大學化學類實驗教學與學生科研能力培養

于宇

摘 要 大學實驗教學是培養本科生科研素質與能力的重要途徑。傳統的本科實驗教學觀念與教學方式導致本科生在實驗課程學習中存在諸多問題，嚴重制約了實驗課程在培養學生科研素質中發揮的作用。結合教學實踐與改革，以培養學生科研素質為目標，提出改進大學化學類實驗課程教學方式的具體措施。

關鍵詞 大學化學；實驗；科研素質

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）22-0141-03

Teaching of University Chemistry Experiments and Cultivation of Students Research Capability//YU Yu

Abstracts University chemistry experiment courses play an impor-tant role in the cultivation of undergraduates research capability. Traditional teaching concepts and methods of experiment courses lead to many problems in the undergraduates learning and perfor-

mance， which hinder the cultivation of undergraduates research capa-

bility. Based on the teaching experiences and reform， measurements for improving the teaching of university chemistry experiments are brought up.

Key words university chemistry experiments； teaching； scientific research quality

1 前言

培養具有科研素質和創造能力的高層次人才是新世紀對高等教育的迫切要求。《高等教育法》將具有從事本專業“研究工作的初步能力”作為本科教育工作的重要目標之一[1]。對于理工科學生，科研素質和能力主要表現在創新能力、邏輯推理能力、動手能力、語言表達能力等方面[2]。而大學實驗課程正是培養學生動手操作、分析問題與解決問題、創新思維、語言表達等能力的重要途徑。但傳統的大學實驗課程在教學觀念與教學方式上存在諸多問題[3]，這些問題的存在，非常不利于對學生科研素質和能力的培養。本文以培養本科生科研素質為基礎，提出一些大學化學類實驗教學方式上的改進措施，以便更好地發揮實驗課程在培養學生科研能力中的作用。

2 大學化學類實驗課程教學中存在的問題

大學化學類實驗課程教學中存在兩個根本性的問題：首先，在教學觀念上，普遍存在實驗課程是“理論課的附屬”的傳統觀念[3]，導致從校方到教師和學生，對于實驗課程的重視程度與投入的精力普遍不足；其次，在教學方式上，大學實驗課程“按方抓藥”的授課方式普遍存在[4]，教師毫無保留地將實驗方法、現象、結果等給學生一一講解，而學生只需照著實驗規程與教師提示的注意事項進行操作。如此，實驗課淪為簡單的情景再現和驗證性操作，很多本應該由學生親自獲得的直接經驗變成從教師那里獲得的間接經驗。這兩個根本性的問題導致學生在實驗課學習過程中存在諸多問題，嚴重制約了實驗課程在培養大學生科研素質中應發揮的作用。

學生不主動思考，安于現狀 學生只求能按要求順利完成實驗，得出“正確”的實驗結果，對于實驗原理、為什么要這樣做一知半解，也不愿去深究。這也與傳統實驗教學乃至整個大學教育中忽視培養學生的思維能力這一現狀不無關系。

創新能力差 思維能力差，更導致學生的創新能力差。筆者通過近年來指導一些大學生的創新項目發現，學生很難有自己的想法或思路，基本是在教師手把手的指導下或下達非常具體的要求后才能完成，缺乏創新觀念，更缺乏創新能力。

害怕“失敗”的實驗 實驗課堂上，學生害怕失敗的實驗，害怕得不到“正確”的實驗結果。學生認為只有得到“正確”的結果，這次實驗才算成功，實驗報告才算完美，分數才會高。有些教師也害怕失敗的實驗，意味著本次教學任務沒有達到，意味著需要重做，要付出比正常課程多一倍的時間來完成。孰不知，“失敗”的實驗正是培養學生思維能力與科研素養的絕佳機會。

缺乏科研素養 除了以上提到的科研素養的核心能力，對于一些科研素養的表現，比如合理有序的時間安排、準確高效的操作、維護整潔的實驗臺面、規范的數據處理與實驗報告等，都是科研素養的體現。大學實驗課程是培養這些科學素養的重要場所，但并沒有發揮很好的作用。

3 大學化學類實驗課教學方式的改進

要想真正發揮實驗課程在大學生科研能力與素質培養中的關鍵作用，在教學觀念與教學方式中，各個方面均需有所改革與突破。健全合理的體制是打破大學實驗教學傳統觀念、增強實驗課程在培養學生科研素質中的作用的根本保障。學校層面，應在培養方案中重視實驗課程的設置，適當增加實驗課學時在課程體系中的比重；將實驗課程與理論課程同等對待；加強對實驗課程的監督、管理，建立適當的激勵與考核機制等。在教師層面，教師的責任心與投入的精力也是決定實驗課程教學效果與作用的關鍵因素。根據多年的大學化學類實驗課程教學與改革，教師可從以下幾個具體方面改進實驗課程教學方式，以達到培養學生科研素養與能力的效果。

做好實驗預習 在實驗進行前，學生需對實驗原理與過程做到心中有數。只有熟悉實驗流程，把握實驗的關鍵點，才能有精力在實驗中充分地觀察實驗現象，才能有精力對原理、注意事項、異常現象等進行思考與創新。實驗預習可以通過以下方式進行：教師提前帶領學生解讀實驗規程[5]；endprint

或學生自行預習實驗規程，通過撰寫預習報告體現預習成果。前一種方式往往適用于實驗原理或應用器材對于學生來說比較陌生，學生自學有難度的情況；對于一些專業性實驗課程，如海洋化學實驗、環境監測實驗，學生具備一定的化學基礎，并且往往會事先學習相應的理論課程，因此基本可以通過自學預習實驗規程。

