問(wèn)題-研究型教學(xué)模式在綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的探索與實(shí)踐*

楊一思 張

(1黃岡師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 湖北黃岡 438000;2黃岡師范學(xué)院化工學(xué)院 湖北黃岡 438000)

科學(xué)研究活動(dòng)能激發(fā)大學(xué)生進(jìn)行學(xué)術(shù)研究的興趣，培養(yǎng)他們獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的素質(zhì)與能力。綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的主要目的就是為學(xué)生提供一個(gè)類似于科學(xué)研究的氛圍，讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何思考和處理較為復(fù)雜的化學(xué)問(wèn)題，幫助他們?cè)讵?dú)立研究的過(guò)程中使所學(xué)的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和技能得到更廣泛的應(yīng)用和遷移，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與動(dòng)手能力。

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是研究化合物的制備、分離、分析測(cè)試、性能和應(yīng)用[1-3]，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)著重體現(xiàn)學(xué)科發(fā)展的基本理念、學(xué)科之間的交叉融合和學(xué)科的前沿發(fā)展。例如，以簡(jiǎn)單的原料合成復(fù)雜的分子是有機(jī)合成最重要的任務(wù)之一，這類實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生有機(jī)合成的綜合能力不可或缺，因此可作為綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的重要內(nèi)容。課程在教學(xué)方式上側(cè)重于讓學(xué)生獨(dú)立研究和解決問(wèn)題，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作和方案設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證自己的猜想。在課程學(xué)習(xí)的過(guò)程中，需要激發(fā)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的研究興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極思考，降低畏難情緒。在3年課程實(shí)踐中,我們積累了較為豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，該課程已經(jīng)逐漸形成 “以問(wèn)題-研究為教學(xué)模式，以興趣探索為驅(qū)動(dòng)力，以培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)與動(dòng)手能力為目標(biāo)”的課程思想。

1 學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的心理特征

學(xué)生的好奇心和探索心是促進(jìn)學(xué)習(xí)的巨大動(dòng)力。如果這種好奇心、探索心能得到滿足和實(shí)踐，會(huì)給他們帶來(lái)更高層次上的精神愉悅。大三學(xué)生已具有一定的知識(shí)水平和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，讓他們?jīng)歷8～10學(xué)時(shí)或1～2天完成一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)，對(duì)他們的動(dòng)手能力、綜合概括能力和運(yùn)用知識(shí)分析并解決問(wèn)題的能力是一次檢驗(yàn)，同時(shí)也是一個(gè)考驗(yàn)他們意志品質(zhì)的過(guò)程。因此，采用問(wèn)題-研究型教學(xué)模式不僅切合課程的內(nèi)容和目標(biāo)，而且符合以學(xué)生為本、以問(wèn)題為中心的教學(xué)思想。

2 問(wèn)題-研究型教學(xué)模式的實(shí)施與特點(diǎn)

問(wèn)題是研究工作的開始，但提出問(wèn)題的思維過(guò)程更為重要。雖然綜合實(shí)驗(yàn)課是由教師提煉一個(gè)問(wèn)題交給學(xué)生思考和準(zhǔn)備，但問(wèn)題提出的背景和思想需由學(xué)生自己經(jīng)過(guò)預(yù)習(xí)并查閱資料來(lái)獲得。下面以綜合實(shí)驗(yàn)“局部麻醉劑苯佐卡因的合成及表征”為例。苯佐卡因是一種常用局部麻醉藥，用于手術(shù)后創(chuàng)傷止痛、潰瘍痛等狀況。它的制備合成包括對(duì)硝基苯甲酸的制備、對(duì)硝基苯甲酸乙酯的制備、對(duì)氨基苯甲酸乙酯的制備等多個(gè)反應(yīng)步驟，需要綜合思考反應(yīng)方案、選擇試劑、確定反應(yīng)機(jī)理、制備和提純中間產(chǎn)物并對(duì)最終產(chǎn)品進(jìn)行表征，這對(duì)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ且淮翁魬?zhàn)和鍛煉。除了課題包含的問(wèn)題外，在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和進(jìn)行中還會(huì)產(chǎn)生各種無(wú)法預(yù)設(shè)的疑難問(wèn)題。這些問(wèn)題能引發(fā)學(xué)生積極思考、開闊思路、動(dòng)手研究。因此不同類型的問(wèn)題應(yīng)采取不同的教學(xué)方法來(lái)促使學(xué)生主動(dòng)解決。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備中的問(wèn)題

