研究型分析化学实验课教学模式的探索

李暐 陈英海 孙明礼 刘毓琪 胡树林

(东北林业大学理学院化学化工系 黑龙江哈尔滨 150040)

分析化学实验课程是化学、应用化学、化学工程及相关专业的一门基础课，是大学本科阶段培养学生创新意识、创新能力和创新人格的优秀载体。我们课题组在10年分析化学实验课教学改革的基础上，以我校08届化学及应用化学的4个自然班为实验班，开展了研究型分析化学实验课教学模式的探索。以下是我们的研究内容与体会。

1 树立研究型的教育观念是开展研究型教学的基础

研究型教学是一种新型教育理念，它在教学中引入科学研究的基本要素，使传统的单向知识传授模式向知识传授与探索相结合的模式转变。实践这种模式首先要求教师树立研究型的教学理念。只有充分认识研究型教学对于培养创新型人才的重要意义，才能把研究能力和创新能力的培养融入日常的课堂教学中，贯穿到教学思想、教学目标、教学内容、教学方法和教学环境等各个环节中。对学生而言，也必须转变原来的思想，树立新的学习观，变被动学习为主动学习，将学习知识看做一种创造行为，在研究型学习的环境中获得个人能力的提升。只有教学双方都建立了研究型教学的理念，这种教学模式才能真正实现。在传统的实验课教学模式中，教师是教学活动的主体，教师教什么，学生就学什么。教师按实验步骤认真地讲解，学生按实验要求完成学习任务，养成了学生死记硬背、学而不思、机械随众的学习方式。长此以往，学生的创造性被扼杀，教师成了教书匠。在研究型教学中，课堂是将学习知识和技能、培养能力及锻造素质融为一体的培养创造型人才的载体，它以学生为主体、教师为主导，要求学生主动学习、自行解决问题，鼓励学生个性发展。在一个创新型的学习环境中，学生提给教师的问题远比教师按教学大纲讲述的要多，所以教师必须不断充实自己，以自己对知识深层次的理解和科学研究的经验，引导和激发学生的学习积极性、进取性和创造性，为实现课程培养目标服务。有了上述的认识，课题组成员彻底转变了在本科低年级阶段开展研究型分析化学实验课程改革难度太大的思想，坚定了探索研究型教学模式的决心。经过多次研讨，设计了教学模式，明确了教学内容和具体实施步骤等。在开课之前，教师利用适当的机会对学生进行研究型实验教学的介绍和动员，使学生对这种教学模式充满期待，为研究型教学模式的实践奠定了很好的基础。

2 以研究型教学理念设计教学模式

教学模式是教育思想的体现。依据对研究型教学思想的理解，我们建立了基本技能训练—自助加研讨式实验—设计型实验的教学模式。

基本实验技能是本科分析化学实验教学的重要内容，是从事分析化学实验的基础，是一个化学人必须具备的能力。在64学时的分析实验课中，我们安排了20学时用于基本操作技能训练。经过精心设计、环环相扣的基本训练，使学生能够准确掌握分析实验室常规设施、仪器、试剂的性能、使用特点、维护方法及操作技术等基本知识与技术；学生需经考核合格后方可进入下一学习阶段。

研讨式实验是以经典实验为学习内容，以研讨形式进行的课堂教学，一般为24～28学时。这一环节是学生运用基本知识技能，了解实验设计思想，形成创造性思维、变被动学习为主动学习的关键，也为后续设计型实验的开展奠定了基础。我们设计了“自助式”课前预习和“研讨式”课堂教学的模式。为了能给学生更多的自主空间和知识量，我们在每个实验周都安排2个以上的实验内容供学生选择，一次实验课最多同时开设4个实验。在开学初通过课程教学日历将实验内容广而告之，要求学生在进行初步的资料查询后根据自己的意愿选课，要通过查阅文献、阅读教材及其他书籍对实验方案进行解读，再据自己对实验的理解提出实验方案。教师在课堂上要有针对性地提出问题，鼓励学生对现有的实验方案进行改进和提出质疑，或提出自己的实验设计供大家讨论。当课堂讨论结束后，教师要引导学生共同设计出实验路径，由学生根据自己对实验内容的理解完善实验步骤，并在规定的时间内完成实验。在这样的课堂上，学生是学习的主人，是课堂的主体，教师的工作重心转化为对学生的引导，起的是穿针引线和解惑答疑的作用。当然，教师要对实验涉及到的理论知识和实验技术给予学生足够的支持。

