赵 光 李 珺 朱明玥 彭钰婷 张佳宁 张 妍

（1.首都医科大学药学院，北京 100069；2.首都医科大学基础医学院，北京 100069）

1 传统实验教学需要改革

化学是实践性很强的学科，很多化学知识最初来源于人们生产生活实践，化学学科的学习也应遵从科学发展规律，结合生产生活实践来学习总结、提炼升华。化学学科与生命科学、医学、药学等学科结合日趋紧密，高素质的医药学人才也需要有扎实的化学基础，掌握化学学科的基础知识和基本实验技能也是培养医药学生的一个重要方面[1]。化学实验课可以培养学生的基本实验技能、创新思维、解决问题的能力。

然而，在传统的化学课堂教学中，容易出现重理论轻实验的现象，将实验教学看作是理论课程的辅助部分，从而把实验教学的重点放在验证理论和观察现象上，对实验的重视程度不够，难以发挥学生在实验中的主动性和创造性[2]。另一方面，很多院校开设的传统化学实验项目中，部分实验项目内容陈旧。一些实验项目与实际联系不够紧密，与所学专业无太大关联，导致学生的学习兴趣不够，学习动力不足，被动地应付学习的需要，没有主动去了解思考问题的来龙去脉。一些传统的实验项目鉴于当时的设备限制，测量方法需要改进，虽然实验内容已延用了很多年，但是在当今快速发展的社会大环境下，有些内容需要更新，与时俱进。在设备快速更新，各种高科技先后出台，网络通讯的迅猛发展下，如何将学生吸引到实验室课堂上，需要对传统的实验项目进行改革。

2 第二课堂补充实验教学

顺应当前社会的发展潮流，可以结合学生的生活实践，开设一些可行的受学生欢迎的实验，引导学生去思考。结合实验室现有的条件，开设一些让学生既感兴趣，又不至于难度太大、学时占用太长，而让学生望而生畏的科学小实验。可以进一步发展成小课题，针对课题讨论实验方案，指导学生开展实验探索，可以调动学生的学习积极性。要在学生掌握基本的实验技能基础之上，才可以拓展其他的创新实验技能，而这些实验受制于教学学时的限制，为了不影响正常的教学秩序，可以开展第二课堂来补充实验教学课。

第二课堂是指在教学大纲范围外，学生自愿参加的教学和科研活动[3]。第二课堂是课堂教学的延伸和补充，可以提高学生的实践动手能力，加强学生的创新意识，培养学生的综合素养。首都医科大学开设了第二课堂教学项目，帮助本科生在导师的指导下，围绕第一课堂教学开展的各类课外实践教学活动[4]。广义上，第二课堂教学形式可以形式多样，可以是学生社团活动、开放性实验、创新基地实验、实验竞赛、社会实践活动、本科生导师制等[5]。第二课堂活动还可以融入当前热门的教学方式，比如以学生为主的翻转课堂[6]、问题为导向的教学方式、学生小组讨论的模式[7]等等，不受课堂教学形式的限制，更加灵活方便。

相对理论课堂，实验教学可以锻炼学生的动手能力，在实验课堂上，可以结合生产生活实践可能出现的问题，多方面地培养学生的素质和能力，实验室更方便开展第二课堂活动。通过开放实验室，让学生根据自己的特长，结合所学专业知识，利用现有的教学实验资源，设置实践性的科学实验项目，启发学生思考，成为常规课堂教学活动的延伸和补充[8]。第二课堂还可以与导师的研究课题相结合，或者在实验项目的内容、形式、设计、实施过程中融入科研的思路和想法[9]。

第二课堂主要在课后进行，学生们不受课堂教学学时限制，学生有轻松的学习环境，可以自主选题，根据自己对知识的理解，选择难度适宜的课题，根据个人的兴趣特点，可以组成学习小组，实验团队，通过与老师、同学的互动交流，变被动学习为主动探索[10]。第二课堂提供了师生和外界交流的平台，丰富了学生的知识，充实了学生的生活，为学生主动学习创造了动机。学生通过自学，查找、阅读文献，设计方案，再通过实验检验，比较实验结果，对方案进行修正，再反复去查找、阅读文献，跟进最新的知识，让学习成为一个流动的过程，学生更有成就感[11]。在大学生中开展第二课堂项目，可以弥补传统实验教学的不足，便于对学生进行个性化培养，在选择第二课堂的项目上、具体实施等环节都需要在实践中进行摸索。