在前期工作中，教師提供成套的有機(jī)合成反應(yīng)玻璃器皿和設(shè)備，由學(xué)生依據(jù)各自的實(shí)驗(yàn)方案確定所需要的數(shù)量和種類，還要對(duì)所需藥品的種類、型號(hào)、數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和估算，并考慮價(jià)格成本。有時(shí)我們不一定有文獻(xiàn)中描述的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以發(fā)動(dòng)學(xué)生利用現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和替換。如在對(duì)乙酰氨基苯磺酰氯的制備中，需使用有支口的三角燒瓶，并用帶孔軟木塞接一個(gè)尾氣吸收裝置。對(duì)此學(xué)生提出使用磨口的抽濾瓶代替原裝置，不僅簡(jiǎn)化了裝置的安裝，氣密性也更好了。此方法既減輕了實(shí)驗(yàn)室工作人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)使學(xué)生參與到整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備工作中，學(xué)習(xí)興趣大大提高，畏難情緒逐漸減小，有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。

2.2 對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的疑問(wèn)

鼓勵(lì)學(xué)生在對(duì)既定實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作的同時(shí)，還要多問(wèn)幾個(gè)為什么。例如在對(duì)乙酰氨基苯磺酰氯的制備中，文獻(xiàn)要求先要將乙酰苯胺進(jìn)行加熱熔融，然后冷卻成大塊晶體，再低溫下攪拌滴加氯磺酸。有學(xué)生提出，乙酰苯胺本身是很好的片狀晶體，直接在低溫?cái)嚢柘录尤肼然撬幔磻?yīng)更迅速也更均勻。如果這時(shí)教師直接告訴學(xué)生此反應(yīng)很劇烈，直接攪拌不利于控制，學(xué)生沒(méi)有直觀印象，很難改變最初的想法。我們采取的是每個(gè)班級(jí)選出兩位操作能力強(qiáng)的學(xué)生，將反應(yīng)物量大大減少，充分冷卻，并安裝防護(hù)裝置，在保證安全的前提下，根據(jù)學(xué)生自己提出的方案進(jìn)行檢驗(yàn)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可以看到，即使在反應(yīng)物量大大減少并充分?jǐn)嚢璧那闆r下，反應(yīng)的進(jìn)行仍然很劇烈。而按照文獻(xiàn)上的操作，則反應(yīng)進(jìn)行得很平和，操作也更加容易。由此，學(xué)生能真正理解成晶塊的目的是減少反應(yīng)的接觸面積，使反應(yīng)不那么劇烈。

學(xué)生在了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和反應(yīng)機(jī)理后也會(huì)產(chǎn)生各種疑問(wèn)，有些學(xué)生提出新的實(shí)驗(yàn)路線和方法，如抗熱止痛藥阿司匹林的合成與分析，教師提出使用紫外可見分光光度計(jì)法測(cè)定其含量。但學(xué)生經(jīng)過(guò)思考和分析，結(jié)合分析化學(xué)的知識(shí)，提出能否使用更加簡(jiǎn)單易行、利于普及的酸堿滴定法。教師贊成學(xué)生的新想法，并一起總結(jié)了相關(guān)的測(cè)定方法，還提出了電極法以及高效液相色譜法。使學(xué)生在掌握實(shí)驗(yàn)技能及方法的同時(shí)，也復(fù)習(xí)了相關(guān)的其他方法。

2.3 對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的疑問(wèn)和研究

若實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中出現(xiàn)一些文獻(xiàn)中沒(méi)有提及的現(xiàn)象，教師應(yīng)及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)前面的操作進(jìn)行檢查，給出可能的解釋和解決方法，并由事實(shí)驗(yàn)證解決方法的合理性。例如在制備乙酰氨基苯磺酰胺的粗產(chǎn)品時(shí)，部分學(xué)生在抽濾時(shí)總是抽破濾紙，導(dǎo)致反復(fù)過(guò)濾，產(chǎn)品的損失較大，而文獻(xiàn)沒(méi)有詳細(xì)介紹此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。我們引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)記錄進(jìn)行分析解釋，有學(xué)生猜測(cè)是加入的氨水量太大導(dǎo)致溶液的堿性太強(qiáng)，對(duì)濾紙的腐蝕性加大，因而抽濾時(shí)濾紙容易破損。依據(jù)這個(gè)猜測(cè)，學(xué)生減少了氨水的加入量，并在后期延長(zhǎng)加熱除去氨的時(shí)間，再次抽濾時(shí)就很少出現(xiàn)濾紙破損了。這個(gè)問(wèn)題完全是學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)并主動(dòng)解決的，而且其中涉及到的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)還被學(xué)生遷移應(yīng)用到其他類似的問(wèn)題中。

