基礎化學設計性實驗教學的探索和實踐

關于基礎化學設計性實驗教學的探索和實踐

論文摘要：設計性實驗是培養創新型人才的有效途徑。近年來，我院進行了實驗教學改革，在不同層次的化學實驗中設置了設計性實驗。本文探討了基礎化學設計性實驗教學實踐中的一些問題并提出了改進的建議。 
　　論文關鍵詞：基礎化學；設計性實驗；問題；建議 
　　 
　　近年來，安徽師范大學化學與材料科學學院實驗教學中心在本科實驗教學中進行了模塊化、多層次的實驗教學改革。對化學實驗教學進行了一體化的設計和改革。對傳統的無機化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗和物理化學實驗進行了重新整合，各學科進行了交叉和融合。將本科學生實驗分為：基礎化學實驗、綜合化學實驗、專業化學實驗、創新化學實驗。構建了化學實驗的新體系，形成了驗證性實驗—綜合性實驗—設計性實驗—研究性實驗四個層次的實驗教學，在培養學生的綜合能力和創新能力方面做出了有益的嘗試。 
　　新的實驗體系強化了基礎實驗技能的訓練，優化了基礎實驗內容，并適當設置了綜合性、設計性實驗，使學生在熟練掌握基本實驗操作和實驗技能的基礎上通過查閱文獻、設計實驗、實施方案、分析結果、報告總結等過程了解從事科學研究的一般方法，培養學生初步的科研和創新能力。 
　　一、基礎化學設計性實驗教學安排 
　　在新的實驗體系中，我們在不同層次的實驗中設置了一定內容的設計性實驗，并且隨著實驗層次的加深，設計性實驗的數量、內容和難度也逐漸加深，最后達到學生獨立思考，發現問題并進行創新實驗的目的�！痘�礎化學實驗》和《綜合化學實驗（I）》從內容上來說屬于基礎化學實驗。在大一下學期開設《基礎化學實驗》，主要以基本操作、基本技能和科學研究方法的訓練為教學內容，突出能力培養與科學素質的培養。我們選擇了一些涵蓋各種基礎實驗技能的綜合化學實驗，如無機化合物合成實驗“硫酸銅的制備及產物含量測定”，“銅席夫堿配合物的合成及測定”等，有機化合物合成實驗“乙酰苯胺的合成及熔點測定”，“苯甲酸的制備及含量測定”，功能納米材料實驗“從硒粉制備硒納米線及產物表征”，“紫外輻照法制備硫化鎘納米材料及其熒光特性測定”等。這些實驗中既有傳統的實驗，也有反映了當前化學前沿的與我院教師目前從事的科研課題相關的實驗。在完成這些綜合化學實驗之后，安排了12學時的設計性實驗，設置了10個左右的設計性實驗供學生選擇。如“趣味化學實驗設計”，“廢舊電池的綜合利用”，“菠菜中草酸的提取及含量的測定”，“環境水樣中COD的測定”，“四氧化三鐵磁性納米復合材料的制備及有機污染物的吸附”，“牛奶中氨基酸的測定”，“由鋁制廢易拉罐制備明礬晶體”等。學生進行設計性實驗時，4~5人組成實驗小組，選擇一個實驗課題，根據教材中給出的實驗目的和要求，查閱參考文獻，撰寫實驗方案，經教師審查修改后提交所需儀器、試劑清單。由實驗員準備所需儀器和藥品，學生獨立開展實驗，對于實驗過程中發現的問題盡可能自行解決。教師在學生設計準備實驗方案之前，對學生進行必要的文獻查閱和設計實驗方法的指導。實驗完成后，學生處理數據、總結實驗，完成實驗報告。設計性實驗的開設改變了過去學生被動學習的狀況，激發了學生的學習興趣，提高了學生的學習積極性，獲得了學生的好評。實踐證明，設計性實驗是培養學生獨立工作能力的一個很好的教學手段。由于設計性實驗在教學和管理等方面完全不同于以往的驗證性實驗，開設設計性實驗無論對教師還是對學生都提出了更高的要求。經過幾輪設計性實驗教學實踐，我們發現在教學過程中還存在一些問題。要想使設計性實驗教學取得更為理想的效果，還需要在教學實踐中不斷總結經驗，探索更好的教學方法。 
　　二、基礎化學設計性實驗教學中存在的問題 
　　1.教材方面的問題。目前，設計性實驗教學還處在摸索階段，可供我們參考的成熟的實驗還較少。以往的實驗教材中沒有設計性實驗的內容。其他院校陸續編寫了各自不同的《綜合化學實驗》教材，由于各個院校的實驗條件、教學特點和學生層次不同，其中的設計性實驗也并不完全適合我院使用。我院自編的《綜合化學實驗（I）》教材中設計性實驗部分的選題還不夠合理，實驗難度過大或過小。由于基礎化學實驗層次和學生知識水平的限制，選擇適合的設計性實驗課題成為目前基礎化學設計性實驗教學中的一個難題。