導學式電子實驗報告的探索設計與實踐①

龔成斌， 楊于瑤， 石燕， 高意， 唐倩

西南大學 化學化工學院/西南大學 化學化工國家級虛擬仿真實驗中心，重慶 400715

化學作為西南大學的傳統優勢學科,是理論與實踐并重的專業,實踐能力的培養是學生成長的關鍵要素.實驗是培養學生創新能力和解決問題能力的重要抓手,完成每一個實驗,必須完成整個的實驗過程,體現“兩性一度”實驗教學的效果[1].實驗報告是實驗過程的再現記錄、歸納總結與提升,在實驗教學過程中發揮著獨一無二的作用.如何將實驗過程體現在實驗報告中,如何在每個學生完成的實驗報告中體現學生的個性過程性、參與程度及動手能力和思考解決問題能力,目前各高校通行的做法是課前預習實驗,包括了解實驗的內容和書寫實驗預習報告; 課中根據實驗實際情況記錄實驗現象,解決實驗中可能出現的問題; 課后分析數據、撰寫實驗報告的實驗教學模式[2-3].針對西南大學化學化工學院(本文簡稱“我院”)剛接觸化學實驗的學生,由于普通高中減負等原因,90%以上的學生未進入過化學實驗室,完成課前、課中、課后的3個實驗學習任務都存在相當的困難.通過對我院化學基礎實驗課程實驗報告現狀的調研,發現了[4-6]以下幾個方面的問題．

1) 學生課前的預習報告無從下手,并且對實驗的安全性缺乏認知.所有的化學實驗課都是獨立設課,學生在上課之前只是簡單了解實驗原理及步驟,照抄書本上的內容,而對實驗的具體內容,如搭建裝置、實驗步驟、使用儀器方法等了解有限,而且由于一般實驗教材沒有提及實驗所用化學品的危險性、儀器不正確使用的潛在危險性等內容,因此學生缺少對危化品的安全性認識[5]．

2) 實驗記錄不完全,實驗過程中若不依靠老師的指導,部分學生就難以完成規定的實驗教學內容.基礎實驗課程每班實驗人數較多(20人/班),平行開設,學生的實驗進度不一致,指導教師只能巡回指導,不能全程跟進每個學生的實驗情況.實驗過程中要求學生仔細觀察和記錄實驗現象,但學生往往容易漏掉一些稍縱即逝的實驗現象,這很不利于學生系統地理解實驗內容和原理,導致實驗記錄不完全,有些實驗現象沒有把握住．

3) 課后的總結討論和結果分析不夠全面和深入.學習主動性差的部分學生會馬虎應付結果分析與討論,草草了事; 對實驗內容感興趣并希望進一步探究的部分學生,常常因缺乏有效的指導而不能深入研究,這對于學生的學習興趣的激發、科研思維的培養和解決問題能力的挖掘不能起到積極的推動作用．

4) 運行多年的紙質格式模塊化的化學實驗報告,在運行中存在較多問題.如: 書寫格式固定,大多數學生抄襲實驗教材,學生疲于應付實驗預習報告和實驗報告,缺乏學習主動性,缺乏獨立思考,書寫報告模式化,缺乏新意,極易造成學生懈怠,甚至出現報告內容直接抄襲、內卷化非常嚴重(有的學生完全照搬高年級的優秀報告); 部分學生為了契合正確結果和獲得實驗高分,篡改原始實驗數據等,導致教師不能科學評分等.學生抄寫報告占用了大量的時間(有的學生深夜2點還在加班寫實驗報告).傳統實驗報告書寫的內容和形式需要變革,將科學研究的創新思維理念融入到實驗報告的書寫中,設計出一套新型導學式電子實驗報告模板迫在眉睫[7]．

5) 紙質實驗報告雖運行多年但存在諸多弊端,不能滿足當今信息化時代的實驗管理要求.學生在紙質預習報告書寫、課后實驗報告的編撰、教師批改和反饋整個過程會花費較多的時間(每年的教學反饋會上學生都會提及).紙質實驗報告批改和反饋效率低(因為評估需要,有的實驗報告鮮有返回給學生),學生常常不能及時獲得教師的評價,不能了解自己實驗需改進的地方,大大降低了實驗教學的互饋效果[8].另外,紙質實驗報告的填寫局限于學生自己做的實驗內容,而較復雜的圖像形式的實驗結果由于篇幅限制就難以展示.再者,紙質報告不便于查閱和保存往屆學生實驗報告,不便于統計匯總學生實驗報告的情況,不利于全面評價實驗的教學效果.總之,現有的紙質實驗報告不符合教育現代化、網絡化發展的要求,大量報告紙的使用造成很大的浪費．

