可視化化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用與實(shí)踐

摘 要：針對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的教學(xué)模式單一、學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣低、教學(xué)效率低下等普遍問題，提出可視化教改的新舉措，即學(xué)生通過云存儲(chǔ)、微信及QQ群等方式分享教師課件資源的一種新型教學(xué)形式。

關(guān)鍵詞：本科；化學(xué)；實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002-2589（2014）14-0180-02

無機(jī)化學(xué)是指從研究化學(xué)現(xiàn)象和理論的相互聯(lián)系入手，結(jié)合實(shí)驗(yàn)方法來探求物質(zhì)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，探索化學(xué)反應(yīng)過程中普遍性規(guī)律的一門學(xué)科。無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和無機(jī)化學(xué)理論課程相輔相成，是學(xué)生掌握無機(jī)化學(xué)知識(shí)和基本操作技能的重要基礎(chǔ)課程。多年來，學(xué)校無機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以教師講解，學(xué)生按步驟操作，觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)，而后遞交實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主的教育形式。其形式單一，死板，教學(xué)質(zhì)量不高。因此，亟待對(duì)學(xué)校無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)模式實(shí)行改革。本文主要闡述了可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)在化學(xué)課堂的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)以及在學(xué)校實(shí)施教改過程中的一些探索和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)改革的必要性

1.傳統(tǒng)教學(xué)模式無法滿足現(xiàn)代教育的要求

現(xiàn)代教育要求全面實(shí)施素質(zhì)教育，教育觀念要與時(shí)俱進(jìn)，教學(xué)方法要?jiǎng)?chuàng)新，教學(xué)模式要改革[1]。如今作為大學(xué)本科化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)課，無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的主要有兩個(gè)：一方面通過無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)鞏固無機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)；另一方面通過無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。然而，多年以來，實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)方法大多沿用傳統(tǒng)的應(yīng)試教育模式，老師為主，學(xué)生為輔，學(xué)生被動(dòng)的學(xué)習(xí)，機(jī)械化的操作，導(dǎo)致動(dòng)手能力與創(chuàng)造力普遍較低。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足培養(yǎng)創(chuàng)新能力人才的需要。為了適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的要求，為了響應(yīng)國家教育部關(guān)于要求改革高校教學(xué)形式的號(hào)召，為了培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的高素質(zhì)人才，為了更進(jìn)一步提高學(xué)生綜合素質(zhì)，必須對(duì)實(shí)驗(yàn)課堂的教學(xué)形式進(jìn)行改革。

2.化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的重要性沒有凸顯

在目前的教學(xué)中，學(xué)生們“重理論輕實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象普遍存在。理論課堂上，學(xué)生全神貫注，實(shí)驗(yàn)課堂上則嬉皮笑臉；理論課堂的學(xué)生連細(xì)小問題都要問得清清楚楚，實(shí)驗(yàn)課堂則能不做就不做，能減就減。特別是大多數(shù)學(xué)生在中學(xué)階段缺乏基本實(shí)驗(yàn)操作的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，在實(shí)驗(yàn)課上手足無措，漏洞百出，甚至有同學(xué)連滴定管、布氏漏斗等儀器都分不清楚。在推行素質(zhì)教育的今天，這種現(xiàn)象的存在，很大原因源自于學(xué)校的教學(xué)模式及考核方式[2]。其實(shí)，化學(xué)本身是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是理論的基礎(chǔ)，理論是實(shí)驗(yàn)的升華，二者相輔相成，缺一不可。而無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是本科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)最先接觸的一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，是理論與實(shí)踐的連接點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)課程使學(xué)生掌握基本操作技能和實(shí)驗(yàn)室基本行為規(guī)范對(duì)以后化學(xué)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)具有特別重要的意義。因此，通過對(duì)教育模式和考核方式進(jìn)行改革，讓學(xué)生充分意識(shí)到實(shí)驗(yàn)的重要性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與主觀能動(dòng)性，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的核心目的。

二、化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的問題

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式和手段單一

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，老師以講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、步驟、儀器使用、注意事項(xiàng)等為主，學(xué)生以被動(dòng)的聽、做、寫為輔。實(shí)驗(yàn)課前，教師會(huì)將一切所需藥品、試劑、設(shè)備儀器先準(zhǔn)備好，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室直接操作就可。這樣“機(jī)械式”的教學(xué)過于死板、沉悶。缺乏師生間的有效交流與互動(dòng)，學(xué)生常常把實(shí)驗(yàn)看成是一種負(fù)擔(dān)，思想上不重視，行為上不努力。長期以來，容易造成學(xué)生懶散，遇事不會(huì)思考，動(dòng)手、動(dòng)腦能力差等后果。

