關(guān)于基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實驗教學(xué)的探索和實踐

論文摘要：設(shè)計性實驗是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑。近年來，我院進(jìn)行了實驗教學(xué)改革，在不同層次的化學(xué)實驗中設(shè)置了設(shè)計性實驗。本文探討了基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實驗教學(xué)實踐中的一些問題并提出了改進(jìn)的建議。 
　　論文關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)化學(xué)；設(shè)計性實驗；問題；建議 
　　 
　　近年來，安徽師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院實驗教學(xué)中心在本科實驗教學(xué)中進(jìn)行了模塊化、多層次的實驗教學(xué)改革。對化學(xué)實驗教學(xué)進(jìn)行了一體化的設(shè)計和改革。對傳統(tǒng)的無機化學(xué)實驗、分析化學(xué)實驗、有機化學(xué)實驗和物理化學(xué)實驗進(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)生實驗分為：基礎(chǔ)化學(xué)實驗、綜合化學(xué)實驗、專業(yè)化學(xué)實驗、創(chuàng)新化學(xué)實驗。構(gòu)建了化學(xué)實驗的新體系，形成了驗證性實驗—綜合性實驗—設(shè)計性實驗—研究性實驗四個層次的實驗教學(xué)，在培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力方面做出了有益的嘗試。 
　　新的實驗體系強化了基礎(chǔ)實驗技能的訓(xùn)練，優(yōu)化了基礎(chǔ)實驗內(nèi)容，并適當(dāng)設(shè)置了綜合性、設(shè)計性實驗，使學(xué)生在熟練掌握基本實驗操作和實驗技能的基礎(chǔ)上通過查閱文獻(xiàn)、設(shè)計實驗、實施方案、分析結(jié)果、報告總結(jié)等過程了解從事科學(xué)研究的一般方法，培養(yǎng)學(xué)生初步的科研和創(chuàng)新能力。 
　　一、基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實驗教學(xué)安排 
　　在新的實驗體系中，我們在不同層次的實驗中設(shè)置了一定內(nèi)容的設(shè)計性實驗，并且隨著實驗層次的加深，設(shè)計性實驗的數(shù)量、內(nèi)容和難度也逐漸加深，最后達(dá)到學(xué)生獨立思考，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行創(chuàng)新實驗的目的�！痘�礎(chǔ)化學(xué)實驗》和《綜合化學(xué)實驗（I）》從內(nèi)容上來說屬于基礎(chǔ)化學(xué)實驗。在大一下學(xué)期開設(shè)《基礎(chǔ)化學(xué)實驗》，主要以基本操作、基本技能和科學(xué)研究方法的訓(xùn)練為教學(xué)內(nèi)容，突出能力培養(yǎng)與科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)。我們選擇了一些涵蓋各種基礎(chǔ)實驗技能的綜合化學(xué)實驗，如無機化合物合成實驗“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(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。這些實驗中既有傳統(tǒng)的實驗，也有反映了當(dāng)前化學(xué)前沿的與我院教師目前從事的科研課題相關(guān)的實驗。在完成這些綜合化學(xué)實驗之后，安排了12學(xué)時的設(shè)計性實驗，設(shè)置了10個左右的設(shè)計性實驗供學(xué)生選擇。如“趣味化學(xué)實驗設(shè)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(fù)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(shè)計性實驗時，4~5人組成實驗小組，選擇一個實驗課題，根據(jù)教材中給出的實驗?zāi)康暮鸵�求，查閱參考文獻(xiàn)，撰寫實驗方案，經(jīng)教師審查修改后提交所需儀器、試劑清單。由實驗員準(zhǔn)備所需儀器和藥品，學(xué)生獨立開展實驗，對于實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題盡可能自行解決。教師在學(xué)生設(shè)計準(zhǔn)備實驗方案之前，對學(xué)生進(jìn)行必要的文獻(xiàn)查閱和設(shè)計實驗方法的指導(dǎo)。