研究型分析化學實驗課教學模式的探索

李暐 陳英海 孫明禮 劉毓琪 胡樹林

(東北林業大學理學院化學化工系 黑龍江哈爾濱 150040)

分析化學實驗課程是化學、應用化學、化學工程及相關專業的一門基礎課，是大學本科階段培養學生創新意識、創新能力和創新人格的優秀載體。我們課題組在10年分析化學實驗課教學改革的基礎上，以我校08屆化學及應用化學的4個自然班為實驗班，開展了研究型分析化學實驗課教學模式的探索。以下是我們的研究內容與體會。

1 樹立研究型的教育觀念是開展研究型教學的基礎

研究型教學是一種新型教育理念，它在教學中引入科學研究的基本要素，使傳統的單向知識傳授模式向知識傳授與探索相結合的模式轉變。實踐這種模式首先要求教師樹立研究型的教學理念。只有充分認識研究型教學對于培養創新型人才的重要意義，才能把研究能力和創新能力的培養融入日常的課堂教學中，貫穿到教學思想、教學目標、教學內容、教學方法和教學環境等各個環節中。對學生而言，也必須轉變原來的思想，樹立新的學習觀，變被動學習為主動學習，將學習知識看做一種創造行為，在研究型學習的環境中獲得個人能力的提升。只有教學雙方都建立了研究型教學的理念，這種教學模式才能真正實現。在傳統的實驗課教學模式中，教師是教學活動的主體，教師教什么，學生就學什么。教師按實驗步驟認真地講解，學生按實驗要求完成學習任務，養成了學生死記硬背、學而不思、機械隨眾的學習方式。長此以往，學生的創造性被扼殺，教師成了教書匠。在研究型教學中，課堂是將學習知識和技能、培養能力及鍛造素質融為一體的培養創造型人才的載體，它以學生為主體、教師為主導，要求學生主動學習、自行解決問題，鼓勵學生個性發展。在一個創新型的學習環境中，學生提給教師的問題遠比教師按教學大綱講述的要多，所以教師必須不斷充實自己，以自己對知識深層次的理解和科學研究的經驗，引導和激發學生的學習積極性、進取性和創造性，為實現課程培養目標服務。有了上述的認識，課題組成員徹底轉變了在本科低年級階段開展研究型分析化學實驗課程改革難度太大的思想，堅定了探索研究型教學模式的決心。經過多次研討，設計了教學模式，明確了教學內容和具體實施步驟等。在開課之前，教師利用適當的機會對學生進行研究型實驗教學的介紹和動員，使學生對這種教學模式充滿期待，為研究型教學模式的實踐奠定了很好的基礎。

2 以研究型教學理念設計教學模式

教學模式是教育思想的體現。依據對研究型教學思想的理解，我們建立了基本技能訓練—自助加研討式實驗—設計型實驗的教學模式。

基本實驗技能是本科分析化學實驗教學的重要內容，是從事分析化學實驗的基礎，是一個化學人必須具備的能力。在64學時的分析實驗課中，我們安排了20學時用于基本操作技能訓練。經過精心設計、環環相扣的基本訓練，使學生能夠準確掌握分析實驗室常規設施、儀器、試劑的性能、使用特點、維護方法及操作技術等基本知識與技術；學生需經考核合格后方可進入下一學習階段。

研討式實驗是以經典實驗為學習內容，以研討形式進行的課堂教學，一般為24～28學時。這一環節是學生運用基本知識技能，了解實驗設計思想，形成創造性思維、變被動學習為主動學習的關鍵，也為后續設計型實驗的開展奠定了基礎。我們設計了“自助式”課前預習和“研討式”課堂教學的模式。為了能給學生更多的自主空間和知識量，我們在每個實驗周都安排2個以上的實驗內容供學生選擇，一次實驗課最多同時開設4個實驗。在開學初通過課程教學日歷將實驗內容廣而告之，要求學生在進行初步的資料查詢后根據自己的意愿選課，要通過查閱文獻、閱讀教材及其他書籍對實驗方案進行解讀，再據自己對實驗的理解提出實驗方案。教師在課堂上要有針對性地提出問題，鼓勵學生對現有的實驗方案進行改進和提出質疑，或提出自己的實驗設計供大家討論。當課堂討論結束后，教師要引導學生共同設計出實驗路徑，由學生根據自己對實驗內容的理解完善實驗步驟，并在規定的時間內完成實驗。在這樣的課堂上，學生是學習的主人，是課堂的主體，教師的工作重心轉化為對學生的引導，起的是穿針引線和解惑答疑的作用。當然，教師要對實驗涉及到的理論知識和實驗技術給予學生足夠的支持。

