自主設(shè)計實驗在高師有機化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用探索

高 濤，周彩新，劉顯明，楊緒紅，曾志剛，孫紹發(fā)

(湖北科技學(xué)院 核技術(shù)與化學(xué)生物學(xué)院，湖北 咸寧 437100)

自主設(shè)計實驗在高師有機化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用探索

高 濤，周彩新，劉顯明，楊緒紅，曾志剛*，孫紹發(fā)*

(湖北科技學(xué)院 核技術(shù)與化學(xué)生物學(xué)院，湖北 咸寧 437100)

化學(xué)實驗是培養(yǎng)合格化學(xué)教師的重要方法和手段。本文分析了目前高等師范院校有機化學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題，提出了開設(shè)自主設(shè)計實驗的必要性，并闡述了開展自主設(shè)計實驗過程和方法。希望通過有機自主設(shè)計實驗的教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)和提高化學(xué)教育專業(yè)學(xué)生綜合實驗素質(zhì)。

化學(xué)教育；實驗技能；有機化學(xué)實驗；自主設(shè)計

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)上起著重要的作用[1，2]。基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)中強調(diào)學(xué)生應(yīng)通過實踐，增強探究和創(chuàng)新意識，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法，發(fā)展綜合運用知識的能力[3]。新課改的實施對教師的教學(xué)能力提出了更高的要求，尤其是化學(xué)教師，要求不僅要有堅實理論基礎(chǔ)知識和過硬的基本操作技能，還要有優(yōu)秀的實驗教學(xué)組織能力。才能在教學(xué)過程中起到言傳身教的作用[4]。但是受多種因素影響，高等師范院校特別是地方高師對學(xué)生實驗技能的培訓(xùn)重視不夠，因此許多化學(xué)教育專業(yè)的學(xué)生實驗?zāi)芰α钊藫鷳n，如何加強學(xué)生實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)已經(jīng)迫在眉睫。

有機化學(xué)實驗作為化學(xué)教育專業(yè)學(xué)生的必修課程在對學(xué)生的實驗技能培養(yǎng)上起著重要的作用，本文就如何在有機化學(xué)實驗教學(xué)中開設(shè)有機自主設(shè)計實驗以提高學(xué)生實驗技能提出自己的思考和建議。

一、有機化學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題

目前 , 我國實驗教學(xué)的目標多數(shù)仍停留在“三基層面”，即要求學(xué)生掌握實驗基本原理 、 基本知識和基本操作 , 規(guī)范操作得出正確的數(shù)據(jù)和結(jié)論[2]，師范院校為了達到基本教學(xué)要求，只強調(diào)實驗技能的訓(xùn)練而忽視了學(xué)生綜合科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，導(dǎo)致所開設(shè)的實驗內(nèi)容刻板、枯燥。而且在教學(xué)過程中，教師為保證實驗過程的安全及學(xué)生完成實驗的成功率，將實驗過程中的每一個細節(jié)和現(xiàn)象都告訴學(xué)生，并反復(fù)強調(diào)，學(xué)生只需像機器人一樣由教師輸入程序就準確無誤的完成實驗。這種不動腦、機械的操作很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)有機化學(xué)實驗的積極性，也無法發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性[5]。

二、有機化學(xué)實驗開設(shè)自主設(shè)計實驗的必要性

有機化學(xué)實驗作為基礎(chǔ)化學(xué)實驗之一，其教學(xué)目的除掌握基礎(chǔ)有機實驗技能和對課本知識的驗證之外，對高師化學(xué)教育學(xué)生而言，其更重要的功能應(yīng)該是如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性[6]，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識，切實提高學(xué)生的動手能力及獨立組織和完成實驗的能力。這些素質(zhì)和能力是一個中學(xué)化學(xué)教師能否進行探究性實驗教學(xué)的基本要求。但按現(xiàn)有的有機實驗教學(xué)模式很難達到上述培養(yǎng)目的，因此如何改變高師化學(xué)教學(xué)的實驗教學(xué)培養(yǎng)模式是高師化學(xué)教學(xué)工作者的教學(xué)研究的重要內(nèi)容。

自主設(shè)計實驗是以學(xué)生為主體，通過查閱文獻，立足現(xiàn)有實驗條件，自主設(shè)計實驗項目、單獨或以團隊合作方式完成實驗的一種新的教學(xué)模式。這種教學(xué)模式有別于“研究性實驗”，提倡學(xué)生為主體，強調(diào)的是自主性和團隊合作。這種教學(xué)模式對于有機實驗教學(xué)來說優(yōu)勢十分明顯，它既能改變過去實驗教學(xué)“照方抓藥”所帶來的種種弊端，還能極大的提高學(xué)生綜合科研素質(zhì)。因此該教學(xué)模式對于高師培養(yǎng)“研究型教師”意義非常重大。

