高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)

王明存 陳貽熾 王紅山 趙學(xué)航 朱英

摘 ?要 針對(duì)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)（預(yù)習(xí)—實(shí)驗(yàn)操作—實(shí)驗(yàn)報(bào)告）存在的問(wèn)題，以“甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合實(shí)驗(yàn)”為例，探討問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)實(shí)施方法，通過(guò)效果對(duì)比法驗(yàn)證問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)。問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)法加強(qiáng)了高分子化學(xué)理論課和實(shí)驗(yàn)課之間的相互支撐，引導(dǎo)學(xué)生更好地利用理論知識(shí)完成實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中深化對(duì)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞 高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn);問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué);虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）18-0122-03

Question-Inductive Teaching of Polymer Chemistry Experiment Course//WANG Mingcun， CHEN Yichi， WANG Hongshan， ZHAO Xuehang， ZHU Ying

Abstract In order to address the problems in traditional teaching of polymer chemistry experiment course （preview-operation-report），

using an typical example of “Radical polymerization of methyl metha-

crylate” in this paper， question-inductive teaching method and its

procedure were discussed， and the advantages of the teaching method

herein was ascertained by effect comparison. Inductive questions in

preview stage include the experimental principles， the skills of appa-

ratus assembly and characterization arts， relying on textbooks and virtual simulation software. Inductive questions in experimental operation stage include observation notes in operations and insitu

imagination of knowledge， relying on operation skills and hard prac-tice in lab. Inductive questions in review stage include data analysis guide， recognized knowledge points and improved experimental skills. Question-inductive teaching mode introduces a linking bridge between polymeric theoretical and experimental courses， helps the students to finish experiments better by the assistance of theoretical course， and makes the students understand the associated knowledge deeper in the proficient experiment operations.

Key words polymer chemistry experiment; question-inductive tea-ching; virtual experiment platform

1 前言

在高校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在一些問(wèn)題：化學(xué)實(shí)驗(yàn)課與相應(yīng)的理論課相互獨(dú)立，僅僅存在形式上的關(guān)聯(lián)性;實(shí)驗(yàn)課的時(shí)機(jī)、內(nèi)容和目的與理論課關(guān)聯(lián)性不大;理論課不太介紹與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn);大部分情況下任課教師都是不同的，相互之間沒有協(xié)同性。這樣就造成在教學(xué)過(guò)程中理論課和實(shí)驗(yàn)課沒有足夠的相互支撐、相互促進(jìn)，無(wú)法在教學(xué)實(shí)踐中使學(xué)生處于理論與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)習(xí)氛圍。本文以高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，探討問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)的實(shí)施方法，以及高分子化學(xué)理論課和實(shí)驗(yàn)課融合教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。

很多高校的化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行了問(wèn)題引導(dǎo)或探究式教學(xué)實(shí)驗(yàn)。廣西師范大學(xué)的陶雪燕等構(gòu)建了問(wèn)題引導(dǎo)—探究式有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，形成基本的教學(xué)流程，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性有明顯增強(qiáng)，對(duì)知識(shí)的理解運(yùn)用能力有所提升，小組合作能力明顯增強(qiáng)[1]。熊清平等探討了以問(wèn)題為中心的教學(xué)法在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用，認(rèn)為可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和觀察分析能力，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題以及與他人合作的能力[2]。蔣新宇等以正溴丁烷的制備為例，介紹了問(wèn)題式教學(xué)法在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[3]。尹彥冰等在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中采取問(wèn)題式教學(xué)法，積極引導(dǎo)學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變主動(dòng)學(xué)習(xí)[4]。張靜等將傳統(tǒng)教學(xué)（LBL）和問(wèn)題式學(xué)習(xí)（PBL）結(jié)合起來(lái)，系統(tǒng)地訓(xùn)練了學(xué)生的基本操作實(shí)驗(yàn)技能，提升了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量[5]。楊海濤等主要探討了問(wèn)題啟發(fā)式教學(xué)方法在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的思維，增強(qiáng)了學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)新能力，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量[6]。孫宏等對(duì)探究式教學(xué)方法在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，從引導(dǎo)情景的設(shè)計(jì)、教師的主導(dǎo)作用、教育制度支持等方面提出相應(yīng)措施[7]。李偉萍等在引導(dǎo)學(xué)生參與化學(xué)教學(xué)活動(dòng)的策略中著重創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引導(dǎo)學(xué)生參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高思維能力[8]。黃浩等以“水凝膠的制備與性能研究”為試點(diǎn)，進(jìn)行以教師引導(dǎo)、學(xué)生自主探索型的高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)課探索，將經(jīng)典的溶液聚合實(shí)驗(yàn)拓展為四個(gè)有應(yīng)用背景的科研工作坊，取得非常好的教學(xué)效果[9]。

