基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索和實(shí)踐

關(guān)于基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索和實(shí)踐

論文摘要：設(shè)計性實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，在不同層次的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中設(shè)置了設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。本文探討了基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)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(shí)驗(yàn)；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(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了模塊化、多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。對化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了一體化的設(shè)計和改革。對傳統(tǒng)的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yàn)分為：基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)。構(gòu)建了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的新體系，形成了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)—綜合性實(shí)驗(yàn)—設(shè)計性實(shí)驗(yàn)—研究性實(shí)驗(yàn)四個層次的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)體系強(qiáng)化了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，優(yōu)化了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并適當(dāng)設(shè)置了綜合性、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在熟練掌握基本實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上通過查閱文獻(xiàn)、設(shè)計實(shí)驗(yàn)、實(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)安排 
　　在新的實(shí)驗(yàn)體系中，我們在不同層次的實(shí)驗(yàn)中設(shè)置了一定內(nèi)容的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，并且隨著實(shí)驗(yàn)層次的加深，設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的數(shù)量、內(nèi)容和難度也逐漸加深，最后達(dá)到學(xué)生獨(dú)立思考，發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的目的�！痘�礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》和《綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)（I）》從內(nèi)容上來說屬于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。在大一下學(xué)期開設(shè)《基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》，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(shí)驗(yàn)技能的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)，如無機(jī)化合物合成實(shí)驗(yàn)“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(jī)化合物合成實(shí)驗(yàn)“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(yàn)“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(shí)驗(yàn)中既有傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)。在完成這些綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)之后，安排了12學(xué)時的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，設(shè)置了10個左右的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)供學(xué)生選擇。如“趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jī)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(shí)驗(yàn)時，4~5人組成實(shí)驗(yàn)小組，選擇一個實(shí)驗(yàn)課題，根據(jù)教材中給出的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵�求，查閱參考文獻(xiàn)，撰寫實(shí)驗(yàn)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(yàn)員準(zhǔn)備所需儀器和藥品，學(xué)生獨(dú)立開展實(shí)驗(yàn)，對于實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案之前，對學(xué)生進(jìn)行必要的文獻(xiàn)查閱和設(shè)計實(shí)驗(yàn)方法的指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生處理數(shù)據(jù)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)報告。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)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(shí)踐證明，設(shè)計性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的一個很好的教學(xué)手段。由于設(shè)計性實(shí)驗(yàn)在教學(xué)和管理等方面完全不同于以往的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，開設(shè)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)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(shí)驗(yàn)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(jié)經(jīng)驗(yàn)，探索更好的教學(xué)方法。 
　　二、基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題 
　　1.教材方面的問題。目前，設(shè)計性實(shí)驗(yàn)教學(xué)還處在摸索階段，可供我們參考的成熟的實(shí)驗(yàn)還較少。以往的實(shí)驗(yàn)教材中沒有設(shè)計性實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)》教材，由于各個院校的實(shí)驗(yàn)條件、教學(xué)特點(diǎn)和學(xué)生層次不同，其中的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)也并不完全適合我院使用。我院自編的《綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)（I）》教材中設(shè)計性實(shí)驗(yàn)部分的選題還不夠合理，實(shí)驗(yàn)難度過大或過小。由于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)層次和學(xué)生知識水平的限制，選擇適合的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)課題成為目前基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個難題。例如，設(shè)計性實(shí)驗(yàn)“趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計”，現(xiàn)有資料呈現(xiàn)的趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)多數(shù)比較簡單，反應(yīng)步驟較少，所體現(xiàn)的知識點(diǎn)相對簡單，難度比較低，學(xué)生設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案比較零碎，這類實(shí)驗(yàn)也不需要更高的實(shí)驗(yàn)技能，達(dá)不到鍛煉學(xué)生能力的目的，因此，這樣的實(shí)驗(yàn)不太適合作為設(shè)計性實(shí)驗(yàn)開設(shè)。另外，有些實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案；還有些實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)還不夠成熟，所需要的實(shí)驗(yàn)儀器較為復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)時間較長，難以取得比較具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其次，教材中設(shè)計性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)部分較為簡單，與實(shí)驗(yàn)課題相關(guān)的物理常數(shù)、檢測手段和實(shí)驗(yàn)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的具體要求，如設(shè)計方案，實(shí)驗(yàn)報告的格式要求等。《綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)（I）》中的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)還要在教學(xué)實(shí)踐中不斷修改，逐步完善、成熟。 2.教師方面的問題。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)對教師提出了更高的要求。從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)的老師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員必須具有深厚、扎實(shí)的專業(yè)理論知識，并掌握與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)理論知識，熟練各種實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)時為學(xué)生提供充分的技術(shù)輔導(dǎo)。由于實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生人數(shù)多，學(xué)生選擇的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)課題各不相同。分組實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)方法和實(shí)驗(yàn)的要求也不一致。有些教師在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)之前對所指導(dǎo)的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容了解不夠，因而對學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)薄弱、動手能力較差。我們在實(shí)驗(yàn)課前就學(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多數(shù)通過多媒體演示或者教師演示實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)。因此，大一學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)幾乎是從零開始，經(jīng)過《基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)要求學(xué)生能夠獨(dú)立查閱資料，設(shè)計方案、完成實(shí)驗(yàn)，能夠從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)條件以及對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響等方面，對實(shí)驗(yàn)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(jī)化學(xué)、有機(jī)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(shí)驗(yàn)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(shí)。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(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計。 
　　4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理和實(shí)驗(yàn)室管理方面的問題。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)導(dǎo)致教師和實(shí)驗(yàn)員的工作量比較大。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)是分小組進(jìn)行的，大量的學(xué)生分成若干個實(shí)驗(yàn)小組，進(jìn)行不同課題的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，需要的儀器和藥品不同，統(tǒng)計學(xué)生的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)藥品，開放實(shí)驗(yàn)室，給實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員帶來了大量的工作量。而對實(shí)驗(yàn)教師來說，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)中指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)后的評點(diǎn)，都要付出比以往的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)幾倍的工作時間。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理中對設(shè)計性實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的教學(xué)更多地注重了形式忽視了效果。實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入相對較少，限制了更多更好的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)。在以基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)建議 
　　開設(shè)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)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(qiáng)和完善不同層次的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。 
　　1.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教材的建設(shè)。實(shí)驗(yàn)教材編輯中要注意所選擇的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的難度，要在教學(xué)實(shí)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(shí)驗(yàn)技能水平的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。要注意不同層次的化學(xué)實(shí)驗(yàn)中設(shè)計性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的銜接。 
　　2.加大必要的經(jīng)費(fèi)投入，鼓勵教師開設(shè)更多具有我院特點(diǎn)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(shí)驗(yàn)室可操作的設(shè)計性實(shí)驗(yàn)。 
　　3.加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能的訓(xùn)練。建議在《基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》部分增加訓(xùn)練學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本技能的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，教學(xué)中教師要嚴(yán)格規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作。 
　　4.加強(qiáng)設(shè)計性實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理。建立設(shè)計性實(shí)驗(yàn)考核和評價標(biāo)準(zhǔn)。使設(shè)計性實(shí)驗(yàn)真正達(dá)到鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生能力的目的。 

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