無機化學實驗課程啟發式教學探析

高明麗　黃　微　劉　衛　李　婉　劉濟紅　田紅軍

（中國科學技術大學化學實驗教學中心，合肥230026）

·教學研究與改革·

無機化學實驗課程啟發式教學探析

高明麗*黃微劉衛李婉劉濟紅田紅軍

（中國科學技術大學化學實驗教學中心，合肥230026）

無機化學實驗是高校一門重要的基礎實驗課程。本文介紹在無機化學實驗課程中運用啟發式教學法，并將其貫穿于整個教學過程。采用多種途徑鼓勵學生進行實踐創新，引導學生深入思考，在實驗中發現、探究和解決問題，提高學生的綜合素質。

無機化學實驗；啟發式教學；綜合素質

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無機化學實驗和分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗并列為高等學校化學專業本科生的四大基礎實驗課程，并且無機化學實驗通常也是高校學生最早接觸到的一門基礎實驗課，因此無機化學實驗課程的教學質量尤為重要。教學的重點在于傳授基本知識的同時，提高低年級本科生學習化學的興趣，激發學生的求知欲與創新意識，培養學生的動手能力與觀察分析的能力，因此這也給任課教師的教學方法和手段提出了更高的要求。

1969年，美國的神經病學教授Barrows［1］在加拿大麥克馬斯特大學首創的以問題為導向的教學方法（Problem-Based Learning，PBL）是基于以學生為中心的教育方式，目前已成為國際上較為流行的一種教學方法。其特點是由教師引導，以問題為基礎，通過學生自主探究來解決問題，它強調以學生的主動學習為主。我們嘗試在無機化學實驗課程的教學中運用類似的啟發式教學手段，引導學生在實驗預習、實驗操作以及課后總結的過程中善于思考，培養學生發現問題、分析問題、歸納總結以及科學探究的能力，以期提高學生的綜合素質，為學生今后進一步深造和從事科學工作打下堅實的基礎。下面介紹我們在啟發式教學方面所做的工作以及體會，希望與大家共同探討。

1　啟發式教學在整個教學活動中的應用

1.1課前準備過程

上好一節有質量的實驗課，缺少不了教師認真而有效的備課，而課前的啟發式默講是一種很好的備課方式。默講是指在上課之前默思將要進行的課堂教學活動，包括默默演繹課堂授課的內容以及模擬現場講課等［2］。啟發式默講則是以提問的方式進行默思，它不是死記硬背教材內容，而是通過將所講授的知識用自己的語言來表述，以提高備課效率，更深刻地理解教學內容。如，針對一個具體的實驗內容可以理清以下一系列問題：（1）本節實驗課教師要教什么？學生要學什么？所學知識或技能在研究和實際中有什么用？重點和難點在哪里？（2）本節課需要掌握哪些新的實驗技能，如何指導學生又快又好地掌握？又涉及了哪些以前學過的實驗技術，各有什么特點？（3）本實驗涉及了哪些實驗原理，如何用反應方程式或計算公式表達？（4）如何用精煉的語言表述實驗過程？（5）如何引導學生深入思考，對實驗內容作進一步的拓展？通過提問－聯想－回答的過程，教師逐步完善備課內容，從而為實驗課堂的順利開展做好充分的準備。

另一方面，我們對學生的實驗預習也提出了一定要求，要求學生預習時不是不假思索或膚淺地抄書或摘錄，而是要認真思考，在預習報告本上結合自己的話語，盡量用流程圖或表格的形式來表述實驗過程，并且需要先回答實驗書上的預習思考題。這樣將促進學生主動思考，熟悉和了解即將開展的實驗內容，從而在實驗課上做到有的放矢，提高課堂效率。

