研究型分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式的探索

李暐 陳英海 孫明禮 劉毓琪 胡樹(shù)林

(東北林業(yè)大學(xué)理學(xué)院化學(xué)化工系 黑龍江哈爾濱 150040)

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)基礎(chǔ)課，是大學(xué)本科階段培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新人格的優(yōu)秀載體。我們課題組在10年分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革的基礎(chǔ)上，以我校08屆化學(xué)及應(yīng)用化學(xué)的4個(gè)自然班為實(shí)驗(yàn)班，開(kāi)展了研究型分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式的探索。以下是我們的研究?jī)?nèi)容與體會(huì)。

1 樹(shù)立研究型的教育觀念是開(kāi)展研究型教學(xué)的基礎(chǔ)

研究型教學(xué)是一種新型教育理念，它在教學(xué)中引入科學(xué)研究的基本要素，使傳統(tǒng)的單向知識(shí)傳授模式向知識(shí)傳授與探索相結(jié)合的模式轉(zhuǎn)變。實(shí)踐這種模式首先要求教師樹(shù)立研究型的教學(xué)理念。只有充分認(rèn)識(shí)研究型教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的重要意義，才能把研究能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)融入日常的課堂教學(xué)中，貫穿到教學(xué)思想、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)環(huán)境等各個(gè)環(huán)節(jié)中。對(duì)學(xué)生而言，也必須轉(zhuǎn)變?cè)瓉?lái)的思想，樹(shù)立新的學(xué)習(xí)觀，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)知識(shí)看做一種創(chuàng)造行為，在研究型學(xué)習(xí)的環(huán)境中獲得個(gè)人能力的提升。只有教學(xué)雙方都建立了研究型教學(xué)的理念，這種教學(xué)模式才能真正實(shí)現(xiàn)。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式中，教師是教學(xué)活動(dòng)的主體，教師教什么，學(xué)生就學(xué)什么。教師按實(shí)驗(yàn)步驟認(rèn)真地講解，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)要求完成學(xué)習(xí)任務(wù)，養(yǎng)成了學(xué)生死記硬背、學(xué)而不思、機(jī)械隨眾的學(xué)習(xí)方式。長(zhǎng)此以往，學(xué)生的創(chuàng)造性被扼殺，教師成了教書(shū)匠。在研究型教學(xué)中，課堂是將學(xué)習(xí)知識(shí)和技能、培養(yǎng)能力及鍛造素質(zhì)融為一體的培養(yǎng)創(chuàng)造型人才的載體，它以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，要求學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、自行解決問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)性發(fā)展。在一個(gè)創(chuàng)新型的學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生提給教師的問(wèn)題遠(yuǎn)比教師按教學(xué)大綱講述的要多，所以教師必須不斷充實(shí)自己，以自己對(duì)知識(shí)深層次的理解和科學(xué)研究的經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、進(jìn)取性和創(chuàng)造性，為實(shí)現(xiàn)課程培養(yǎng)目標(biāo)服務(wù)。有了上述的認(rèn)識(shí)，課題組成員徹底轉(zhuǎn)變了在本科低年級(jí)階段開(kāi)展研究型分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革難度太大的思想，堅(jiān)定了探索研究型教學(xué)模式的決心。經(jīng)過(guò)多次研討，設(shè)計(jì)了教學(xué)模式，明確了教學(xué)內(nèi)容和具體實(shí)施步驟等。在開(kāi)課之前，教師利用適當(dāng)?shù)臋C(jī)會(huì)對(duì)學(xué)生進(jìn)行研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的介紹和動(dòng)員，使學(xué)生對(duì)這種教學(xué)模式充滿期待，為研究型教學(xué)模式的實(shí)踐奠定了很好的基礎(chǔ)。

2 以研究型教學(xué)理念設(shè)計(jì)教學(xué)模式

教學(xué)模式是教育思想的體現(xiàn)。依據(jù)對(duì)研究型教學(xué)思想的理解，我們建立了基本技能訓(xùn)練—自助加研討式實(shí)驗(yàn)—設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。

基本實(shí)驗(yàn)技能是本科分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要內(nèi)容，是從事分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，是一個(gè)化學(xué)人必須具備的能力。在64學(xué)時(shí)的分析實(shí)驗(yàn)課中，我們安排了20學(xué)時(shí)用于基本操作技能訓(xùn)練。經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)、環(huán)環(huán)相扣的基本訓(xùn)練，使學(xué)生能夠準(zhǔn)確掌握分析實(shí)驗(yàn)室常規(guī)設(shè)施、儀器、試劑的性能、使用特點(diǎn)、維護(hù)方法及操作技術(shù)等基本知識(shí)與技術(shù)；學(xué)生需經(jīng)考核合格后方可進(jìn)入下一學(xué)習(xí)階段。

