基礎(chǔ)化學實驗教學模式創(chuàng)新探討

蔡 鷹, 李思東, 楊 磊, 黃 娜, 吳湛霞

(廣東海洋大學 化學與環(huán)境學院, 廣東 湛江 524088)

基礎(chǔ)化學實驗是多個學科門類，如理、工、農(nóng)、醫(yī)中不少專業(yè)必不可少的基礎(chǔ)課程,在高等教育中占有重要的地位。隨著時代發(fā)展,對高等教育也提出了新的要求,但基礎(chǔ)化學實驗教學的模式基本變化不大,客觀地看,已經(jīng)不太符合現(xiàn)代高等教育的實際和要求。近幾年來,通過慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、多媒體、虛擬仿真等方式對基礎(chǔ)化學實驗教學模式進行了一些創(chuàng)新探索[1-7],重點基本集中在實驗教學手段和方法的創(chuàng)新改革上，如中山大學等高校在實驗教學上長期進行了有其特色的創(chuàng)新,并取得較好的效果[8]。這些創(chuàng)新探索,無疑對推動基礎(chǔ)化學實驗教學模式創(chuàng)新起到了良好的作用。

基礎(chǔ)化學實驗教學主要面對一、二年級的學生,他們普遍面臨著排課較滿、課余時間不多、實驗課時少、實驗教學過程中生師比較高、實驗室開放不足等現(xiàn)實情況。因此,只有在這個客觀前提下探索基礎(chǔ)化學實驗教學模式創(chuàng)新,才具有現(xiàn)實意義。同時應注意到各種新的技術(shù)方法和課程教授方式與傳統(tǒng)基礎(chǔ)化學實驗教學各有優(yōu)勢和不足,相互取長補短、融合發(fā)展必然是未來的發(fā)展方向。

1 基礎(chǔ)化學實驗教學存在的問題

1.1 教學管理機構(gòu)對基礎(chǔ)化學實驗教學重視不夠

基礎(chǔ)化學實驗教學雖然是基礎(chǔ)課里重要的一個部分,客觀上沒必要去追求獲得和專業(yè)實驗教學同等的地位,但其必要性和重要性也是不容忽視的。由于其處于“不可或缺,平凡淡然”的狀態(tài),很容易導致教學管理機構(gòu)重視不夠[9],在基礎(chǔ)化學實驗教學上的教育主體作用就可能體現(xiàn)不足,在工作方向和資源配置上就可能弱化基礎(chǔ)化學實驗教學應有的地位,在教學改革實驗教學模式創(chuàng)新上得到的支持力度也會相應減少。在這種情況下,教師對實驗教學模式改革創(chuàng)新的動力也相應受到影響,使基礎(chǔ)化學實驗教學運行時出現(xiàn)“粗、簡、放”的情況,從而影響基礎(chǔ)化學實驗教學的質(zhì)量。

1.2 生師比較高

基礎(chǔ)化學實驗教學作為一門基礎(chǔ)課程,生師比常常在(30～35)∶1之間,如果實驗輔助人員能全程輔助教師,情況會好些。在生師比如此高的情況下,教師疲于應付課前、課中、課后的預備實驗和實驗指導工作,在實驗過程中難以與學生進行全覆蓋和較充分的互動,難以給予全體學生及時而專業(yè)的指導,這一突出問題必然會影響到教師開展實驗教學創(chuàng)新的積極性。另一方面,由于生師比較高,學生在實驗討論階段和實驗操作階段遇到或提出問題時很有可能無法得到教師的及時回應甚至得不到回應,而且在這種情況下師生之間一般也難以深入地去探討問題,從而影響了學生與教師討論的興趣,影響了討論的深度和廣度,部分學生在實驗前、中、后階段就有可能出現(xiàn)得過且過、應付完成的現(xiàn)象。

1.3 現(xiàn)有基礎(chǔ)化學實驗教學模式對學生吸引力不大

目前部分普通高等學校的基礎(chǔ)化學實驗教學基本是按照“學生課前預習—實驗課堂上教師講解和演示—學生按照教材實驗步驟進行實驗—提交實驗報告”這個模式來進行。一、二年級學生由于課程排得比較滿,自主學習時間十分有限,騰不出更多的時間來認真預習、研討有關(guān)資料,無法對實驗有一個較全面、透徹的理解和準備,對實驗理論和實驗要求一知半解。在現(xiàn)有實驗模式下,學生更多地依賴教師在實驗課上的講解和演示,依賴教材和筆記,實驗過程的前、中、后缺乏主動性,按照教材“照著葫蘆畫瓢”來完成實驗。這種實驗教學模式不符合新一代學生的性格特點,顯得枯燥、乏味、無趣。部分高校雖然在實驗教學中使用了多媒體、虛擬仿真等手段作為輔助,但由于只是原有方法的不同表現(xiàn)方式,沒有真正改變實驗教學模式,對學生的吸引力不大,學生在實驗教學過程中基本處于一種被動的狀態(tài),所以效果并不理想。