1.2課堂啟發式教學的探索

1.2.1授課方式多元化

無機化學實驗課涉及到各種基本理論知識和實驗操作技能，如果單純照本宣科地講解實驗內容，學生難免會覺得實驗枯燥乏味，并且也容易導致學生對實驗印象不深刻、理解不夠全面等問題。為了提高學生的學習興趣，發揮他們的主觀能動性，我們采取了多種方式相結合的授課方式。如有效利用現代化的多媒體手段，將實驗內容以板書和ppt形式相結合，充分發揮ppt在圖片展示、內容豐富性等方面的優勢，向學生生動地介紹實驗的背景知識、實驗原理以及實驗裝置圖等。例如，在“工業硫酸銅的提純”實驗中介紹硫酸銅的物理性質時，會講到無水硫酸銅易吸濕生成五水合硫酸銅，兩者的外觀有著顯著差別，我們在ppt中將它們的實物圖片呈現給學生，學生很容易記住兩者的外形差異。又如在“硝酸鉀的制備及提純”實驗中介紹實驗原理時，將KNO3、KCl、NaNO3和NaCl隨溫度變化的溶解度曲線在ppt中向學生展示，使學生對這4種化合物的溶解度變化趨勢一目了然，有利于學生對實驗原理的掌握。另外，最近我們課題組還制作了無機化學實驗教學視頻課件［3］，即將無機化學基礎實驗拍攝成實驗教學錄像，應用于教學活動的各個環節中。“實驗視頻課件”可以將靜態文字無法表述清楚的實驗過程向學生進行動態直觀的展示，具有較強的可視性和可模仿性。學生在實驗前通過觀看實驗視頻，可以更加直觀地了解和熟悉本次實驗的內容和所涉及的實驗技能，從而在自己動手操作時做到心中有數，能夠從容應對，遇到問題時也有充分的思考空間，而避免出現由于不清楚實驗步驟而疲于應付操作的情況。例如，在講解“檸檬酸法制備固體燃料電池SDC粉體”實驗步驟時，會涉及到加熱反應體系達到板結狀態，如果僅是教師口頭表述，很難描繪出板結的具體情況，但如果以視頻形式展示，學生則很容易明白這一概念，掌握加熱的火候。通過各種形式多媒體軟件的應用，在一定程度上可以激發學生的學習興趣，使學生更快更好地進入課堂學習狀態，從而提升了教學效果。

另一方面，針對本節課新出現的實驗操作，教師在學生實驗之前輔以現場演示，學生通過直接觀察和分析思考，對實驗操作的掌握可達到事半功倍的效果。如，在“硫代硫酸鈉的制備”實驗中，學生第一次接觸常壓過濾操作，其中難度較大的步驟是做水柱，教師一邊演示一邊可以與學生互動，引發學生思考：濾紙邊緣為什么要略低于漏斗的上邊緣？折濾紙時靠近漏斗的一邊撕去一角的目的何在？為何要將濾紙與漏斗之間的氣泡排出？形成水柱的作用又是什么？學生邊觀察邊思考，在回答這些問題的同時也明白了如何操作，并將知其所以然。教師演示結束后，還可以請一位學生上來操作一遍，其他學生在旁邊觀察和補充。其他如減壓過濾，滴定分析中的定容、移液和滴定的基本操作，以及pH計等儀器的使用等也可以采取類似的方法。

1.2.2運用引申比較法掌握相關實驗技能

無機化學實驗中很多知識點之間相互關聯，找出知識點之間的關聯性，進行歸納總結，運用比較分析的方法能使學生更容易記住和掌握相關的實驗知識和技能。比如“工業硫酸銅的提純”實驗中涉及到常壓過濾和減壓過濾兩種過濾方法，啟發學生由此可以聯想到哪些固液分離的手段？分別適用于哪種固體物質？各有哪些特點？又如很多實驗中使用了重結晶的操作，啟發學生還可以想到哪些常用的物質提純方法？分別有何特點？再試著舉些有代表性的例子。這樣將有利于鍛煉學生的思維能力，學習歸納分析，做到舉一反三，靈活掌握所學知識。