研討式實(shí)驗(yàn)是以經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為學(xué)習(xí)內(nèi)容，以研討形式進(jìn)行的課堂教學(xué)，一般為24～28學(xué)時(shí)。這一環(huán)節(jié)是學(xué)生運(yùn)用基本知識(shí)技能，了解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，形成創(chuàng)造性思維、變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，也為后續(xù)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。我們?cè)O(shè)計(jì)了“自助式”課前預(yù)習(xí)和“研討式”課堂教學(xué)的模式。為了能給學(xué)生更多的自主空間和知識(shí)量，我們?cè)诿總€(gè)實(shí)驗(yàn)周都安排2個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容供學(xué)生選擇，一次實(shí)驗(yàn)課最多同時(shí)開(kāi)設(shè)4個(gè)實(shí)驗(yàn)。在開(kāi)學(xué)初通過(guò)課程教學(xué)日歷將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容廣而告之，要求學(xué)生在進(jìn)行初步的資料查詢(xún)后根據(jù)自己的意愿選課，要通過(guò)查閱文獻(xiàn)、閱讀教材及其他書(shū)籍對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行解讀，再據(jù)自己對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解提出實(shí)驗(yàn)方案。教師在課堂上要有針對(duì)性地提出問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改進(jìn)和提出質(zhì)疑，或提出自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)供大家討論。當(dāng)課堂討論結(jié)束后，教師要引導(dǎo)學(xué)生共同設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)路徑，由學(xué)生根據(jù)自己對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解完善實(shí)驗(yàn)步驟，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。在這樣的課堂上，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主人，是課堂的主體，教師的工作重心轉(zhuǎn)化為對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)，起的是穿針引線和解惑答疑的作用。當(dāng)然，教師要對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及到的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)給予學(xué)生足夠的支持。

學(xué)生在經(jīng)歷了研討式實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)之后，對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)和設(shè)計(jì)思想的理解都有了提高，則可根據(jù)個(gè)人的意愿選擇進(jìn)入“一般性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”或“研究型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”繼續(xù)學(xué)習(xí)。一般性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在我校已經(jīng)有10年歷史，其內(nèi)容及運(yùn)行方式都逐漸成熟。與其相比，研究型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)更加注重實(shí)驗(yàn)的探索性,需要學(xué)生靈活地、創(chuàng)造性地運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能,去尋找和探索解決問(wèn)題的途徑[1]。我們規(guī)定，學(xué)生可以自選或組成實(shí)驗(yàn)小組選題(我們也鼓勵(lì)學(xué)生自帶題目參與實(shí)驗(yàn))立項(xiàng)，通過(guò)查閱有關(guān)資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、擬訂具體實(shí)驗(yàn)步驟、與教師共同討論實(shí)施技術(shù)方案、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)、完成實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，經(jīng)歷了一個(gè)完整的科學(xué)研究過(guò)程。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生全面開(kāi)放，學(xué)生隨時(shí)都可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作。為了解決實(shí)驗(yàn)室缺乏的矛盾，教師進(jìn)行科研的研究室也對(duì)學(xué)生研究型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)開(kāi)放。實(shí)驗(yàn)室備有專(zhuān)供學(xué)生使用的電腦和專(zhuān)業(yè)書(shū)籍，方便學(xué)生隨時(shí)查閱資料。經(jīng)負(fù)責(zé)教師同意和考察后，學(xué)生可以使用全部實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。實(shí)驗(yàn)室安排有課題組成員值班，以便及時(shí)給學(xué)生幫助。我們還建立了學(xué)習(xí)討論制度，每天利用一個(gè)小時(shí)的時(shí)間，讓學(xué)生匯報(bào)自己的工作，將自己的收獲及困惑講出來(lái)與大家分享及討論。實(shí)驗(yàn)完成之后，要求學(xué)生以小論文的形式寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

3 以研究性教學(xué)內(nèi)容保證研究型教學(xué)模式的實(shí)施

要使研究型教學(xué)模式能夠真正得以落實(shí)，必須有符合研究性教育思想的教學(xué)內(nèi)容。為此，我們經(jīng)過(guò)多次研討，借鑒多個(gè)學(xué)校的經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合教師的教學(xué)與科研經(jīng)歷，在現(xiàn)有教材的基礎(chǔ)上確定了各步驟的教學(xué)內(nèi)容。如在第一階段的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能部分，我們收集了一些分析技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例和分析工作失誤的案例，以幻燈片的形式介紹給學(xué)生，讓學(xué)生懂得，分析技術(shù)是伴隨化學(xué)人一生的技能，不符合要求的操作對(duì)分析結(jié)果的影響很大，甚至?xí)?dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。在經(jīng)典實(shí)驗(yàn)階段的教學(xué)內(nèi)容上突出了研討的特點(diǎn)，如學(xué)生在鋁合金中鋁含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)討論中提出：在“向Al3+溶液中加入過(guò)量的EDTA溶液后，調(diào)節(jié)溶液的pH使Al3+與EDTA絡(luò)合完全”這一步驟中，不同的教材使用了二甲酚橙和甲基橙兩種不同的指示劑。教師因勢(shì)利導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生用絡(luò)合滴定的理論分析使用兩種不同指示劑的可行性，并鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)兩種方法作出評(píng)價(jià)。

