大學(xué)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)生科研能力培養(yǎng)

于宇

摘 要 大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)本科生科研素質(zhì)與能力的重要途徑。傳統(tǒng)的本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念與教學(xué)方式導(dǎo)致本科生在實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)中存在諸多問題，嚴(yán)重制約了實(shí)驗(yàn)課程在培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)中發(fā)揮的作用。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐與改革，以培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)為目標(biāo)，提出改進(jìn)大學(xué)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式的具體措施。

關(guān)鍵詞 大學(xué)化學(xué)；實(shí)驗(yàn)；科研素質(zhì)

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）22-0141-03

Teaching of University Chemistry Experiments and Cultivation of Students Research Capability//YU Yu

Abstracts University chemistry experiment courses play an impor-tant role in the cultivation of undergraduates research capability. Traditional teaching concepts and methods of experiment courses lead to many problems in the undergraduates learning and perfor-

mance， which hinder the cultivation of undergraduates research capa-

bility. Based on the teaching experiences and reform， measurements for improving the teaching of university chemistry experiments are brought up.

Key words university chemistry experiments； teaching； scientific research quality

1 前言

培養(yǎng)具有科研素質(zhì)和創(chuàng)造能力的高層次人才是新世紀(jì)對高等教育的迫切要求?！陡叩冉逃ā穼⒕哂袕氖卤緦I(yè)“研究工作的初步能力”作為本科教育工作的重要目標(biāo)之一[1]。對于理工科學(xué)生，科研素質(zhì)和能力主要表現(xiàn)在創(chuàng)新能力、邏輯推理能力、動手能力、語言表達(dá)能力等方面[2]。而大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程正是培養(yǎng)學(xué)生動手操作、分析問題與解決問題、創(chuàng)新思維、語言表達(dá)等能力的重要途徑。但傳統(tǒng)的大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在教學(xué)觀念與教學(xué)方式上存在諸多問題[3]，這些問題的存在，非常不利于對學(xué)生科研素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。本文以培養(yǎng)本科生科研素質(zhì)為基礎(chǔ)，提出一些大學(xué)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式上的改進(jìn)措施，以便更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課程在培養(yǎng)學(xué)生科研能力中的作用。

2 大學(xué)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問題

大學(xué)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在兩個根本性的問題：首先，在教學(xué)觀念上，普遍存在實(shí)驗(yàn)課程是“理論課的附屬”的傳統(tǒng)觀念[3]，導(dǎo)致從校方到教師和學(xué)生，對于實(shí)驗(yàn)課程的重視程度與投入的精力普遍不足；其次，在教學(xué)方式上，大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程“按方抓藥”的授課方式普遍存在[4]，教師毫無保留地將實(shí)驗(yàn)方法、現(xiàn)象、結(jié)果等給學(xué)生一一講解，而學(xué)生只需照著實(shí)驗(yàn)規(guī)程與教師提示的注意事項(xiàng)進(jìn)行操作。如此，實(shí)驗(yàn)課淪為簡單的情景再現(xiàn)和驗(yàn)證性操作，很多本應(yīng)該由學(xué)生親自獲得的直接經(jīng)驗(yàn)變成從教師那里獲得的間接經(jīng)驗(yàn)。這兩個根本性的問題導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)過程中存在諸多問題，嚴(yán)重制約了實(shí)驗(yàn)課程在培養(yǎng)大學(xué)生科研素質(zhì)中應(yīng)發(fā)揮的作用。

學(xué)生不主動思考，安于現(xiàn)狀 學(xué)生只求能按要求順利完成實(shí)驗(yàn)，得出“正確”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對于實(shí)驗(yàn)原理、為什么要這樣做一知半解，也不愿去深究。這也與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)乃至整個大學(xué)教育中忽視培養(yǎng)學(xué)生的思維能力這一現(xiàn)狀不無關(guān)系。

創(chuàng)新能力差 思維能力差，更導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)新能力差。筆者通過近年來指導(dǎo)一些大學(xué)生的創(chuàng)新項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，學(xué)生很難有自己的想法或思路，基本是在教師手把手的指導(dǎo)下或下達(dá)非常具體的要求后才能完成，缺乏創(chuàng)新觀念，更缺乏創(chuàng)新能力。

害怕“失敗”的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)課堂上，學(xué)生害怕失敗的實(shí)驗(yàn)，害怕得不到“正確”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生認(rèn)為只有得到“正確”的結(jié)果，這次實(shí)驗(yàn)才算成功，實(shí)驗(yàn)報告才算完美，分?jǐn)?shù)才會高。有些教師也害怕失敗的實(shí)驗(yàn)，意味著本次教學(xué)任務(wù)沒有達(dá)到，意味著需要重做，要付出比正常課程多一倍的時間來完成。孰不知，“失敗”的實(shí)驗(yàn)正是培養(yǎng)學(xué)生思維能力與科研素養(yǎng)的絕佳機(jī)會。

