師范專業(yè)有機化學實驗教學模式探索與實踐

鄭婷婷,武 沛,劉佳奇,孟祥福,左 霞

(首都師范大學 化學系,北京 100048)

師范專業(yè)有機化學實驗教學模式探索與實踐

鄭婷婷,武 沛,劉佳奇,孟祥福,左 霞

(首都師范大學 化學系,北京 100048)

從師范專業(yè)培養(yǎng)目標出發(fā),以教師應具備的素質為導向,針對傳統(tǒng)有機化學實驗教學現(xiàn)狀和存在的問題,對有機化學實驗教學模式進行了積極的探索和實踐。基于學習過程理論構建了3層次的實驗課程體系、點線面結合整合優(yōu)化了實驗教學內容以及從學習目標、學習興趣、學習習慣、學習評價4方面激發(fā)了學生的學習動機。

有機化學實驗;教學改革;教學模式

有機化學實驗是一門理論知識豐富、操作復雜、技術面較廣、需要綜合實驗技能和科學思維的實踐教學課程,在培養(yǎng)化學專業(yè)的師范生的認知能力和操作能力方面具有得天獨厚的優(yōu)勢[1-2]。 首都師范大學化學系有機化學教研室針對傳統(tǒng)有機化學實驗教學現(xiàn)狀和存在的問題,從改革實驗課程體系、優(yōu)化實驗內容、激發(fā)學生學習興趣等方面對有機化學實驗教學模式進行了積極的探索和實踐,取得了良好的教學效果。

1 基于“學習過程”理論 構建實驗教學體系

美國赫爾巴特派提出了學習過程(或稱教學過程)的5個步驟[3]:準備→呈現(xiàn)→比較和抽象→概括→應用。第一步是“準備”(preparation),教師提出問題,引起學生的注意,為調動學生先前的經驗與這個問題聯(lián)系起來做好心理準備。第二步是“呈現(xiàn)”(presentation),教師充分利用模型、地圖、照片等教學輔助手段向學生展現(xiàn)新知識。第三步是“比較和抽象”(comparison and abstraction),將新的觀念納入舊的觀念,實現(xiàn)新、舊觀念之間的聯(lián)合。第四步是“概括”(generalization),通過對新、舊知識的比較而獲得更高一層次的新知識。第五步是“應用”(application),學生掌握了這個新習得的原理就可以用來解決實際問題。

我們按照學習過程的5個步驟的指導思想,將有機化學實驗課程統(tǒng)一規(guī)劃,突破傳統(tǒng)的實驗教學模式,構建體現(xiàn)實驗技能訓練與實踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結合的分層次、遞進式有機化學實驗教學體系(基礎型實驗、綜合型實驗和研究型實驗),如圖1所示。

第一層次為基礎型實驗,以培養(yǎng)學生掌握和規(guī)范有機實驗基本操作技能為目標,對應學習過程的準備和呈現(xiàn)。第二層次為綜合型實驗,以培養(yǎng)學生綜合運用實驗技能和分析問題為目標,對應學習過程的比較,抽象和概括。第三層次為研究型實驗,以培養(yǎng)學生解決實際問題和創(chuàng)新能力為目標,對應學習過程的應用。分層次、遞進式的實驗教學體系按照由淺到深、從低到高的認知規(guī)律安排,達到知識學習和創(chuàng)新能力提高相承接,真正體現(xiàn)了有機化學實驗教學在培養(yǎng)化學師范生綜合能力中的重要性[4-6]。

圖1 有機化學實驗教學體系與學習過程的關系

2 點線面結合 優(yōu)化教學內容

在新的有機化學實驗教學體系的指導下,我們對實驗教學內容也做了相應調整、更新和優(yōu)化,提出了點、線、面結合的教學規(guī)劃,將化學基礎型實驗、綜合型實驗和研究型實驗統(tǒng)籌安排,合理安排實驗順序,精心設計實驗項目,使理論教學與實驗教學合理銜接[7]。

