改革分析化學實驗教學模式 培養學生自主學習能力

柳玉英， 王 平， 王粵博， 劉 青， 藺紅桃， 張 天， 范慧清

(山東理工大學 化學化工學院， 山東 淄博 255012)

0 引 言

科學技術的發展，不僅提升了知識更新的速度，也改變著知識傳播的方式與途徑。因而，終身學習成為社會發展對個人的必然要求[1-2]。作為教育工作者，應清醒地認識到，教育的任務是要由學生學到知識轉變成培養學生的自主學習能力，使學生由“學會”走向“會學”，這是素質教育的要求[3]，也是教師不斷追求的教學目標。目前，國內外對自主學習沒有統一的定義。美國心理學家齊莫曼認為，自主學習就是指學習者為了保證學習的成功、提高學習的效果、達到學習的目標，主動地運用和調控元認知、動機與行為的過程[4]，是在教師指導下，學生有目的、有要求、有信息反饋、有反思的主動學習。

分析化學實驗教學相對于理論教學，具有較強的觀察性、操作性和理論實踐融合性等特點[5]，教學重點是培養學生的基本操作和嚴謹的實驗技能，以及準確的“量”的概念的樹立[6-7]。在傳統教學模式下，大多教師在課堂上先講解實驗目的、原理、實驗步驟、注意事項并演示實驗操作，然后再由學生進行照方抓藥式的實驗。在整個教學過程中，學生基本處于被動學習狀態，造成了學生對教師和實驗教材的依賴[8]。為了彌補了傳統教學模式的不足，提高學生的學習積極性和學習效率，達到培養學生的自主學習能力和實踐創新能力的目的，在近幾年的分析化學實驗教學過程中，根據教學內容的特點，采用了以培養自主學習能力為目的的教學模式，將面對面的課堂教學與在線教學有機結合，旨在培養與提升學生的自主學習能力，提高教學效果。

1 教學模式設計

1.1 激發學習動機

“成功的教學所需要的不是強制，而是激發學習的興趣”。要使學生愿學、樂學，就要采取相應的措施，調動學生的學習動機，增加學習的興趣，解決學生中存在的厭學、逃學的問題。因此，要根據學生的認知規律，從實際生活出發，在課程和日常生活之間架起橋梁。通過選取合理的實驗內容、有效的實驗教學組織形式，達到激發學生的學習興趣[9]。分析化學實驗課程的顯著特點是教學內容與生產、生活均有密切的聯系。例如，自來水的硬度如何測定？食醋中醋酸含量如何測定？奶粉中蛋白質的含量如何測定？漂白劑中有效氯的含量是多少？水果中維生素C的含量如何測定？等。在本校的分析化學實驗項目的選擇上，盡量做到貼近生產、貼近生活，并根據教學需要，分別在課前、課中或者課后布置相關任務，以此激發學生自主學習的熱情和動力，有了內在的驅動力，學習自然也就變為學生主動的行為。

1.2 明確學習目標

在教學活動中，通過“任務”來誘發、加強和維持學生的成就動機，而成就動機則是學習和完成任務的動力系統，任務作為學習的橋梁，從而達到學習的目的[10]。這種教學模式有助于培養學生的自主探究能力和創新能力[11-12]。因此，首先要讓學生明確自主學習的目標和任務，并向學生提出具體要求。

1.2.1基礎的驗證性實驗

分析化學實驗的基本操作是否規范、熟練，直接決定著分析結果的準確度[13]。因此，基礎的驗證性實驗的教學目的是使學生掌握分析化學實驗的基本技能，規范基本操作，準確樹立“量”的概念。教師要根據教學目標制作預習指導書、創建教學視頻、自測題等學習資源，隨后將學習資源上傳到網絡教學平臺，并下達自學任務單，任務單的內容包括：原理、儀器、溶液、干擾、“量”的問題、知識拓展等方面(見表1)。學生根據預習指導書的內容，通過觀看教學視頻、閱讀實驗教材、完成預習自測題等過程，達到自我學習的目的。另外，教師在布置任務時應根據學生的學習能力提出合適的目標，提出有梯度的系列問題。例如，測定自來水硬度的實驗過程中，對于加入三乙醇胺的作用，學生基本可以通過自學獲得答案，而對于下面這個問題：為什么三乙醇胺、KCN可以掩蔽Fe3+，鹽酸羥胺不能掩蔽Fe3+，在測定Bi3+時，恰恰相反，為什么鹽酸羥胺可以掩蔽Fe3+，而三乙醇胺和KCN卻不能掩蔽Fe3+？多數學生不能合理解釋，需要教師課堂上盡量講解詳細。

1.2.2設計性實驗

設計性實驗是在學生掌握了分析化學實驗的基本理論與技能后，為了讓學生更扎實掌握實驗原理、操作方法和步驟，培養學生思考問題、分析問題和解決問題的能力[14]，調動學生的主動性和創造性，激發學生的學習興趣和創造欲望，提高學生的運用所學知識解決實際問題的能力而開設的。本校近幾年逐步提高了綜合性設計性實驗的比例，開設了某些與生產和生活密切相關的實驗項目，例如：餅干中Na2CO3和NaHCO3含量的測定，胃舒平中鋁、鎂含量的測定等。設計性實驗的教學目的是培養和有效提高學生綜合運用所學知識的能力以及創新實踐能力。教師提前下達任務書，讓學生按照任務要求，分組討論、查閱文獻后設計出詳細的實驗方案，其內容包括：目的要求、實驗原理(分析方法、主要反應、標準溶液、測定條件、結果計算等)、所需儀器(種類、型號、數量等)、所用試劑(規格、濃度、用量、配制方法等)、測定步驟(標準溶液的配制與標定、取樣量、樣品的處理、測定等)、實驗注意事項、數據記錄表格等。實驗方案的設計要求見表2。

