設計性實驗教學模式探索和實踐

韓瑋娜 常亮 閻芳 李萬忠 韋柳婭

摘要：闡述了一套完整的設計性實驗所經過的四個階段，并根據醫藥學專業學生特點，以“食醋中總酸度的測定”為例，介紹了設計性實驗的教學實施過程，分析了醫藥學專業開設設計性實驗的意義。

關鍵詞：設計性實驗；基礎化學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）30-0226-02

設計性實驗是指給定實驗目的、要求以及實驗試劑和儀器等實驗條件，由學生自行設計實驗方案并加以完成的實驗。與單純的驗證性實驗相比，對學生的知識儲備、個人能力和素養有更高的要求，這就需要精心設計實驗內容，并對教師和學生的角色扮演及責任分配有重新的認識。

一、設計性實驗的四個階段

1.選題。設計性實驗的內容是順利進行實驗的關鍵前提。好的內容選擇要把握幾個原則：一是要順應課程改革要求和人才培養目標，避免陳舊刻板、程式化；二是難度適中，突出“可行性”，根據不同年級的學生設計不同層次的實驗內容；三是結合學生專業特點，選取與專業有關的內容，以激發學生的學習欲望，引起興趣，通過自己的全程參與獲得的結果，也會有強烈的成就感；四是實驗方法盡可能有多種設計方案和思路，為學生提供多次機會，培養學生的發散思維，同時避免同學之間的互相抄襲，而只能借鑒、討論或是取長補短。

2.小組討論。分為兩個階段：課前討論和課上討論。課前討論以實驗小組為單位在開課前完成。先由學生根據實驗題目查閱資料，獨立設計實驗方案，寫出預實驗報告，包括實驗原理、儀器和試劑、實驗步驟和注意事項等，再以2～4人為單位進行討論，資源共享，查漏補缺，討論每位同學設計方案的優缺點，進一步修改完善，最后由小組長匯總，以備第二階段的匯報。在此階段中，通過討論可以幫助學生了解自己的方案是否可行，是否符合安全環保的要求，允許學生互相借鑒以形成最終的合理方案。課上討論主要在實驗小組之間進行，每個實驗班分為4～5個實驗組。先由各組組長匯報課前討論結果，包括具體方案、各方案的可行性論證等，匯報完畢后各組之間暢所欲言，對他人的設計提出自己的意見和建議，側重細節，教師的作用是為學生提供輕松、積極的學習氛圍，力求每位學生都敢想敢說，鍛煉主動思維能力、表達能力以及合作溝通能力，這對于醫藥專業的學生尤為重要。

無論哪種形式的討論，主體都是學生，教師只起到指導、旁聽、糾錯和答疑的作用，而不是完全由教師強行告知實驗步驟，學生依照教材或板書刻板機械地完成實驗操作，不動腦、不思考、不問“為什么”，這種舊的教學模式大大壓制了學生主動思維能力、解決分析問題能力的發展。兩種討論階段可關聯如下：查閱資料→設計方案→課前討論→修改完善→課堂匯報→課上討論→教師總結點評。

3.完成實驗，撰寫實驗報告。實驗操作根據學生的特點和興趣分工進行，每人有獨立的任務和責任，這就促使每個同學都參與其中，絲毫不能懈怠，否則會導致整個實驗失敗而連累到其他同學，這種分工合作更有利于實驗的順利進行。實驗過程中，教師要多了解每個小組的實驗情況，指導細節、糾正錯誤操作，并幫助學生應對突發狀況，分析和解決隨時出現的意料之外的實驗現象和結果。實驗結束后，學生獨立完成實驗報告。

4.考核評價。考核評價分為有形和無形兩種方式。有形評價針對實驗設計方案和實驗報告，實驗設計方案主要評價其條理性、科學性、創新性、可行性和完整性，實驗報告評價其規范性、客觀性、科學性、獨立性和文學性。無形評價針對實驗討論、匯報和實驗操作，實驗討論和匯報主要評價分析和解決問題的能力、主動思考能力和表達能力，實驗操作評價動手能力、團隊合作能力和迎難而上的堅韌品質。有形評價由教師完成，無形性價由教師和學生共同完成。

二、實驗的具體實施過程

基礎化學實驗是醫藥學院校必修的一門重要基礎課程，在一年級的第一學期開課，鑒于學生來源不同，特別是有部分學生來自于少數民族和邊遠地區，化學基礎知識和實驗技能參差不齊，因此開設的第一次設計實驗不宜太難、專業性不能太強，既要體現設計性實驗的教學目的，還能拋磚引玉，激發學生學習興趣，避免難度過大導致學生對后面的設計實驗失去信心，因此我們選定“食醋中總酸度的測定”實驗。以本實驗為例，介紹設計性實驗的具體實施過程。

