高分子化学实验的问题引导式教学

王明存 陈贻炽 王红山 赵学航 朱英

摘  要 针对高分子化学实验传统教学（预习—实验操作—实验报告）存在的问题，以“甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合实验”为例，探讨问题引导式教学实施方法，通过效果对比法验证问题引导式教学法的优势。问题引导式教学法加强了高分子化学理论课和实验课之间的相互支撑，引导学生更好地利用理论知识完成实验，同时在实验中深化对理论知识的认识。

关键词 高分子化学实验;问题引导式教学;虚拟实验平台

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：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

在高校的化學实验教学中普遍存在一些问题：化学实验课与相应的理论课相互独立，仅仅存在形式上的关联性;实验课的时机、内容和目的与理论课关联性不大;理论课不太介绍与实验相关的知识点;大部分情况下任课教师都是不同的，相互之间没有协同性。这样就造成在教学过程中理论课和实验课没有足够的相互支撑、相互促进，无法在教学实践中使学生处于理论与实践相结合的学习氛围。本文以高分子化学实验为例，探讨问题引导式教学的实施方法，以及高分子化学理论课和实验课融合教学的优势。

很多高校的化学教学中进行了问题引导或探究式教学实验。广西师范大学的陶雪燕等构建了问题引导—探究式有机化学实验教学模式，形成基本的教学流程，学生的学习主动性有明显增强，对知识的理解运用能力有所提升，小组合作能力明显增强[1]。熊清平等探讨了以问题为中心的教学法在有机化学实验教学中的作用，认为可以激发学生的学习兴趣，提高学生的实验操作能力和观察分析能力，培养学生的自学能力、分析问题和解决问题以及与他人合作的能力[2]。蒋新宇等以正溴丁烷的制备为例，介绍了问题式教学法在有机化学实验教学中的应用[3]。尹彦冰等在有机化学实验课程中采取问题式教学法，积极引导学生由被动学习变主动学习[4]。张静等将传统教学（LBL）和问题式学习（PBL）结合起来，系统地训练了学生的基本操作实验技能，提升了有机化学实验的教学质量[5]。杨海涛等主要探讨了问题启发式教学方法在有机化学实验教学中的应用，调动了学生的思维，增强了学生的独立创新能力，提高了实验教学质量[6]。孙宏等对探究式教学方法在有机化学实验中的应用进行了探讨，从引导情景的设计、教师的主导作用、教育制度支持等方面提出相应措施[7]。李伟萍等在引导学生参与化学教学活动的策略中着重创设问题情境，激发学生的求知欲，引导学生参与化学实验设计，提高思维能力[8]。黄浩等以“水凝胶的制备与性能研究”为试点，进行以教师引导、学生自主探索型的高分子化学实验课探索，将经典的溶液聚合实验拓展为四个有应用背景的科研工作坊，取得非常好的教学效果[9]。

本文针对高分子化学实验传统教学（预习—实验操作—实验报告）存在的问题，以“甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合实验”为例，探讨问题引导式教学的实施方法，通过效果对比法验证了问题引导式教学法的优势。

2 引导式实验教学概述

引导式教学分别在实验前预习阶段、实验过程阶段和实验后总结阶段预设若干问题，引导学生自主思考、分析、解答和完成相应阶段的实验任务。该教学模式示意图如图1所示。

其中课前引导问题包括实验化学反应原理及其对试剂和装置的要求、搭建实验装置所需的技能、实验各操作步骤的注意事项及其应对措施、样品提纯原理和操作技巧、样品的化学表征方法等。对该步骤引导式问题的回答，学生主要依托理论课教材、实验课教材和虚拟仿真系统。学生在问题引导下，从教材中找到答案，画出反应方程式并画出实验流程图，依据以往实验经验画出实验装置图，列出所需试剂及其要求;在虚拟实验平台上按照软件动态操作、熟悉实验流程，在线体会搭建实验装置、有序操作、提纯试剂和产物、分析表征的全过程，为在实验室实际操作提供可视化模拟训练。这样就改变了传统实验课按照预习和理论的设想被动实施的问题，提高了学生有针对性的实验操作技能和熟练性，让学生更从容地观察、记录和思考实验现象，培养学生实际动手的兴趣和联系理论课知识的思维习惯。

课内引导性问题包括准确观察化学反应的现象、表征手段与高分子理化性能的关联性、及时记录实验数据、针对实验现象对理论知识的即时感想。对该步骤引导式问题的回答，学生主要依托高分子化学理论课所学知识、虚拟仿真培养的知识运用能力和实验室实操积累的经验，可以快速简捷地操作，从而为观察现象、记录数据和边做边分析判断提供充足的时间。这样就保证了学生不会出现照方抓药、顾此失彼和无暇判断的问题，从而增强实验对理论知识的再现效果，提高学生实验兴趣。

课后引导性问题包括如何分析数据和推演结论、从实验中深化或衍生的知识、实验技能有什么提高、本次实验还能如何更好地进行改进。该步骤依托相关参考资料（教材、参考书、网络数据库），并再次用到虚拟仿真系统，即除了分析结果和推演结论外，还利用虚拟仿真系统将实践所感所得，结合对实验回顾再次模拟整个过程，从而提高熟练度和认识深度。

对于少数学有余力的学生，鼓励开展基于自我设计的扩展性实验，达到差异化的实验教学;通过设计引导式问题，引导学生进行模块化衍生或扩展实验内容的设计、实验和总结。设计实验内容要在虚拟仿真系统里能够模拟，即该部分实验内容也能按照前述实验过程分为三个阶段依次实施。

