綜合化學實驗對學生創新能力培養的探索與實踐

摘 要：應用化學是一門要求解決現實生活中實際問題的學科。提高學生的綜合素質和創新能力是培養本專業教學中一個的重要環節。本文介紹了應用化學專業探索開展綜合化學實驗這門課程，通過對課題的設計和具體實施步驟的實施，來提高學生的綜合運用所學知識來分析問題，解決問題的創新意識和創新能力，實際效果是顯著的。

關鍵詞：綜合化學實驗 設計 探索 創新能力

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1673-9795（2012）09（b）-0022-02

應用化學專業是一門實用性學科，它不僅要求學生掌握書本知識，而且要求學生掌握嫻熟的實驗技能，并在此基礎上能把所學的知識運用于實踐，解決現實生活中的實際問題。因此，具有創新特征的綜合能力的鍛煉和提高就顯得尤其重要。多年以來，應用化學的教學通常采用的方法是，教授無機化學，分析化學，物理化學，有機化學以及相關專業課程的每一門課程時，都會進行相關課程的實驗教學，這些實驗教學都是對本門課程中書本理論知識的驗證，而且通常在老師的指導下完成，直白地說，這些實驗仍然是灌輸式的驗證實驗。這樣的教學本質上仍然只是“模仿學習”的一部分。因此，這理論知識和實驗技能的學習和掌握仍然沒有鍛煉學生綜合運用知識的能力。實際上，經過三年多的學習，學生缺少一個把所學的上述各門課的理論知識和實踐能力進行融會貫通的綜合運用的學習過程，所以當學生進入大四的畢業論文階段，面對自己的畢業論文課題時仍然無從下手。那么如何讓學生把各門獨立的書本知識和表面上互不相關的實驗操作能力進行綜合運用提高，使之成為學生實實在在解決實際問題的能力，并進而提高學生的實際創新技能，則是培養新世紀具有創新思維和創新能力人才所真正面臨的問題[1～2]。為此，我們在本專業的三年級下學期為學生設立了綜合化學實驗這門課程。

1 綜合化學實驗課程設計的目的

在學生入學經過兩年半的學習，已經掌握了無機化學，分析化學，物理化學，有機化學和化工原理等專業課或專業基礎課的基本原理和基本實驗，但是他們對這些知識的掌握仍然處于各門功課知識的互不相關的或者是各門學科知識的截然分開的狀態。如何打破學生頭腦中這些基礎學科知識之間的孤立、分離的界限，使各科知識之間形成有機的相互貫通和融合，使學生所掌握的各門不同學科知識形成一個初步完整的知識體系，這是我們設立的綜合化學實驗課程的目的之一。興趣的培養是本課程的目的之二。任何領域的科學巨匠之所以能獲得讓世人贊嘆的成果，皆歸功于他對自己所研究領域的奇妙興趣，正是這種興趣驅使他花費很多的時間和精力在他所研究的領域[3]。所以興趣的培養顯得尤為重要。如何讓學生明白盡管所學的書本知識看起來是枯燥和乏味的，但確實與現實生活中的應用緊密結合的，是能夠解決現實生活中的諸多問題，并能帶來實實在在的經濟利益。通過這些實際問題的解決來培養學生的對所學學科的興趣。最重要的是目的之三，為解決實際科研問題，在老師的引導和幫助下，讓學生利用自己所掌握書本知識和實驗技能來設計多個實驗方案。然后結合經濟因素和現實條件選出最優的方案和一到兩個備選方案，讓學生主導自己的實驗，從而培養他們的創新意識，創新思維和創新能力。

2 綜合化學實驗的實施

為了實現上述的目的，如何實施就成了關鍵。結合我們的經驗，有這樣幾個步驟是老師必須嚴格把關和控制的：（1）選題。（2）引導學生運用所學知識設計實驗方案。（3）結合各方因素對學生方案進行優選和修正。（4）實驗過程的監控與分析總結?，F在分別對這樣的幾個步驟的實施進行說明。

2.1 選題和分組

選題是上述整個過程最重要的一步，它既要難度適中，又要能涉及學生已經學過的幾大基礎學科的知識，而且必須有一定的現實應用。既然是綜合化學實驗，那么所選課題就應該是能結合有機化學、無機化學、分離純化、化工原理或者分析測試等盡可能多方面的學科知識。其次，工作量不能太大，學生在大三下學期這一階段仍然有繁重的功課要完成，所以課題的工作量以學生能在累計兩周內完成為宜。當然課題最為關鍵的因素是有一定的現實應用，因為它直接關系到能否引起學生對它的興趣，并通過這種興趣認識到所學專業的現實意義。鑒于此，我們在安排該門課程時候，選擇讓科研經驗豐富的，并且有正在研究的課題老師來上綜合化學實驗這門課。這樣老師就很方便的選擇自己正在研究的課題中一個合適的部分作為綜合化學實驗課題。當然考慮到學生的興趣，可以在老師給出課題并簡要介紹課題的背景知識以及該課題所重點涉及那方面的知識后，讓學生自由選擇感興趣的課題加入其中。如果出現有多數學生選擇同一個課題，則需要相關負責老師應該做好適當的分組工作，目的是保證實驗過程中每位學生都能得到充分的鍛煉機會。根據我們近兩年的組織經驗以每個課題有6～9個學生參加較為合適。

