綜合與設計性化學實驗教學質量的思考與實踐

成樂琴　楊英杰　陳萍　張儉　曹雪玲

在《綜合與設計性化學實驗》課程中進行了三方面教學改革，第一，在《綜合與設計性化學實驗》課程中引入了實驗小組，通過分工實施與協作實施相結合共同完成實驗任務；第二，實現實驗數據共享，提供給學生更多的挖掘問題、分析問題、解決問題的空間；第三，實驗報告與工業生產概念設計有機結合，提升和拓寬學生的知識領域。問卷調查結果顯示，通過實驗教學改革，學生的實驗興趣和團隊協作能力得到了明顯的提高，在分析問題、解決問題能力和實驗報告寫作能力方面也得到了一定的鍛煉。《綜合與設計性化學實驗》教學實踐結果表明，在不需要更多的人力、物力和時間投入前提下，可以幫助學生提高綜合科學素養，對其它學科綜合設計性實驗具有一定的推廣價值。

綜合與設計性化學實驗教學改革實驗小組數據共享工業生產概念設計《綜合與設計性化學實驗》是在基礎化學實驗課程基礎上開設的一門可以提高學生綜合能力和科學素養，并可以銜接畢業論文的實踐性很強的實驗課程。

近年來對《綜合與設計性化學實驗》的教學改革研究非常活躍，主要圍繞實驗課程體系的設置=和實驗教學體系的改革（如實驗指導教師的配備、實驗方案的自主設計、實驗室開放、實驗成績的評定等方面）進行，目的在于激發學生實驗興趣，充分調動學生實驗積極性和主動性，重點培養學生的研究能力和創新能力。

吉林化工學院對化學與制藥工程學院和化工與材料工程學院的化學、應化、制藥、藥劑、化學工程與工藝、輕化等專業的大三或大四學生開設《綜合與設計性化學實驗》，對于在大一和大二階段已經經歷多門基礎化學實驗課程的歷練，進入大四第二學期就要面臨畢業論文環節的大三學生來說，是一門承上啟下的重要的實踐課程。多年來，對大四學生畢業論文指導工作中發現，絕大多數學生在實驗方案的設計、同學之間的協作和畢業論文的撰寫等方面表現出明顯的不足，在畢業論文的撰寫過程中，面對幾十個在不同條件下獲得的大量實驗數據，不能進行較深度的剖析和討論，不能發掘有意義的問題，不能很好地利用所學理論知識分析問題和解決問題，而且不能很好地闡述自己的觀點、并提出建設性的意見和設想。

針對以上問題，為了全面提高學生的綜合科學素養，對《綜合與設計性化學實驗》課程教學進行了如下改革，并通過對學生的問卷調查驗證了實施效果。

一、《綜合與設計性化學實驗》教學改革

1.《綜合與設計性化學實驗》課程中引入實驗小組，通過實驗小組二次實驗方案的設計和實驗過程中分工實施與協作實施相結合，強化學生的團隊協作能力

團隊協作可以充分利用團隊成員的智慧和能力，通過激發個人潛能，往往達到1+1>2的效果，因此團隊協作能力越來越被視為一個人的必備素質。

過去對《綜合與設計性化學實驗》的教學研究中，更多地是要求學生獨立完成文獻檢索和設計實驗方案，并在實驗室條件允許的情況下實施實驗，這對于學生的文獻檢索能力和研究能力、創新能力的培養、以及激發學生主觀能動性很有幫助，但由于實驗過程中每個學生只針對自己的實驗負責，實驗過程中學生之間沒有更多的機會進行相互交流。為了培養學生更多的團隊協作精神，在《綜合與設計性化學實驗》教學中，引入了實驗小組。即學生隨機分成若干實驗小組，每一個實驗小組圍繞一個因素，參考小組成員各自所設計的實驗方案，通過集體協商討論，設計進一步完善的二次實驗方案，并在實驗室條件允許的情況下，將分工實施和合作實施相結合，共同完成實驗內容。以綜合設計性實驗題目《VB1催化下安息香縮合反應》為例，該實驗包括四個部分內容。第一部分是實驗方案的設計，是由實驗小組共同參與討論制定；第二部分是VB1催化下的安息香的合成和分離，是由小組成員按照不同的實驗條件分工實施；第三部分和第四部分分別為安息香的重結晶以及安息香的紅外光譜分析，是由實驗小組成員協作完成。在《VB1催化下安息香縮合反應》實驗實施過程中，教師引導學生找出安息香合成反應的主要影響因素，如反應溫度、反應時間、催化劑VB1的用量、pH值、堿的種類、溶劑種類、溶劑配比、原料加入方式、相轉移催化劑的用量、反應方式等。在學生了解各種影響反應因素的基礎上，實驗小組圍繞各自感興趣的實驗因素進行二次實驗方案的設計，通過分工實施和協作實施，完成綜合設計性實驗。在此期間，指導教師只提出啟發性參考意見，拋磚引玉，調動學生參與實驗討論的興趣和積極性，誘導學生的思路向能夠解決問題的方向引導，使學生在《綜合與設計性化學實驗》過程中，由教師依賴型、實驗講義依賴型向自我依賴型和團隊依賴型轉變，并通過激發學生對實驗的興趣，充分調動學生的實驗積極性、主動性和創造性，加強了學生團隊協作能力，更有利于研究型、創新型人才的培養目標，也真正做到指導教師為主導，學生為主體的啟發式教學。

