地方高?；瘜W實驗教學的發(fā)展與創(chuàng)新思考*

彭開美，張冬城，冷美艷，邱青梅

(黔南民族師范學院化學化工學院，貴州 都勻 558000)

過去的幾十年，世界范圍內出現(xiàn)的一個普遍現(xiàn)象是，學習科學、技術及工程類學生的數(shù)量呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢[1]。在德國，所有學生中，選擇物理作為專業(yè)的比例也只有約為10%，選擇化學的還要低于10%；對學校專業(yè)的個人偏好排序的研究也表明，語言類專業(yè)位居榜首，而科學類專業(yè)則位于末端。在澳大利亞，過去的20來年，高三學習科學學科的學生比例從94%下降到了50%，而且還在繼續(xù)下降[2]。在美國的大學，在對科學類專業(yè)有意向的學生中，約有一半的學生因各種原因而轉到其它學科。這些事實導致了能勝任科學相關工作人才的缺乏。

化學作為一門基于實驗的學科，實驗教學對于激發(fā)學生對外部世界的探索與學科的興趣有著至關重要的作用。幾十年來，本科普通化學實驗的傳統(tǒng)方法是做一些“被證明是好的”實驗，存在實驗教學內容陳舊過時、結構不合理[3]，其結果是，學生可能無法準確理解科學知識是如何獲得的，這對學生批判性地思考科學或科學素養(yǎng)能力的培養(yǎng)極為不利[4-5]。2010年，美國化學學會的成員討論了普通化學的重要性和改革傳統(tǒng)普通化學課程的必要性。這項改革包括改革實驗室教學，其目的使得實驗室教學方法與科學家在化學研究中所用的方法保持一致性[6]。本文簡述了一部分改革實驗教學的探索，結合地方高校的教學實踐，探討了實驗教學與教學新方法的融合與創(chuàng)新發(fā)展方向。

1 交互式實驗教學

實驗預習是提高實驗教學質量前提保障，然而，目前的大學預習的流程是，學生事先閱讀理論和具體操作手冊，在課堂上，經(jīng)過教師的演示與簡短指導后，學生根據(jù)操作手冊，從不同的現(xiàn)象中觀察和收集實驗證據(jù)[7]。這種策略并不是對所有的學生都有效，因為他們中的許多人只是把精力集中在特定的操作手冊，很難理解基本的理論或發(fā)展必要的技能(包括觀察、比較結果和與理論背景的聯(lián)系)。事實上，為了獲得重要的知識和發(fā)展實驗室技能，學生必須全身心地投入到學習過程中，而不僅僅是遵循某種實用的技術[8]。

有效的實驗預習工作是高質量實驗課堂的重要前提，Torres等[9]評估了252名大學一年級學生在12個模塊的普通化學實驗課上使用新的在線互動實驗預習活動的情況。實驗預習活動有互動材料和討論論壇，使用互動材料還是論壇均由大多數(shù)學生自由選擇。他們發(fā)現(xiàn)，這個選擇與學生之前的表現(xiàn)有密切關聯(lián)性，即成績較好學生常選擇實驗前互動材料，而成績較差學生更傾向于使用實驗前論壇；此外，盡管非強制性的、也沒有打分，但仍有79%的學生訪問了實驗室論壇，論壇上對相關問題的討論，對那些以前成績較差的學生特別有幫助。研究結果研究表明，交互材料是提高已有知識的有用工具，使得學生實驗室理論的理解和實際表現(xiàn)都有了明顯的提高。