2.2 引導學生運用所學知識設計實驗方案

對于本科三年級的學生而言，這樣的綜合化學實驗是他們首次進行的沒有實驗原理介紹，沒有實驗步驟講解，甚至沒有指定儀器設備的實驗。這樣的實驗嚴格的說只有一個題目或一系列的技術要求。所以如何讓學生根據特定的課題或技術要求與頭腦中已經學過的基本知識原理、基本實驗手段建立某種聯系，是從以往的“灌輸式”被動學習轉為主動學習的關鍵步驟。因此，老師如何引導學生在特定的課題或技術要求與其所學的基本知識原理之間建立適當的聯系就顯得至關重要。根據我們的經驗，采取這樣的做法通常能達到目的。首先，給參加該課題的同學介紹老師正在做的大課題的背景知識，然后告訴同學們他們現在要進行的實驗小課題是大課題中哪個部分，此部分涉及到有機化學、無機化學、分離與分析化學、化工原理、物理化學或者高分子化學與物理中那一部分或哪幾部分的基本原理，這樣可以讓學生回憶或回去復習相關部分的教科書的內容。其次，講授本實驗的課題所涉及的參考文獻的大致范圍，指導他們如何獲取有價值的參考文獻，閱讀文獻并進行歸納和總結文獻。最后，在掌握上述課題相關部分知識原理和消化了參考文獻后，結合特定的課題或者技術要求拿出實驗的初步設計方案，此方案要有書本知識的理論依據。對于老師所給的一個實用性課題，一般情況下，是沒有完全相同文獻可供借鑒的，所以學生要拿出本課題的實驗方案就要開動腦筋，運用所學知識主動思考獲得方案。此步驟通常是把學生分成三人一組，小組成員之間要分工協作、充分討論、共同努力拿出至少一套有理論依據初步方案。這個過程可以允許學生在2～3周內，選擇自己的課余時間來完成，過程遇到難題，學生可以咨詢老師。

2.3 結合各方因素對學生方案進行優選和修正

在各小組學生拿出有理論依據的初步方案的基礎上，老師讓所有學生集中匯報各組的設計方案，并指出理論依據，在匯報過程中由于各組學生對課題已經比較熟悉，所以經常出現同學之間對其他小組方案的提出有益的建議和意見，所以這個過程不僅僅是匯報的過程，更像是不同實驗方案的研討會，在討論過程中同學們對課題的理解，對方案制定的細節就更深入一步。應該值得指出的是，盡管同學們拿出了各自的實驗初步方案，但是，這些方案也僅是從理論上是可行的，具體到實際可操作性，經濟成本和現實實驗條件時，盡管很多理論上可行的方案就被現實和經濟條件所否決了[4]。所以這個時候就要老師對學生所設計方案進行實驗因素和經濟因素的評價和比較，優選出可操作和經濟性佳的一到兩個方案，供大家來進一步的優化和步驟細節化，這更多的涉及到具體實驗設備的選擇和操作的容易性。經過這樣的過程后，各小組根據修正后的實驗方案再討論可操作的實驗的步驟。

2.4 實驗過程的監控與分析總結

實驗過程的監控是實驗具體操作階段的把關，對于大三學生而言，本實驗的有些設備可能是學生以前根本沒有實際操作過的，或者即使是操作過，但是有些關鍵步驟操作成功與否直接的關系到實驗的成功或者轉化率的高低，所以，在學生在進行不熟悉的設備操作時，首先讓他們知道設備的使用原理，給他們講解關鍵的操作步驟的注意事項，有必要的化對于某些特殊的設備需要手把手的指導，只有這樣才能避免實驗過程中意外事故的發生。此外，在實驗過程中和實驗結束后，要求學生對實驗的現象和實驗的結果進行分析總結。

3 效果

根據近幾年我們開設綜合化學實驗的實際經驗，發現學生的實驗動手能力有較大提高，尤其是綜合運用所學知識解決問題的創新意識和創新能力有了較大提高。對于學生進入后續論文階段提供了重大幫助。2010年我校應用化學6名學生參加“久吾杯”江蘇省首屆化學化工實驗競賽，有2人次獲得“二等獎”，3人次獲得“三等獎”，1人次獲得“優勝獎”，我校的應用化學專業還與英國“University of Reading”的化學專業進行“4+1”的科學碩士聯合培養項目，首屆碩士畢業生已經與2011年秋季畢業。無論是學生的科研水平還是動手能力都得到了英國導師的高度評價。同時，該專業的考研錄取率在全校各專業中也是名列前矛的，這相對于過去我們一直招收二本學生的來說，取得這樣的成績是來之不易的。

參考文獻

[1] 苗深花，韓慶奎，張雨強.培養高師學生的化學學習能力[J].大學化學，2010，25（5）：24-27.

[2] 魏榮寶.在有機化學教學中培養學生的創新能力[J].大學化學，2007，22（4）：13-17.

[3] Mary M.Kirchh off Chemistry Education：Experiments Worth Running [J].J.C hem.Educ.，2007，84（7）：1090-1092.

[4]羅旭陽，王建輝，劉在群，等.談有機化學實驗中的開放實驗模式[J].大學化學，2000，17（5）：13-15.