本文針對(duì)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)教學(xué)（預(yù)習(xí)—實(shí)驗(yàn)操作—實(shí)驗(yàn)報(bào)告）存在的問(wèn)題，以“甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合實(shí)驗(yàn)”為例，探討問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)的實(shí)施方法，通過(guò)效果對(duì)比法驗(yàn)證了問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)。

2 引導(dǎo)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)概述

引導(dǎo)式教學(xué)分別在實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)階段、實(shí)驗(yàn)過(guò)程階段和實(shí)驗(yàn)后總結(jié)階段預(yù)設(shè)若干問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生自主思考、分析、解答和完成相應(yīng)階段的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。該教學(xué)模式示意圖如圖1所示。

其中課前引導(dǎo)問(wèn)題包括實(shí)驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)原理及其對(duì)試劑和裝置的要求、搭建實(shí)驗(yàn)裝置所需的技能、實(shí)驗(yàn)各操作步驟的注意事項(xiàng)及其應(yīng)對(duì)措施、樣品提純?cè)砗筒僮骷记伞悠返幕瘜W(xué)表征方法等。對(duì)該步驟引導(dǎo)式問(wèn)題的回答，學(xué)生主要依托理論課教材、實(shí)驗(yàn)課教材和虛擬仿真系統(tǒng)。學(xué)生在問(wèn)題引導(dǎo)下，從教材中找到答案，畫出反應(yīng)方程式并畫出實(shí)驗(yàn)流程圖，依據(jù)以往實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)畫出實(shí)驗(yàn)裝置圖，列出所需試劑及其要求;在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上按照軟件動(dòng)態(tài)操作、熟悉實(shí)驗(yàn)流程，在線體會(huì)搭建實(shí)驗(yàn)裝置、有序操作、提純?cè)噭┖彤a(chǎn)物、分析表征的全過(guò)程，為在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作提供可視化模擬訓(xùn)練。這樣就改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課按照預(yù)習(xí)和理論的設(shè)想被動(dòng)實(shí)施的問(wèn)題，提高了學(xué)生有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)操作技能和熟練性，讓學(xué)生更從容地觀察、記錄和思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手的興趣和聯(lián)系理論課知識(shí)的思維習(xí)慣。

課內(nèi)引導(dǎo)性問(wèn)題包括準(zhǔn)確觀察化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象、表征手段與高分子理化性能的關(guān)聯(lián)性、及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、針對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)理論知識(shí)的即時(shí)感想。對(duì)該步驟引導(dǎo)式問(wèn)題的回答，學(xué)生主要依托高分子化學(xué)理論課所學(xué)知識(shí)、虛擬仿真培養(yǎng)的知識(shí)運(yùn)用能力和實(shí)驗(yàn)室實(shí)操積累的經(jīng)驗(yàn)，可以快速簡(jiǎn)捷地操作，從而為觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)和邊做邊分析判斷提供充足的時(shí)間。這樣就保證了學(xué)生不會(huì)出現(xiàn)照方抓藥、顧此失彼和無(wú)暇判斷的問(wèn)題，從而增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論知識(shí)的再現(xiàn)效果，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣。