如何合理地運用新型的工具(如含有交互材料的討論論壇、線上實驗課程)提高實驗預習的效果，并解決由于實驗內容較多導致學生機械式地按照手冊操作的問題，是值得高校實驗教師思考的。胡菁等[10]結合教學中存在及學生所反映的問題，開發(fā)了有機化學實驗在線開放課程，這給學生充分預習提供了基礎，實現(xiàn)了實驗預習、現(xiàn)象記錄、實驗報告完整規(guī)范化和一體化，提高了學習效率。然而，由于教師年齡的差異，對新工具的掌握與使用也不同，這就要求有相關思路與方法的老師，先進行嘗試和改進，在有明顯正向效果的前提下，把成熟的工具和方法固定下來進行推廣，根據(jù)教師和學生的反饋情況，再進行迭代。緊跟時代的步伐，采用學生喜聞樂見的新型工具，實現(xiàn)高質量的化學實驗預習準備，不但能在課前預判學生可能遇到的問題，也能大大提高化學實驗課程的質量。

2 論證探究式實驗教學

對于學習STEM(科學、技術、工程及數(shù)學的縮寫)的大學本科生轉入其它學科，有多方面的原因。學優(yōu)生對基礎科學課程的描述是無趣，成績較差學生對基礎科學課程的描述則為不受歡迎，這些學生普遍認為他們不能從基礎科學課程中學到很多知識。因此，很多學生轉向了其它專業(yè)，這些專業(yè)更有趣或者這些專業(yè)能讓學生感到受歡迎與成功。此外，基礎科學課程偏向于個人為中心而非團體為中心，這一特點阻礙了學生與同伴、教師及學科發(fā)展出更強的連接。為了解決這些問題Walker等[11]提出了論證探究式教學模型(Argument-Driven Inquiry，ADI)，ADI旨在為學生提供一個機會，讓他們開發(fā)自己的方法來生成數(shù)據(jù)與進行調查、使用數(shù)據(jù)來回答研究問題與寫作、并在工作時進行更多的反思。ADI教學模型一堂經(jīng)驗性與實踐相結合的化學實驗課堂；研究結果表明[12]，相對于以傳統(tǒng)規(guī)范方式來演示和證明內容的經(jīng)驗性化學實驗課堂，在學生對知識理解上，這兩個課堂差別不大(論證探究式教學81分，傳統(tǒng)教學76分)，但在實踐測試上，論證探究式教學的學生平均分要明顯更高。目前，國內外已把ADI教學模型應用于初等、中等和高等教育的教學改革與實踐[13]。

作為地方高校，其要培養(yǎng)面向地方需求，服務區(qū)域經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)升級的應用型人才[14-16]，應用型人才的培養(yǎng)不是一蹴而就，而是通過合理的人才培養(yǎng)方案和高質量課堂教學相結合來實現(xiàn)的。地方高校的資源相對有限，但在有限的資源下如何提高學生的綜合素養(yǎng)是一個值得鉆研和探究的課題。筆者在地方高校有機化學實驗的教學實踐中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的化學實驗教學重點放在演示和證明內容的正確性上，其在培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、調動已學知識分析問題、設計方案解決問題方面有所欠缺。例如水蒸氣蒸餾實驗，傳統(tǒng)的教學方法在于訓練學生如何正確搭建玻璃儀器及掌握水蒸氣蒸餾的操作要領，然而學生只是被動的接受，很少主動地思考。如果給學生提供分水器等玻璃儀器，引導學生以幾人小組為單位，嘗試應用已有的知識進行合理的遷移而設計并搭建能實現(xiàn)水蒸氣蒸餾功能的新裝置，并用新裝置收集數(shù)據(jù)并驗證道爾頓分壓定律。這一過程讓學生對實驗學科有新的直觀感受，激發(fā)了學生對化學學科的認識與興趣。

論證探究式教學模型(ADI)不但強調知識的“輸入”，其還訓練了調動已有知識存量，“輸出”解決方案并實踐證明方案的合理性，從而獲得新的認識/知識。因此，合理的運用ADI范式來設計實驗教學方案，把論證式思維引入課堂中，對培養(yǎng)學生結合理論與實踐的應用型特質大有裨益。

