基础化学设计性实验教学的探索和实践

关于基础化学设计性实验教学的探索和实践

论文摘要：设计性实验是培养创新型人才的有效途径。近年来，我院进行了实验教学改革，在不同层次的化学实验中设置了设计性实验。本文探讨了基础化学设计性实验教学实践中的一些问题并提出了改进的建议。 
　　论文关键词：基础化学；设计性实验；问题；建议 
　　 
　　近年来，安徽师范大学化学与材料科学学院实验教学中心在本科实验教学中进行了模块化、多层次的实验教学改革。对化学实验教学进行了一体化的设计和改革。对传统的无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验和物理化学实验进行了重新整合，各学科进行了交叉和融合。将本科学生实验分为：基础化学实验、综合化学实验、专业化学实验、创新化学实验。构建了化学实验的新体系，形成了验证性实验—综合性实验—设计性实验—研究性实验四个层次的实验教学，在培养学生的综合能力和创新能力方面做出了有益的尝试。 
　　新的实验体系强化了基础实验技能的训练，优化了基础实验内容，并适当设置了综合性、设计性实验，使学生在熟练掌握基本实验操作和实验技能的基础上通过查阅文献、设计实验、实施方案、分析结果、报告总结等过程了解从事科学研究的一般方法，培养学生初步的科研和创新能力。 
　　一、基础化学设计性实验教学安排 
　　在新的实验体系中，我们在不同层次的实验中设置了一定内容的设计性实验，并且随着实验层次的加深，设计性实验的数量、内容和难度也逐渐加深，最后达到学生独立思考，发现问题并进行创新实验的目的。《基础化学实验》和《综合化学实验（I）》从内容上来说属于基础化学实验。在大一下学期开设《基础化学实验》，主要以基本操作、基本技能和科学研究方法的训练为教学内容，突出能力培养与科学素质的培养。我们选择了一些涵盖各种基础实验技能的综合化学实验，如无机化合物合成实验“硫酸铜的制备及产物含量测定”，“铜席夫碱配合物的合成及测定”等，有机化合物合成实验“乙酰苯胺的合成及熔点测定”，“苯甲酸的制备及含量测定”，功能纳米材料实验“从硒粉制备硒纳米线及产物表征”，“紫外辐照法制备硫化镉纳米材料及其荧光特性测定”等。这些实验中既有传统的实验，也有反映了当前化学前沿的与我院教师目前从事的科研课题相关的实验。在完成这些综合化学实验之后，安排了12学时的设计性实验，设置了10个左右的设计性实验供学生选择。如“趣味化学实验设计”，“废旧电池的综合利用”，“菠菜中草酸的提取及含量的测定”，“环境水样中COD的测定”，“四氧化三铁磁性纳米复合材料的制备及有机污染物的吸附”，“牛奶中氨基酸的测定”，“由铝制废易拉罐制备明矾晶体”等。学生进行设计性实验时，4~5人组成实验小组，选择一个实验课题，根据教材中给出的实验目的和要求，查阅参考文献，撰写实验方案，经教师审查修改后提交所需仪器、试剂清单。由实验员准备所需仪器和药品，学生独立开展实验，对于实验过程中发现的问题尽可能自行解决。教师在学生设计准备实验方案之前，对学生进行必要的文献查阅和设计实验方法的指导。实验完成后，学生处理数据、总结实验，完成实验报告。设计性实验的开设改变了过去学生被动学习的状况，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的学习积极性，获得了学生的好评。实践证明，设计性实验是培养学生独立工作能力的一个很好的教学手段。由于设计性实验在教学和管理等方面完全不同于以往的验证性实验，开设设计性实验无论对教师还是对学生都提出了更高的要求。经过几轮设计性实验教学实践，我们发现在教学过程中还存在一些问题。要想使设计性实验教学取得更为理想的效果，还需要在教学实践中不断总结经验，探索更好的教学方法。 
　　二、基础化学设计性实验教学中存在的问题 
