新建地方本科院校學生自主選題設計性實驗教學研究

白曉艷，張春生

（1.呼倫貝爾學院 生命科學與化學院，內蒙古 海拉爾 021008；2.呼倫貝爾市委黨校，內蒙古 海拉爾 021008）

為適應社會經濟發展對高層次人才的需求，從1999年到2005年，教育部先后批準新建了198所本科院校，這些本科院校大部分處在省會城市之外的中等城市，常常是地級市內唯一的本科院校，發展過程中必然受到區域社會經濟條件的制約，從而決定了地方本科院校辦學水平與老牌本科院校的差異[1]。呼倫貝爾學院是在2003年經教育部批準的新建綜合性地方本科院校，面臨著加強實踐創新教育的現實性和緊迫性。在教育部《普通高等學校本科教學工作合格評估指標體系》（2011）中對實驗教學中綜合性、設計性實驗提出了要求。分析化學實驗是高校化學與生物類專業的專業基礎課程，對學生掌握化學基本理論知識，培養良好的分析問題、解決問題能力及創新能力，訓練學生具備規范的操作技能，有重要的作用[2－3]。如何改進實驗教學，將教師的“引導性”和“教學互動性”與學生的“自主學習性”的教學理念有機融合[4]，提高學生自主學習能力和分析解決問題的能力是擺在教師面前的一項艱巨任務。本文結合呼倫貝爾學院分析化學實驗課程的教學實踐，對在新建地方性本科院校中開展以學生自主選題的設計性實驗教學進行了探索。自主選題設計性實驗教學體現了學生的主體作用和教師的指導作用，能激發學生的學習興趣，提高學生自主學習能力。學生自主選題設計性實驗教學是提高學生綜合能力和教師實驗教學水平的一條有效途徑。

1 設計性實驗與設計性實驗教學的特點

目前關于化學教學實驗體系的劃分主要有2種：“四類實驗”包括基礎實驗、驗證性實驗、綜合性實驗和設計性實驗[3]；“五類實驗”包括基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗、研究探索性實驗和創新性實驗[5]。設計性實驗最大的特點是以一個非常明晰的、需要解決的實際應用或提高性問題作為起點，學生在教師指導下或自主進行技術性、經濟性、可行性設計，并進行制作、測試與驗證等來解決該問題，以得到相應成果作為終點。因此，設計性實驗教學是一種介于演示性、驗證性等基礎教學實驗與實際科學實驗之間、具有對科學實驗全過程進行初步訓練特點的實驗教學，對于提高學生學習的主動性，增強學生對基本知識、基本方法與基本實驗技能的靈活運用能力，培養學生獨立解決實際問題的能力和創新意識，具有重要的意義和作用[6]。

2 開展學生自選題設計實驗教學的必要性

呼倫貝爾學院地處內蒙古東北部，是一所地方性本科院校。學院從2003年開始本科教學，肩負著為地方經濟建設服務的重要任務，因此培養學生實踐能力尤為重要。目前在各專業課程教學大綱中的教學實驗項目包括基礎實驗、驗證性實驗、綜合性實驗和設計性實驗4種，但是由于實驗條件的限制，實驗項目多以基礎性和驗證性實驗為主，設計性實驗教學在突出學生自主設計、培養學生獨立解決實際問題的能力和激發創新意識方面的作用還有待于進一步改進和提高。以分析化學實驗教學為例，分析化學實驗開設18個實驗項目，其中基礎性和驗證性實驗占70%以上，其余的設計性實驗題目的選擇也是在教師給定的有限實驗項目下完成。實驗教學基本上是按照學生課前交預習報告，教師課堂講解實驗目的、實驗要求和實驗原理，分析可能出現的問題，最后由學生操作實驗，教師巡回指導這樣的過程進行實驗課程教學。

在目前這種實驗課程教學模式下，學生的基本操作技能雖然得到了訓練，但是對實驗中可能出現的問題缺乏思考能力，對設計性實驗的理念沒有更深的感受。最為突出的表現是學生在實驗報告的討論部分無話可說，或者都是一些套話。學生不會主動地思考、分析、解決實驗中遇到的問題，這種思維惰性的弊病在畢業論文環節中表現更為突出。

設計性實驗教學宗旨是讓學生根據某一專題的目的、要求，運用相關知識和技能，對實驗材料、儀器設備、方法和步驟等進行設計并實施，最后對結果進行分析評價的過程，這是一個發現問題、解決問題的探究式學習過程[7]。設計性實驗能夠彌補驗證性實驗的不足，更能體現學生是學習主體、教師是指導者的教學過程[8]。設計性實驗教學強調的是培養學生掌握如何進行實驗設計的基本思路、基本流程和基本方法，在設計實驗過程中能夠培養學生自主學習、自主研究的能力和組織能力[9]。設計性實驗是實驗設計，更是教師的教學設計。因此，在實驗課程教學中加強設計性實驗教學的設計與管理，特別是開展學生自主選題類設計性實驗教學，對培養學生的動手能力、分析和解決問題的能力是必要的。