2.實(shí)驗(yàn)教材與實(shí)際情況不符

學(xué)校使用的教材是高等教育出版社的《無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》第三版。教材里面的部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，往往與學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件不相符。主要體現(xiàn)在：一是儀器設(shè)施與教材上存在差異。例如：實(shí)驗(yàn)室的一些加熱過濾裝置與教材中的存在差異；而某些指定的玻璃儀器也存在著大小及型號(hào)的差異；教材中酸度計(jì)、分光光度計(jì)等儀器型號(hào)與學(xué)校使用同類儀器有區(qū)別。二是實(shí)驗(yàn)藥品與教材上存在差異。學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件相對(duì)簡陋，尤其是一些通風(fēng)措施不很完善，在涉及一些有毒氣體、藥品的實(shí)驗(yàn)中，往往由任課老師調(diào)換安全試劑。如：用次氯酸代替氯氣，硫化鈉代替硫化氫等。三是一些有毒、有害、易燃、易爆的實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，無法在實(shí)驗(yàn)室中操作完成。四是有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生較快，效果不明顯，過程不能完整展現(xiàn)，學(xué)生無法了解實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。上述這些情況，容易造成學(xué)生在藥劑選擇、儀器組裝及使用過程中的操作及理解困難。

3.學(xué)生缺乏興趣，實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)難

教學(xué)過程中，由于通風(fēng)設(shè)施及烘箱等電器的工作使化學(xué)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境嘈雜，常常導(dǎo)致老師嗓音難以“服眾”。同時(shí)，師生均站立教和學(xué)，教師無法在同一時(shí)間兼顧到所有的同學(xué)。而實(shí)驗(yàn)室涉及到的儀器及操作等依靠單一的講授難以達(dá)到細(xì)致的教學(xué)效果。長此以往，學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度不端正，在講授過程無興趣，知識(shí)左耳進(jìn)右耳出，多靠啃書本的盲目自學(xué)，莽撞模仿，最終導(dǎo)致學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)常識(shí)，基本操作不規(guī)范，在遞交實(shí)驗(yàn)報(bào)告前一“抄”了事。此外，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生數(shù)量往往較多，教師很難起到及時(shí)提點(diǎn)與警示每個(gè)同學(xué)的作用，造成一些錯(cuò)誤操作的長期存在，日久成為習(xí)慣，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)綜合實(shí)驗(yàn)更加困難。更有甚者，學(xué)生往往不做充分的課前預(yù)習(xí)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)課是在教師指導(dǎo)下的由學(xué)生獨(dú)立完成的教學(xué)活動(dòng)，只有在經(jīng)過認(rèn)真的課前預(yù)習(xí)，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，熟悉?shí)驗(yàn)內(nèi)容，掌握所用儀器及實(shí)驗(yàn)裝置的使用及相關(guān)操作事項(xiàng)，學(xué)生才能夠有條不紊地進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作。然而，在實(shí)際的教學(xué)過程中，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的態(tài)度大多較為冷漠，課前預(yù)習(xí)往往成為學(xué)生簡單抄寫實(shí)驗(yàn)教材的一個(gè)過程。這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀必須得到改變。

三、可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是一種新型的教學(xué)形式，是指課堂講授增加“看”的比重，從枯燥的聽課，變?yōu)槁牽唇Y(jié)合?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)課堂的可視化教學(xué)，可以通過任課教師結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，把每節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容分成：原理、實(shí)驗(yàn)和結(jié)果等部分制成圖片或視頻課件，在預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后等不同時(shí)段，利用3G網(wǎng)絡(luò)或高校WIFI等手段傳輸?shù)皆拼鎯?chǔ)中，也可以通過微信、QQ群等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上互相討論，交流心得體會(huì)。

可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)校實(shí)踐以來受到眾多師生的歡迎。以《醋酸亞鉻水合物的制備》為例，該實(shí)驗(yàn)主要有四個(gè)操作要點(diǎn)：一是濃鹽酸的滴定；二是還原過程的裝置震蕩；三是將二氯化鉻壓入醋酸鈉溶液；四是用去氧水、乙醇和乙醚洗滌產(chǎn)物。第一步的困難在于要用滴液漏斗將10ml濃鹽酸在1小時(shí)內(nèi)勻速滴完，學(xué)生們往往感到難于控制。實(shí)際上可以采用間歇滴定的方式，通過觀察氫氣生成速度來決定加酸的時(shí)機(jī)。第二步的困難在于整個(gè)反應(yīng)裝置難以同時(shí)震蕩，常常造成漏氣導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。其實(shí)在還原過程可以僅保留反應(yīng)及出氣裝置，這樣能夠減少震蕩的難度。第三步中，由于反應(yīng)物用量較少，但實(shí)際反應(yīng)的錐形瓶卻較大（250ml）且瓶底凸出，常常導(dǎo)致大量二氯化鉻溶液滯留。對(duì)此可通過在長玻璃管底部續(xù)接一段軟膠管來解決這個(gè)問題；第四步中應(yīng)注意抽濾和注液時(shí)機(jī)的合理操控。上述四個(gè)問題在教材上沒有明確說明，教師在較短的講述時(shí)間內(nèi)，難以清晰展示每個(gè)細(xì)節(jié)，常常造成學(xué)生雖經(jīng)反復(fù)操作卻仍不得要領(lǐng)，最終實(shí)驗(yàn)失敗。自從教師將前三個(gè)步驟制成圖片，第四個(gè)步驟錄制視頻后上傳至百度云與學(xué)生分享后，此實(shí)驗(yàn)成功率大大增加，顯著提升了教學(xué)效果。