預習的關鍵在于一定要設置恰當的問題，引導學生進行預習與思考。可以設置以下三類問題。

1）基礎型問題，即簡單直觀的思考題，以幫助學生增強對于原理、實驗過程與預期現象的理解。

2）提高型問題，即對于實驗原理和過程的深入思考與把握，例如：可能導致失敗的因素；如果失敗，怎樣排查原

因，怎樣解決；目標樣品的濃度過高而超出標準曲線，怎樣解決；有無提高實驗效率、簡化改進實驗過程的可能；等等。

3）拓展型問題，即需要學生自行查閱資料，拓展相關知識，例如：新儀器設備的使用方法與注意事項，與本實驗目的相同的其他替代方法，本實驗方法的最新研究進展，等等。

實踐表明，帶有問題的預習能有效增強學生對于實驗關鍵點的把握，有利于在實驗中更多地進行觀察與思考。

設計實驗過程，妙用“失敗”實驗 適當增加一些探索設計性環節，有助于引導學生思考與創新。如在測定水質指標的實驗中，讓學生現場采集校園內人工湖不同地點的水體樣品，評價湖泊的水質與污染狀況。看到自己學習的知識能學有所用，學生積極性非常高，鍛煉了綜合應用能力。又如用鋅鎘還原法測定水體中溶解態硝酸鹽氮實驗，很容易受到外界污染而使空白過高，導致實驗失敗。因此，在實驗中增加讓學生自己設計檢測是哪個步驟、哪個試劑引入了污染的環節。這一環節不僅使學生對于實驗的質量控制有了更好的理解與把握，更使學生的思維能力在實驗設計與數據分析中得到很好的鍛煉。

另外，要妙用“失敗的實驗”。大學化學類實驗操作步驟多，經常發生由于學生操作失誤、操作水平不高、待測樣品特殊甚至某藥劑失效等各種情況引起的實驗失敗。學生在沒有獲得理想的實驗結果時往往比較沮喪。教師在實驗課教學中應當“期待”特殊狀況的發生，當學生實驗失敗或遇到問題時，一定要讓學生找出原因，調整后重新實驗，直到實驗成功。這些學生對于此實驗的理解與掌握，相比那些順利完成實驗的學生會更加深刻而牢固。

如在碘量法測定水體溶解氧的實驗中，在檢測試劑空白時，某組學生的空白值一直較高。在教師的引導下，他們對所用試劑、操作步驟等一一進行排查，最后發現是由于在加入試劑時沒有混勻，發生局部反應所致。經過此次教訓，學生不僅深刻地體會了加入試劑后要充分混勻的必要性，更在逐步排查原因中鍛煉了思維能力。

適當設計一些“特殊情況”，對于培養學生的思維與動手能力大有益處。如實驗規程中使用的是50 ml的比色管，在準備實驗材料時故意給學生25 ml規格的比色管，考查學生如何調整完成實驗。此即“失敗”實驗的妙用，或是“錯例教學”的功效[6-8]。

培養良好實驗習慣 良好的實驗習慣是科研能力的基本要求，會使科研工作事半功倍。而良好的習慣應當在大學階段的培養中奠定基礎。教師在實驗課程教學中，應當注重培養學生的實驗習慣與意識：要求學生具備安全意識，做好預防措施，熟知事故的處理程序；要求學生基礎操作規范，因為規范的操作是保證實驗準確與成功的前提；要求保證實驗室整潔有序，如藥品與器材使用完要原位放回，器皿使用前與使用后正確清潔，儀器使用過程中注意清潔與維護，保持實驗臺的干凈整潔等。實踐表明，從一開始就養成良好實驗習慣的學生，在后續課程或研究生學習時，基本能一直保持下去，對學習和科研工作起到積極影響。

規范實驗報告，培養科學表達力 如同科研的最終成果須以學術論文來呈現一樣，實驗課程的最終結果要以實驗報告來表現。實驗報告撰寫過程中，怎樣清晰地描述實驗過程，對數據進行科學統計與整理，用科學語言進行論述和分析，均是對學生科學表達力的鍛煉與培養。但在以往的實驗課程教學中，這一環節并沒有得到應有重視，教師要求不嚴，學生流于形式、敷衍了事。近年來，一些教師開始探討使用多種形式的實驗報告來培養學生的科學表達力，如學術論文式、用英文撰寫等[9-10]。但是，實驗報告并不能完全等同于學術論文，學術側重于數據支持下對觀點的闡述，而實驗報告更側重于對實驗過程的掌握與分析。

因此，以科研論文的精髓，冠以實驗報告的形式，則更為合適。重點要求包括使用科學的語言，使用格式規范的圖表等，要體現實驗的質量控制，如對空白實驗、平行實驗、標準曲線線性等結果的分析與討論等。如此實驗報告的撰寫訓練，為之后學生的科研工作與學習打下良好的基礎。

4 結語

大學實驗課不僅是學生獲取知識與技能的場所，更是培養本科生創新精神和實踐能力的重要途徑。只有擯棄傳統的“理論課的附屬”的教學觀念，切實進行教學改革，才能使實驗課程在大學生科研能力培養中發揮其應有作用。在教學過程中，教師可以在做好實驗預習、巧妙設計實驗、培養良好實驗習慣與規范實驗報告等方面改進教學方式，以達到更好地培養本科生科研能力的目標。

參考文獻

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[10]王五洲，杜振芳，曹朝暉，等.用多種形式撰寫生物化學實驗報告的探討[J].教育教學論壇，2015（50）：260-261.endprint