3 學生自主選題設計性實驗教學的開展與探索

隨著教師對設計性實驗教學作用和教學地位的認識進一步提高，現有的實驗教學模式的弊端也不斷顯現。在多年實驗教學的基礎上，我們對設計性實驗教學方法進行了改革與探索。改變了以往由教師給定設計性實驗題目的做法，增加了學生自主選題設計性實驗內容，以突出實驗課程的實踐性、綜合性與創新性，同時也為了激發學生的實驗熱情，培養學生嚴謹的科學態度、科研意識、自己動手解決實際問題的能力。現以分析化學實驗教學為例，從2008級化學和應用化學本科專業學生開始，嘗試在實驗教學中加強學生自主選題設計性實驗的教學研究，收到較好效果。

3.1 設計性實驗教學流程的改進

根據設計性實驗教學的特點，擬定了學生自主選題設計性實驗教學流程，如圖1所示。在教學過程中加強了設計性實驗的安排、選題、實驗方案設計、實驗方案實施等幾個教學環節的工作。

3.1.1 設計性實驗教學的安排與要求

在學生自主選題設計性實驗教學中，選題的基本原則是結合所學專業，以學生掌握的基本知識為基礎，解決學生自己感興趣的實際問題。因此，學生設計性實驗的題目可以結合中學實驗教學問題進行選擇，可以從與日常生活有關的化學問題中選擇，也可以從更新實驗技術解決實驗問題方面選擇[10]。選題范圍不僅僅局限于教材上的實驗項目，它可以涵蓋環境分析、食品分析、土壤分析、藥物分析等領域的元素、化合物定量分析內容。在選題過程中，學生不僅要根據實驗要求進行選題，還要有不同的實驗方法，提出不同的實驗原理，供在實驗中選擇與比較，從而保證實驗原理與方法的多樣性、實驗技術的綜合性。

圖1 設計性實驗教學流程

為了設計性實驗教學順利進行，實驗指導教師通常在開學初就將設計性實驗的選題要求安排布置下去，給學生留有充分的時間思考、查閱資料、進行選題。由于學生初次接觸自主選題設計性實驗，大多數學生反映設計實驗難，不知道如何下手。教師的作用是要認真指導學生如何選題、如何設計實驗。通過教師對設計性實驗選題環節的指導，學生可以根據他們的理解開始“發現問題”，這期間學生也可以隨時與教師溝通交流來解決遇到的問題。在這種充分準備的基礎上，通常在設計性實驗課程開出前2～3周由教師集中指導、檢查學生的選題和設計情況。這種實驗教學環節的安排，其優點體現在以下幾方面：

（1）能夠激發學生發現問題的熱情，提高學習主動性。

（2）理論課與實驗課緊密結合。在理論課教學中，教師對涉及到的分析方法在應用、要求、注意事項等方面進行強調，可以提示和啟發學生對設計性實驗的思考，提高課堂教學的效果和學習效率。對分析化學實驗過程中出現的一些異常現象，實驗教師會要求學生認真觀察、分析，這些問題可以作為設計性實驗研究的問題來進一步探索。

（3）加強了理論課授課教師與實驗指導教師的溝通，通過努力，共同提高教學質量。

3.1.2 設計性實驗選題

確定實驗題目是設計性實驗教學成敗的關鍵環節之一。實驗題目不宜過大、過難，要保證設計性任務能夠在有限的時間內完成，增強學生信心。實驗結果的實用性、趣味性同時也可以激發學生的實驗興趣。因此，在選題階段特別強調實驗教師要多與學生溝通，指導學生合理選題，同時鼓勵學生2～3人合作，分工明確地完成任務。近2年，學生設計完成了“補鈣劑中鈣含量的測定”、“阿司匹林藥片中乙酰水楊酸含量的測定”、“牛奶中鈣含量的測定”、“卡夫果珍中維生素C含量的測定”、“醬油中鉛含量的測定”、“洗衣粉中聚磷酸鹽含量的測定”、“實驗室含鉻廢液的回收”、“實驗室含銀廢液中銀的回收”、“實驗室含碘廢液的回收處理”、“學園人工湖水質綜合分析”等多個實驗項目。這些設計題目多數來源于生活中學生關心、感興趣的內容。學生自主選題的過程不僅培養了學生觀察問題、查閱資料的能力，還激發了他們運用所學知識解決實際問題的熱情。

3.1.3 實驗方案設計

實驗方案設計的框架包括實驗題目名稱、實驗時間、是否小組合作等基本信息，同時也包括實驗目的、實驗儀器設備、實驗原理、實驗假設與結果預期、實驗內容、參考文獻等重點內容。實驗方案設計過程中教師與學生之間始終處于交互狀態，確保教師對學生的指導作用。對于選擇同類題目的學生，則要求他們做進一步的討論，指出實驗方法的差異及其對預期實驗結果的影響。教師審核實驗方案的主要作用是指出實驗設計中的不足、容易忽視的細節以及現有實驗條件是否可以滿足實驗等問題，教師要鼓勵學生獨立思考、大膽創新并敢于質疑，幫助學生建立創新的思維方式和科學的研究方法。如果學生設計方案存在的問題較多，則要求學生重新查閱資料、完善設計，直到設計方案可行方可進行實驗。這一過程對培養學生自主學習的能力起到重要作用。