例如，設計性實驗“趣味化學實驗設計”，現有資料呈現的趣味化學實驗多數比較簡單，反應步驟較少，所體現的知識點相對簡單，難度比較低，學生設計的實驗方案比較零碎，這類實驗也不需要更高的實驗技能，達不到鍛煉學生能力的目的，因此，這樣的實驗不太適合作為設計性實驗開設。另外，有些實驗難度較大，供學生使用的參考資料比較少，學生難以設計出比較好的實驗方案；還有些實驗作為學生的設計性實驗還不夠成熟，所需要的實驗儀器較為復雜，實驗時間較長，難以取得比較具體的實驗結果。其次，教材中設計性實驗指導部分較為簡單，與實驗課題相關的物理常數、檢測手段和實驗參數、實驗中的問題等應有的提示相對較少。另外，也沒有給出學生完成設計性實驗的具體要求，如設計方案，實驗報告的格式要求等。《綜合化學實驗（I）》中的設計性實驗還要在教學實踐中不斷修改，逐步完善、成熟。 2.教師方面的問題。設計性實驗對教師提出了更高的要求。從事實驗教學的老師和實驗技術人員必須具有深厚、扎實的專業理論知識，并掌握與實驗有關的實驗技術理論知識，熟練各種實驗儀器的使用，同時需要不斷更新和拓寬自己的知識面，這樣才可以在開設設計性實驗時為學生提供充分的技術輔導。由于實驗教學中心承擔了化材學院各專業以及生命科學學院和皖江學院應化專業學生的實驗教學，學生人數多，學生選擇的設計性實驗課題各不相同。分組實驗涉及的教師多，教師的個人素質和教學水平不盡相同，對學生實驗的指導方法和實驗的要求也不一致。有些教師在指導實驗之前對所指導的設計性實驗內容了解不夠，因而對學生設計實驗的整個過程掌控不夠好，使得教學效果差別較大。 
　　3.學生方面的問題。①學生的實驗基礎薄弱、動手能力較差。我們在實驗課前就學生的實驗基礎進行的問卷調查發現，由于多方面的原因，目前很多中學很少開設學生親自動手的化學實驗，中學化學實驗教學多數通過多媒體演示或者教師演示實驗，基礎設施比較好的示范中學的情況也不容樂觀。只有為數不多的學生在中學階段做過幾個化學實驗。因此，大一學生的實驗基礎幾乎是從零開始，經過《基礎化學實驗》課程實驗技能的訓練，學生的實驗技術仍不能達到規范和熟練的程度，導致基礎化學設計性實驗的完成也受到了影響。②學生的知識基礎薄弱，綜合應用能力差。設計性實驗要求學生能夠獨立查閱資料，設計方案、完成實驗，能夠從實驗原理、實驗條件以及對實驗結果的影響等方面，對實驗進行系統的分析和研究。因此需要學生掌握相關的無機化學、有機化學和分析化學的基礎知識并綜合應用這些知識解決實驗中的問題。目前這幾門基礎課開設時間集中在大一，學生課業負擔較重，過多過快的學習導致知識基礎不夠扎實。③化學文獻課在高年級開設，導致學生缺乏相關文獻知識的學習和查閱文獻方法的訓練，也影響了實驗方案的設計。 
　　4.實驗教學管理和實驗室管理方面的問題。設計性實驗的開設導致教師和實驗員的工作量比較大。設計性實驗是分小組進行的，大量的學生分成若干個實驗小組，進行不同課題的設計性實驗，需要的儀器和藥品不同，統計學生的實驗儀器、實驗藥品，開放實驗室，給實驗技術人員帶來了大量的工作量。而對實驗教師來說，實驗前要對學生進行輔導，查閱文獻，審查修改學生的設計性實驗方案，實驗中指導實驗過程，實驗后的評點，都要付出比以往的驗證性實驗幾倍的工作時間。實驗教學管理中對設計性實驗沒有統一、規范的教學要求和評價標準，這也使得目前的設計性實驗的教學更多地注重了形式忽視了效果。實驗經費投入相對較少，限制了更多更好的設計性實驗的開設。在以基礎化學實驗教學為主的實驗室中有些儀器設備和藥品相對來說不具備，給設計性實驗的選題帶來了諸多的困難和不便。 
　　三、基礎化學設計性實驗教學建議 
　　開設設計性實驗是現代教育培養創新型人才的大趨勢，因此，必須在現有的基礎上加強和完善不同層次的設計性實驗。 
　　1.加強實驗教材的建設。實驗教材編輯中要注意所選擇的設計性實驗的難度，要在教學實踐中逐步篩選或設計出符合學生現階段知識基礎和實驗技能水平的設計性實驗。要注意不同層次的化學實驗中設計性實驗內容的銜接。 
　　2.加大必要的經費投入，鼓勵教師開設更多具有我院特點的、與其科研相關的、更為接近現代化學發展前沿、在現階段基礎化學實驗室可操作的設計性實驗。 
　　3.加強學生實驗操作技能的訓練。建議在《基礎化學實驗》部分增加訓練學生實驗基本技能的實驗內容，教學中教師要嚴格規范學生的實驗操作。 
　　4.加強設計性實驗教學管理。建立設計性實驗考核和評價標準。使設計性實驗真正達到鍛煉和培養學生能力的目的。 

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