三、自主設(shè)計實驗的設(shè)計與實施

自主設(shè)計實驗的實施是一個系統(tǒng)工程，對實驗時間、場地、學(xué)生實驗技能基礎(chǔ)、教師的引導(dǎo)及評價等都要有一定的要求。自主設(shè)計實驗?zāi)芊衲茼樌麑嵤┖蛯嶒炛笇?dǎo)教師的經(jīng)驗密不可分，以下是筆者開設(shè)自主設(shè)計實驗過程中的一些體會，希望能對高師有機化學(xué)實驗教學(xué)的同行有一定的幫助。

1.進行自主設(shè)計實驗的前提條件

自主設(shè)計實驗的設(shè)計及開設(shè)前提條件為安全、經(jīng)濟、高效、科學(xué)、直觀。因此要滿足以上五點要求必須要有與之配套的實驗時間、實驗場地、實驗耗材、實驗設(shè)備及實驗者基礎(chǔ)技能等要求。

安全是首要前提，要充分考慮整個實驗過程中會出現(xiàn)的安全問題，一定要在設(shè)計之初盡可能的將一切不安全的因素考慮詳細，保證過程的安全、可控。要提倡實驗的綠色化。經(jīng)濟是必要因素，自主設(shè)計實驗是教學(xué)實驗不能等同科研實驗，必須要考慮實驗成本，要給學(xué)生提出“原子經(jīng)濟性”這一觀點，要提倡實驗小量化、微量化。高效就是要求實驗的效率要高，反應(yīng)速度要快，不能讓實驗的時間過長?？茖W(xué)就是實驗項目設(shè)計要具有科學(xué)性、實用性、創(chuàng)造性，能夠緊密聯(lián)系日常生活為佳，可實施性要強。直觀就是要求實驗過程直觀、實驗結(jié)果直觀，并要求立足地方高師的實驗室條件進行實驗結(jié)果的驗證。

2.自主設(shè)計實驗的實施

開設(shè)有機自主設(shè)計實驗是一個循序漸進的過程，通過長期的教學(xué)摸索，筆者認為分為四個階段比較合適。

基礎(chǔ)技能訓(xùn)練階段：該階段一般在大二上學(xué)期前半段完成，該階段十分重要，要求教師耐心、細心的完成對學(xué)生的實驗指導(dǎo)工作。學(xué)生必須在個人防護、實驗危險預(yù)防、實驗危險處理等方面做到熟悉、熟練，能夠臨危不亂、從容應(yīng)對任何突發(fā)事件。此外還要做到實驗操作規(guī)范、數(shù)據(jù)處理精確，為后期的實驗開展打下扎實的基礎(chǔ)。

綜合訓(xùn)練階段：該階段以有機合成實驗為主，通過教師的引導(dǎo)，如布置課前文獻查閱任務(wù)，讓學(xué)生以小組討論的形式探討教材中給出的實驗項目其發(fā)展趨勢、注意事項，實驗成功的關(guān)鍵點等。并通過教師講解，介紹該實驗課本的設(shè)計思想以及單個實驗項目中設(shè)計者的基本思路，教會學(xué)生學(xué)會實驗研究的一般方法，從而切實提高分析問題、解決問題的能力。

給定項目的自主設(shè)計實驗階段：該階段是完全自主設(shè)計實驗的過渡階段，一般安排在大二下學(xué)期中段，由教師給定2-3個非課本中實驗項目。項目的指導(dǎo)原則是可實施性要強，能夠通過文獻檢索查到實驗方法。實驗項目的設(shè)計可以是兩步以上的有機合成實驗或植物中活性成分的提取實驗。開設(shè)給定項目的自主設(shè)計實驗的目的是讓學(xué)生逐步適應(yīng)并學(xué)會如何自主設(shè)計實驗。因為通過文獻檢索得到的實驗方案要比課本中實驗方案更簡練，所以學(xué)生在設(shè)計實驗方案過程中必須要學(xué)會思考和處理文獻中的方法和數(shù)據(jù)，找出實驗的關(guān)鍵點和注意事項，并根據(jù)現(xiàn)有實驗條件科學(xué)合理的設(shè)計實驗方案和安全、高效的完成實驗過程。

全自主設(shè)計實驗階段：該階段一般安排在大二下學(xué)期末實施，關(guān)于實驗項目教師可以通過與學(xué)生交流，引導(dǎo)學(xué)生完成一些難度適中的小課題，如合成熒光小分子、合成一系列不同香味的酯等。要求以團隊的形式完成，團隊要有明確分工。實驗時間為兩周，第一周為設(shè)計時間，團隊成員通過文獻檢索，以小組討論的形式完成實驗項目的設(shè)計，第二周的時間為實驗時間，學(xué)生通過實驗反復(fù)修改設(shè)計思路并確定實驗方案，最后以實驗報告的形式提交完整的實驗方案和實驗數(shù)據(jù)。