缺乏科研素養(yǎng) 除了以上提到的科研素養(yǎng)的核心能力，對于一些科研素養(yǎng)的表現(xiàn)，比如合理有序的時間安排、準(zhǔn)確高效的操作、維護(hù)整潔的實(shí)驗(yàn)臺面、規(guī)范的數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)報告等，都是科研素養(yǎng)的體現(xiàn)。大學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是培養(yǎng)這些科學(xué)素養(yǎng)的重要場所，但并沒有發(fā)揮很好的作用。

3 大學(xué)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方式的改進(jìn)

要想真正發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課程在大學(xué)生科研能力與素質(zhì)培養(yǎng)中的關(guān)鍵作用，在教學(xué)觀念與教學(xué)方式中，各個方面均需有所改革與突破。健全合理的體制是打破大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)傳統(tǒng)觀念、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程在培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)中的作用的根本保障。學(xué)校層面，應(yīng)在培養(yǎng)方案中重視實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)課學(xué)時在課程體系中的比重；將實(shí)驗(yàn)課程與理論課程同等對待；加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)課程的監(jiān)督、管理，建立適當(dāng)?shù)募钆c考核機(jī)制等。在教師層面，教師的責(zé)任心與投入的精力也是決定實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果與作用的關(guān)鍵因素。根據(jù)多年的大學(xué)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)與改革，教師可從以下幾個具體方面改進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科研素養(yǎng)與能力的效果。

做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí) 在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前，學(xué)生需對實(shí)驗(yàn)原理與過程做到心中有數(shù)。只有熟悉實(shí)驗(yàn)流程，把握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，才能有精力在實(shí)驗(yàn)中充分地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，才能有精力對原理、注意事項(xiàng)、異?，F(xiàn)象等進(jìn)行思考與創(chuàng)新。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)可以通過以下方式進(jìn)行：教師提前帶領(lǐng)學(xué)生解讀實(shí)驗(yàn)規(guī)程[5]；endprint

或?qū)W生自行預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)規(guī)程，通過撰寫預(yù)習(xí)報告體現(xiàn)預(yù)習(xí)成果。前一種方式往往適用于實(shí)驗(yàn)原理或應(yīng)用器材對于學(xué)生來說比較陌生，學(xué)生自學(xué)有難度的情況；對于一些專業(yè)性實(shí)驗(yàn)課程，如海洋化學(xué)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)，學(xué)生具備一定的化學(xué)基礎(chǔ)，并且往往會事先學(xué)習(xí)相應(yīng)的理論課程，因此基本可以通過自學(xué)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)規(guī)程。

預(yù)習(xí)的關(guān)鍵在于一定要設(shè)置恰當(dāng)?shù)膯栴}，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)與思考。可以設(shè)置以下三類問題。

1）基礎(chǔ)型問題，即簡單直觀的思考題，以幫助學(xué)生增強(qiáng)對于原理、實(shí)驗(yàn)過程與預(yù)期現(xiàn)象的理解。

2）提高型問題，即對于實(shí)驗(yàn)原理和過程的深入思考與把握，例如：可能導(dǎo)致失敗的因素；如果失敗，怎樣排查原

因，怎樣解決；目標(biāo)樣品的濃度過高而超出標(biāo)準(zhǔn)曲線，怎樣解決；有無提高實(shí)驗(yàn)效率、簡化改進(jìn)實(shí)驗(yàn)過程的可能；等等。

3）拓展型問題，即需要學(xué)生自行查閱資料，拓展相關(guān)知識，例如：新儀器設(shè)備的使用方法與注意事項(xiàng)，與本實(shí)驗(yàn)?zāi)康南嗤钠渌娲椒?，本?shí)驗(yàn)方法的最新研究進(jìn)展，等等。

實(shí)踐表明，帶有問題的預(yù)習(xí)能有效增強(qiáng)學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)的把握，有利于在實(shí)驗(yàn)中更多地進(jìn)行觀察與思考。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，妙用“失敗”實(shí)驗(yàn) 適當(dāng)增加一些探索設(shè)計(jì)性環(huán)節(jié)，有助于引導(dǎo)學(xué)生思考與創(chuàng)新。如在測定水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生現(xiàn)場采集校園內(nèi)人工湖不同地點(diǎn)的水體樣品，評價湖泊的水質(zhì)與污染狀況。看到自己學(xué)習(xí)的知識能學(xué)有所用，學(xué)生積極性非常高，鍛煉了綜合應(yīng)用能力。又如用鋅鎘還原法測定水體中溶解態(tài)硝酸鹽氮實(shí)驗(yàn)，很容易受到外界污染而使空白過高，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。因此，在實(shí)驗(yàn)中增加讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)檢測是哪個步驟、哪個試劑引入了污染的環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)不僅使學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量控制有了更好的理解與把握，更使學(xué)生的思維能力在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析中得到很好的鍛煉。