2.實現實驗數據共享，強化有深度實驗報告的撰寫能力，為畢業環節打下良好基礎

無論是《基礎化學實驗》還是《綜合與設計性化學實驗》，過去更多注重實驗技能的培養，強調一人一組進行實驗，并只針對自己的單一實驗結果進行數據處理，進行討論，實驗信息量少，獲取知識量少。通過教學改革，我們將實驗人員編成若干實驗小組，每一個實驗小組對不同的實驗因素進行探索實驗，并通過同一實驗小組的實驗數據的共享，使學生通過一次綜合設計性實驗，就可以獲取多次實驗才能獲得的大量實驗數據，學生對實驗條件的變化對反應的影響有更直觀的體驗，擁有更多的實驗數據可供處理、更多的實驗過程中產生的問題可供發掘、分析和解決，這對于培養學生探究能力、創新能力、培養學生有深度實驗報告的撰寫能力均有很大幫助，對于大四畢業論文的撰寫是一個很好的鍛煉機會。

3.實驗報告與工業生產概念設計有機結合

《綜合與設計性化學實驗》中，將合成實驗與化工原理課程學習相結合，進行工業生產概念設計，即在實驗過程中引入工業生產中的物料衡算、設備選型等內容，可進一步加強實驗與理論、工業生產的相結合，進一步提升和拓寬學生的知識領域。

二、《綜合與設計性化學實驗》教學改革問卷調查

為了驗證教學改革對學生綜合能力的影響，以文獻檢索和整理能力的提高、團隊協作能力的提高、實驗報告寫作能力的提高等為調查選項，對吉林化工學院09化學專業88名同學為調查對象，發放了問卷調查表，共回收79份調查表，統計結果見表1。

回收的問卷調查結果表明，通過《綜合設計性化學實驗》的教學改革，學生不僅在文獻檢索和整理能力、實驗方案設計能力、分析問題和解決問題能力方面得到了提高，而且在文字編輯和制表制圖能力、實驗報告寫作能力方面也得到較顯著的提高，尤其是在團隊協作能力和實驗興趣的提高方面提高更加顯著。為了更直觀地了解教學改革對學生能力提高的影響，以調查選項為橫坐標，顯著提高和較顯著提高的百分比之和為縱坐標，繪制了如下柱形圖。

注：（1）文獻檢索能力的提高；（2）文獻整理能力的提高；（3）實驗方案自主設計能力的提高；（4）發現問題、分析問題和解決問題能力的提高；（5）團隊協作能力的提高；（6）文字編輯，制表制圖能力的提高；（7）實驗報告寫作能力的提高；（8）實驗興趣的提高

由圖1可以看出，經過綜合設計性實驗的教學改革與實踐，對各項能力提高較顯著和顯著的比例均超過了60%，其中團隊協作能力和實驗興趣的提高百分率最高，在回收的調查表中占到87.2%（如果考慮未回收到的調查表，占比為75.0%），而文字編輯、制表制圖能力的提高和實驗報告寫作能力的提高百分率最低，分別為65.8%和69.6%（如果考慮未回收到的調查表，占比分別為60.2%和62.5%），這也說明了給學生更多的“我的實驗我做主”的機會，學生的實驗興趣會得到明顯提高，另外實驗課程在設計上，增加了集體設計實驗方案和共同協作進行部分實驗內容，增加了學生間溝通和協商的機會，團隊協作能力同樣得到明顯的提高。反觀文字編輯、制表制圖能力的提高和實驗報告寫作能力的提高百分率相對較低表明，這些能力的培養并不能通過一兩次實驗就能得到大幅度提高，而是需要反復的鍛煉才能得到理想的效果。

三、結論

目前對《綜合與設計性化學實驗》的改革更多地強調個人研究能力和創新能力的培養，而忽略了對團隊協作能力的培養，而且對實驗過后形成的報告關注度相對較低。

通過對綜合設計性實驗的三方面的教學改革，學生不僅在文獻檢索和整理能力、實驗方案的設計能力、實驗過程中分析問題和解決問題的探究能力、創新能力方面得到提高，而且在團隊協作能力和實驗報告的寫作能力方面得到相應的鍛煉和提高，這對于畢業班級學生順利開展畢業論文，乃至培養研究型、創新型人才都具有很大幫助。

對《綜合與設計性化學實驗》的教學改革不需要明顯的人力投入和物力投入，在安全的實驗室環境下，通過有限的學時，可以讓學生學到更多的知識和能力，可操作性強，便于管理、實施和推廣，對今后教學建設與改革工作有較高的參考價值。

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