表1 自來水硬度實驗自學任務單

在開設設計性實驗時，可以給定某個實驗項目，也可以給定幾個實驗原理類似的實驗項目，讓學生自己選擇。例如，氧化還原滴定的設計性實驗，可以同時給出以下4個實驗：注射液中葡萄糖含量的測定，水中溶解氧的測定,漂白粉中有效氯含量的測定,維生素C含量的測定等。學生既可以根據自己的興趣和愛好選擇不同的實驗，又不至于增加過多的實驗準備工作量。另外，教師須對實驗方案進行反復多次審閱、反饋，在實驗過程中給予必要的啟發與引導，以及實驗完成以后對實驗結果和報告進行評析。

表2 餅干中混合堿測定實驗方案要求

2.3 提供學習資源

學生在自主學習過程中，僅依靠傳統的參考教材、習題解答等學習資料是遠遠不夠的。為此，在網絡教學平臺上設置了多個教學欄目，豐富和完善了學習資源，其內容包括教學課件、微課課件、自主學習任務單、實驗指導、實驗操作視頻、試題庫、國家標準(如有關取樣方法的標準、配制標準溶液及試劑的標準、分析方法的標準等)、知識拓展以及與分析化學有關的時事熱點等，充分發揮信息化環境帶來的便利和優勢，并將分析化學理論和實踐教學平臺進行一體化的建設，構筑了一個方便實用的自主學習平臺，拓寬了學習的時間和空間。

2.4 檢驗學習效果

學生自學必須是有目的、有要求、有信息反饋、有反思的主動學習。自主學習的學習效果通過多種方式進行檢驗。① 與自學任務單相配套的自測題(見表3)，讓學生及時了解自己的學習情況，及早發現問題，彌補不足。自測題要與學習目標相吻合，有針對性和目的性；② 教師根據所設計的實驗方案檢驗自學效果；③ 翻轉課堂，課堂上讓學生匯報自學成果也可較客觀地評價學習效率，收到良好的教學效果。

表3 銨鹽中氮含量的測定自測題

2.5 改革評價方式

學習模式的改變，必然要相配之以全新的評價模式。在培養學生自主學習能力的教學過程中，要加強教師與學生之間的交流，掌握學生自主學習的過程、學習方法、學習效果，并對其進行監控、考核與評價。在傳統教學模式下，分析化學實驗課程的成績很大程度取決于實驗報告的質量。在新的教學模式下，學生的自學學習過程和學習效果構成了40%～60%的成績。同時，形成性評價也激勵學生逐步養成自主學習的習慣，在習慣形成的過程中提高自主學習的能力。

2 以培養自主學習能力為主的教學模式的應用效果

(1) 激發了學生自主學習意識。由于教師在課前下達了自學任務單，要求學生在進實驗室之前必須完成相應的預習任務，在翻轉課堂上則要匯報自學成果，該教學模式充分確立了學生在教學過程中的主體地位，調動了學生自主學習的意識，且在信息環境下，學習資源基本網絡化，這使得學生的自主學習是隨時隨地的，學習的策略是自我調節的，學習的效果學生是可以自我監控和評估的，所以，這種教學模式極大提高了學生自主學習的意識和能力。

(2) 有效提高了學生的自主學習能力和綜合能力。以培養自學能力為目的的教學模式經過了三輪的教學實踐應用，且在每一輪的教學過程中，均有相應的平行班級沿用傳統的教學方法進行對照。結果表明，利用新的教學模式的班級其實驗成績和理論考試成績均高于對照班級，設計實驗方案的能力也得到相應提高。另外，學生在自主學習過程中進一步拓寬了專業知識面，提高了綜合應用及創新能力，在近幾年的山東省大學生實驗技能大賽中成績優秀，2017年有兩位同學獲得一等獎，這是前所未有的成績。

(3) 促進了教學團隊的建設以及教學研究和教學改革的深化。在新的教學模式實踐過程中，逐步建立了日益完善的分析化學實驗教學體系，在教學內容、教學方法、教學評價、教學隊伍方面形成了自己的特色和優勢，取得了明顯成效。分析化學教學團隊獲批首批校級教學團隊，形成了“老、中、青齊上陣，傳、幫、帶共進步”的教研氛圍，近年來本課程組教師先后有4人次獲得校青年教師講課比賽一、二等獎；承擔校級教改項目10余項，教學團隊成員基本做到了人人有教研項目，月月有教研活動，并根據對學生問卷調查結果，及時了解反饋學生對教學方法和教學手段改革的反饋。

3 結 語

自主學習的效果不僅取決于教育理念的轉變，還取決教育者和學習者本身的素質。一方面，要求教師自身知識的不斷更新，應具備較高的專業素養，能夠熟練運用各種理論合理組織自主學習活動[4]；另一方面，教師的教學理念、教學方法、教學內容必須通過學生積極主動地實施才能達到預期的效果[15]。因此，自主學習作為一種教學模式，有其局限性和發揮的前提，所以選用時必須根據知識的特點、學生特點，合理選用，并注重與其他教學方式相互結合。

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