普通化學(xué)實驗多層次互動型教學(xué)模式探索

溫鳴 吳慶生 陳云

(同濟大學(xué)化學(xué)系 上海200092)

化學(xué)是建立在實驗基礎(chǔ)上的一門科學(xué)，許多化學(xué)規(guī)律都是通過實驗不斷驗證得出的。例如，在人們習(xí)慣性的思維認識中，認為塑料、橡膠和纖維等有機聚合物都是不導(dǎo)電的;而2000年諾貝爾化學(xué)獎頒給了3位在導(dǎo)電聚合物研究中獲得杰出成就的化學(xué)家:美國的黑格、馬克迪爾米德和日本的白川英樹。導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)，開辟了化學(xué)中的新領(lǐng)域，而其實驗發(fā)現(xiàn)是在并未預(yù)先建立理論的情況下得到的?？梢哉f化學(xué)實驗是科學(xué)的發(fā)源之一，它展現(xiàn)出化學(xué)世界的神秘與魅力，啟迪著科學(xué)研究者探索無窮無盡的化學(xué)奧秘，不斷創(chuàng)新。作為一門實驗基礎(chǔ)課程，大學(xué)普通化學(xué)實驗對于提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神等多方面起重要作用［1-2］。因此，大學(xué)普通化學(xué)實驗應(yīng)該更注重培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)，提高學(xué)生的科學(xué)研究能力，加強大學(xué)生將化學(xué)基本理論與實踐相結(jié)合以進行科研和學(xué)習(xí)的一門課，它不應(yīng)僅僅停留在感性地認識化學(xué)規(guī)律，并機械地驗證化學(xué)規(guī)律的層面上。普通化學(xué)實驗教學(xué)模式也應(yīng)該在傳統(tǒng)的驗證經(jīng)典實驗的基礎(chǔ)上，通過實驗設(shè)計與實施的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，使學(xué)生盡可能在多層次互動型實驗教學(xué)模式中最大化地培養(yǎng)科學(xué)研究創(chuàng)新精神，并感受到科學(xué)的嚴謹和艱辛［3］。

1 普通化學(xué)實驗多層次互動型教學(xué)模式的實施方法探究

多層次互動型大學(xué)普通化學(xué)實驗教學(xué)模式是在教師的引導(dǎo)下，在多方面，采用多種方式，通過深度方面和廣度方面的多層次師生交流互動，將鍛煉科學(xué)研究思維和實踐實施能力培養(yǎng)相結(jié)合的實驗教學(xué)模式;讓學(xué)生在完成基本實驗?zāi)芰ε嘤?xùn)的前提下，在能對現(xiàn)有實驗過程提出問題和建議的基礎(chǔ)上，選擇自己感興趣的實驗課題，并通過查閱相關(guān)資料制定課題研究方案及實驗方案，培養(yǎng)提出問題、分析問題和解決問題的能力，達到培養(yǎng)創(chuàng)新精神和動手能力的目的［4-5］。

1.1 提出問題能力的培養(yǎng)

首先是讓學(xué)生在完成基本實驗的前提下，分析實驗結(jié)果，思考實驗操作環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象，提出問題;在現(xiàn)有條件下通過拓展實驗驗證自己的分析結(jié)果。對于普通化學(xué)實驗中各個不同的實驗，例如:NaCl的提純、酸堿滴定、水的凈化與測定、化學(xué)反應(yīng)速率等，不同專業(yè)和不同基礎(chǔ)的學(xué)生對實驗原理的認識程度不同;基礎(chǔ)好的學(xué)生理解較深入，并可以給出一些改進實驗的合理建議。我們根據(jù)學(xué)校普通化學(xué)實驗基本設(shè)施的具體情況，考慮目前普通化學(xué)實驗課程的發(fā)展和基本要求，針對學(xué)生個體素質(zhì)的差異，進一步深入實施立體多層次的實驗課教學(xué)方式。通過拓展一定量的融合了科學(xué)研究思維的實驗延伸小課題，讓學(xué)生進行選擇;通過師生互動，培養(yǎng)學(xué)生認識和提出問題的能力。例如在酸堿滴定實驗中，實驗時間比較充裕，完成快的學(xué)生會對各組實驗數(shù)據(jù)的偏差有疑問，通過教師對學(xué)生的引導(dǎo)，可以進一步對測定結(jié)果進行分析和平行檢測，找到原因，從而鍛煉了學(xué)生科學(xué)思維的能力。在培養(yǎng)學(xué)生基本實驗?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，可以通過教師提供的課題，讓學(xué)生查閱資料，準(zhǔn)備課題研究。學(xué)生可以根據(jù)自己的特長和興趣點選擇課題，通過查閱資料開拓自己的思路，制定課題研究方案。通過這種方式可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)化學(xué)的理論深度，并通過課題實踐培養(yǎng)創(chuàng)新能力。借助教師的指導(dǎo)作用，可啟發(fā)學(xué)生積極思考，并提出科學(xué)問題。例如，我們建設(shè)了設(shè)計性開放實驗“綠色植物的色素提取和分離”?？紤]到學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)的不同，讓學(xué)生在考慮各自能力的情況下，遵循強弱搭配組合的原則，3人一組，先讓學(xué)生在自己現(xiàn)有的化學(xué)知識范圍內(nèi)進行設(shè)計，通過不同基礎(chǔ)學(xué)生的合作，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題和分析問題，然后制定合理的實驗方案，直到最后完成課題。從而使學(xué)生的能力得到鍛煉。