2 基礎(chǔ)化學實驗教學創(chuàng)新模式的構(gòu)建

2.1 基礎(chǔ)化學實驗教學模式創(chuàng)新的基本原則及模式

在充分考慮一、二年級學生排課較滿、實驗課時少、課余時間不多、生師比高、學習被動、實驗室對低年級學生開放不足的現(xiàn)實情況下,基礎(chǔ)化學實驗教學模式創(chuàng)新應堅持以學生為中心、創(chuàng)新與務(wù)實相結(jié)合、新技術(shù)與傳統(tǒng)教學方法相融合、以時代要求和現(xiàn)代學生特點為背景的原則,努力調(diào)動學生參加實驗教學的積極性和主動性,激發(fā)學生的學習興趣和潛能,從而提高實驗教學的質(zhì)量和實踐育人水平,培養(yǎng)出具有較強實踐能力和創(chuàng)新能力的人才。

在這個基本原則下,對基礎(chǔ)化學實驗教學傳統(tǒng)模式和新的教學方法取長補短,相互融合,提出了“重新設(shè)計課程教案結(jié)構(gòu)和要求—學生以新教案和手機APP進行預習—手機APP檢查預習效果—教師組織討論難點要點—以‘種子學生’為核心展開互助式實驗—教師引導和啟發(fā)完成實驗—手機APP檢驗實驗數(shù)據(jù)—完成對學生的分段考核”的“融合式” 基礎(chǔ)化學實驗教學模式。

2.2 實驗教學教案結(jié)構(gòu)和要求的重新設(shè)計

目前的基礎(chǔ)化學實驗教材基本上都是按照傳統(tǒng)教學模式需要編寫的,因此,對基礎(chǔ)化學實驗教學模式進行創(chuàng)新首先就要對其教學教案結(jié)構(gòu)和要求進行重新設(shè)計[10],使其符合新的實驗教學模式要求、緩和實驗教學課堂時間不足壓力和學生課外自學時間不足壓力、發(fā)揮其對基礎(chǔ)化學實驗教學的指引作用。對實驗教學教案結(jié)構(gòu)和要求進行重新設(shè)計主要包括以下4個部分[11]:

(1) 列出預習要求、注意點和學生的自學點、思考點,著重描述實驗原理、實驗試劑和裝置、實驗步驟中應知應懂的內(nèi)容和注意點,以及實驗過程涉及試劑、裝置和操作的安全事項。

(2) 教師在實驗課上組織討論的難點和重點,對于學生通過預習可以掌握的知識點不做過多討論,盡量減少占用課堂實驗時間,重點放在實驗難點、重點、關(guān)鍵細節(jié)和安全要求的討論上,并對將進行的實驗在現(xiàn)實中的應用情況和將來可能應用的領(lǐng)域進行介紹,提升學生對實驗的興趣。

(3) 明確實驗過程中對學生的基本規(guī)范要求,重點一是試劑、裝置使用的規(guī)范,重點二是實驗操作行為的規(guī)范,重點三是實驗過程中對數(shù)據(jù)和現(xiàn)象記錄的規(guī)范,重點四是實驗廢棄物回收的規(guī)范。

(4) 對實驗報告的要求,著重要求對實驗過程和結(jié)果進行分析和提出看法,鼓勵學生提出各種見解和設(shè)想,加深對實驗理論、實驗過程和結(jié)果的理解,培養(yǎng)良好的分析思考能力。

這些重新設(shè)計的實驗教學教案在實驗教學課開始前及時發(fā)到學生手中,配合基礎(chǔ)化學實驗教學模式創(chuàng)新的開展。

2.3 手機APP實驗教學與管理軟件的應用

手機APP實驗教學與管理軟件是一種比較適合基礎(chǔ)化學實驗教學的輔助手段,在實驗預習、實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象記錄及比對檢查、實驗報告批改以及相關(guān)微課鏈接演示等方面起著良好的輔助作用。將手機APP引入實驗教學中，技術(shù)上已比較成熟[12-13],但鑒于學生課余時間學習的主動性、自覺性不足,在缺乏督促的情況下課前預習使用在線課堂、手機APP等網(wǎng)絡(luò)學習方法和傳統(tǒng)方法相比并無明顯優(yōu)勢[2],因此,手機APP在基礎(chǔ)化學實驗教學上的應用主要放在4個環(huán)節(jié)上:

(1) 預習環(huán)節(jié)。由教師提前錄制好實驗短片(控制在10分鐘左右),學生預習時通過手機APP看到完整直觀的實驗演示,結(jié)合重新設(shè)計的教案,使學生對實驗要求和過程有了比較清晰、準確的理解。

(2) 對預習效果進行檢查環(huán)節(jié)。為了保證預習和實驗效果,在教師組織討論前,在實驗課堂上通過手機APP對學生預習情況進行測試,學生在手機上獨立完成教師發(fā)送的選擇題,手機APP軟件自動完成對學生所提交答案是否正確的評判,對測試情況不理想的學生,允許現(xiàn)場學習后再次進行測試,通過測試的才可以參加實驗。預習環(huán)節(jié)和測試環(huán)節(jié)相結(jié)合,目的是促使學生在實驗前較好地理解實驗原理,基本記住實驗的要求、裝置和操作步驟,在大腦中對實驗全過程有一個比較清晰的認識,以便在實驗中做到胸有成竹,擺脫“照葫蘆畫瓢”的實驗行為。

(3) 實驗數(shù)據(jù)的提交和審核環(huán)節(jié)。由于基礎(chǔ)化學實驗以驗證性實驗為主,基本是操作型和綜合型實驗,這些實驗的數(shù)據(jù)是比較固定和穩(wěn)定的,所以使用手機APP對學生完成實驗后提交的數(shù)據(jù)進行比對審核效果較好,超出準確數(shù)據(jù)值一定范圍的將自動提醒教師和學生,可大大減少教師的工作量,幫助學生及時檢查實驗過程存在的問題、改善實驗操作及準確記錄實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。

(4) 實驗報告批改環(huán)節(jié),學生通過手機APP提交實驗報告,教師直接在上面批改點評,既可以方便學生,也可以提高教師工作效率,同時也有利于儲存記錄和教學檢查。

2.4 “種子”學生的培養(yǎng)和作用

在生師比高、學生課余時間不足、學習自覺性和主動性不強的情況下,如何實現(xiàn)以學生為中心,解決因?qū)嶒灲虒W教師偏少等影響教學效果和質(zhì)量的問題上，有一些高校進行了積極的探討,如以團隊為基礎(chǔ)進行學習[14],覆蓋了實驗教學的全過程,包括實驗前的學習和預習、課前檢測、實驗過程和總結(jié)歸納；或者依靠高年級學生在實驗教學課堂上配合教師對實驗教學輔助指導[8]等。這些探討從不同角度對實驗教學存在的問題提出了一些試驗性的解決方案,但也有一些值得商榷的地方,例如實驗課前以小組(團隊)為單位進行預習和查閱文獻資料、請高年級學生配合教師對低年級學生的實驗教學指導等做法的實際落實難度很大,一是課前以小組(團隊)為單位學習由于占用的是課余時間,學生有各自的學習、社團、個人的事情要處理,每次實驗課前都組織起來一起預習、查文獻資料是不太現(xiàn)實的；二是高年級學生同樣也有自己的學習任務(wù)和活動,長期堅持參加實驗教學課輔助指導同樣很不容易。

在這種情況下, “種子”學生的作用就凸顯出來了?！胺N子”學生是實驗理論和操作技能等專業(yè)能力的傳遞者、影響者,是教師在實驗課前、中、后的有力的教學輔助力量,是與學生學習、生活在一起的平等的同窗?！胺N子”學生由學生自愿報名,教師按照學生數(shù)的20%～25%左右確定人數(shù)?！胺N子”學生的培養(yǎng)包括3個環(huán)節(jié):

(1) 對實驗理論和實驗操作基本要求的學習;

(2) 實驗操作;

(3) 實驗后的討論。

在實驗課開課前,實驗指導教師通過網(wǎng)絡(luò)、郵件、電話、面談等方式,結(jié)合理論課內(nèi)容和實驗理論,對實驗理論和實驗操作要求進行指導,使師生課余的碎片化時間得到最大的利用；在此基礎(chǔ)上,利用周末或晚上等時間提前安排實驗,由實驗指導教師、實驗輔助人員和高年級實驗表現(xiàn)好的學生一起指導“種子”學生進行實驗,努力使“種子”學生對實驗理論、操作和結(jié)果涵義理解、掌握得較深較透,由于此時生師比很低,為實驗中、后教師和“種子”學生之間開展有效、深入、細致的討論提供了保障。通過這些學習、實踐和討論,使“種子”學生對實驗的認知、理解水平有了質(zhì)的提高,達到了較好的效果。

“種子”學生的作用主要發(fā)揮在以下3個環(huán)節(jié):

(1) 預習環(huán)節(jié)。可以方便、及時地和同學展開討論,對同學提出的問題給予解答和建議,提醒同學預習時應注意的內(nèi)容和要點,并將同學預習中存在的問題、想法向?qū)嶒炛笇Ы處煼答?使教師能在課前大致了解學生預習的情況,從而有針對性地做好備課。