2.1 基礎型實驗——由點及線夯實基本操作

“點”即有機化學實驗基本操作的基本點,包括物理性質鑒定操作中的溶沸點測定、折光率測定等,分離純化操作中的蒸餾、萃取、結晶、升華等,以及化合物制備操作中攪拌、加熱、回流、冷卻、干燥等。基礎型實驗主要是基本實驗操作技能的訓練,但是跟以往的實驗內容不同的是,這些基本操作技能的訓練不再單獨安排實驗而是融合在有機合成實驗中進行,實現(xiàn)從點到線的融合。例如,我們通過乙酰苯胺的合成實驗,綜合訓練加熱、回流、冷卻、蒸餾、重結晶等基本操作。同時基本操作在綜合實驗中也能體現(xiàn),我們把原來薄層色譜(分離偶氮苯和蘇丹Ш)和柱色譜(分離甲基橙和亞甲基藍混合溶液)2個實驗合并改成從紅辣椒中提取紅色素的綜合實驗,更新后的實驗綜合訓練回流、蒸餾、色譜法分離等基本操作,避免了傳統(tǒng)單個操作訓練的枯燥無味,并且將實驗教學與實際應用相結合,提高了學生的興趣和實驗能力。

2.2 綜合型實驗——由線及面培養(yǎng)綜合能力

綜合型實驗主要按照實驗技術的系統(tǒng)性和內在聯(lián)系性組織實驗教學,將單元操作整合為系列合成,進行多步驟合成,實驗內容之間層層遞進,改變了過去“只見樹木不見森林”、缺乏系統(tǒng)性的弊端,從線到面統(tǒng)籌安排。比如我們將“乙酸乙酯的制備”、“乙酰乙酸乙酯的制備”實驗作為典型的系列實驗,前一實驗的產品是后一實驗的原料,促使學生重視基本操作,認真對待實驗中的每一步,培養(yǎng)學生學會綜合運用所學化學實驗基礎知識和基本操作技能進行化學實驗的能力。

2.3 研究型實驗——點線面結合形成實踐能力

研究型實驗主要是讓學生在掌握了有機化學基礎實驗的基礎上,利用所學的理論知識和前2個層次中反復訓練的實驗技能和方法,解決實際問題,真正地合成生產生活所需的目標化合物。學生根據教師布置的研究專題,自行查詢文獻、設計實驗方案、獨立完成實驗并完成論文的撰寫,經歷完整的科研實踐過程。

我們選擇的研究型設計性實驗課題為“1-苯基-cis-1,2-環(huán)己二醇的合成和表征”。實踐表明,研究型實驗使學生初步掌握了科研的基本方法及程序,培養(yǎng)了學生的科研能力,非常有利于后續(xù)的畢業(yè)論文實踐環(huán)節(jié)的展開。

3 嚴控教學過程 激發(fā)學生學習動機

學習動機是推動學生進行學習活動的內在原因,是激勵、指引學生學習的強大動力。學生在學習的過程中,對學習的需要、對學習必要性的認識以及信念,學習的興趣、愛好和習慣等構成了學生學習動機的基本因素。如果教師的教學活動遵循了教育規(guī)律,正確培養(yǎng)和激發(fā)學生的學習動機,課堂效率和教學效果將得到很大的提升。因此,根據目前有機化學實驗教學現(xiàn)狀,從學習目標、學習興趣、學習習慣及考核評價這4個方面考慮,提出一些具體的操作方法來激發(fā)學生的學習動機。

3.1 確定學習目標

學習目標是學生學習的結果,是奮斗的方向。教育心理學家認為:當一個人清晰地意識到自己的學習活動所要達到的目標與意義,并以它來推動自己的學習時,這種意識就成為一種有利的動機。在有機化學實驗教學中給學生設立明確、適當的學習目標尤為重要。對于化學系師范專業(yè)的學生來說,不僅要牢固掌握常規(guī)實驗操作的基本原理和方法,具有扎實的實驗基本功也非常重要,還需要具有實踐能力和創(chuàng)新能力。因此,我們根據新的教學體系,針對各層次制定了明確的學習目標,編寫了學習地圖,清晰地告訴學生在能力發(fā)展的每個階段應該學習什么內容、努力的方向和目標是什么。這樣，學生在進入有機化學實驗學習之初,就對整體有個了解,比如在基礎型實驗的學習過程中,將會掌握和規(guī)范各種基本操作技能,進入了綜合型實驗會掌握綜合運用實驗技能的能力,最高階段是研究型實驗,通過這一階段的訓練將使學生能夠解決實際問題并具備一定的創(chuàng)新能力。明確的學習目標,使學生有個努力的方向,從而激發(fā)學生積極進取的精神。