1.2 分析問題能力的培養(yǎng)

教師提供一些查閱課題相關(guān)資料的途徑，并給出一些有啟發(fā)性的參考文獻和資料，讓學(xué)生知道如何查閱課題的相關(guān)資料并了解課題的研究情況，為開展課題做好準(zhǔn)備。例如在開放性實驗“綠色植物的色素提取和分離”中，教師可以給出包括綠色植物色素的組成及其結(jié)構(gòu)、色素的化學(xué)性質(zhì)、溶解性、萃取分離的方式等內(nèi)容的相關(guān)參考書目與資料，讓學(xué)生根據(jù)不同提純物質(zhì)的性質(zhì)對提純方法進行討論，采取合適手段進行提純(如量小的用薄層板，量多的用液-液萃取)。通過師生在不同深度層次的交流討論，讓學(xué)生了解和分析相關(guān)問題，并進行總結(jié)歸納;引導(dǎo)和規(guī)范學(xué)生對實驗事實進行檢測和判斷，驗證理論，發(fā)現(xiàn)規(guī)律。通過教師與學(xué)生在不同深度層次的互動這一過程，使學(xué)生分析問題的能力得到一定程度的鍛煉，為培養(yǎng)科研能力奠定基礎(chǔ)。

1.3 解決問題能力的培養(yǎng)

在提出和分析問題之后，將開始思考如何解決問題。教師在此時要幫助學(xué)生不斷調(diào)整和把握課題的方向;在確定課題研究方案之后，關(guān)鍵在于將研究方案落實到實驗的每個細節(jié)。學(xué)生要根據(jù)化學(xué)實驗的基本操作步驟和自己查閱到的資料，設(shè)計實驗路線和步驟，并根據(jù)實驗室的儀器和設(shè)施的實際情況申請自己需要的實驗儀器;同時還要考慮實驗中各種可能出現(xiàn)的問題，確定解決辦法，并確定實驗數(shù)據(jù)處理方法。在這個過程中，學(xué)生不是像以往那樣只按照實驗指導(dǎo)書的步驟進行實驗，而是需要一步一個腳印，根據(jù)小組設(shè)計的實驗方案，通過組員間的溝通、討論和協(xié)作來完成實驗過程。在實驗實施的過程中，教師應(yīng)適時地給予提示和建議，但不要過多地在實驗細節(jié)方面指導(dǎo)學(xué)生。此外，教師也不能過多干涉學(xué)生的思想，而是放手讓他們?nèi)プ?。如果實驗失敗了，教師?yīng)幫助學(xué)生分析每一步實驗細節(jié)，查找原因，讓學(xué)生自己從失敗中體驗科研的精神以及如何發(fā)現(xiàn)和挖掘事實和本質(zhì)。通過這樣的實戰(zhàn)，學(xué)生才能全身心地投入到實驗過程中，從每一步過程體會科研的樂趣，體會科學(xué)工作者的艱辛。我們提出的多層次互動式教學(xué)新模式貫穿了整個普通化學(xué)實驗課程的全過程。由于課時關(guān)系以及學(xué)生課余時間分配不容易統(tǒng)一等原因，這一模式的實施是和化學(xué)化工實驗基地開展的化學(xué)嘉年華活動相結(jié)合開展的。我們給出3個不同的“綜合類課題”，每個學(xué)生可根據(jù)自己的時間，選擇其中一個課題來實施。每個課題由一位教師負責(zé)指導(dǎo)，利用課余時間跨度一個月完成。例如，要完成好“綠色植物的色素提取和分離”這一實驗，學(xué)生要先明確一些問題:色素有哪些化學(xué)性質(zhì)?如何對綠色植物進行預(yù)處理?選用什么溶劑溶解色素?如何進行色素的提取與分離?如何檢測和鑒定實驗得到的物質(zhì)?實驗得到的結(jié)論與哪些化學(xué)理論有什么樣的關(guān)聯(lián)?對于這些問題，學(xué)生通常不能全面考慮到，而教師的適當(dāng)引導(dǎo)與啟發(fā)能讓學(xué)生把握好課題的研究方向，并從大量文獻中獲取知識。