3 基于發(fā)現(xiàn)的實驗教學

基于發(fā)現(xiàn)的實驗教學也叫引導探究實驗教學，這一教學方法中，學生在實驗室中扮演發(fā)現(xiàn)者的角色，教師給出一個通用的過程，而不是循序漸進式的指導[4]。與傳統(tǒng)的“菜譜式”實驗室相比[17]，學生在基于發(fā)現(xiàn)的實驗室學到更多，也更投入[18]。根據(jù)調查[19]，對幾個普通化學實驗室進行基于發(fā)現(xiàn)實驗室的改造后，74%的學生認為他們的觀察力是由發(fā)現(xiàn)實驗室而不是驗證實驗室發(fā)展出來的；同時，68%的人認為他們對概念的理解在發(fā)現(xiàn)實驗室中得到了進一步提高。基于發(fā)現(xiàn)的實驗室在本質上是歸納的、闡明科學方法并將理論與經(jīng)驗數(shù)據(jù)聯(lián)系起來[20]。誠然，學生們對實驗室的態(tài)度各不相同，但大多數(shù)學生同意，在改革后的實驗室他們解決問題的技能得到了更多的運用；同時學生也發(fā)現(xiàn)這類實驗室更具挑戰(zhàn)性和困難[21]。這些研究揭示了改變有機化學的傳統(tǒng)實驗室結構可以加深學生對該學科的理解。

目前，基于發(fā)現(xiàn)的實驗教學在國外都得到了廣泛的推廣，如King等[22]把其應用于不對稱醇的合成的實驗教學，這個實驗為討論、理解與應用重要的化學理論與技術(包括不對稱合成、不對稱催化、動力學分解、機理、過渡態(tài)理論和惰性氣體運用技術)提供了一個機會。Mariah等[23]則在同分異構體的合成反應中使用發(fā)現(xiàn)式實驗教學，在這一堂課中，學生能夠應用他們在有機化學實驗課程中學到的許多實驗技術來收集數(shù)據(jù)，并根據(jù)已有的知識分析理解這個反應結果與熱力學預期存在差異。

由于發(fā)現(xiàn)式教學法在實驗教學的應用中，涉及到實驗室的改造問題，即其結構更趨向于科研實驗室，因此在國內，發(fā)現(xiàn)式教學法主要集中于理論課堂的應用[24]，在化學實驗課堂的使用還有待開發(fā)。對于條件較好的高校，其實驗室升級完成，其中部分升級后的實驗室已能滿足發(fā)現(xiàn)式教學的需求。對于資源相對有限的地方高校，部分化學實驗室需要進行設備與條件的更新，可以把握機會，把其中的部分實驗室進行相應的改造，這將為化學實驗教學新方法的探索與應用提供條件。

4 結 語

相對于傳統(tǒng)的化學實驗室教學，創(chuàng)新實驗教學方法的應用使學生對實驗室有了更深入的了解，覺得實驗室更有趣，對自己在實驗的工作更有主人翁精神，能提出更有啟發(fā)性的問題。除了這些表觀的看法外，創(chuàng)新實驗教學方法使得學生不但有理論課堂上知識的“輸入”，還有實驗課堂運用知識解決問題的“輸出”，這輸入與輸出循環(huán)的過程中，激發(fā)了學生對化學學科的濃厚興趣，并培養(yǎng)了學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、自主探索解決問題的能力；這些能力的養(yǎng)成是地方高校培育能服務區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展應用人才的必要前提，因此，只有通過一步一步的抓實課堂教學，才能為地方高校實現(xiàn)其“應用型”定位提供堅實的基礎。

針對目前地方高?；瘜W實驗教育的現(xiàn)狀，可以在有限的資源條件下進行合理的探索，如用現(xiàn)在學生喜聞樂見的工具和技術來對實驗前預習方式和方法進行創(chuàng)新，實驗室的更新改造應能滿足將來創(chuàng)新實驗教學的需求，實驗教學方法也應與時俱進、積極吸收適合本學科教學特點的新方法。總之，為了學生綜合素養(yǎng)的發(fā)展，教師不僅需要更新自己的專業(yè)知識結構，還需要不斷學習、探索和應用新的教學方法來滿足培養(yǎng)能支撐服務區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展所需“應用型”人才的需求。