1.2.3善于提問并鼓勵學生自己尋找問題的答案

學生是學習的主體，教師是引導者。優質的課堂教學要能激發學生的學習興趣，提高學生學習的積極主動性，并且要引導學生去探討和解決問題。實驗課上恰當地進行啟發式提問，可以收到很好的教學效果。如在做“順、反式-二甘氨酸合銅的制備及成分分析”實驗時，第一步需先制備氫氧化銅，制備過程中用到了1:1的氨水，教師引導學生思考：“氨水加入過量對實驗是否有影響？”，并且鼓勵學生自己動手試驗，有位學生往氫氧化銅固體中滴加1:1的氨水，發現氫氧化銅可以溶解在氨水中，由此他推斷氨水加入過量將會影響氫氧化銅的產率。又如在“工業硫酸銅的提純”實驗中需要加熱分解除去過量的雙氧水，教師向學生提問：“為什么要除去過量的雙氧水？”，提問后并不急于回答，而是鼓勵學生自己去尋找答案，下節實驗課時再一起討論。有的學生在完成課堂要求的實驗之后，自己動手探索答案，發現硫酸銅在堿性條件下與雙氧水反應生成棕色不溶物，而加酸又可溶解，并且課后查閱相關資料，在實驗報告本上對這一現象作了詳細的分析和解釋。學生對這樣的拓展性小實驗往往表現得很有興趣，對自己實驗得出的結論和查閱資料獲得的知識更是印象深刻，并且為解決問題而感到興奮。

另外，我們也鼓勵學生自己發現問題，勇于提出與教師或教材不同的見解，進而積極主動地探求結論的正確性。比如在“化學反應速率與活化能”實驗中涉及如下反應：

反應①的平均速率為：

若溶液中存在的是反應④，則根據式③求算速率常數k及級數m、n就站不住腳了。這是個很好的問題，教師鼓勵學生對這一疑問展開進一步的探索，并且幫助學生一起查閱相關文獻和資料，最后學生自己得出結論：由于電極電勢的差異，從熱力學角度考慮反應④完全可以進行，但是從動力學角度考慮，反應①是慢反應，發生的是以I－為催化劑的先①后②的催化反應，從而不能與直接發生反應。通過這一學生自己質疑－探究－解答的過程，使學生變被動接受知識為主動探索知識，充分調動了學生在學習中的主觀能動性，進而獲得知識，提高綜合創新能力。

1.3課后總結與建議

課后善于總結，有利于及時發現問題，改進教學方法，提高教學質量。在教師方面，課后要根據課堂上學生對實驗操作技能的掌握以及授課時是否能引導學生進入良好的學習狀態并且積極思考等情況，反思哪些教學環節還有改進的空間。在學生方面，我們鼓勵學生在實驗報告中對實驗的重點和關鍵點進行總結，多思考問題，并歡迎提出有建設性的意見。如有的學生實驗產率較低，可在實驗報告中分析原因，尋找改進的空間；有的學生減壓過濾時出現穿濾，探討應該如何避免等。也有一些學生對某個實驗很感興趣，課后通過查閱資料對實驗原理、應用等方面在報告中作了很詳細的拓展。我們希望通過這種形式促進學生積極主動地學習，善于思考與總結，使教學互長。