在研究型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的確定上，我們的原則是：以學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)積累為基礎(chǔ)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有啟發(fā)性，為學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)揮、個(gè)性發(fā)展留有空間，所涉及到的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和操作難度應(yīng)適當(dāng)。依照此原則，考慮學(xué)生課業(yè)總體負(fù)擔(dān)、本次實(shí)驗(yàn)課的學(xué)時(shí)、教師的工作負(fù)擔(dān)和實(shí)驗(yàn)室的容量等多方面制約因素，我們討論確定了20個(gè)從無(wú)機(jī)定性分析開(kāi)始到完成各組分含量測(cè)定為目標(biāo)的實(shí)際樣品分析實(shí)驗(yàn)題目。由于實(shí)驗(yàn)要從元素定性分析開(kāi)始，這對(duì)于未做過(guò)系統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，無(wú)疑是補(bǔ)上了重要的一課。對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)涉及到的有機(jī)化學(xué)知識(shí)，個(gè)別內(nèi)容和方法，教師也從未涉獵，需要師生共同學(xué)習(xí)。這使實(shí)驗(yàn)室真正成為了一個(gè)學(xué)習(xí)和探索的大課堂。當(dāng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)需要使用未學(xué)過(guò)的理論及儀器時(shí)，教師會(huì)將相應(yīng)的知識(shí)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)技術(shù)介紹給學(xué)生，不僅擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，增強(qiáng)了學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)的能力，也使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)新知識(shí)充滿向往，從而更好地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。在適宜的教學(xué)內(nèi)容與方法的支撐下，我們的研究型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭\(yùn)行非常順暢。我們的工作日討論制度，受到了學(xué)生的歡迎，大家把它當(dāng)作擴(kuò)展知識(shí)、提高能力的機(jī)會(huì)和展示自己的舞臺(tái)。有些已完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生仍然堅(jiān)持每天來(lái)參加討論會(huì)。學(xué)生們收獲的并不僅僅是一個(gè)實(shí)驗(yàn)的成功，而且還有戰(zhàn)勝困難的勇氣，以及對(duì)未來(lái)的信心和對(duì)創(chuàng)造的感悟。