实验课程的成绩评定，改变传统实验教学中单一的按照实验结果和实验报告评分的方式，将实验前预习、实验操作和实验总结三个阶段综合起来，进行全过程评价：实验前预习阶段占比25%+实验操作阶段占比50%+实验总结阶段占比25%。

3 引导式教学实例

本文以“甲基丙烯酸甲酯的自由基聚合实验”为例，探讨问题引导式教学的实施方法，并验证该教学法的优势，以及分析其存在的问题。本实验基本内容包括甲基丙烯酸甲酯引发剂本体聚合的预聚、后聚合制备有机玻璃板、聚甲基丙烯酸甲酯的解聚行为（热重分析法和试管加热分解法）。

如表1所示，在实验课预习阶段，预设的引导性问题的主要教学目的是让学生带着问题去设计和熟练实验流程。学生在问题引导下，有目的地温习教材和参考书的相应章节知识，画出反应方程式、实验流程图、实验装置图，列出所需试剂及其预处理。这样就摆脱了实验教材束缚，达到主动设计和运用理论知识。然后在虚拟实验平台上进行流程操作，在线体会搭建实验装置、有序操作、提纯产物和测试表征的全过程。这种虚拟仿真训练不能代替实验室操作，但是理想化状态下的可视化模拟可以引导学生实验室操作。

在实验室操作阶段，预设的引导性问题的主要教学目的是让学生带着问题去观察和操作。学生已经自我设计了实验步骤，了解了试剂、装置和操作的注意事项，通过虚拟仿真系统积累了经验，所以在实验操作时可以快速简捷，为观察现象、记录数据和边做实验边判断提供充足的时间，做到忙而不乱、快而有序，并能保持很高的正确率。

在实验课课后总结阶段，预设的引导性问题的主要教学目的是让学生带着问题结合实验现象和实验数据去推证结论并复习巩固，除了依托教材、参考书、网络数据库往外，建议学生再次利用虚拟仿真系统将实践所感所得重复一遍实验模拟，巩固知识和实验技能。

对少数学习要求较高的学生，在扩展实验阶段预设问题会比较少，在几个框架问题引导下充分发挥学生的自我设计能力。例如，将光敏剂引发甲基丙烯酸甲酯的聚合作为扩展性内容，预设引导性问题：如何选择与甲基丙烯酸甲酯自由基聚合相匹配的光敏剂？如何确定光敏剂的一般用量？紫外光照条件如何确定（光敏波长、光照距离和时间、试剂厚度）？学生在问题引导和教师适当指导下，通过查阅参考书，借助虚拟仿真系统完成实验内容、实验步骤和材料的设计，并自主完成该部分实验。扩展实验内容将有助于学有余力的学生进一步提高高分子化学实验技能，实现差别化教学。

在问题引导式实验教学模式下，学生将不再受实验教材、实验限时和实验结果评价方式的束缚，将散点式的实验教学转变为一条龙式的三阶段实验教学。问题引导式实验教学的主要优势是：充分发挥学生主动性，让学生进行探究性学习，将高分子化学理论教学和实验教学通过引导性问题进行融合;借助虚拟仿真实验系统达到对实验过程的熟练化和提高对知识点的运用能力;将实验课前、课中和课后的学习活动纳入考评，让学生不仅仅关注实验结果，而是在实验全过程中达到对知识和技能的熟练、深化和提高;实行差别化教学，满足学有余力的学生对于更高目标的实验要求。

同时，问题引导式实验教学法存在的主要问题包括：拉长了实验跨度，虽然使得实验操作阶段更为有效，但涵盖课前预习、实验操作和课后总结的全过程评价增加了教师很多工作量;需要学生具有较高的学习主动性，对于学习积极性不高的学生，效果不理想;如何构建以实验课教师为核心、以理论课教师为辅助的理论与实验相协同的教学团队，是实施问题引导式实验教学的关键。

4 结语

本文所述问题引导式教学有助于加强高分子化学理论课和实验课之间的联系和相互支撑。在高分子化学实验教学过程中，在实验前、实验中和实验后三个阶段分别设置相应的引导式问题：课前引导问题的教学主要依托教材和虚拟仿真系统;课内引导性问题的教学主要依托实验/测试操作装置和操作过程;课后引导性问题主要依托虚拟仿真系统和相关参考书。问题引导式实验教学的主要问题是如何构建理论与实验课程相协同的教学团队，如何更好地对学生实验全过程进行跟踪评价，需要继续探索。

参考文献

[1]陶雪燕.“问题引导—探究”式教学在高中有机化学实验教学中的应用研究[D].广西：广西师范大学，2017.

[2]熊清平.以问题为中心的教学法在有机化学实验中的应用与探讨[J].广西轻工业，2010（1）：92-93.

[3]蒋新宇，施树云，于金刚.问题式教学法在有机化学实验教学中的应用[J].光谱实验室，2012（4）：2548-2550.

[4]尹彥冰，张宏波，姜海燕，等.问题式教学法在有机化学实验课中的探索与实践[J].高师理科学刊，2012（5）：100-102.

[5]张静，张大海，赵海洲，等.LBL-PBL教学模式在有机化学实验教学中的应用探索[J].化工高等教育，2016（1）：52-55.

[6]杨海涛.“问题启发式”有机化学实验教学模式初探[J].广州化工，2010（12）：280-281.

[7]孙宏，都雪.探究式教学方法在有机化学实验中的应用[J].高师理科学刊，2013（6）：112-114.

[8]李伟萍，孙业平，杜卫东.引导学生参与化学实验教学策略初探[J].中国教育技术装备，2011（28）：164-165.

[9]黄浩，周欣然，唐波，等.高分子化学实验教学中的自主科研创新引导：以“水凝胶的制备与性能研究”为例[J].高分子通报，2018（4）：100-105.