3.2 提高學習興趣

學習興趣是學生最好的老師,是基于自己的學習需要而表現(xiàn)出來的一種認識傾向,它在學生的學習中具有重要的作用。傳統(tǒng)的教學方法,主要采取教師現(xiàn)場講解的方式,將相關的內容和詳細實驗步驟寫在黑板上,無法調動學生的興趣,并且抑制了學生思維能力和創(chuàng)新能力的發(fā)揮。有研究表明,學生看電視學習實驗操作,興趣可以長達24 h之久[8]。充分利用多媒體教學,改進教學方法和手段,提高教學質量,已經成為現(xiàn)代教育技術發(fā)展的必然趨勢。多媒體教學對學生主體性的發(fā)揮,創(chuàng)新意識和探索意識的培養(yǎng)有事倍功半的效果。因此我們要充分利用多媒體等現(xiàn)代教學手段于實驗教學中,從教學方法上徹底改變過去單一的知識傳授教學模式,從以課堂灌輸式教學為主的模式轉變?yōu)閱l(fā)式的教學模式上來[9]。

我們經過多年的努力建立了有機化學實驗教學網站,開發(fā)設計了學生實驗預約及教師實驗教學管理系統(tǒng),實現(xiàn)了教學信息化、管理信息化及全面開放式教學。多年來我們非常重視網絡資源的建設和利用,不斷地豐富網絡實驗教學資源,并且利用微信群建立學習討論小組,開展網絡實驗預習、仿真實驗、實驗答疑等的研究與建設?；谟袡C化學網絡教學平臺與教學模式創(chuàng)新研究,實現(xiàn)了有機化學實驗課前、課堂、課后三位一體的全程數字化教學指導新模式(見圖2)。

圖2 三位一體的數字化教學模式

課前主要通過設置網絡預習自測題來檢測學生的預習水平,學生只有在規(guī)定時間內全部做完并且取得一定的分數才可以進入實驗室實驗。預習自測題主要是與實驗關鍵操作相關的題目,旨在提高學生的預習效果,以及提高有機化學實驗的教學效率,同時提高學生學習有機化學實驗的積極性和主動性,使學生學習從被動接受式向主動探究式轉變,從而激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。課堂上利用多媒體視頻演示實驗過程中關鍵的實驗操作,避免了因教師難以實時演示的缺陷,幫助學生掌握正確、規(guī)范的實驗操作步驟和操作技能,尤其是對于化學師范專業(yè)的學生,為以后的教學工作打下堅實的基礎。課后師生可以借助網絡課堂的論壇功能進行交流,教師可以和學生進行討論,學生可以瀏覽討論結果,互相學習,從中受益,并加強師生的交流和聯(lián)系。新的教學模式實現(xiàn)從以“教”為中心向以教師主導作用和學生主體作用的“雙主”教學模式的轉變,取得了很好的成效,實現(xiàn)了教學手段和模式的創(chuàng)新,極大地提高了學生學習的興趣,對提高實驗教學質量起了促進作用。

3.3 培養(yǎng)學習習慣

良好的學習習慣,有利于激發(fā)學生學習的積極性和主動性，有利于形成學習策略,提高學習效率，有利于培養(yǎng)自主學習能力，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力,使學生終身受益。因此在有機化學教學中要培養(yǎng)學生的學習習慣。要加強有機化學實驗預習、記錄和報告的基本要求[10]。