實驗完成后，學(xué)生處理數(shù)據(jù)、總結(jié)實驗，完成實驗報告。設(shè)計性實驗的開設(shè)改變了過去學(xué)生被動學(xué)習(xí)的狀況，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，獲得了學(xué)生的好評。實踐證明，設(shè)計性實驗是培養(yǎng)學(xué)生獨立工作能力的一個很好的教學(xué)手段。由于設(shè)計性實驗在教學(xué)和管理等方面完全不同于以往的驗證性實驗，開設(shè)設(shè)計性實驗無論對教師還是對學(xué)生都提出了更高的要求。經(jīng)過幾輪設(shè)計性實驗教學(xué)實踐，我們發(fā)現(xiàn)在教學(xué)過程中還存在一些問題。要想使設(shè)計性實驗教學(xué)取得更為理想的效果，還需要在教學(xué)實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，探索更好的教學(xué)方法。 
　　二、基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實驗教學(xué)中存在的問題 
　　1.教材方面的問題。目前，設(shè)計性實驗教學(xué)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(shè)計性實驗的內(nèi)容。其他院校陸續(xù)編寫了各自不同的《綜合化學(xué)實驗》教材，由于各個院校的實驗條件、教學(xué)特點和學(xué)生層次不同，其中的設(shè)計性實驗也并不完全適合我院使用。我院自編的《綜合化學(xué)實驗（I）》教材中設(shè)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(chǔ)化學(xué)實驗層次和學(xué)生知識水平的限制，選擇適合的設(shè)計性實驗課題成為目前基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實驗教學(xué)中的一個難題。例如，設(shè)計性實驗“趣味化學(xué)實驗設(shè)計”，現(xiàn)有資料呈現(xiàn)的趣味化學(xué)實驗多數(shù)比較簡單，反應(yīng)步驟較少，所體現(xiàn)的知識點相對簡單，難度比較低，學(xué)生設(shè)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(dá)不到鍛煉學(xué)生能力的目的，因此，這樣的實驗不太適合作為設(shè)計性實驗開設(shè)。另外，有些實驗難度較大，供學(xué)生使用的參考資料比較少，學(xué)生難以設(shè)計出比較好的實驗方案；還有些實驗作為學(xué)生的設(shè)計性實驗還不夠成熟，所需要的實驗儀器較為復(fù)雜，實驗時間較長，難以取得比較具體的實驗結(jié)果。其次，教材中設(shè)計性實驗指導(dǎo)部分較為簡單，與實驗課題相關(guān)的物理常數(shù)、檢測手段和實驗參數(shù)、實驗中的問題等應(yīng)有的提示相對較少。另外，也沒有給出學(xué)生完成設(shè)計性實驗的具體要求，如設(shè)計方案，實驗報告的格式要求等�！毒C合化學(xué)實驗（I）》中的設(shè)計性實驗還要在教學(xué)實踐中不斷修改，逐步完善、成熟。 2.教師方面的問題。設(shè)計性實驗對教師提出了更高的要求。從事實驗教學(xué)的老師和實驗技術(shù)人員必須具有深厚、扎實的專業(yè)理論知識，并掌握與實驗有關(guān)的實驗技術(shù)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(shè)設(shè)計性實驗時為學(xué)生提供充分的技術(shù)輔導(dǎo)。由于實驗教學(xué)中心承擔(dān)了化材學(xué)院各專業(yè)以及生命科學(xué)學(xué)院和皖江學(xué)院應(yīng)化專業(yè)學(xué)生的實驗教學(xué)，學(xué)生人數(shù)多，學(xué)生選擇的設(shè)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(zhì)和教學(xué)水平不盡相同，對學(xué)生實驗的指導(dǎo)方法和實驗的要求也不一致。有些教師在指導(dǎo)實驗之前對所指導(dǎo)的設(shè)計性實驗內(nèi)容了解不夠，因而對學(xué)生設(shè)計實驗的整個過程掌控不夠好，使得教學(xué)效果差別較大。 
