1 分析化学实验课程现状
分析化学实验是化学相关专业的基础实验课程,是大学化学实验的重要组成,也是一门实用性较强的课程,该课程在完成基础化学实验、无机化学实验学习的前提下,进一步强调了物质的化学组成、含量、结构及其变化规律过程中“量”的转化和测定,使量化概念深植于学生的学习意识和未来的工作意识中,实验中要求学生掌握分析测试方法和误差分析计算。“定量”概念的强化,进一步训练了学生严谨、实事求是的科学作风。学生通过系列实验训练,可掌握化学定量分析中的基本技能、方法,具备一定的分析问题、解决问题的能力和基本的实验研究能力[1-2]。
2 移动虚拟实验室应用于分析化学实验课程
当代是信息化智能化的时代,教学改革也要顺应时代特点,充分利用现代智慧资源优势,引入线上虚拟仿真项目作为课程的有机组成,进行虚与实的结合,本文以三元复合驱采出液检验实验项目为例,充分探讨虚拟仿真技术与生产实际项目的融合发展。
移动虚拟实验室是由学校提供的幕乐网络平台(MoolsNet),分析化学实验首次采用MoolsNet平台在线授课,为了保证教学效果,教师首先提前熟练使用平台各项功能,并与平台技术人员反复沟通教学时可能遇到的问题,其次精心选取MoolsNet平台中与分析化学实验教学大纲符合度高的实验项目,创建素材库、搭建教学班级导入学生,做好线上实验教学准备。最后,将平台学生操作流程及软件安装发给学生并督促学生上课前完成下载、注册、安装、绑定实验软件等准备工作,为学生解锁“三元复合驱采出液检验虚拟仿真实验项目”,确保可以在MLabs App学生端提前熟悉软件基本操作内容。
3 石油高校分析化学实验教学改革特色
3.1 石油石化产业背景
石油石化产业在我国国民经济的发展中发挥着极其重要的作用。石油石化产业是国民经济的支柱产业。石油石化产业既是能源工业,也是原材料工业,是整个国民经济的基础工业。它的发展能推动许多新兴产业的崛起。石油石化产业不但对经济增长的贡献很大,而且对于经济、政治、军事、国家安全和人民生活的影响极大,石油石化工业本身就是国家综合国力的重要组成部分。
随着国企改革的不断深化,我国石油石化产业的整体实力不断攀升,在新的国际石油天然气形势下‚中国石油石化产业既有难得的发展机遇‚又面临严峻的竞争考验‚要想在激烈的市场竞争中立于不败之地、得到持续、健康、稳定发展,必须坚持以改革统揽全局,坚持一心一意谋发展,抓住机遇,加快发展。应以坚持结构调整为主线,突出主业发展,强化核心业务,把核心业务做强做精,并且应加大科技创新力度,全面加强人才队伍建设,不断增强核心竞争力。
3.2 虚实互补递进式教学模式
3.2.1 实验目的的讲解
该实验的目的包括了解三元复合驱采出液检验项目;学习两相滴定分析方法;掌握阴离子型表面活性剂含量的测定方法;学习微量滴定管的使用;学习聚合物溶液的配制方法;学习聚丙烯酰胺类聚合物含量的测定方法;掌握浊度法测定聚丙烯酰胺含量的原理;学习分光光度计的使用和测定原理。其中两相滴定是实验的重中之重,实验目的讲解约为2分钟。
3.2.2 实验原理的讲解
实验原理的讲解分为两部分,第一部分为烷基苯磺酸盐属阴离子表面活性剂,与阳离子表面活性剂等当量反应生成盐。在水和三氯甲烷的两相介质中,在酸性混合指示剂存在下,用阳离子表面活性剂海明1622[氯化苄苏鎓(Benzethonium Chloride)]滴定,测定阴离子表面活性剂活性物含量。阴离子活性物和阳离子染料生成盐,此盐溶液溶于三氯甲烷中,使三氯甲烷呈粉红色。滴定过程中水溶液中所有阴离子活性物与氯化苄苏鎓反应完,氯化苄苏鎓取代阴离子活性物-阳离子染料盐内的阳离子染料(溴化底米鎓),因溴化底米鎓转入水层,三氯甲烷层红色褪去,稍过量的氯化苄苏鎓与阴离子染料(酸性蓝-1)生成盐,溶解于三氯甲烷中,使其呈蓝色。第二部分为测定,通过聚丙烯酰胺在酸性溶液中与次氯酸钠反应,产生不溶性的氯酸胺,使溶液混浊,其浊度值与聚丙烯酰胺浓度成正比,可由分光光度计测定。
实验原理讲解部分的时间约为5分钟。
3.2.3 实验步骤的讲解
实验步骤首先是溶液配制将0.004 M海明1622溶液的配制和采出液中表面活性剂含量测定操作,其次是按聚丙烯酰胺固含量测定方法测定固含量。通过播放提前录制的虚拟仿真视频,时间约为17分钟,讲解三元复合驱采出液检验时结合虚拟实验室操作与实际生产操作,让学生们深入理解实验的每一步操作的意义。学生们在听完教师讲解后,操作MLabs App学生端进行操作,在虚拟实验操作过程中记录实验数据。学生遇到在不明白的步骤的步骤或者操作错误的步骤可以与老师及时沟通,然后反复练习,直到融会贯通。
3.2.4 操作结合“虚”与“实”
传统实践教学存在诸多限制因素,例如项目的实时性、危险性以及实践空间等因素,导致实验项目种类偏向于验证性、基础性实验内容。在网络学习优势不断显现的今天,虚拟仿真实验教学,突破时间和空间限制,以虚中有“实”,实中见“虚”,以虚补实的形式,给学生们带来了不一样的学习体验感。
通过分析化学实验三元复合驱采出液检验虚拟仿真实验项目的学习,有效的将产教融合、产学合作、协同育人。三元复合驱技术是一种大幅度提高原油采收率的方法,通过在注入水中加入碱、表面活性剂和聚合物,形成三元复合体系来驱替常规水驱、聚驱无法开采的原油。这对于面临储采失衡、储量品质变差、开发成本不断上涨等严峻挑战的现代油田而言,犹如一把开启梦想大门的金钥匙。而三元复合驱技术研究并非一蹴而就,研究人员经过20多年的攻关与实践。创新路上,总是充满荆棘,从室内合成、筛选评价,到先导性矿场试验、工业性矿场试验,三元复合驱的开展几经波折,开发效果才慢慢渐入佳境[3-4]。
4 结语
分析化学实验利用移动虚拟实验室以三元复合驱采出液检验实验为例,探讨了基于虚拟仿真的实验课程改革,通过“虚”与“实”的结合,达到新工科的建设要求,坚持知识、能力、素质有机融合。随着课程改革的不断深化和“以学生为本”的新教育理念的确立,虚拟仿真实验课的独特优势将日益显著,其在实验课程教学中的应用必将越来越受到广泛的关注与应用。
参考文献
[1] 张素斌, 赵建芬. 在分析化学实验教学中渗透"量"的概念[J]. 大学化学, 2013(4):3.
[2] 朱文远, 杜甫佑, 聂瑾芳,等. 分析化学实验教学中培养学生的"量"的概念[J]. 教育教学论坛, 2017(26).
[3] 古文革, 陈忠喜, 赵秋实,等. 大庆油田三元复合驱采出水处理工艺技术[J]. 2022(2).
[4] 李颖雪, 兰天庆. 三元复合驱技术的研究进展[J]. 当代化工, 2021.