創(chuàng)新實驗教學模式的探索與實踐

客慧明 王小逸 林興桃 白廣梅 陳永寶

北京工業(yè)大學 北京 100124

化學是一門以實驗為基礎的學科，化學專業(yè)的學生，除了要學習理論知識外，還必須進行大量實驗課程的學習。化學實驗是學生學習化學知識，研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，以及掌握物質(zhì)變化規(guī)律的基礎。通過實驗教學，不僅可以授予學生知識和技能，培養(yǎng)學生的實驗操作能力、思維能力和創(chuàng)新能力，而且還會影響學生的世界觀和思維方式?；瘜W實驗的教學體系，一般由驗證實驗、設計實驗和綜合實驗構(gòu)成。通過這3個模塊的學習，學生的實驗操作技能和思維能力都可以得到一定程度的提高。但是，由于教師教學觀念和學生學習積極性等原因，實驗基本上是學生按照實驗講義或者在教師講解指導下完成的。在這個過程中學生更多的是充當指令接受者，自己思考問題和獨立操作的積極性較差，實驗成了學生拿到學分的一個工具。同時，許多高校都面臨著基礎化學實驗課程學時的縮減，學生無法獲得足夠的實驗學習時間和實踐機會，導致學生在化學實驗研究方面的動手能力和設計能力普遍較差。

針對傳統(tǒng)實驗教學中存在的不足，各高校紛紛出臺適合各自院校特征的實驗教學改革方案，創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)已經(jīng)成為高等教育中實踐教學的重要環(huán)節(jié)[1-8]。北京大學化學基礎實驗教學中心在原有綜合實驗教學的基礎上，將實驗課延伸到科研學術領域[9]，讓學生在實驗中了解到科學研究的前沿進展，把課堂上所學到的綜合實驗知識和技能與科研實際相結(jié)合，促進學生對所學知識的理解和應用，提高綜合實踐能力和創(chuàng)新能力。南開大學則是以創(chuàng)新實驗的形式鼓勵大學生積極參與到科研項目中來，并從中選拔優(yōu)秀的學生和課題參加國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目。浙江大學提出了“自助餐式”實驗教學模式，對傳統(tǒng)的教學模式做出了改進。同時，為進一步實現(xiàn)以學生為主體、充分調(diào)動學生的主觀能動性，浙江大學確立了自主設計創(chuàng)新實驗模式，徹底改變了傳統(tǒng)的、以驗證性為主的實驗舊模式[10]。為了克服舊的實驗教學體制的種種弊端，我校基礎化學實驗中心進行了創(chuàng)新實驗項目的教學探索，形成了一套有自身特色的實驗教學方法。創(chuàng)新實驗項目為學生提供一定數(shù)量的創(chuàng)新實驗課題，由學生自己選擇課題，在實驗教師的指導下，學生自己查閱資料，設計實驗方案，獨立完成實驗，最后提交論文。為期一個學期的創(chuàng)新實驗，為學生營造了自主學習、自主設計、自主探索的環(huán)境，使學生的創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)和提高。

1 創(chuàng)新實驗教學模式的特點

1.1 開放性

指時間、空間、儀器以及課題均向?qū)W生開放。學生可以選擇自己喜歡的課題，課余時間來實驗室做實驗，在教師指導下學會儀器使用后可獨立進行操作。2006～2011年的6年間學生共使用實驗室達到156 864人次，在創(chuàng)新實驗中用到的大型儀器有氣質(zhì)聯(lián)用儀、氣相色譜儀、液相色譜儀、紅外分光光度計、紫外分光光度計、可見分光光度計、掃描電鏡、原子吸收光譜儀、氣溶膠光譜儀、電化學分析儀等。課外學時總數(shù)為156 864人時。

1.2 強調(diào)學生的自主性

課題的設計和實施充分尊重學生的主體地位。從選題、查閱資料、設計實驗方案到完成實驗，都由學生獨立進行，教師在各環(huán)節(jié)進行必要的引導，在學生遇到問題時給予及時的指導。在2006～2011年間創(chuàng)新實驗共完成課題43項，選題時學生自由組合，分工合作，課題在網(wǎng)上公示后由學生自主選擇，不清楚的問題可以向指導教師了解。

1.3 強調(diào)興趣

興趣是最好的老師，我們在創(chuàng)新實驗項目設計過程中更強調(diào)興趣，充分考慮到了本科生的特點，注意激發(fā)和培養(yǎng)學生對科研的興趣。課題設計立足于解決生活、教學、科研中的實際問題，具有如下特點。其一，課題貼近生活。如：果汁飲料中維生素C和葡萄糖含量的測定，食鹽中碘含量的快速測定，生活飲用水中常見金屬離子的分析，變廢為寶—由蛋殼制備丙酸鈣的研究，食物中所含營養(yǎng)元素的分析等創(chuàng)新實驗課題。這些課題均以生活中常見的食品為實驗材料，利用課上所學的基礎知識對原料中的目標化合物進行分析測定或轉(zhuǎn)化，能極大地激發(fā)學生的探究興趣，同時在設計和完成實驗過程中又培養(yǎng)和鍛煉了學生的動手能力。其二，課題小而精。由于本科生基本沒有參加過科研項目，課題大了會讓他們覺得難以完成從而失去信心，失去對科學研究的興趣。課題小而精是指學生經(jīng)過一段時間的思考與實踐基本能夠完成該課題，并從中感受到成功的喜悅，從而增加其在科學研究領域的自信，進一步加強學生對化學實驗和科學研究的興趣。課題在設計時要求教師對課題的工作量深入了解。雖然課題是由學生自主完成，但是指導教師要充分考慮課題對學生來說是否太大而導致難以完成。