学生在经历了研讨式实验的学习之后，对实验技术和设计思想的理解都有了提高，则可根据个人的意愿选择进入“一般性设计实验”或“研究型设计实验”继续学习。一般性设计实验在我校已经有10年历史，其内容及运行方式都逐渐成熟。与其相比，研究型设计实验更加注重实验的探索性,需要学生灵活地、创造性地运用所学的基础知识和基本技能,去寻找和探索解决问题的途径[1]。我们规定，学生可以自选或组成实验小组选题(我们也鼓励学生自带题目参与实验)立项，通过查阅有关资料、设计实验方案、拟订具体实验步骤、与教师共同讨论实施技术方案、开展实验、完成实验目标，经历了一个完整的科学研究过程。在整个实验期间，实验室对学生全面开放，学生随时都可以进入实验室工作。为了解决实验室缺乏的矛盾，教师进行科研的研究室也对学生研究型设计实验开放。实验室备有专供学生使用的电脑和专业书籍，方便学生随时查阅资料。经负责教师同意和考察后，学生可以使用全部实验室设备。实验室安排有课题组成员值班，以便及时给学生帮助。我们还建立了学习讨论制度，每天利用一个小时的时间，让学生汇报自己的工作，将自己的收获及困惑讲出来与大家分享及讨论。实验完成之后，要求学生以小论文的形式写出实验报告。

3 以研究性教学内容保证研究型教学模式的实施

要使研究型教学模式能够真正得以落实，必须有符合研究性教育思想的教学内容。为此，我们经过多次研讨，借鉴多个学校的经验并结合教师的教学与科研经历，在现有教材的基础上确定了各步骤的教学内容。如在第一阶段的分析化学实验基础知识和基本技能部分，我们收集了一些分析技术的应用实例和分析工作失误的案例，以幻灯片的形式介绍给学生，让学生懂得，分析技术是伴随化学人一生的技能，不符合要求的操作对分析结果的影响很大，甚至会导致错误的结论。在经典实验阶段的教学内容上突出了研讨的特点，如学生在铝合金中铝含量的测定实验讨论中提出：在“向Al3+溶液中加入过量的EDTA溶液后，调节溶液的pH使Al3+与EDTA络合完全”这一步骤中，不同的教材使用了二甲酚橙和甲基橙两种不同的指示剂。教师因势利导，引导学生用络合滴定的理论分析使用两种不同指示剂的可行性，并鼓励学生通过实验对两种方法作出评价。

在研究型设计实验内容的确定上，我们的原则是：以学生现有的知识积累为基础，对培养学生的创新能力具有启发性，为学生创新能力的发挥、个性发展留有空间，所涉及到的实验技术和操作难度应适当。依照此原则，考虑学生课业总体负担、本次实验课的学时、教师的工作负担和实验室的容量等多方面制约因素，我们讨论确定了20个从无机定性分析开始到完成各组分含量测定为目标的实际样品分析实验题目。由于实验要从元素定性分析开始，这对于未做过系统分析实验的学生，无疑是补上了重要的一课。对于一些实验涉及到的有机化学知识，个别内容和方法，教师也从未涉猎，需要师生共同学习。这使实验室真正成为了一个学习和探索的大课堂。当学生实验需要使用未学过的理论及仪器时，教师会将相应的知识内容与实验技术介绍给学生，不仅扩大了学生的知识面，增强了学生独立获取知识的能力，也使学生对学习新知识充满向往，从而更好地激发了学生学习的主动性。在适宜的教学内容与方法的支撑下，我们的研究型实验模式运行非常顺畅。我们的工作日讨论制度，受到了学生的欢迎，大家把它当作扩展知识、提高能力的机会和展示自己的舞台。有些已完成实验的学生仍然坚持每天来参加讨论会。学生们收获的并不仅仅是一个实验的成功，而且还有战胜困难的勇气，以及对未来的信心和对创造的感悟。