　　3.學(xué)生方面的問題。①學(xué)生的實驗基礎(chǔ)薄弱、動手能力較差。我們在實驗課前就學(xué)生的實驗基礎(chǔ)進(jìn)行的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于多方面的原因，目前很多中學(xué)很少開設(shè)學(xué)生親自動手的化學(xué)實驗，中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)多數(shù)通過多媒體演示或者教師演示實驗，基礎(chǔ)設(shè)施比較好的示范中學(xué)的情況也不容樂觀。只有為數(shù)不多的學(xué)生在中學(xué)階段做過幾個化學(xué)實驗。因此，大一學(xué)生的實驗基礎(chǔ)幾乎是從零開始，經(jīng)過《基礎(chǔ)化學(xué)實驗》課程實驗技能的訓(xùn)練，學(xué)生的實驗技術(shù)仍不能達(dá)到規(guī)范和熟練的程度，導(dǎo)致基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實驗的完成也受到了影響。②學(xué)生的知識基礎(chǔ)薄弱，綜合應(yīng)用能力差。設(shè)計性實驗要求學(xué)生能夠獨立查閱資料，設(shè)計方案、完成實驗，能夠從實驗原理、實驗條件以及對實驗結(jié)果的影響等方面，對實驗進(jìn)行系統(tǒng)的分析和研究。因此需要學(xué)生掌握相關(guān)的無機化學(xué)、有機化學(xué)和分析化學(xué)的基礎(chǔ)知識并綜合應(yīng)用這些知識解決實驗中的問題。目前這幾門基礎(chǔ)課開設(shè)時間集中在大一，學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)較重，過多過快的學(xué)習(xí)導(dǎo)致知識基礎(chǔ)不夠扎實。③化學(xué)文獻(xiàn)課在高年級開設(shè)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏相關(guān)文獻(xiàn)知識的學(xué)習(xí)和查閱文獻(xiàn)方法的訓(xùn)練，也影響了實驗方案的設(shè)計。 
　　4.實驗教學(xué)管理和實驗室管理方面的問題。設(shè)計性實驗的開設(shè)導(dǎo)致教師和實驗員的工作量比較大。設(shè)計性實驗是分小組進(jìn)行的，大量的學(xué)生分成若干個實驗小組，進(jìn)行不同課題的設(shè)計性實驗，需要的儀器和藥品不同，統(tǒng)計學(xué)生的實驗儀器、實驗藥品，開放實驗室，給實驗技術(shù)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(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)，查閱文獻(xiàn)，審查修改學(xué)生的設(shè)計性實驗方案，實驗中指導(dǎo)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(xué)管理中對設(shè)計性實驗沒有統(tǒng)一、規(guī)范的教學(xué)要求和評價標(biāo)準(zhǔn)，這也使得目前的設(shè)計性實驗的教學(xué)更多地注重了形式忽視了效果。實驗經(jīng)費投入相對較少，限制了更多更好的設(shè)計性實驗的開設(shè)。在以基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)為主的實驗室中有些儀器設(shè)備和藥品相對來說不具備，給設(shè)計性實驗的選題帶來了諸多的困難和不便。 
　　三、基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實驗教學(xué)建議 
　　開設(shè)設(shè)計性實驗是現(xiàn)代教育培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的大趨勢，因此，必須在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上加強和完善不同層次的設(shè)計性實驗。 
　　1.加強實驗教材的建設(shè)。實驗教材編輯中要注意所選擇的設(shè)計性實驗的難度，要在教學(xué)實踐中逐步篩選或設(shè)計出符合學(xué)生現(xiàn)階段知識基礎(chǔ)和實驗技能水平的設(shè)計性實驗。要注意不同層次的化學(xué)實驗中設(shè)計性實驗內(nèi)容的銜接。 
　　2.加大必要的經(jīng)費投入，鼓勵教師開設(shè)更多具有我院特點的、與其科研相關(guān)的、更為接近現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展前沿、在現(xiàn)階段基礎(chǔ)化學(xué)實驗室可操作的設(shè)計性實驗。 
　　3.加強學(xué)生實驗操作技能的訓(xùn)練。建議在《基礎(chǔ)化學(xué)實驗》部分增加訓(xùn)練學(xué)生實驗基本技能的實驗內(nèi)容，教學(xué)中教師要嚴(yán)格規(guī)范學(xué)生的實驗操作。 
　　4.加強設(shè)計性實驗教學(xué)管理。建立設(shè)計性實驗考核和評價標(biāo)準(zhǔn)。使設(shè)計性實驗真正達(dá)到鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生能力的目的。 

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