課后引導(dǎo)性問(wèn)題包括如何分析數(shù)據(jù)和推演結(jié)論、從實(shí)驗(yàn)中深化或衍生的知識(shí)、實(shí)驗(yàn)技能有什么提高、本次實(shí)驗(yàn)還能如何更好地進(jìn)行改進(jìn)。該步驟依托相關(guān)參考資料（教材、參考書、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)），并再次用到虛擬仿真系統(tǒng)，即除了分析結(jié)果和推演結(jié)論外，還利用虛擬仿真系統(tǒng)將實(shí)踐所感所得，結(jié)合對(duì)實(shí)驗(yàn)回顧再次模擬整個(gè)過(guò)程，從而提高熟練度和認(rèn)識(shí)深度。

對(duì)于少數(shù)學(xué)有余力的學(xué)生，鼓勵(lì)開展基于自我設(shè)計(jì)的擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)，達(dá)到差異化的實(shí)驗(yàn)教學(xué);通過(guò)設(shè)計(jì)引導(dǎo)式問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行模塊化衍生或擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和總結(jié)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要在虛擬仿真系統(tǒng)里能夠模擬，即該部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也能按照前述實(shí)驗(yàn)過(guò)程分為三個(gè)階段依次實(shí)施。

實(shí)驗(yàn)課程的成績(jī)?cè)u(píng)定，改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中單一的按照實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分的方式，將實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)總結(jié)三個(gè)階段綜合起來(lái)，進(jìn)行全過(guò)程評(píng)價(jià)：實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)階段占比25%+實(shí)驗(yàn)操作階段占比50%+實(shí)驗(yàn)總結(jié)階段占比25%。

3 引導(dǎo)式教學(xué)實(shí)例

本文以“甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合實(shí)驗(yàn)”為例，探討問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)的實(shí)施方法，并驗(yàn)證該教學(xué)法的優(yōu)勢(shì)，以及分析其存在的問(wèn)題。本實(shí)驗(yàn)基本內(nèi)容包括甲基丙烯酸甲酯引發(fā)劑本體聚合的預(yù)聚、后聚合制備有機(jī)玻璃板、聚甲基丙烯酸甲酯的解聚行為（熱重分析法和試管加熱分解法）。

如表1所示，在實(shí)驗(yàn)課預(yù)習(xí)階段，預(yù)設(shè)的引導(dǎo)性問(wèn)題的主要教學(xué)目的是讓學(xué)生帶著問(wèn)題去設(shè)計(jì)和熟練實(shí)驗(yàn)流程。學(xué)生在問(wèn)題引導(dǎo)下，有目的地溫習(xí)教材和參考書的相應(yīng)章節(jié)知識(shí)，畫出反應(yīng)方程式、實(shí)驗(yàn)流程圖、實(shí)驗(yàn)裝置圖，列出所需試劑及其預(yù)處理。這樣就擺脫了實(shí)驗(yàn)教材束縛，達(dá)到主動(dòng)設(shè)計(jì)和運(yùn)用理論知識(shí)。然后在虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行流程操作，在線體會(huì)搭建實(shí)驗(yàn)裝置、有序操作、提純產(chǎn)物和測(cè)試表征的全過(guò)程。這種虛擬仿真訓(xùn)練不能代替實(shí)驗(yàn)室操作，但是理想化狀態(tài)下的可視化模擬可以引導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)室操作。

在實(shí)驗(yàn)室操作階段，預(yù)設(shè)的引導(dǎo)性問(wèn)題的主要教學(xué)目的是讓學(xué)生帶著問(wèn)題去觀察和操作。學(xué)生已經(jīng)自我設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)步驟，了解了試劑、裝置和操作的注意事項(xiàng)，通過(guò)虛擬仿真系統(tǒng)積累了經(jīng)驗(yàn)，所以在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)可以快速簡(jiǎn)捷，為觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)和邊做實(shí)驗(yàn)邊判斷提供充足的時(shí)間，做到忙而不亂、快而有序，并能保持很高的正確率。

在實(shí)驗(yàn)課課后總結(jié)階段，預(yù)設(shè)的引導(dǎo)性問(wèn)題的主要教學(xué)目的是讓學(xué)生帶著問(wèn)題結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)去推證結(jié)論并復(fù)習(xí)鞏固，除了依托教材、參考書、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)往外，建議學(xué)生再次利用虛擬仿真系統(tǒng)將實(shí)踐所感所得重復(fù)一遍實(shí)驗(yàn)?zāi)M，鞏固知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。