學生在經歷了研討式實驗的學習之后，對實驗技術和設計思想的理解都有了提高，則可根據個人的意愿選擇進入“一般性設計實驗”或“研究型設計實驗”繼續學習。一般性設計實驗在我校已經有10年歷史，其內容及運行方式都逐漸成熟。與其相比，研究型設計實驗更加注重實驗的探索性,需要學生靈活地、創造性地運用所學的基礎知識和基本技能,去尋找和探索解決問題的途徑[1]。我們規定，學生可以自選或組成實驗小組選題(我們也鼓勵學生自帶題目參與實驗)立項，通過查閱有關資料、設計實驗方案、擬訂具體實驗步驟、與教師共同討論實施技術方案、開展實驗、完成實驗目標，經歷了一個完整的科學研究過程。在整個實驗期間，實驗室對學生全面開放，學生隨時都可以進入實驗室工作。為了解決實驗室缺乏的矛盾，教師進行科研的研究室也對學生研究型設計實驗開放。實驗室備有專供學生使用的電腦和專業書籍，方便學生隨時查閱資料。經負責教師同意和考察后，學生可以使用全部實驗室設備。實驗室安排有課題組成員值班，以便及時給學生幫助。我們還建立了學習討論制度，每天利用一個小時的時間，讓學生匯報自己的工作，將自己的收獲及困惑講出來與大家分享及討論。實驗完成之后，要求學生以小論文的形式寫出實驗報告。

3 以研究性教學內容保證研究型教學模式的實施

要使研究型教學模式能夠真正得以落實，必須有符合研究性教育思想的教學內容。為此，我們經過多次研討，借鑒多個學校的經驗并結合教師的教學與科研經歷，在現有教材的基礎上確定了各步驟的教學內容。如在第一階段的分析化學實驗基礎知識和基本技能部分，我們收集了一些分析技術的應用實例和分析工作失誤的案例，以幻燈片的形式介紹給學生，讓學生懂得，分析技術是伴隨化學人一生的技能，不符合要求的操作對分析結果的影響很大，甚至會導致錯誤的結論。在經典實驗階段的教學內容上突出了研討的特點，如學生在鋁合金中鋁含量的測定實驗討論中提出：在“向Al3+溶液中加入過量的EDTA溶液后，調節溶液的pH使Al3+與EDTA絡合完全”這一步驟中，不同的教材使用了二甲酚橙和甲基橙兩種不同的指示劑。教師因勢利導，引導學生用絡合滴定的理論分析使用兩種不同指示劑的可行性，并鼓勵學生通過實驗對兩種方法作出評價。

在研究型設計實驗內容的確定上，我們的原則是：以學生現有的知識積累為基礎，對培養學生的創新能力具有啟發性，為學生創新能力的發揮、個性發展留有空間，所涉及到的實驗技術和操作難度應適當。依照此原則，考慮學生課業總體負擔、本次實驗課的學時、教師的工作負擔和實驗室的容量等多方面制約因素，我們討論確定了20個從無機定性分析開始到完成各組分含量測定為目標的實際樣品分析實驗題目。由于實驗要從元素定性分析開始，這對于未做過系統分析實驗的學生，無疑是補上了重要的一課。對于一些實驗涉及到的有機化學知識，個別內容和方法，教師也從未涉獵，需要師生共同學習。這使實驗室真正成為了一個學習和探索的大課堂。當學生實驗需要使用未學過的理論及儀器時，教師會將相應的知識內容與實驗技術介紹給學生，不僅擴大了學生的知識面，增強了學生獨立獲取知識的能力，也使學生對學習新知識充滿向往，從而更好地激發了學生學習的主動性。在適宜的教學內容與方法的支撐下，我們的研究型實驗模式運行非常順暢。我們的工作日討論制度，受到了學生的歡迎，大家把它當作擴展知識、提高能力的機會和展示自己的舞臺。有些已完成實驗的學生仍然堅持每天來參加討論會。學生們收獲的并不僅僅是一個實驗的成功，而且還有戰勝困難的勇氣，以及對未來的信心和對創造的感悟。