實驗預習對保證實驗的安全順利進行起關鍵作用。只有認真做好實驗預習,仔細寫好預習報告,做到心中有數,實驗才能做得又快又好。實驗預習的具體內容要求明確實驗目的和要求、了解反應機理、熟悉各種化學試劑的物理常數、畫好裝置圖、列出實驗步驟和注意事項。實驗記錄要求及時、真實、詳細。在實驗進行中要注意培養(yǎng)學生細致觀察、認真記錄的習慣。良好的實驗記錄也是一個科研工作者必須具有的基本素質。因此一定嚴格要求學生原始記錄的書寫,為以后走向科研工作打下良好的基礎。實驗記錄的具體的內容包括所用的儀器、藥品的用量、每步反應的操作、反應的溫度、體系的顏色變化、是否放熱或有氣體產生、產品性狀等都要如實地記錄,做到簡單明了,字跡清晰。每位學生的實驗現(xiàn)象都不可能是完全相同的,都會出現(xiàn)一些獨有的現(xiàn)象,這需要在實驗報告中進行總結。實驗結束后需根據自己的實驗記錄對實驗進行分析討論和歸納總結。對實驗報告的書寫我們也制定了嚴格的標準。要對結果進行一個總體的評價,討論成功與失誤的原因,對實驗原理、操作方法、反應現(xiàn)象給予解釋說明,對操作中的經驗教學和實驗中存在的問題提出改良型建議以及回答思考題等。討論的重要性在于,通過對實驗過程的回顧,可以發(fā)現(xiàn)自己在實驗中的不足之處,防止以后出現(xiàn)相同的錯誤,同時可以加深對實驗相關理論知識及實踐操作的認識,鞏固學習成果,可以培養(yǎng)學生獨立思考和解決問題的能力,通過討論達到從感性認識上升到理性認識的目的[11]。

3.4 完善學習評價

學習評價(尤其是考核成績評定)會對學生的學習動機的形成產生很大的影響,促使學生在學習過程中及時調節(jié)學習程序,因此我們制定了“多元-權重-過程性”評價體系[12](見圖3)。

圖3 “多元-權重-過程性”評價體系

該評價體系強調綜合考查,分為平時實驗考核和考試(筆試或操作),總成績=∑(每個實驗所得總分/實驗個數)×0.7+考試成績×0.3。對于有機化學體系的3個層次(基礎型實驗、綜合型實驗和研究型實驗),根據實驗的過程,按照不同類型的實驗,都擬定了相應的評分標準,對學生的實驗預習、實驗操作、實驗現(xiàn)象和結果、實驗報告以及衛(wèi)生和安全,依據評價標準一一評分,具體評分標準見表1。相比傳統(tǒng)評價方法中教師單評的方式,多元化評價增加了學生自我評價和同伴評價,可以體現(xiàn)對學生社會交往、溝通、團隊合作的能力的評價,有利于提高學生合作精神和社交能力。權重評價則是按照實驗教學的要求,對每一項的評價指標賦予權重,可以引導學生把握重點,重視操作能力和實踐能力的訓練。過程性評價內容涵蓋課前、課中和課后全過程,內容全面、反饋及時。該評價體系實施以來對激發(fā)學生學習動機,有效調控學生的學習過程起到了積極的作用,提高了實驗課程的教學效果。

表1 平時實驗成績評分標準

4 結束語

實驗教學在人才培養(yǎng)中占據重要地位,因此新的實驗教學模式旨在使學生逐步熟悉和掌握在實驗中學習的基本方法和技能,培養(yǎng)學生堅實的理論基礎、較強的實際工作能力,培養(yǎng)學生將知識技能轉化為科學研究能力,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐應用能力。我們在有機化學實驗教學的改革探索中取得了良好的效果,隨著科學技術的日新月異和國家對創(chuàng)新型人才的需要,有機化學實驗改革還需要不斷地改革創(chuàng)新。

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Exploration and practice of organic chemical experiment teaching mode for undergraduates in education major

Zheng Tingting,Wu Pei,Liu Jiaqi,Meng Xiangfu,Zuo Xia

(Department of Chemistry,Capital Normal University,Beijing 100048,China)

According to the educational objective of students in education major,the teaching mode of organic chemical experiment is positively explored and practiced on the problems existing in the traditional teaching practice,orienting to cultivating the basic qualities of teachers. Based on the theory about learning process,three levels of experiment course system are built,the integrated point-line-plane pattern is used to optimize the experimental teaching contents,and four approaches to inspire the students’ learning motivation in the respects of learning objectives,learning interest,learning habits,and learning evaluation.

organic chemical experiment;teaching reform;teaching mode

2014- 06- 01

首都師范大學青年教改項目(2013)

鄭婷婷(1982—),女,山東濟南,博士,實驗師,主要從事有機化學實驗教學.

E-mail：ztt@mail.sdu.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2015)1- 0188- 04