1.4 歸納能力的培養(yǎng)

實驗課題實踐環(huán)節(jié)結(jié)束后，學(xué)生要自己書寫研究課題論文，按照確定的實驗方法完成實驗數(shù)據(jù)處理，得出結(jié)論并與教師討論實驗結(jié)果。教師根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗和專業(yè)知識對學(xué)生的研究方案、實驗設(shè)計方案進行評價，指出學(xué)生在實驗中出現(xiàn)的問題，與學(xué)生一起討論實驗結(jié)果并最后得出結(jié)論。這些對于學(xué)生從如何完成研究實驗到展示自己成果的總結(jié)歸納能力的培養(yǎng)有重要意義。

2 多層次互動型大學(xué)普通化學(xué)實驗教學(xué)模式面臨的問題與對策

進行多層次互動型大學(xué)普通化學(xué)實驗教學(xué)模式的探索，會面臨一些困難和問題。首先，普通化學(xué)實驗的課時很有限，學(xué)生的實驗時間較少，計劃課時外也容易出現(xiàn)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)時間與實驗時間沖突的情況。采用多層次互動型大學(xué)普通化學(xué)實驗教學(xué)模式，加入自主進行課題的設(shè)計與實驗完成的過程，可能會造成實驗耗時長、學(xué)生難以在較穩(wěn)定的一段時間內(nèi)連續(xù)完成實驗的狀況，甚至沒有足夠的時間來安排化學(xué)實驗，這些會對學(xué)生的積極性產(chǎn)生一些影響。其次，高校的大學(xué)普通化學(xué)實驗設(shè)施也很有限，實驗研究課題相對簡單而且面窄，可選課題少。在確定研究課題時，往往會受到實驗設(shè)施的限制，使很多實驗沒有條件進行和完成，難以按預(yù)定的計劃實施多層次互動型模式的實驗教學(xué)。另外，指導(dǎo)教師對學(xué)生感興趣的實驗研究課題的知識面也有可能不夠廣，不能很好滿足學(xué)生進行課題研究的需求，這也會造成學(xué)生研究熱情下降。

因此，如何突破課時的限制，如何解決實驗設(shè)施的局限，如何調(diào)動學(xué)生的積極性等就成為最需要解決的問題。要抓住培養(yǎng)學(xué)生能力這一關(guān)鍵點，著眼于學(xué)生創(chuàng)新能力的提高和實踐動手能力的鍛煉。對于課時有限的問題，沒有固定的時間，可以以課外科技活動的形式進行，也可以通過其他方式進行師生交流和討論。例如:我們通過建設(shè)網(wǎng)絡(luò)平臺來進行師生互動和交流討論;而實驗設(shè)施的限制可以借助實驗教學(xué)基地和測試中心的設(shè)施來提供幫助，也可以采用一些理論研究題目。這些瑣碎問題的解決，既是教學(xué)模式的探索，又是正常課堂教學(xué)的必要補充。多層互動型的教學(xué)模式拓寬了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的途徑。

3 結(jié)束語

隨著教育意識的變化，大學(xué)教育要求我們要注重素質(zhì)培養(yǎng)，即培養(yǎng)學(xué)生掌握知識和運用知識的能力。大學(xué)普通化學(xué)實驗作為大學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)的最早一批課程，更應(yīng)該改革創(chuàng)新教學(xué)方式，注重培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新精神。這里提出的互動型教學(xué)模式彌補了傳統(tǒng)普通化學(xué)實驗教學(xué)模式的不足，讓學(xué)生自主走上科學(xué)探索的征程，有利于學(xué)生提高綜合實驗技能，培養(yǎng)研究創(chuàng)新思維。當(dāng)然，這一教學(xué)模式仍然受到實驗設(shè)施和時間的限制，但是，隨著國家和大學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的重視，作為素質(zhì)培養(yǎng)課程之一的大學(xué)普通化學(xué)實驗也會受到相應(yīng)的重視。我們可以通過實驗課程建設(shè)項目和學(xué)校提供的教學(xué)平臺，不斷完善實驗教學(xué)的新模式。

［1］溫鳴，吳慶生，姚天明.大學(xué)化學(xué)，2009，24(5):14

［2］溫鳴，吳介達.同濟教育研究，2005(1):69

［3］楊勇，顧金英，溫鳴，等.普通化學(xué)實驗.上海:同濟大學(xué)出版社，2009

［4］辛劍，孟長功.基礎(chǔ)化學(xué)實驗.第2版.北京:高等教育出版社，2009

［5］段曉英，許兵.化工高等教育，2008(5):22