導學式實驗報告立足于引導學生,強調的是學生的自主學習、思考和實踐; 以學生為中心的教學理念,跳出“保姆式”實驗教學禁錮,將對學生的實驗指導融入學生學習的整個過程,真正實現以“學生為本”的教學理念.導學式基礎化學實驗電子報告就是這個過程的最好體現.本文以有機化學實驗報告為例,分析導學式實驗報告在我院的教學實踐．

預習實驗報告要求學生了解實驗安全問題,明確實驗目的和原理,查閱文獻了解所需要的原料、產物、副產物的物化性質,了解實驗所需要的玻璃儀器、裝置圖、實驗主要步驟和實驗關鍵,預測實驗可能出現的問題等.實驗報告要求學生根據實驗步驟和實際的藥品用量,按實驗方法來進行實驗,觀察實驗現象,搜集實驗數據,檢測產品的結構和純度等,分析實驗結果,對實驗異常情況能正確分析并提出改進措施,最終得出實驗結論,對實驗結果進行分析討論.因此預習實驗報告和實驗報告的側重點不一樣,因此兩個類型的實驗報告的格式不一樣,而且很多文字性的描述,大多數學生都是抄實驗書上內容,沒有新穎性和科學術語,導學式實驗報告采用關鍵字句填寫方式引導學生,提升學生的科技論文寫作水平[9]．

1 導學式實驗預習實驗報告設計

實驗課前預習是化學基礎實驗課的關鍵一環,學生是否預習到位是實驗能否成功的重要決定因素.大多數學生都是照抄實驗教材或者網上的相應的實驗內容,沒有理解實驗的內涵,達不到預習的教學效果,老師也是根據學生抄寫篇幅的多少和認真程度來評分.要解決該問題,就需要老師認真設計預習報告和實驗報告,讓學生在完成預習報告的學習中了解實驗的背景知識和實驗過程,提高學生學習實驗的興趣,拓展學生的視野,提高實際動手能力.導學式電子實驗報告的預習部分可在實驗課前引導學生自主查閱文獻、帶著問題和思考來實驗室做實驗.學生可根據自身實際情況查閱文獻,但不要求答出所有問題以避免費時費力.上課時教師講解預習報告的相關內容,幫助學生理解問題,查漏補缺,更好地鞏固預習內容中的知識點,要求學生課前清楚明晰實驗裝置圖、儀器、試劑選用和流程圖.導學式實驗預習實驗報告內容見表1．

表1 導學式實驗預習實驗報告的部分內容

2 實驗記錄報告在實驗課上引導學生做好實驗

多年的指導經驗發現,70%以上學生學習方法和思維方式仍停留在高中應試階段,實驗過程高度依賴老師的指導,自學意識和能力較弱.在實驗課堂上指導老師不但要講授基礎理論知識和實驗操作要點,還得幫助學生“知識遷移內化”.導學式實驗報告專注實驗課的學習重點,由“問題引導式”變為“過程引導式”.幫助學生緊跟實驗進程,指引學生觀察、思考、操作、記錄、反思、分析,不漏掉實驗每一個細節.實驗報告的操作及實驗現象記錄部分見表2．

表2 導學式課堂實驗記錄

3 課后實驗報告指導學生數據處理、測試結果分析和拓展探究

規范書寫實驗報告,實驗結果處理和分析是對實驗過程的總結.用規范要求學生,即規范的科學術語,規范的數據記錄,規范的實驗流程圖.在導學式實驗報告的實驗結果分析常常有實驗結果分析和影響收率因素剖析等(圖1)．

本實驗安排在有機制備實驗的前半段開設,對后續實驗有輻射效應,通過這個導學式實驗報告有助于學生建立良好的實驗習慣.對于愛鉆研的學生,可對其進行進一步鼓勵并開展新實驗拓展.可擬定幾個實驗教學方向,如液體有機物的純化、固體有機物的分離、有機物結構的測定等.基礎較弱難以自擬實驗的學生,由教師提供實驗思路和參考文獻,共同討論實驗方案,周末或學期末在開放實驗室中進行實驗,亦可在教師的幫助下進行相關儀器的學習和測試.導學式電子實驗報告作為教師與學生聯系的橋梁,鼓勵學生在實驗報告上寫出收獲、感想、建議、自己的設想等,學生不用照抄實驗書上內容,能將課前、課中、課后有效銜接,自主完成實驗報告．

圖1 導學式電子實驗報告

4 結語

針對我院實驗報告改革落后于實驗教學改革的現狀,筆者進行了導學式電子實驗報告的探索,實驗報告作為實驗教學課程中非常重要的部分,按照實驗課前預習、課中實驗記錄和課后實驗數據分析處理三部分完成有機化學制備實驗報告,解決了學生以往課前不認真預習和課堂上抓不住重點,導致實驗結果不理想的弊病,讓學生的實驗學習由被動變為主動,培養了學生發現問題、分析解決問題的能力和獨立思考、勇于創新的精神,養成了良好的科學研究記錄和科技論文寫作的習慣,取得了很好的實驗教學效果．