地方高師院校新型實驗教學(xué)模式的構(gòu)建與應(yīng)用

武 海，凡素華，金曉艷，盛良全，張 宏，黃德乾

（阜陽師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037）

地方高師院校新型實驗教學(xué)模式的構(gòu)建與應(yīng)用

武 海，凡素華，金曉艷，盛良全，張 宏，黃德乾

（阜陽師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 阜陽 236037）

通過在傳統(tǒng)教育模式和現(xiàn)代教育模式下的一項電化學(xué)實驗為例，闡述了傳統(tǒng)本科實驗教學(xué)的弊端和地方高師院校轉(zhuǎn)型期構(gòu)建新型實驗?zāi)Ｊ降牟呗?。以培養(yǎng)學(xué)生實驗操作能力和創(chuàng)新能力為主導(dǎo)方向，建立基礎(chǔ)性、設(shè)計性和綜合性研究型的新型實驗教學(xué)模式，必將有利于高師院校學(xué)科發(fā)展的科學(xué)轉(zhuǎn)型。

高師院校；教學(xué)改革；化學(xué)實驗；實驗教學(xué)

地方高師院校長期向當(dāng)?shù)剌斔土舜罅康膸熧Y力量，極大地滿足了地方教育需求。但是，由于采用了單一封閉定向的人才培養(yǎng)模式，地方高師院校與人才需求形成了固定的供求關(guān)系。尤其在國家鼓勵綜合性高等學(xué)校參與培養(yǎng)和培訓(xùn)中小學(xué)教師工作的背景下，地方高師院校不僅難以適應(yīng)教育資源多樣化競爭格局，而且令地方高師院校培養(yǎng)的人才知識范圍狹窄、素養(yǎng)底下，相對社會需求滯后[1-3]。因此，地方高師院校人才培養(yǎng)模式需建立科學(xué)的轉(zhuǎn)型方法，以適應(yīng)現(xiàn)代教育需求。

高校實驗課是提高本科生的實踐能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的重要教育途徑，是課本理論知識和實踐應(yīng)用的紐帶，是培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、解決問題的關(guān)鍵課程[4]。然而，地方高師院校實驗課程的設(shè)計開展仍然側(cè)重理論知識的淺顯驗證、基本操作的循環(huán)重復(fù)、實驗結(jié)果的簡單處理；實驗教學(xué)目標(biāo)仍停留在實驗基本原理、基本知識和基本操作的“三基”層面的掌握，這極大限制了學(xué)生的思維，阻礙了師范生的素質(zhì)培養(yǎng)。而先進(jìn)的實驗教學(xué)目的應(yīng)建立在“三基”的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)對學(xué)生的信息獲取和加工能力、實驗設(shè)計能力、預(yù)見和判斷能力、分析和評價能力、協(xié)調(diào)合作等綜合能力的培養(yǎng)[5]。實驗課應(yīng)縮減驗證性的基礎(chǔ)實驗，并將基礎(chǔ)性實驗融合在綜合性實驗之中，以達(dá)到訓(xùn)練和提高學(xué)生素質(zhì)的教學(xué)目的[6]。

本文將利用在高校本科生開展的一個電化學(xué)實驗“循環(huán)伏安法判斷電極過程”為例，闡述地方高師院校如何在戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型期，實現(xiàn)化學(xué)學(xué)科實驗教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變、構(gòu)建與實施新型實驗教學(xué)模式。

1 電化學(xué)實驗背景介紹

儀器分析課中，為掌握電化學(xué)伏安分析法，在本科生實驗課中開設(shè)了一個電化學(xué)實驗，題目為：循環(huán)伏安法判斷電極過程。實驗?zāi)康氖鞘箤W(xué)生掌握循環(huán)伏安法判斷電極過程的方法、原理和實驗過程。實驗以1.00×10-3mol L-1K3Fe(CN)6為研究對象，分析其實驗過程。實驗利用傳統(tǒng)三電極體系（玻碳電極為工作電極，Ag/AgCl為參比電極，鉑絲電極為輔助電極），在0.6和-0.2 V電位范圍內(nèi)循環(huán)伏安掃描。實驗結(jié)果需對K3Fe(CN)6電極過程進(jìn)行分析，并對不同濃度的鐵氰化鉀溶液伏安掃描，測濃度與電流之間的關(guān)系。