具體來講，與傳統(tǒng)的模式相比可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)具備如下優(yōu)勢(shì)：一是可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)憑借網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的方便快捷，可以使學(xué)生在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)來遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)。二是可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)是由思維可視化聯(lián)想得到的，可以充分發(fā)揮文字、聲音、圖形、圖像、動(dòng)畫等多種媒體資源的特點(diǎn)，直觀生動(dòng)，易于接收，有效彌補(bǔ)了單一語言教學(xué)的枯燥性，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的趣味性和直觀性。幫助學(xué)生更好的理解化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)原理，更準(zhǔn)確的呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生對(duì)其掌握更清晰與深刻。三是可視化教學(xué)有效信息量豐富，能夠滿足多樣化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，達(dá)到省時(shí)、高效，并提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣的目的。例如：對(duì)于實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)資源少、時(shí)間短的問題，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，方便的預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，了解實(shí)驗(yàn)要求和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)M過程。觀看操作錄像，提高實(shí)際操作的效果。教師也能夠更加方便的記錄往屆學(xué)生在指定實(shí)驗(yàn)過程中易出錯(cuò)的操作事例，然后通過圖片或視頻與現(xiàn)屆同學(xué)們分享總結(jié)，有則改之，無則加勉。而在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生通過與教學(xué)課件對(duì)照，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)與糾正自己在做實(shí)驗(yàn)過程中的錯(cuò)誤和不足。這樣能夠達(dá)到提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，提高教學(xué)效率與質(zhì)量的目的。同時(shí)也便于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主分析解決問題的能力。四是對(duì)于有毒有害、設(shè)備有限、無法操作的實(shí)驗(yàn)，采用可視化課件模擬演示實(shí)驗(yàn)過程，能夠擬補(bǔ)因?qū)嶒?yàn)室條件限制帶來的教學(xué)缺憾。對(duì)一些反應(yīng)速率過快或反應(yīng)現(xiàn)象不易觀察的實(shí)驗(yàn)，也可以通過課件專門放大細(xì)節(jié)過程，使學(xué)生能細(xì)致觀察關(guān)鍵性的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。

四、可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)

可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)校實(shí)施以來，我們逐步摸索與積累了一些應(yīng)用與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要有：一是應(yīng)當(dāng)立足于本?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀，根據(jù)學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)能力及動(dòng)手水平，緊密聯(lián)系教材，合理編排實(shí)驗(yàn)。二是可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件制作應(yīng)注重區(qū)分預(yù)習(xí)、操作與實(shí)驗(yàn)總結(jié)等階段，主要以輔助、啟發(fā)性知識(shí)組成為主，以學(xué)生為主體，逐步建立與培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高學(xué)生對(duì)待實(shí)驗(yàn)的積極性，增強(qiáng)他們自主學(xué)習(xí)的能力。三是注重對(duì)學(xué)生基本操作及實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度的培養(yǎng)，適當(dāng)安排學(xué)生自己準(zhǔn)備藥品、配制溶液、組裝實(shí)驗(yàn)裝置等，培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考的能力，并養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)行為習(xí)慣。四是教師應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布適時(shí)實(shí)驗(yàn)通知和實(shí)驗(yàn)要求，及時(shí)上傳實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件，鼓勵(lì)學(xué)生提出問題，并通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行公開解答；對(duì)于相關(guān)難點(diǎn)問題，進(jìn)行公開討論。五是針對(duì)學(xué)生不注重實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)果討論，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用理論進(jìn)行推測(cè)，也可以利用網(wǎng)絡(luò)組織一些討論式的教學(xué)，通過適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)與提點(diǎn)，幫助學(xué)生用鞏固所學(xué)知識(shí)，拓寬思維模式。六是運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)資源共享的優(yōu)勢(shì)，適時(shí)向?qū)W生展示一些國內(nèi)外先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器，開闊學(xué)生的知識(shí)面和眼界，提高學(xué)生對(duì)于化學(xué)知識(shí)的興趣。

總之，可視化實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)校實(shí)施以來，推動(dòng)了學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展與深化，更適應(yīng)素質(zhì)教育的要求，適時(shí)調(diào)整了教學(xué)關(guān)系，豐富與擴(kuò)展了教師職能，確立了學(xué)生的主體性地位。符合學(xué)校提出的“以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，因材施教，個(gè)性發(fā)展”教改原則。它改變了傳統(tǒng)的以老師講授、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主要模式的教學(xué)方法，取得了一定的積極效果。

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