1.確定實驗內容和要求。將實驗題目“食醋中總酸度的測定”提前一周通知給學生，并說明這是綜合設計性實驗，主要目的是培養學生獨立分析問題和解決問題的能力、組織能力和創新能力，同時進一步練習滴定管、移液管和容量瓶的使用方法。學生可以小組合作的方式查閱資料，確定最終實驗設計方案。設計要求如下：

（1）寫明測定原理。根據食醋的性質，選擇合適的分析方法，寫出反應方程式、標準溶液、指示劑、計算公式等。

（2）列出所需的實驗儀器的名稱和規格、試劑的名稱和濃度等。

（3）寫出實驗的具體操作步驟。包括基準物質的選擇，堿標準溶液的配制和標定，樣品含量的測定等。實驗步驟中需詳細列出所需試樣及試劑的濃度和用量、儀器的名稱和規格、終點顏色變化等。

（4）說明實驗的注意事項。包括實驗室的安全和操作技術。

2.分組討論實驗設計方案。學生經過課前討論后完善自己的設計方案。基本的設計思路是：食醋中約含3%～5%（g/ml）的醋酸，此外還有少量其他的有機酸，如甲酸、丁酸、乳酸等。在測定食醋的總濃度時，可全部以醋酸的含量來表示。食醋要盡量選擇白醋，如果選用有顏色的食醋，對觀察滴定終點有影響，要對樣品進行預處理。本實驗主要采用酸堿滴定的分析方法，大致可有兩種方案：一種是用原濃度的食醋，即取3.00ml食醋溶液置于錐形瓶中加入20ml蒸餾水稀釋，加入2滴酚酞指示劑，用0.1000mol/LNaOH標準溶液滴定至淡紅色為滴定終點；另一種方案是先配制稀釋了一定倍數的食醋溶液，即取15.00ml食醋溶液置于100ml容量瓶中，定容后取25.00ml置于錐形瓶中，加入2滴酚酞指示劑，用0.1000mol/LNaOH標準溶液滴定至淡紅色為滴定終點。數據的記錄和處理可參考表1。

課上討論時，教師要認真聆聽學生的匯報，對于不合理的、不完善的、思路煩瑣的、浪費試劑的情況，要給予修改意見，對于完全行不通的要指出錯誤所在，如何修正，提示參考哪些實驗方法等，同時也要鼓勵學生互相提出問題，討論如何解決，確定最終的實驗方案。

3.完成實驗并總結，寫出實驗報告。根據修改后的設計方案認真進行實驗。實驗過程中，學生要做好實驗記錄，包括數據、易出現的操作錯誤和自行設計方案的實驗效果等；教師要對學生的實驗技能進行評判，比如電子天平、酸式滴定管、堿式滴定管、容量瓶、錐形瓶、吸量管的使用方法是否正確，實驗步驟是否有遺漏，實驗過程的參與程度等，并將考察的結果列入實驗成績中。實驗完成后，要求學生總結實驗結果，寫出實驗報告。實驗報告參考科研論文的格式，要強調完整性，包括八個項目：實驗日期、前言（主要介紹食醋的成分、與醫學或人體的關系以及酸度測定的意義）、實驗目的、實驗原理、實驗方法、實驗結果、結果分析和注意事項。

4.考核與評價。本次實驗滿分為20分，其中實驗設計占7分，實驗討論與匯報占3分，實驗操作占4分，實驗報告占6分。

三、總結

“食醋中總酸度的測定”是基礎化學實驗開設的第一個綜合設計性實驗，由學生根據所學知識，獨立查找相關資料，設計出食酸總酸度測定的實驗方案，包括實驗所用儀器、藥品、實驗步驟、數據記錄與處理方法、實驗報告格式、注意事項，然后根據自己的設計方案獨立完成，最終得到實驗結果，整個過程教師只起引導和啟發的作用，重點突出學生的主導地位，與普通驗證性實驗相比，成效顯著，主要有如下幾個方面：（1）學生參與實驗的全部環節，從方案設計、儀器準備、藥品配制到整個實驗完成，全程參與，有實戰感，便于將來的科研能力培養；（2）鞏固了學生的基本操作與技能，提高了動手能力，培養了解決問題的能力；（3）培養了學生的團結協作精神，這對于臨床醫學生尤其重要，決定了將來是否能與他人緊密配合而順利完成整臺手術；（4）使學生了解了科研的艱巨性，實驗往往不是一次就能成功，重要的是在實踐中總結原因，尋找解決方法，使問題得到解決；（5）學生可以充分發揮自己的主動性，不是被動接受教師的實驗思路，也不必為了達到理論的結果而湊數據，相反是主動、積極地研究問題；（6）內容的多樣化，方法的靈活性，增強了學生的參與意識，激發了求知欲、創新意識和創新精神。

總之，設計性實驗為學生充分提供了創新實踐的時間和空間，使學生逐漸克服對老師的依賴心理，養成自主發現問題、解決問題的習慣，受到學生的歡迎。當然，開設設計性實驗對于教師和實驗室條件的要求也較高，這是以后在設計題目時需要綜合考慮的因素。

參考文獻：

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