2 從實驗設(shè)置看高校實驗教學(xué)模式弊端

針對此實驗，絕大部分傳統(tǒng)教學(xué)模式的實驗課分為四個步驟：(1)教師用四十分鐘甚至更多時間講解實驗原理、如何判斷電極過程；（2）教師演示電極如何處理、如何操作電化學(xué)工作站，并演示實驗過程；（3）學(xué)生按照實驗步驟配溶液、按照老師演示，進(jìn)行不同掃速循環(huán)伏安掃描；（4）學(xué)生用坐標(biāo)紙繪制電流和濃度之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖，書寫實驗報告。這樣的傳統(tǒng)教學(xué)模式具有如下弊端。

第一，重理論輕實驗、實驗課定位滯后。高?；瘜W(xué)實驗教學(xué)仍以驗證實驗為主，依附于理論課教學(xué)。教師仍需利用大量時間講解循環(huán)伏安法的理論知識、電化學(xué)工作站儀器的操作、溶液的配置等內(nèi)容。而學(xué)生在固定的實驗教材上進(jìn)行模式化的操作與結(jié)果分析。實驗課定位滯后于教育發(fā)展需求，不能將實驗課從理論課中獨(dú)立出來，不能建立一個完整的實驗教學(xué)體系，僅僅將實驗教學(xué)定位于理論課的補(bǔ)充性內(nèi)容，較難實現(xiàn)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

第二，理論和實踐脫節(jié)，知識與能力不等。該教學(xué)模式使培養(yǎng)出來的大多數(shù)學(xué)生缺乏創(chuàng)造性、分析和解決問題的綜合能力。實驗過程中，學(xué)生只是按標(biāo)準(zhǔn)的電腦程序驗證原理和定律，實驗教材對所需的儀器設(shè)備、儀器連接、電極處理步驟、鐵氰化鉀溶液的配制等均已詳細(xì)說明，這樣的實驗，很難達(dá)到培養(yǎng)綜合能力和創(chuàng)新意識的目的。

第三，實驗設(shè)置不合理，教學(xué)方法陳舊。四大化學(xué)（無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)）各自設(shè)置與本學(xué)科相關(guān)的實驗課程，限制了知識的交叉融合，阻礙了課程的橫向聯(lián)系。教師的教學(xué)方法也相對陳舊，僅利用講解理論、演示過程的教學(xué)方法很難提高學(xué)生興趣、激發(fā)學(xué)生探索精神。

第四，教師缺乏先進(jìn)教學(xué)理念。地方高校從師范院校向綜合高校轉(zhuǎn)型，教師的教育理念及教師素養(yǎng)需要更新。傳統(tǒng)教學(xué)模式培養(yǎng)本科生，只能適應(yīng)低端需求市場，從而導(dǎo)致很多畢業(yè)生不能適應(yīng)市場需求，出現(xiàn)畢業(yè)就失業(yè)的人才浪費(fèi)現(xiàn)象。

3 新型實驗教學(xué)模式的構(gòu)建與策略

3.1 綜合實驗課的設(shè)置

仍然以上述電化學(xué)實驗為例，改進(jìn)后的綜合實驗題目為：過氧化氫電化學(xué)傳感器的構(gòu)建及檢測（約10個學(xué)時）。實驗過程概括為：（1）實驗簡介，介紹構(gòu)建過氧化氫傳感器的意義和主要方法；（2）利用富勒烯（C60）和四辛基溴化銨（TOAB）修飾于玻碳電極（GCE）表面構(gòu)建電化學(xué)傳感器（TOAB/C60/GCE）；（3）傳感器的電化學(xué)性質(zhì)表征；（4）傳感器對過氧化氫的檢測

實驗要求：（1）查閱文獻(xiàn)書寫出過氧化氫現(xiàn)有的檢測方法；（2）綜述電化學(xué)傳感器的構(gòu)建方法；（3）參閱并簡要寫出富勒烯的性質(zhì)及其應(yīng)用于電化學(xué)傳感器的意義；（4）擬定詳細(xì)實驗過程；（5）利用origin軟件繪制實驗圖形，并以研究論文格式書寫實驗報告及分析討論結(jié)果。