4 研究型教學(xué)模式是培養(yǎng)高水平優(yōu)秀人才的有效途徑

研究型教學(xué)模式對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)是多方位的。它通過(guò)在實(shí)驗(yàn)課堂上為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)濃厚的研究氣氛，讓學(xué)生真正感受到科學(xué)研究工作的氛圍，培養(yǎng)了本科生的創(chuàng)新意識(shí)，提高了其綜合運(yùn)用前期理論和實(shí)驗(yàn)知識(shí)、獨(dú)立分析與解決問(wèn)題的能力。除此之外，對(duì)學(xué)生科研素質(zhì)的培養(yǎng)以及團(tuán)隊(duì)精神的形成有很好的作用。由于研究型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的難度適中，既保證了學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中要經(jīng)歷必須的步驟，遇到一定的困難時(shí)，還要通過(guò)學(xué)生自身努力及教師的適時(shí)指點(diǎn)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按要求完成實(shí)驗(yàn)。要使學(xué)生體會(huì)到科學(xué)研究的艱辛，懂得“再堅(jiān)持一下”的意義，這有利于培養(yǎng)學(xué)生頑強(qiáng)的意志品質(zhì)和持之以恒的精神；同時(shí)也要讓學(xué)生在付出努力之后品嘗到成功的喜悅，領(lǐng)悟到創(chuàng)造的快樂(lè)和幸福，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)探求未知的渴望和決心。在本課題以前，課題組成員一直在進(jìn)行著分析化學(xué)理論課及實(shí)驗(yàn)課的改革研究，多年的教學(xué)改革實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)使我們選擇了讓學(xué)生自愿組成實(shí)驗(yàn)小組的形式選題并參與研究型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。事實(shí)證明，此方式得到的收獲遠(yuǎn)超過(guò)了我們的預(yù)期。學(xué)生在這樣的學(xué)習(xí)小組中無(wú)人肯怠慢，較著勁地工作。遇到問(wèn)題積極看書(shū)、查資料、想辦法、相互鼓勵(lì)、共同成長(zhǎng)。每個(gè)人都以得到同伴的信任和合作的機(jī)遇為榮，希望通過(guò)自己的努力為實(shí)驗(yàn)小組多做點(diǎn)事情，表現(xiàn)出了良好的團(tuán)隊(duì)精神。我們還指出，所有學(xué)生都可報(bào)名參與研究型實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有前期學(xué)習(xí)成績(jī)的限制。這使得分析化學(xué)理論課考試成績(jī)并不好的學(xué)生也有機(jī)會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)小組，在實(shí)驗(yàn)期間，他們重讀分析化學(xué)書(shū)，勤奮工作，積極參與研究，受到同學(xué)和老師的好評(píng)，在和同學(xué)一起解決問(wèn)題的過(guò)程中找回自信。20余名原來(lái)并不熟識(shí)的同學(xué)在一起工作，無(wú)論是誰(shuí)的實(shí)驗(yàn)遇到困難，其他同學(xué)都會(huì)主動(dòng)、熱情地把自己的經(jīng)驗(yàn)或教訓(xùn)與其分享；當(dāng)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備不夠用時(shí)，總是有人會(huì)主動(dòng)退出讓給最急需的同學(xué)使用，會(huì)爭(zhēng)著將用過(guò)的器皿洗滌干凈。這些現(xiàn)象，與之前顧慮有人會(huì)“溜邊”、“等現(xiàn)成”、“只顧自己” 截然相反。學(xué)生良好的合作精神和團(tuán)隊(duì)精神是我們?cè)谡n題實(shí)踐中的“額外”收獲。學(xué)生用行動(dòng)讓我們相信，當(dāng)代大學(xué)生是一群積極向上、有創(chuàng)造力、富有合作精神、胸襟寬廣的優(yōu)秀群體，必將成為一代優(yōu)秀的建設(shè)者。

5 研究型教學(xué)模式實(shí)施還需要多方面的支持

我們的實(shí)踐證明，研究型分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞莻€(gè)很好的且適用于分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式。但研究型教學(xué)的開(kāi)展無(wú)疑對(duì)教師的執(zhí)教能力與職業(yè)素質(zhì)是個(gè)大考驗(yàn)。在研究型教學(xué)過(guò)程中，要求教師要有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和科研創(chuàng)新能力。教師要從研究型學(xué)習(xí)的理念出發(fā)對(duì)所承擔(dān)的課程或教學(xué)活動(dòng)的目標(biāo)、內(nèi)容、方式方法以及考核評(píng)估辦法進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。這不僅要求教師要有深厚的本學(xué)科的理論基礎(chǔ)、寬廣的知識(shí)面和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，同時(shí)還要求教師有良好的師德和奉獻(xiàn)精神。如我們?cè)谘芯啃头治龌瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中堅(jiān)持做到：學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，教師就要出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室。在這種探索性的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生和教師對(duì)同一問(wèn)題的看法出現(xiàn)分歧也是常事，教師對(duì)課堂的駕馭能力將經(jīng)受考驗(yàn)。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師需要付出的勞動(dòng)是無(wú)法用教學(xué)課時(shí)數(shù)衡量的。經(jīng)粗略統(tǒng)計(jì)，在我們所進(jìn)行的課題實(shí)踐中，僅研究型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一項(xiàng)，教師所投入的工作量就要多于計(jì)劃學(xué)時(shí)的3～5倍。倘若將此教學(xué)模式推廣，如何評(píng)定教師的工作量應(yīng)該是管理部門(mén)解決的問(wèn)題，但如果沒(méi)有教師個(gè)人素質(zhì)做保證，研究型實(shí)驗(yàn)課是無(wú)法真正開(kāi)展起來(lái)的。

確保研究型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的另一個(gè)必要條件是實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要及時(shí)查閱資料，需要的試劑、設(shè)備也會(huì)超出課本的范圍，所以，為學(xué)生提供方便的上網(wǎng)條件和專(zhuān)業(yè)書(shū)籍、充足的實(shí)驗(yàn)設(shè)施等是非常重要的。另外，學(xué)生的課內(nèi)時(shí)間是有限的，要想完成具有探索性的實(shí)驗(yàn)，就需要利用一定的課余時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，所以，如何協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)室管理方面的工作也是研究型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行的因素。

教學(xué)效果向我們展示了研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的魅力。我們會(huì)認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，積極做好各方面的優(yōu)化，將這種教學(xué)模式的應(yīng)用繼續(xù)下去，因?yàn)檫@本身就是一種創(chuàng)造活動(dòng)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 陳懷俠,蔡火操,黃建林,等.實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2007,26(8):91