4 研究型教學模式是培養高水平優秀人才的有效途徑

研究型教學模式對學生的培養是多方位的。它通過在實驗課堂上為學生營造一個濃厚的研究氣氛，讓學生真正感受到科學研究工作的氛圍，培養了本科生的創新意識，提高了其綜合運用前期理論和實驗知識、獨立分析與解決問題的能力。除此之外，對學生科研素質的培養以及團隊精神的形成有很好的作用。由于研究型設計實驗的難度適中，既保證了學生在解決問題的過程中要經歷必須的步驟，遇到一定的困難時，還要通過學生自身努力及教師的適時指點，在規定的時間內按要求完成實驗。要使學生體會到科學研究的艱辛，懂得“再堅持一下”的意義，這有利于培養學生頑強的意志品質和持之以恒的精神；同時也要讓學生在付出努力之后品嘗到成功的喜悅，領悟到創造的快樂和幸福，從而激發學生對探求未知的渴望和決心。在本課題以前，課題組成員一直在進行著分析化學理論課及實驗課的改革研究，多年的教學改革實踐經驗使我們選擇了讓學生自愿組成實驗小組的形式選題并參與研究型設計實驗。事實證明，此方式得到的收獲遠超過了我們的預期。學生在這樣的學習小組中無人肯怠慢，較著勁地工作。遇到問題積極看書、查資料、想辦法、相互鼓勵、共同成長。每個人都以得到同伴的信任和合作的機遇為榮，希望通過自己的努力為實驗小組多做點事情，表現出了良好的團隊精神。我們還指出，所有學生都可報名參與研究型實驗，沒有前期學習成績的限制。這使得分析化學理論課考試成績并不好的學生也有機會進入實驗小組，在實驗期間，他們重讀分析化學書，勤奮工作，積極參與研究，受到同學和老師的好評，在和同學一起解決問題的過程中找回自信。20余名原來并不熟識的同學在一起工作，無論是誰的實驗遇到困難，其他同學都會主動、熱情地把自己的經驗或教訓與其分享；當實驗室的設備不夠用時，總是有人會主動退出讓給最急需的同學使用，會爭著將用過的器皿洗滌干凈。這些現象，與之前顧慮有人會“溜邊”、“等現成”、“只顧自己” 截然相反。學生良好的合作精神和團隊精神是我們在課題實踐中的“額外”收獲。學生用行動讓我們相信，當代大學生是一群積極向上、有創造力、富有合作精神、胸襟寬廣的優秀群體，必將成為一代優秀的建設者。

5 研究型教學模式實施還需要多方面的支持

我們的實踐證明，研究型分析化學實驗模式是個很好的且適用于分析化學實驗教學的模式。但研究型教學的開展無疑對教師的執教能力與職業素質是個大考驗。在研究型教學過程中，要求教師要有創新意識、創新思維和科研創新能力。教師要從研究型學習的理念出發對所承擔的課程或教學活動的目標、內容、方式方法以及考核評估辦法進行整體設計。這不僅要求教師要有深厚的本學科的理論基礎、寬廣的知識面和實驗經驗與技術，同時還要求教師有良好的師德和奉獻精神。如我們在研究型分析化學實驗教學中堅持做到：學生進入實驗室，教師就要出現在實驗室。在這種探索性的學習活動中，學生和教師對同一問題的看法出現分歧也是常事，教師對課堂的駕馭能力將經受考驗。在整個教學過程中，教師需要付出的勞動是無法用教學課時數衡量的。經粗略統計，在我們所進行的課題實踐中，僅研究型設計實驗一項，教師所投入的工作量就要多于計劃學時的3～5倍。倘若將此教學模式推廣，如何評定教師的工作量應該是管理部門解決的問題，但如果沒有教師個人素質做保證，研究型實驗課是無法真正開展起來的。

確保研究型設計實驗順利進行的另一個必要條件是實驗室。學生在實驗過程中需要及時查閱資料，需要的試劑、設備也會超出課本的范圍，所以，為學生提供方便的上網條件和專業書籍、充足的實驗設施等是非常重要的。另外，學生的課內時間是有限的，要想完成具有探索性的實驗，就需要利用一定的課余時間進入實驗室，所以，如何協調實驗室管理方面的工作也是研究型設計實驗能否順利進行的因素。

教學效果向我們展示了研究型實驗教學模式的魅力。我們會認真總結經驗和教訓，積極做好各方面的優化，將這種教學模式的應用繼續下去，因為這本身就是一種創造活動。

參 考 文 獻

[1] 陳懷俠,蔡火操,黃建林,等.實驗室研究與探索,2007,26(8):91