3.2 構(gòu)建新型實驗?zāi)Ｊ降牟呗?/h3>

實驗課程設(shè)置應(yīng)定位于提升學(xué)生綜合素質(zhì)。無論是師范生還是理工科學(xué)生，都應(yīng)以學(xué)生的綜合能力的提高為目標(biāo)?；A(chǔ)性實驗固然重要，但是綜合性研究型實驗?zāi)軜O大提高學(xué)生的積極性和創(chuàng)新能力。如上述實驗，通過查閱文獻(xiàn)，可以使學(xué)生了解電化學(xué)傳感器的構(gòu)建方法和檢測過氧化氫的方法，使其掌握查閱參考文獻(xiàn)的能力、增強(qiáng)圍繞一個問題如何去發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力。同時，上述綜合實驗拓寬本科生知識眼界，了解儀器分析電化學(xué)部分的知識前言，這是一般驗證實驗不能實現(xiàn)的效果。無疑，把實驗課程定位于綜合素質(zhì)的提升，有利于優(yōu)秀人才的培養(yǎng)。

應(yīng)打破學(xué)科界限，構(gòu)建多學(xué)科交叉型實驗教學(xué)體系。以培養(yǎng)學(xué)生實驗操作能力和創(chuàng)新能力為主導(dǎo)方向，建立基礎(chǔ)性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性研究型實驗相結(jié)合的新型實驗?zāi)Ｊ?。所有綜合性實驗不應(yīng)為單一學(xué)科的簡單實驗，而是盡可能多的涉及材料、生命、環(huán)境、信息等學(xué)科之間的交叉，增強(qiáng)知識運(yùn)用能力[7]。圖1為上述實驗的部分結(jié)果。圖1（A）為構(gòu)建的電化學(xué)傳感器（TOAB/C60/GCE）的表征圖，學(xué)生需要對出現(xiàn)的三對氧化還原峰進(jìn)行分析，歸屬峰 I、II、III分別為 C60/C60-，C60-/C602-，C602-/C603-電對的氧化還原，這讓其學(xué)會了傳統(tǒng)教學(xué)方法中的判斷電極過程的知識，并學(xué)會復(fù)雜體系的電極過程的判斷。圖1（B）是不同掃速時的循環(huán)伏安曲線疊加圖，插圖為峰I的峰電流和掃速之間的關(guān)系，由此學(xué)生學(xué)會利用其掌握擴(kuò)散電流的形成和應(yīng)用。

圖1 TOAB/C60/GCE在0.5 mol L-1KCl溶液中循環(huán)伏安圖(A)掃速為0.1 V/s；(B)不同掃速時的循環(huán)伏安圖，插圖為峰I的峰電流和掃速的平方根線性關(guān)系圖，掃速為0.1、0.15、0.20、0.25、0.30、0.40、0.50、0.60 V/s

圖2 傳感器對過氧化氫的響應(yīng)及標(biāo)準(zhǔn)曲線(A)TOAB/C60/GCE對過氧化氫的響應(yīng)；(B)峰III的還原峰電流對過氧化氫濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，其中過氧化氫的濃度分別為0,0.704,1.41,2.11,2.82,3.52 mmol L-1

圖2（A）和(B)是傳感器對過氧化氫的響應(yīng)及標(biāo)準(zhǔn)曲線，可以使學(xué)生掌握電化學(xué)分析法應(yīng)用于實際物質(zhì)的檢測方法和思路，從而對電化學(xué)分析產(chǎn)生濃厚興趣。同時，該實驗的傳感器的表面還涉及掃描電鏡表面表征、origin軟件繪制圖形、富勒烯納米材料的特點(diǎn)、過氧化氫在食品、化學(xué)和生物等方面的應(yīng)用等等。該研究型實驗充分發(fā)揮其主觀能動性，拓寬了學(xué)生的知識領(lǐng)域。因此，該實驗受到學(xué)生的好評，并積極報名參加實驗。

拓寬培養(yǎng)途徑，增加其它創(chuàng)新實驗的輔助教學(xué)途徑。利用教師科研課題、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目、學(xué)生科研立項項目、畢業(yè)論文設(shè)計等引導(dǎo)學(xué)生參加研究型實驗。學(xué)生在研究課題中，既能感受到前沿研究領(lǐng)域真正創(chuàng)新研究的氛圍，又拓寬了視野，提高了分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)良好的心理素質(zhì)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖鍪铝?xí)慣。