3 第二课堂探索与实践

第二课堂活动应与学校开设的专业课程相结合，以问题为导向，进一步利用活动的成果激励和改革现有的实验教学，培养学生的综合实践能力，创新和充实教师的课堂教学内容[12]。我们结合化学实验课上的内容，利用实验室现有的仪器设备，开展了第二课堂的探索与实践。主要是两个第二课堂项目，分别是：手工皂制作及其CMC检测和共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子。

首先，布置了两个题目给学生们，让他们根据兴趣和所掌握的技能分别选择其中一个项目，学生们进行了分组。然后，学生们在老师的指导下，查找文献，阅读下载的文献，根据已有的文献内容，比较项目的意义，并进行了分析。其中，手工皂制作及其CMC检测的意义是：当前市场所用的洗涤用品种类较多，有洗涤液、沐浴液、洗衣粉、肥皂等，市售商品在制作中多用动物油脂，且后期添加了香料、色素等，存在日用化学品的安全问题。而手工皂以碱液与天然油脂为主要原料，可以使用天然提取物，有健康、环保等功效[13]。手工皂一般为个人小批量制作，符合当前社会发展的个性化需要。共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子的意义是：磁性Fe3O4纳米粒子具有独特的物理化学性质，在众多领域表现出不同的特殊用途[14,15]。目前已广泛应用于生物医药、磁记录材料、磁流体等方面被广泛应用。

在已知两个项目意义的基础上，我们开始让同学们阅读比较实验方法，根据实验室已有的条件和设备，制定实验方案。其中，手工皂制作及其CMC检测的实验开展手工皂的研发与生产，制备手工皂的实验操作相对简便，也便于在学生中进行大量地推广和使用，激发学生的兴趣[16]。在提出课题方向和研究问题后，学生纷纷查阅文献，了解到手工皂有各种类别，可以根据不同的原料来进行多种方案的设计，手工皂制作可利用各种餐饮废油、大豆油、玉米油等油类[17]，添加多种精油、乳制品、蜂胶等辅助成分[18]。制作方法多样，可分为冷制皂、热制皂。以几种日常生活常见的食用油为原料，使用实验室的常规实验仪器与药品，最后利用最大气泡法测定手工皂的水溶液表面张力（CMC），从而比较其去污效果，对手工皂工艺进行优化。制定出实验流程为：准备原料→皂化反应→定型、晾干→CMC法测定表面张力。共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子中，由于化学共沉淀法是最早采用的液相化学反应合成金属氧化物纳米颗粒的方法，它是在有两种或多种阳离子的溶液中加入沉淀剂，这种经多元体系的溶液经过沉淀反应后，可得到各种成份均一的沉淀，化学共沉淀法是目前最普遍使用的方法。利用化学共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子，比较了不同实验条件对制备出的Fe3O4纳米粒子粒径大小的影响。

通过开展第二课堂项目，同学们学到了实验课堂上没有接触的内容，选取的题目与生活、科学前沿密切相关，学生们激发了强烈的兴趣，也更加明确了实验的原理。手工皂制作及其CMC检测的实验原理是皂化反应，也就是碱催化酯的水解反应，即在碱性条件下，油脂与氢氧化钠反应，生成甘油和高级脂肪酸的钠盐，也就是肥皂的主要成分[19]。共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子的实验原理是化学共沉淀法，通常是把Fe2+和Fe3+的硅酸盐或氯化物溶液以1 : 2，更多是2 : 3的比例混合后，用过量的NH4OH或NaOH在一定温度和pH值下，高速搅拌进行沉淀反应，然后将沉淀过滤、洗涤、烘干，制得大小尺寸为8～10 nm的纳米Fe3O4微粒。

