应的转化率和反应速率，算出反应速率常数，得到温度与反应速率的关联式，学生通过自行探究都可以较好地得出结论。《格式试剂的生成及反应机理研究》实验主要研究内容是格式试剂的反应机理，由于反应中间体存在时间很短，反应机理研究较为困难。教师在课前提出如何捕捉反应中间体并推测反应机理的问题，学生通过查阅文献资料分析出了捕捉反应中间体的方法，并用自己的方法捕捉到反应中间体，进而分析出格式试剂的反应机理。

　　五、应用化学实验实施探究式教学的实践结果

　　应用化学综合实验实施探究式教学，学生对专业课程的兴趣明显增加，自主学习能力明显得到增强，综合素质、科学素质、创新意识都得到了提升。

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