轉(zhuǎn)變實驗教學(xué)理念，建立實驗教學(xué)評估和激勵機(jī)制。只有從根本上轉(zhuǎn)變教師的實驗教學(xué)思想，提高實驗教學(xué)的目的和要求，才能真正實現(xiàn)實驗教學(xué)改革與轉(zhuǎn)型[8]。把教師的教學(xué)理念提升到以培養(yǎng)創(chuàng)新而又具有實踐能力人才為目標(biāo)的高度，真正以學(xué)生為本。然而，當(dāng)前的教學(xué)評估和激勵機(jī)制嚴(yán)重束縛了教師的積極主動性。實驗教學(xué)改革的實現(xiàn)需要教師不僅要具有扎實的教學(xué)能力，又要具有肯于奉獻(xiàn)、樂于施教的精神。學(xué)校既要對教師有教學(xué)要求，又要采取必要的保障措施提高教師的待遇，鼓勵那些善于教學(xué)改革和主動教學(xué)改革的教師。建立實驗教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控體系、建立學(xué)生評教、同行評議、學(xué)生技能考評和畢業(yè)生回訪等制度,努力實現(xiàn)科學(xué)化、規(guī)范化、制度化、有效化的評估制度，使之有利于促進(jìn)實驗教學(xué)隊伍轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，推動實驗教學(xué)的資金投入和實驗教學(xué)改革的落實。

4 結(jié)論

因此，地方高師院校應(yīng)通過建立科研型實驗課、合理設(shè)置綜合實驗課程體系、突破傳統(tǒng)教學(xué)模式束縛、轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，以提高學(xué)生綜合素質(zhì)和實踐能力，拓寬學(xué)生培養(yǎng)途徑，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)能動性為教育核心，并構(gòu)建具有激勵性的保障措施，有目的分層次地實現(xiàn)科學(xué)轉(zhuǎn)型。

[1]劉秀艷，王曉亞.試論地方高師院校人才培養(yǎng)模式的弊端[J].學(xué)周刊，2013（16）：11-12.

[2]高洪巖.地方高等師范院校人才培養(yǎng)模式改革探究(以沈陽師范大學(xué)漢語言文學(xué)(師范)專業(yè)為例[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2014，27（7）：31-33.

[3]賴明谷，柳和生，徐和清.同級類差"與"同類級差"視覺中的得放本科高校應(yīng)用技能型人才培養(yǎng)研究[J].高教探索，2015（7）：15-21.

[4]崔玉民，李慧泉，陶棟梁，等.構(gòu)建應(yīng)用化學(xué)實驗教學(xué)體系[J].阜陽師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，33（1）：117-120.

[5]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）：24-26.

[6]武 海，凡素華，張 宏，等.研究型實驗在本科化學(xué)教學(xué)中的作用于實踐[J].阜陽師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，30（3）：81-84.

[7]武 海，凡素華，張 宏，等.現(xiàn)代教育技術(shù)在大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].化學(xué)教育，2016，37（8）：33-36.

[8]張樹永，張劍榮，陳六平.化學(xué)類專業(yè)實驗教學(xué)改革的進(jìn)展,趨勢與重點(diǎn)[J].大學(xué)化學(xué)，2016，31（9）：1-6.

Construction and application of new experiment-teaching mode in local normal universities

WU Hai,FAN Su-hua,JIN Xiao-yan,SHENG Liang-quan,ZHANG Hong,HUANG De-qian
(School of Chemistry and Materials Engineering,Fuyang Normal University,Fuyang Anhui236037,China)

An electrochemical experiment in the modes of traditional education and modern education was used to illustrate the disadvantages of traditional teaching mode and the strategy for the establishment of new experiment-teaching mode in local normal universities.Based on developing student's innovative and operational capacity,the new experiment-teaching mode was proposed by establishing basic,designing,and comprehensive research experiments.These new experiments will will be beneficial for the reasonable transition of subjects in local normal universities.

normal university;teaching reform;chemical experiment;experimental teaching

G64

A

1004-4329（2017）03-113-04

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329（2017）03-113-04

2016-12-23

國家自然科學(xué)基金項目（21405019,91643113）；安徽省高校優(yōu)秀青年人才支持計劃重點(diǎn)項目（gxyqZD2016193）；安徽省質(zhì)量工程項目（2016jyxm0749，2014zdjy081）；阜陽師范學(xué)院教學(xué)團(tuán)隊（2014JXTD03）資助。

武 海（1980- ），男，博士，副教授，研究方向：生物電分析化學(xué)。