4 研究型教学模式是培养高水平优秀人才的有效途径

研究型教学模式对学生的培养是多方位的。它通过在实验课堂上为学生营造一个浓厚的研究气氛，让学生真正感受到科学研究工作的氛围，培养了本科生的创新意识，提高了其综合运用前期理论和实验知识、独立分析与解决问题的能力。除此之外，对学生科研素质的培养以及团队精神的形成有很好的作用。由于研究型设计实验的难度适中，既保证了学生在解决问题的过程中要经历必须的步骤，遇到一定的困难时，还要通过学生自身努力及教师的适时指点，在规定的时间内按要求完成实验。要使学生体会到科学研究的艰辛，懂得“再坚持一下”的意义，这有利于培养学生顽强的意志品质和持之以恒的精神；同时也要让学生在付出努力之后品尝到成功的喜悦，领悟到创造的快乐和幸福，从而激发学生对探求未知的渴望和决心。在本课题以前，课题组成员一直在进行着分析化学理论课及实验课的改革研究，多年的教学改革实践经验使我们选择了让学生自愿组成实验小组的形式选题并参与研究型设计实验。事实证明，此方式得到的收获远超过了我们的预期。学生在这样的学习小组中无人肯怠慢，较着劲地工作。遇到问题积极看书、查资料、想办法、相互鼓励、共同成长。每个人都以得到同伴的信任和合作的机遇为荣，希望通过自己的努力为实验小组多做点事情，表现出了良好的团队精神。我们还指出，所有学生都可报名参与研究型实验，没有前期学习成绩的限制。这使得分析化学理论课考试成绩并不好的学生也有机会进入实验小组，在实验期间，他们重读分析化学书，勤奋工作，积极参与研究，受到同学和老师的好评，在和同学一起解决问题的过程中找回自信。20余名原来并不熟识的同学在一起工作，无论是谁的实验遇到困难，其他同学都会主动、热情地把自己的经验或教训与其分享；当实验室的设备不够用时，总是有人会主动退出让给最急需的同学使用，会争着将用过的器皿洗涤干净。这些现象，与之前顾虑有人会“溜边”、“等现成”、“只顾自己” 截然相反。学生良好的合作精神和团队精神是我们在课题实践中的“额外”收获。学生用行动让我们相信，当代大学生是一群积极向上、有创造力、富有合作精神、胸襟宽广的优秀群体，必将成为一代优秀的建设者。

5 研究型教学模式实施还需要多方面的支持

我们的实践证明，研究型分析化学实验模式是个很好的且适用于分析化学实验教学的模式。但研究型教学的开展无疑对教师的执教能力与职业素质是个大考验。在研究型教学过程中，要求教师要有创新意识、创新思维和科研创新能力。教师要从研究型学习的理念出发对所承担的课程或教学活动的目标、内容、方式方法以及考核评估办法进行整体设计。这不仅要求教师要有深厚的本学科的理论基础、宽广的知识面和实验经验与技术，同时还要求教师有良好的师德和奉献精神。如我们在研究型分析化学实验教学中坚持做到：学生进入实验室，教师就要出现在实验室。在这种探索性的学习活动中，学生和教师对同一问题的看法出现分歧也是常事，教师对课堂的驾驭能力将经受考验。在整个教学过程中，教师需要付出的劳动是无法用教学课时数衡量的。经粗略统计，在我们所进行的课题实践中，仅研究型设计实验一项，教师所投入的工作量就要多于计划学时的3～5倍。倘若将此教学模式推广，如何评定教师的工作量应该是管理部门解决的问题，但如果没有教师个人素质做保证，研究型实验课是无法真正开展起来的。

确保研究型设计实验顺利进行的另一个必要条件是实验室。学生在实验过程中需要及时查阅资料，需要的试剂、设备也会超出课本的范围，所以，为学生提供方便的上网条件和专业书籍、充足的实验设施等是非常重要的。另外，学生的课内时间是有限的，要想完成具有探索性的实验，就需要利用一定的课余时间进入实验室，所以，如何协调实验室管理方面的工作也是研究型设计实验能否顺利进行的因素。

教学效果向我们展示了研究型实验教学模式的魅力。我们会认真总结经验和教训，积极做好各方面的优化，将这种教学模式的应用继续下去，因为这本身就是一种创造活动。

参 考 文 献

[1] 陈怀侠,蔡火操,黄建林,等.实验室研究与探索,2007,26(8):91