(2) 實驗環(huán)節(jié)。配合實驗指導教師對同學的實驗操作進行指導和適當?shù)膸椭?并在實驗過程中有針對性地與同學進行討論,對無法解決或解答的問題、有不同理解和看法的問題及時請實驗指導教師給予解答和幫助,與同學一起對實驗數(shù)據(jù)、現(xiàn)象記錄和實驗結(jié)果進行檢查和分析。

(3) 實驗后的討論環(huán)節(jié)。由于學生完成實驗的時間不一致,實驗結(jié)束后在課堂上組織小組討論比較困難,“種子”學生可在課后利用不同的碎片時間在同學中發(fā)起自由討論,使同學在已經(jīng)完成實驗過程體驗的基礎(chǔ)上增進對實驗理論和操作技能的理解,反思不足,進一步拓展對實驗的實施方法及實驗結(jié)果應用的視野；實驗完成后的討論和對不足的分析,對學生的思考能力和實驗操作能力的提高起到了畫龍點睛的作用,對后續(xù)實驗教學的開展具有積極、正面的支撐效果。

2.5 全過程分段考核

對學生參加基礎(chǔ)化學實驗全過程進行分段考核,可促使學生保持比較好的學習投入狀態(tài),方便教師科學地掌握學生在實驗教學不同階段的表現(xiàn),有針對性地調(diào)整教學方法和對學生進行輔導,提升對基礎(chǔ)化學實驗教學質(zhì)量的控制能力。全過程分段考核主要針對實驗預習、實驗討論、實驗操作表現(xiàn)、實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象記錄、實驗報告這5個部分進行,對每個部分設(shè)定不同的權(quán)重計算出學生的實驗成績。其中,實驗預習、實驗數(shù)據(jù)這兩部分的考核主要由手機APP自動完成,實驗討論、實驗操作表現(xiàn)、實驗現(xiàn)象記錄、實驗報告部分由于屬于主觀判斷評分,因此由實驗指導教師參考“種子”學生的意見后分別給出分數(shù),輸入手機APP,手機APP按照各部分分數(shù)權(quán)重進行計算得出學生的實驗成績。

2.6 實驗教學教師的定位調(diào)整

在基礎(chǔ)化學實驗教學傳統(tǒng)教學模式中,實驗教學教師的定位主要是講授者和演示者[15],而在實驗教學中很關(guān)鍵的組織者、引導者和啟發(fā)者的定位則相對弱化?；A(chǔ)化學實驗教學模式的創(chuàng)新離不開實驗教學教師定位的調(diào)整,避免出現(xiàn)實驗教學模式改變了,但在實驗教學中教師仍自覺不自覺地沿用由教師講授和演示、學生聽講和機械執(zhí)行的做法,將實驗教學模式創(chuàng)新所提出的以學生為中心的思想片面理解為對學生的實驗全過程少管,放任學生自由學習、操作和發(fā)揮,從而導致出現(xiàn)實驗教學效果還不如傳統(tǒng)教學模式的情況。因此,在思想認知和工作要求上必須明確實驗教學教師的定位,即:在實驗教學預習階段,實驗教學教師應是引導者；在實驗操作過程,實驗教學教師應是組織者、啟發(fā)者；在實驗討論中,實驗教學教師應是啟發(fā)者?？偟亩ㄎ恢?突出引導者和啟發(fā)者這2個定位,充分發(fā)揮教師在基礎(chǔ)化學實驗教學模式創(chuàng)新中的作用,引導學生形成良好的自主學習能力,使學生從被動地聽教師講授、看演示,過渡到獨立思考、有所創(chuàng)新,同時在學習中體會到實踐和創(chuàng)新的樂趣,從而產(chǎn)生更大的學習興趣和熱情,與教師共同推動基礎(chǔ)化學實驗教學模式的創(chuàng)新。

3 結(jié)語

“融合式”基礎(chǔ)化學實驗教學模式充分考慮和尊重了一、二年級學生的現(xiàn)實學習背景條件,沒有簡單、機械照搬地引入新的教學手段、方法,科學地尊重基礎(chǔ)化學實驗教學規(guī)律,將基礎(chǔ)化學實驗教學傳統(tǒng)教學模式與新興的教學方法，如慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等中的優(yōu)點相融合,使其更加符合現(xiàn)代學生的性格特點、時代背景以及教學要求,轉(zhuǎn)變教師和學生對基礎(chǔ)化學實驗教學模式的認知和理解,不斷提高學生的學習興趣和教師的教學熱情,推動基礎(chǔ)化學實驗教學模式日趨科學、合理、有效,持續(xù)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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