另外，要妙用“失敗的實(shí)驗(yàn)”。大學(xué)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)操作步驟多，經(jīng)常發(fā)生由于學(xué)生操作失誤、操作水平不高、待測樣品特殊甚至某藥劑失效等各種情況引起的實(shí)驗(yàn)失敗。學(xué)生在沒有獲得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果時往往比較沮喪。教師在實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中應(yīng)當(dāng)“期待”特殊狀況的發(fā)生，當(dāng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗或遇到問題時，一定要讓學(xué)生找出原因，調(diào)整后重新實(shí)驗(yàn)，直到實(shí)驗(yàn)成功。這些學(xué)生對于此實(shí)驗(yàn)的理解與掌握，相比那些順利完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生會更加深刻而牢固。

如在碘量法測定水體溶解氧的實(shí)驗(yàn)中，在檢測試劑空白時，某組學(xué)生的空白值一直較高。在教師的引導(dǎo)下，他們對所用試劑、操作步驟等一一進(jìn)行排查，最后發(fā)現(xiàn)是由于在加入試劑時沒有混勻，發(fā)生局部反應(yīng)所致。經(jīng)過此次教訓(xùn)，學(xué)生不僅深刻地體會了加入試劑后要充分混勻的必要性，更在逐步排查原因中鍛煉了思維能力。

適當(dāng)設(shè)計(jì)一些“特殊情況”，對于培養(yǎng)學(xué)生的思維與動手能力大有益處。如實(shí)驗(yàn)規(guī)程中使用的是50 ml的比色管，在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料時故意給學(xué)生25 ml規(guī)格的比色管，考查學(xué)生如何調(diào)整完成實(shí)驗(yàn)。此即“失敗”實(shí)驗(yàn)的妙用，或是“錯例教學(xué)”的功效[6-8]。

培養(yǎng)良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣 良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣是科研能力的基本要求，會使科研工作事半功倍。而良好的習(xí)慣應(yīng)當(dāng)在大學(xué)階段的培養(yǎng)中奠定基礎(chǔ)。教師在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣與意識：要求學(xué)生具備安全意識，做好預(yù)防措施，熟知事故的處理程序；要求學(xué)生基礎(chǔ)操作規(guī)范，因?yàn)橐?guī)范的操作是保證實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確與成功的前提；要求保證實(shí)驗(yàn)室整潔有序，如藥品與器材使用完要原位放回，器皿使用前與使用后正確清潔，儀器使用過程中注意清潔與維護(hù)，保持實(shí)驗(yàn)臺的干凈整潔等。實(shí)踐表明，從一開始就養(yǎng)成良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣的學(xué)生，在后續(xù)課程或研究生學(xué)習(xí)時，基本能一直保持下去，對學(xué)習(xí)和科研工作起到積極影響。

規(guī)范實(shí)驗(yàn)報告，培養(yǎng)科學(xué)表達(dá)力 如同科研的最終成果須以學(xué)術(shù)論文來呈現(xiàn)一樣，實(shí)驗(yàn)課程的最終結(jié)果要以實(shí)驗(yàn)報告來表現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)報告撰寫過程中，怎樣清晰地描述實(shí)驗(yàn)過程，對數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)統(tǒng)計(jì)與整理，用科學(xué)語言進(jìn)行論述和分析，均是對學(xué)生科學(xué)表達(dá)力的鍛煉與培養(yǎng)。但在以往的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，這一環(huán)節(jié)并沒有得到應(yīng)有重視，教師要求不嚴(yán)，學(xué)生流于形式、敷衍了事。近年來，一些教師開始探討使用多種形式的實(shí)驗(yàn)報告來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)表達(dá)力，如學(xué)術(shù)論文式、用英文撰寫等[9-10]。但是，實(shí)驗(yàn)報告并不能完全等同于學(xué)術(shù)論文，學(xué)術(shù)側(cè)重于數(shù)據(jù)支持下對觀點(diǎn)的闡述，而實(shí)驗(yàn)報告更側(cè)重于對實(shí)驗(yàn)過程的掌握與分析。

因此，以科研論文的精髓，冠以實(shí)驗(yàn)報告的形式，則更為合適。重點(diǎn)要求包括使用科學(xué)的語言，使用格式規(guī)范的圖表等，要體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量控制，如對空白實(shí)驗(yàn)、平行實(shí)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)曲線線性等結(jié)果的分析與討論等。如此實(shí)驗(yàn)報告的撰寫訓(xùn)練，為之后學(xué)生的科研工作與學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

大學(xué)實(shí)驗(yàn)課不僅是學(xué)生獲取知識與技能的場所，更是培養(yǎng)本科生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要途徑。只有擯棄傳統(tǒng)的“理論課的附屬”的教學(xué)觀念，切實(shí)進(jìn)行教學(xué)改革，才能使實(shí)驗(yàn)課程在大學(xué)生科研能力培養(yǎng)中發(fā)揮其應(yīng)有作用。在教學(xué)過程中，教師可以在做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、培養(yǎng)良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣與規(guī)范實(shí)驗(yàn)報告等方面改進(jìn)教學(xué)方式，以達(dá)到更好地培養(yǎng)本科生科研能力的目標(biāo)。

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