2.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)及詳細(xì)實(shí)驗(yàn)路線的確立

我們采取學(xué)生分組討論并撰寫小論文的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)。每組學(xué)生采取的實(shí)驗(yàn)路線方案都有不同之處，根據(jù)他們自己的操作過(guò)程、現(xiàn)象及結(jié)論，提出最為可行的實(shí)驗(yàn)路線，寫一篇小論文。論文寫作環(huán)節(jié)是讓學(xué)生練習(xí)用準(zhǔn)確的語(yǔ)言表達(dá)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，為讀者提供可靠的信息。對(duì)于論文寫作過(guò)程中產(chǎn)生的各種疑問(wèn)，都讓學(xué)生在小組內(nèi)討論解決。最后教師依據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)及準(zhǔn)備工作情況、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程和實(shí)驗(yàn)論文，對(duì)每一次綜合實(shí)驗(yàn)給出相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。

3 與傳統(tǒng)教學(xué)模式對(duì)比

綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的有效渠道，其內(nèi)容和目的都要求在教學(xué)模式上大膽創(chuàng)新，要與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有所不同。

問(wèn)題-研究型教學(xué)的突出特點(diǎn)是以“問(wèn)題”為中心，因?yàn)槊恳粋€(gè)實(shí)驗(yàn)題目就像一個(gè)等待完成的項(xiàng)目，它涉及諸多的子問(wèn)題，需要一步步去解決，而在解決過(guò)程中又會(huì)面對(duì)更多的實(shí)際問(wèn)題。抓住問(wèn)題、重視問(wèn)題就是為了營(yíng)造思維創(chuàng)新的環(huán)境，督促和引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考和探索，讓學(xué)生經(jīng)歷提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的思維過(guò)程。解決問(wèn)題的思維意識(shí)不是自然形成的，而是需要設(shè)計(jì)特殊的課程內(nèi)容和教學(xué)模式對(duì)大學(xué)生(尤其是理工科學(xué)生)進(jìn)行著重培養(yǎng)。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的特點(diǎn)是讓學(xué)生中規(guī)中矩地按照要求完成實(shí)驗(yàn)，只有掌握了實(shí)驗(yàn)技能才能取得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這種教學(xué)模式對(duì)夯實(shí)基礎(chǔ)很重要，但在培養(yǎng)積極思維、主動(dòng)探究上卻效果甚微，學(xué)生在遇見問(wèn)題時(shí)很容易手足無(wú)措。綜合性實(shí)驗(yàn)課具有開放性、應(yīng)用性和探究性的特點(diǎn)，采用問(wèn)題-研究型教學(xué)模式能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，著重培養(yǎng)學(xué)生研究和解決問(wèn)題的意識(shí)和能力。

在綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中采用問(wèn)題-研究型教學(xué)模式取得了很好的教學(xué)效果，學(xué)生都認(rèn)為經(jīng)過(guò)這種學(xué)習(xí)過(guò)程，能夠體會(huì)到化學(xué)研究的魅力所在；感到知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和方法是緊密聯(lián)系為一體的。3年中，每一屆都有85%以上的學(xué)生主動(dòng)了解和選擇自己喜歡的實(shí)驗(yàn)方向，繼續(xù)進(jìn)行畢業(yè)論文研究和攻讀碩士研究生。這種主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、分析和解決問(wèn)題能力的養(yǎng)成為他們今后的科研、工作打下了良好的基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 張逢星，李珺，郭慧林.大學(xué)化學(xué),2009,24(3)：18

[2] 王炎，尤宏，劉新榮.大學(xué)化學(xué),2002,17(2)：27

[3] 王伯康，王志林，孫爾康.大學(xué)化學(xué),2001,16(2)：25