關(guān)于基礎化學(xué)設計性實(shí)驗教學(xué)的探索和實(shí)踐

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

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