1.4 強調(diào)團隊協(xié)作精神

我們設計的創(chuàng)新實驗項目要求2名或3名學生為一組，共同完成實驗項目。在完成課題的過程中互相探討，優(yōu)勢互補，分工合作。創(chuàng)新實驗課題的設計不僅要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，還要培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作精神。同時，在答辯的時候也要求小組成員共同完成PPT和答辯提問。

1.5 強調(diào)過程

創(chuàng)新實驗的完成更加注重學生的實踐和學習的過程，而不過分關注實驗的結(jié)果。科學研究過程是一個探究和發(fā)現(xiàn)的過程，在這個過程中學生所學到的知識和培養(yǎng)的能力遠比實驗結(jié)果更加重要。允許失敗，正視失敗，才能培養(yǎng)學生正確的世界觀。在創(chuàng)新實驗過程中培養(yǎng)學生良好的學習習慣和思維習慣，激發(fā)學生的科研興趣和求知欲，以及培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目蒲凶黠L是創(chuàng)新實驗的重要目的。例如在酚試劑分光光度法測甲醛的上限的實驗中，有兩名學生進行了大量的實驗但未能在答辯前完成該項目。答辯時指導教師依然對他們的成績給予了肯定，并引導他們找到了實驗沒有完成的原因。在創(chuàng)新實驗的過程中，我們注重的是通過科研活動的過程來引導學生，讓學生在自主學習過程中培養(yǎng)自身的創(chuàng)新能力，而不是過分關注學生所做課題是否取得成果[11]。

2 創(chuàng)新實驗的實施過程

如圖1所示，我?；A化學實驗中心創(chuàng)新實驗項目是由創(chuàng)新實驗教師團隊每年為學生提供一定數(shù)量的小課題，由學生自己選擇課題，并依據(jù)所選擇的課題進行分組，一般兩人為一組。學生選擇自己喜歡的課題后首先通過查找資料對課題進行深入了解和分析，然后提交實驗設計思路和所需實驗儀器設備、藥品清單，與指導教師討論自己設計的實驗方案。在討論過程中指導教師會對學生提出的實驗設計思路提出問題，如：該實驗設計在現(xiàn)有的實驗室條件下是否可行？該實驗設計是否合理？學生討論后再根據(jù)這些問題去完善自己的實驗設計方案。實驗設計完成之后，學生可利用業(yè)余時間到實驗室做實驗，完成自己的課題。在完成課題的過程中，我們鼓勵學生自行發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，實在解決不了的問題可以和指導教師討論，由指導教師給出建議。課題完成后學生要自己進行數(shù)據(jù)處理，并按照規(guī)范的格式撰寫實驗報告。最后以答辯的形式對學生的創(chuàng)新實驗完成情況進行考核和評分。對于每一個小課題我們都鼓勵完成，允許失敗。對于沒有完成的課題，我們要求學生認真總結(jié)，正視失敗，查找原因。

3 創(chuàng)新實驗過程中遇到的問題

3.1 學生自立課題的能力較差

在創(chuàng)新實驗項目教學模式運行過程中，幾乎所有課題都是由教師提供，在確立課題前并沒有與學生進行太多的溝通，因此會出現(xiàn)多組學生同時選同一個課題，或多個課題都沒有學生選的情況。雖然我們也鼓勵學生自立課題，但是最終能提出課題的學生畢竟是少數(shù)。

3.2 學生的基本實驗技能較差

許多學生雖然在以前的實驗課程中學習了實驗基本操作，但是基本功不扎實，很多基本操作都忘了，經(jīng)常出現(xiàn)一些錯誤的操作。因此，在創(chuàng)新實驗過程中，學生還要擠出專門的時間學習鞏固基本操作。

4 創(chuàng)新實驗教學的經(jīng)驗與收獲

創(chuàng)新實驗項目教學彌補了化學實驗課教學的不足和缺陷，給學生創(chuàng)造了自由發(fā)揮和自主實踐的空間。創(chuàng)新實驗項目的開發(fā)與推廣迎合了國家鼓勵培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力的需求，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才做了初步探索。創(chuàng)新實驗項目的教學模式建立了真正意義上的以學生為主體的實驗教學模式，是一種可以借鑒的教學模式。創(chuàng)新實驗項目的設計為大學生架起了解科學研究的橋梁，為他們今后的科學研究工作奠定了基礎。參加創(chuàng)新實驗項目的學生最直接的收獲就是真正獨立完成了一次實驗。這樣的經(jīng)歷和鍛煉不僅激發(fā)了學生對科學研究的興趣，在一定程度上彌補了實驗課的不足，更為他們的畢業(yè)設計和以后的深造奠定了良好的實踐基礎。同時創(chuàng)新實驗的過程也讓他們懂得了從事科學研究必須具備嚴謹、認真和不怕艱辛的優(yōu)良品質(zhì)。

我?；A化學實驗中心創(chuàng)新實驗項目于2009年已經(jīng)正式申請了創(chuàng)新實驗課程，為創(chuàng)新實驗項目的繼續(xù)開發(fā)奠定了良好的基礎。隨著創(chuàng)新實驗課程的不斷完善，這種新的教學模式必將越來越為廣大學生所接受，也將成為實驗教學改革可以借鑒的經(jīng)驗。

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