對(duì)少數(shù)學(xué)習(xí)要求較高的學(xué)生，在擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)階段預(yù)設(shè)問(wèn)題會(huì)比較少，在幾個(gè)框架問(wèn)題引導(dǎo)下充分發(fā)揮學(xué)生的自我設(shè)計(jì)能力。例如，將光敏劑引發(fā)甲基丙烯酸甲酯的聚合作為擴(kuò)展性內(nèi)容，預(yù)設(shè)引導(dǎo)性問(wèn)題：如何選擇與甲基丙烯酸甲酯自由基聚合相匹配的光敏劑？如何確定光敏劑的一般用量？紫外光照條件如何確定（光敏波長(zhǎng)、光照距離和時(shí)間、試劑厚度）？學(xué)生在問(wèn)題引導(dǎo)和教師適當(dāng)指導(dǎo)下，通過(guò)查閱參考書，借助虛擬仿真系統(tǒng)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟和材料的設(shè)計(jì)，并自主完成該部分實(shí)驗(yàn)。擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將有助于學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)一步提高高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，實(shí)現(xiàn)差別化教學(xué)。

在問(wèn)題引導(dǎo)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下，學(xué)生將不再受實(shí)驗(yàn)教材、實(shí)驗(yàn)限時(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)方式的束縛，將散點(diǎn)式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粭l龍式的三階段實(shí)驗(yàn)教學(xué)。問(wèn)題引導(dǎo)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要優(yōu)勢(shì)是：充分發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性，讓學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，將高分子化學(xué)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過(guò)引導(dǎo)性問(wèn)題進(jìn)行融合;借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)達(dá)到對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的熟練化和提高對(duì)知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用能力;將實(shí)驗(yàn)課前、課中和課后的學(xué)習(xí)活動(dòng)納入考評(píng)，讓學(xué)生不僅僅關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而是在實(shí)驗(yàn)全過(guò)程中達(dá)到對(duì)知識(shí)和技能的熟練、深化和提高;實(shí)行差別化教學(xué)，滿足學(xué)有余力的學(xué)生對(duì)于更高目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)要求。

同時(shí)，問(wèn)題引導(dǎo)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)法存在的主要問(wèn)題包括：拉長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)跨度，雖然使得實(shí)驗(yàn)操作階段更為有效，但涵蓋課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和課后總結(jié)的全過(guò)程評(píng)價(jià)增加了教師很多工作量;需要學(xué)生具有較高的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，對(duì)于學(xué)習(xí)積極性不高的學(xué)生，效果不理想;如何構(gòu)建以實(shí)驗(yàn)課教師為核心、以理論課教師為輔助的理論與實(shí)驗(yàn)相協(xié)同的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，是實(shí)施問(wèn)題引導(dǎo)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵。

4 結(jié)語(yǔ)

本文所述問(wèn)題引導(dǎo)式教學(xué)有助于加強(qiáng)高分子化學(xué)理論課和實(shí)驗(yàn)課之間的聯(lián)系和相互支撐。在高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，在實(shí)驗(yàn)前、實(shí)驗(yàn)中和實(shí)驗(yàn)后三個(gè)階段分別設(shè)置相應(yīng)的引導(dǎo)式問(wèn)題：課前引導(dǎo)問(wèn)題的教學(xué)主要依托教材和虛擬仿真系統(tǒng);課內(nèi)引導(dǎo)性問(wèn)題的教學(xué)主要依托實(shí)驗(yàn)/測(cè)試操作裝置和操作過(guò)程;課后引導(dǎo)性問(wèn)題主要依托虛擬仿真系統(tǒng)和相關(guān)參考書。問(wèn)題引導(dǎo)式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要問(wèn)題是如何構(gòu)建理論與實(shí)驗(yàn)課程相協(xié)同的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，如何更好地對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)全過(guò)程進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)，需要繼續(xù)探索。

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