　　1.教材方面的问题。目前，设计性实验教学还处在摸索阶段，可供我们参考的成熟的实验还较少。以往的实验教材中没有设计性实验的内容。其他院校陆续编写了各自不同的《综合化学实验》教材，由于各个院校的实验条件、教学特点和学生层次不同，其中的设计性实验也并不完全适合我院使用。我院自编的《综合化学实验（I）》教材中设计性实验部分的选题还不够合理，实验难度过大或过小。由于基础化学实验层次和学生知识水平的限制，选择适合的设计性实验课题成为目前基础化学设计性实验教学中的一个难题。例如，设计性实验“趣味化学实验设计”，现有资料呈现的趣味化学实验多数比较简单，反应步骤较少，所体现的知识点相对简单，难度比较低，学生设计的实验方案比较零碎，这类实验也不需要更高的实验技能，达不到锻炼学生能力的目的，因此，这样的实验不太适合作为设计性实验开设。另外，有些实验难度较大，供学生使用的参考资料比较少，学生难以设计出比较好的实验方案；还有些实验作为学生的设计性实验还不够成熟，所需要的实验仪器较为复杂，实验时间较长，难以取得比较具体的实验结果。其次，教材中设计性实验指导部分较为简单，与实验课题相关的物理常数、检测手段和实验参数、实验中的问题等应有的提示相对较少。另外，也没有给出学生完成设计性实验的具体要求，如设计方案，实验报告的格式要求等。《综合化学实验（I）》中的设计性实验还要在教学实践中不断修改，逐步完善、成熟。 2.教师方面的问题。设计性实验对教师提出了更高的要求。从事实验教学的老师和实验技术人员必须具有深厚、扎实的专业理论知识，并掌握与实验有关的实验技术理论知识，熟练各种实验仪器的使用，同时需要不断更新和拓宽自己的知识面，这样才可以在开设设计性实验时为学生提供充分的技术辅导。由于实验教学中心承担了化材学院各专业以及生命科学学院和皖江学院应化专业学生的实验教学，学生人数多，学生选择的设计性实验课题各不相同。分组实验涉及的教师多，教师的个人素质和教学水平不尽相同，对学生实验的指导方法和实验的要求也不一致。有些教师在指导实验之前对所指导的设计性实验内容了解不够，因而对学生设计实验的整个过程掌控不够好，使得教学效果差别较大。 
　　3.学生方面的问题。①学生的实验基础薄弱、动手能力较差。我们在实验课前就学生的实验基础进行的问卷调查发现，由于多方面的原因，目前很多中学很少开设学生亲自动手的化学实验，中学化学实验教学多数通过多媒体演示或者教师演示实验，基础设施比较好的示范中学的情况也不容乐观。只有为数不多的学生在中学阶段做过几个化学实验。因此，大一学生的实验基础几乎是从零开始，经过《基础化学实验》课程实验技能的训练，学生的实验技术仍不能达到规范和熟练的程度，导致基础化学设计性实验的完成也受到了影响。②学生的知识基础薄弱，综合应用能力差。设计性实验要求学生能够独立查阅资料，设计方案、完成实验，能够从实验原理、实验条件以及对实验结果的影响等方面，对实验进行系统的分析和研究。因此需要学生掌握相关的无机化学、有机化学和分析化学的基础知识并综合应用这些知识解决实验中的问题。目前这几门基础课开设时间集中在大一，学生课业负担较重，过多过快的学习导致知识基础不够扎实。③化学文献课在高年级开设，导致学生缺乏相关文献知识的学习和查阅文献方法的训练，也影响了实验方案的设计。 
　　4.实验教学管理和实验室管理方面的问题。设计性实验的开设导致教师和实验员的工作量比较大。设计性实验是分小组进行的，大量的学生分成若干个实验小组，进行不同课题的设计性实验，需要的仪器和药品不同，统计学生的实验仪器、实验药品，开放实验室，给实验技术人员带来了大量的工作量。而对实验教师来说，实验前要对学生进行辅导，查阅文献，审查修改学生的设计性实验方案，实验中指导实验过程，实验后的评点，都要付出比以往的验证性实验几倍的工作时间。实验教学管理中对设计性实验没有统一、规范的教学要求和评价标准，这也使得目前的设计性实验的教学更多地注重了形式忽视了效果。实验经费投入相对较少，限制了更多更好的设计性实验的开设。在以基础化学实验教学为主的实验室中有些仪器设备和药品相对来说不具备，给设计性实验的选题带来了诸多的困难和不便。 
　　三、基础化学设计性实验教学建议 
　　开设设计性实验是现代教育培养创新型人才的大趋势，因此，必须在现有的基础上加强和完善不同层次的设计性实验。 
　　1.加强实验教材的建设。实验教材编辑中要注意所选择的设计性实验的难度，要在教学实践中逐步筛选或设计出符合学生现阶段知识基础和实验技能水平的设计性实验。要注意不同层次的化学实验中设计性实验内容的衔接。 
　　2.加大必要的经费投入，鼓励教师开设更多具有我院特点的、与其科研相关的、更为接近现代化学发展前沿、在现阶段基础化学实验室可操作的设计性实验。 
　　3.加强学生实验操作技能的训练。建议在《基础化学实验》部分增加训练学生实验基本技能的实验内容，教学中教师要严格规范学生的实验操作。 
　　4.加强设计性实验教学管理。建立设计性实验考核和评价标准。使设计性实验真正达到锻炼和培养学生能力的目的。 

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