3.教師的作用

教師是自主設(shè)計實驗的引導(dǎo)者和指導(dǎo)者，教師的科研素質(zhì)和個人魅力對學(xué)生的影響非常大。從基礎(chǔ)訓(xùn)練開始，教師就要從嚴要求，規(guī)范學(xué)生的實驗操作，養(yǎng)成學(xué)生嚴謹認真的科研素質(zhì)，為后期實驗打好基礎(chǔ)。綜合實驗階段教師的作用是，進一步鞏固和規(guī)范學(xué)生的操作技能，通過揣摩課本中實驗項目的設(shè)計思路，教會學(xué)生如何去確定反應(yīng)條件、選擇適量的實驗試劑，最終制定實驗方案。還要在課堂中引入綠色化學(xué)和微型化學(xué)的概念，在實驗過程中有意識的教導(dǎo)學(xué)生科學(xué)處理實驗污染物排放，培養(yǎng)學(xué)生綠色環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展意識[7]。設(shè)計實驗階段需要全程引導(dǎo)，從實驗項目的確定、實驗設(shè)計過程的審核、實驗過程的監(jiān)控、實驗結(jié)果的考核教師必須全程參與，通過教師的學(xué)識和經(jīng)驗，讓學(xué)生能夠安全、順利的完成其設(shè)計的實驗項目。由上可見，教師是決定自主設(shè)計實驗成敗的靈魂人物。

四、有機自主設(shè)計實驗實施過程中要注意的問題

有機自主設(shè)計實驗的教學(xué)目的是培養(yǎng)高師學(xué)生綜合科研素質(zhì)，對學(xué)生而言不僅要培養(yǎng)其實驗設(shè)計能力，更要培養(yǎng)其實驗組織能力及嚴謹?shù)膶嶒炞黠L(fēng)。自主設(shè)計實驗的實施是一個系統(tǒng)的過程，不能一味強調(diào)自主而盲目的設(shè)計，好的設(shè)計思路固然重要，但是如果沒有扎實的基本實驗技能，學(xué)生在實驗實施過程中就會出現(xiàn)操作不當、方法錯誤、對問題處理不合理等問題。其最終結(jié)果是，教師反復(fù)糾正指導(dǎo)，效率低下，學(xué)生逐漸在實施過程中喪失耐心和積極性。最終自主設(shè)計實驗流于形式，難以達到預(yù)期目的。所以在有機自主設(shè)計實驗中，學(xué)生是實施自主設(shè)計實驗的關(guān)鍵因素。

五、結(jié)語

在開設(shè)有機自主設(shè)計實驗過程中會遇到過各種困難，但是這些困難都不能阻擋學(xué)生求知的欲望。而且在攻克難關(guān)的過程中，既鍛煉了學(xué)生的團隊協(xié)作能力，還能讓學(xué)生獲得更多成功的喜悅。通過三年的自主設(shè)計實驗教學(xué)發(fā)現(xiàn)，自主設(shè)計實驗的開設(shè)對學(xué)生的創(chuàng)新能力、文件檢索能力、組織及團隊協(xié)作能力等綜合科研素質(zhì)的提高有著積極的作用。相信學(xué)生也會將自主設(shè)計實驗中所學(xué)到的知識，應(yīng)用于未來的中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，用探究性的實驗教學(xué)方法激發(fā)中學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情，為國家培養(yǎng)出更多的綜合性人才。

[1]陳水生, 喬瑞, 張淑萍, 等. 科研創(chuàng)新實驗對學(xué)生綜合知識體系的構(gòu)建[J]. 大學(xué)化學(xué), 2014, 29(6): 51～54.

[2] 張樹永, 張劍榮, 陳六平. 大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)改革的基本問題和措施初探[J]. 大學(xué)化學(xué), 2009, 24(4): 24～28.

[3] 基礎(chǔ)教育課程改革綱要(試行)．教基[2001]17號

[4] 徐明波, 呂洪杰. 淺談高中化學(xué)創(chuàng)新實驗設(shè)計[J]. 湖北師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版), 2013, 33(3): 77～79.

[5]沈星燦，唐力．基礎(chǔ)教育化學(xué)新課程改革對大學(xué)化學(xué)教學(xué)的啟示[J]. 大學(xué)化學(xué), 2015, 30(5): 11～15.

[6] 尚國香，張欣．高中化學(xué)新課程與大學(xué)化學(xué)教學(xué)銜接研究——有機化學(xué)性質(zhì)主題[J]. 大學(xué)化學(xué), 2016, 31(2): 15～19.

[7] 高濤. 綠色化學(xué)實驗室建設(shè)探討[J]. 咸寧學(xué)院學(xué)報, 2007, 27(6): 77～79.

2095-4654(2016)12-0120-03

2016-08-30 基金項目：湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目(Q20162802); 湖北科技學(xué)院教學(xué)研究項目(2012X025B;2014-XB-019) 通訊作者：曾志剛(1981-)，男，湖北省仙桃人，湖北科技學(xué)院核技術(shù)與化學(xué)生物學(xué)院講師，研究方向：有機合成，E-mail:zzgang2012@hotmail.com;孫紹發(fā)(1964-)，男，湖北省嘉魚人，湖北科技學(xué)院核技術(shù)與化學(xué)生物學(xué)院教授，研究方向：有機小分子催化，E-mail:sunshaofa@mail.hbust.com.cn。

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