3.1.4 實驗過程

在實驗過程中，要求學生獨立思考解決問題，不斷改進和完善實驗方案，力爭以最簡單、經濟的方法得到滿足準確度要求的實驗結果。教師要鼓勵學生提出問題和擁有不同的見解，做深入的研究。在實驗指導過程中，教師要改變傳統的實驗教學模式，突出學生的主體地位和教師的指導作用這樣的教學理念。教師不過多干涉學生的設計和實驗，注意培養學生獨立思考和創新的能力，充分調動學生的積極性、主動性和創造性。在實驗過程中，如果學生選擇了相同的題目，例如同是“雞蛋殼中鈣含量的測定”這個題目，由于不同的學生在設計時對蛋殼的前期處理采用了不同方式，因此在實驗后期引起滴定現象、實驗結果存在差異，在實驗過程中，教師要適時啟發、提示學生認真觀察、思考和發現問題。

3.1.5 實驗報告的撰寫

實驗報告是設計性實驗的總結材料。為了提高學生分析問題和概括總結的能力，要求學生在報告中認真分析實驗成敗的原因，概括總結實驗的關鍵環節，同時也要結合實驗過程進一步指出需要完善的環節。通過對實驗報告撰寫環節的指導和嚴格的質量把關，不僅提高了學生的數據處理能力，而且也培養了學生思考問題和解決問題的能力。

3.2 開展學生自主選題設計性實驗教學的思考

在設計性實驗教學過程中怎樣才能保證使每位學生都能得到良好訓練、不走過場，這一直是實驗指導教師關心和探討的內容。為了開展好設計性實驗教學，要在以下幾方面轉變思想和方法：

（1）明確學生的主體地位和教師的指導作用。設計性實驗教學要求教師首先要轉變思想，體現設計性實驗教學理念。在整個實驗過程中，要突出學生主體作用，充分發揮教師的主導作用。教師要思考的問題就是如何引導學生從現象入手，抓住問題的實質，沿著設計思路，順藤摸瓜，發現問題，解決問題[11]，充分體現指導教師的啟發、引導、解惑作用。教師要在查閱資料、方案設計等環節給予學生更多的方法上的指導。

（2）對成績評定體系進行調整，體現評價的綜合性。學生自主設計性實驗與驗證性、綜合性實驗不同，是學生查閱資料的能力、設計實驗的能力、實驗操作能力、討論問題與分析問題的能力、報告撰寫能力等多重能力的綜合體現。設計性實驗成績的評定應該是對學生能力的綜合評價。這與分析化學實驗課程原有的成績評價體系[12]存在很大差異。因此，在成績評定方面要將設計性實驗成績單獨記錄，占期末總成績的20%，以鼓勵學生認真完成這個教學環節。

（3）加強開放實驗室管理，充分利用實驗室現有資源。學生自主選題設計性實驗教學是以實驗室開放作為基礎。設計性實驗是帶有探索性質的實驗，實驗結果的不預期性使實驗時間具有不確定性，而設計性實驗課題來源廣泛，使用的實驗儀器、設備種類也比基礎實驗多，因此，設計性實驗教學是以實驗室開放作為基礎的教學過程。為了做好設計性實驗教學，一方面要加強開放實驗室的管理，另一方面指導教師要更加了解實驗室的儀器、設備情況，充分利用開放實驗室現有資源指導學生設計實驗，保證學生順利實驗。

（4）提高教師的綜合素質與教學能力。近年來由于學生人數的增加，學生設計的實驗方案涉及面更廣、內容更豐富，因此要求指導教師不僅要具備一定的理論基礎和實驗操作技能，還要具有廣博的知識，給學生創新提供較高的起點和指導。同時，在實施設計性實驗過程中出現的新問題也為教師提供了新的教學研究課題，在研究過程中使教師的研究能力、學術水平及教學能力得到提升。學生自主選題設計性實驗教學對教師提出了更高要求。

4 結束語

通過幾年的探索，我們更加深刻地體會到設計性實驗教學這種開放的教學模式與其他教學過程的不同特點。學生自主選題設計性實驗教學體現了學生的主體作用和教師的主導作用。通過設計性實驗教學激發了學生的實驗熱情和興趣，調動了學生的學習自主性和積極性。設計性實驗是提高學生綜合能力和教師實驗教學水平的一條有效途徑，也為學生畢業論文環節打下了堅實基礎。設計性實驗教學在地方新建本科院校提高應用型人才培養質量方面起到了積極作用。

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