2　鼓勵學生開展科研小課題的研究

無機化學實驗中的基礎實驗數量畢竟有限，而且主要以驗證性實驗為主。為了提高學生對科研的興趣，給學生提供更廣闊的自主學習空間和開展科研實踐的機會，我們鼓勵學生拓展視野，大膽嘗試科研小課題的實驗研究。如我們在無機化學實驗（下）學期末開展了“科研小論文”的工作。學生以2－6人的小組形式，自主選擇課題內容，通過查閱文獻，設計實驗步驟，由教師在課題的可行性上把關后，彈性利用課堂內外的時間，以學生獨立開展實驗為主，教師適當指導，完成實驗內容，然后撰寫word版科研論文，最后再以ppt形式進行論文答辯。學生的課題豐富多樣，有“用廢牙膏皮為原料制備氫氧化鋁”、“科大東區部分水體的化學耗氧量（COD）測定”、“檢驗土壤中的元素”等。除此以外，為了給對科研有濃厚興趣的低年級本科生更多的接觸科學前沿的機會和提供一個創新實踐的舞臺，我們還在夏季學期開設了“化學科研基礎訓練”選修課程［4］，授課方式與“科研小論文”類似，但實驗時間更長、研究內容更為深入和細致。開設的課題有“殼聚糖的制備與表征”［5］、“食品添加劑甘氨酸鈉碳酸鹽的合成及性質初探”［6］等。我們發現，這類課程充分發揮了學生在學習上的主觀能動性，學生參與的積極性很高，樂于在實踐中去發現、分析和解決問題，使學生的綜合素質得到了很大程度的提高。

3　提高教師的綜合素質

啟發式教學不是簡單地將書本知識介紹給學生，而是希望啟發學生思考，通過自己的理解去探求和掌握知識。因此，它對任課教師的教學水平提出了更高的要求。俗話說“要給學生一杯水，老師要有一桶水”，在信息技術更新換代異常迅速的當今時代，教師首先要不斷充實自己，增加自身的知識儲備，包括熟悉教材的體系結構，深入鉆研教學的重點和難點等，這樣才能做到授課時熟能生巧、觸類旁通。同時，還須了解相關領域最先進的科技成果和發展趨勢［7］，以讓自己站得更高、看得更遠，有能力啟發學生的探索欲望和創新精神。另外，要深入鉆研課堂教學藝術，借鑒他人成功的經驗，并且全面了解學生的情況，在教學中做到有“的”放矢［8］，努力使無機化學實驗課的啟發式教學行之有效。

“授之以魚不如授之以漁”，我們相信單純地教給學生知識不如教會學生求知的方法。我們將繼續學習和探索，通過無機化學實驗課程的啟發式教學，激起學生的學習興趣，引導學生去發現問題、探索和解決問題，努力培養綜合素質較強的創新型人才。

［1］Barrows，H.S.Med.Educ.1986，20，481.

［2］李暉.高等理科教育，2004，No.6，82.

［3］高明麗，黃微，李婉，劉濟紅，魏偉.無機化學實驗視頻課件的制作及其在實驗教學中的應用//第十三屆全國大學化學教學研討會論文集.武漢:武漢理工大學出版社，2015:416－418.

［4］黃微，陳鍇，李維維，鄭媛，馮紅艷，劉光明，朱平平，侯中懷.實驗室技術與管理，2012，29（1），14.

［5］黃微，李維維，鄭媛.大學化學，2015，30（6），57.

［6］高明麗，黃微，鄭媛，李維維.化學教育，2015，36（20），17.

［7］王曉東，李立娟.遼寧教育研究，2000，No.3，69.

［8］姜同.長江職工大學學報，2001，18（2），22.

Exploration of Heuristic Teaching Method for Inorganic Chemistry Laboratory Course

GAO Ming-Li*HUANG WeiLIU WeiLI WanLIU Ji-HongTIAN Hong-Jun
（Chemistry Experiment Teaching Center，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，P.R.China）

Inorganic chemistry laboratory is an important and fundamental course in universities.This paper introduced a heuristic teaching method which was used through the inorganic chemistry laboratory teaching.We encouraged students to practice innovation in a variety of means，and guided students to be good at thinking and to find and solve problems in the experiments.It was helpful to improve the comprehensive quality of the students.

Inorganic chemistry laboratory；Heuristic teaching method；Comprehensive quality

G64；O6-3

10.3866/PKU.DXHX201601031

，Email:gaoml@ustc.edu.cn

2015年安徽省教學研究項目（2015jyxm005）；2015年安徽省教學研究項目（2015jyxm017）