项目开展过程中，针对学生出现的问题，和开展实验的需要，我们进行了实验条件的摸索和优化。手工皂制作及其CMC检测中，我们比较了热制法和冷制法两种方法。并摸索了不同的实验条件，包括油脂特性、碱脂比例、冷制法搅拌时间、皂液量与皂模的选择、手工皂水溶液的配制等。共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子中，我们比较了Fe3+与Fe2+摩尔比、pH等条件的影响。

项目结束后，学生们整理了自己的实验数据，分别进行了分析讨论。手工皂制作及其CMC检测的实验中，发现若仅采用硬度较软的油脂为原料，如亚麻籽油，会导致手工皂极软，难以trace，不利于日常使用；为了使手工皂性能温和，可以适当减少碱的用量，或者增加油脂的量，可以减少对使用者皮肤的刺激，同时可以更好地在终产物中保留其营养成分；冷制法明显可见到大量气泡，热制法没有气泡，冷制法较热制法反应更均匀；需要在刚形成trace时，停止搅拌；皂液量的用量需与皂模大小对应；在配制溶液时，先配置高浓度母液，再进行稀释，比使用定量的固体分别溶解，配制不同浓度的溶液更精确，可排除因固体未完全溶解而导致浓度不准确，并且操作更简便。共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子的实验中，发现在Fe3+与Fe2+摩尔比为1 : 1，pH约为9的条件下制备的磁性Fe3O4纳米粒子粒径最小，结果最好。

4 第二课堂效果与思考

通过开展第二课堂项目，老师和学生都得到了锻炼，进行了频繁的交流，综合学生们的体会，我们对第二课堂的效果思考总结如下：

（1）在设计第二课堂的选题上，以食用大豆油、橄榄油、亚麻籽油为原料，采用热制法及冷制法制作手工皂，用最大气泡法测定手工皂水溶液表面张力，并分析实验操作过程的技巧，展望手工皂的发展前景，该课题开设适应当前环境保护的需要。而化学共沉淀法是最早采用的液相化学反应合成金属氧化物纳米颗粒的方法，该课题较成熟，另一方面，又能融入纳米技术的概念，结合了学生个性化的特质，并且让学生能感兴趣，激发去尝试的内在动力。取得了较好的教学效果，学生们也体会。

（2）在开展第二课堂活动中，皂化反应虽然看似简单，但在具体实施过程中，会遇到很多实际的困难[20]。包括肥皂如何溶解，怎样避免在配制溶液时形成的大堆泡沫，pH值如何测定，肥皂软硬程度如何，表面光滑与否等。而制备无机纳米粒子的概念比较时髦，如何制备出来，学生们需要一步一步去实现。要解决这些实际的小问题，需要学生动脑筋去解决，不像平时实验教学课堂上的学生实验，老师都将可能出现的问题想到，并一一对学生进行讲解，学生都是心中有数。可是，在第二课堂中碰到的问题很难提前预计到，甚至需要查阅文献，利用周围可行的工具和手段去解决。并且往往需要重复许多次，学生在体会到挫折后，如何坚持，也是一种很大的收获。

（2）在第二课堂完成时，学生拿到自己制作的手工皂成品、制备的纳米颗粒，感到很有收获。又通过继续跟进文献，了解到手工皂的性能、形状、pH值等，都有进一步研究的价值和意义。学生们感到参加开放式的第二课堂活动，比按部就班地完成老师布置的教学实验学到更多知识，觉得兴趣十足。学生们总结了很多实验经验，关注了平常不会想到的细节，通过处理实验操作中出现的一个个困难，完成了对学生自身的培养和锻炼。

（4）在完成第二课堂后，到了后续的数据分析和文字整理的总结阶段，老师和参与的学生继续通过微信、邮件等网络平台进一步地交流心得体会，就实验中的现象和文章的撰写进行讨论，促进了师生之间的互动，也激发了学生的求知欲望[5]。老师在此过程中运用科学的方法对学生进行指导，让学生培养了严谨认真的基本科学素养，锻炼了创新能力，发挥了团队合作的精神。

致谢：本论文获得“基础与专业药学国家级实验教学示范中心（首都医科大学）”和“医学化学与药学北京高等学校示范性校内创新实践基地（首都医科大学）”两大平台的支持。