高 濤，周彩新，劉顯明，楊緒紅，曾志剛，孫紹發(fā)

(湖北科技學(xué)院 核技術(shù)與化學(xué)生物學(xué)院，湖北 咸寧 437100)

自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)在高師有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用探索

高 濤，周彩新，劉顯明，楊緒紅，曾志剛*，孫紹發(fā)*

(湖北科技學(xué)院 核技術(shù)與化學(xué)生物學(xué)院，湖北 咸寧 437100)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)合格化學(xué)教師的重要方法和手段。本文分析了目前高等師范院校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，提出了開設(shè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的必要性，并闡述了開展自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程和方法。希望通過有機(jī)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)和提高化學(xué)教育專業(yè)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)。

化學(xué)教育；實(shí)驗(yàn)技能；有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)；自主設(shè)計(jì)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)上起著重要的作用[1，2]?；A(chǔ)教育課程改革綱要(試行)中強(qiáng)調(diào)學(xué)生應(yīng)通過實(shí)踐，增強(qiáng)探究和創(chuàng)新意識(shí)，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法，發(fā)展綜合運(yùn)用知識(shí)的能力[3]。新課改的實(shí)施對(duì)教師的教學(xué)能力提出了更高的要求，尤其是化學(xué)教師，要求不僅要有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)知識(shí)和過硬的基本操作技能，還要有優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織能力。才能在教學(xué)過程中起到言傳身教的作用[4]。但是受多種因素影響，高等師范院校特別是地方高師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn)重視不夠，因此許多化學(xué)教育專業(yè)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰α钊藫?dān)憂，如何加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)已經(jīng)迫在眉睫。

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)教育專業(yè)學(xué)生的必修課程在對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)上起著重要的作用，本文就如何在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開設(shè)有機(jī)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能提出自己的思考和建議。

一、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

目前 , 我國實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)多數(shù)仍停留在“三基層面”，即要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)基本原理 、 基本知識(shí)和基本操作 , 規(guī)范操作得出正確的數(shù)據(jù)和結(jié)論[2]，師范院校為了達(dá)到基本教學(xué)要求，只強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練而忽視了學(xué)生綜合科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，導(dǎo)致所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容刻板、枯燥。而且在教學(xué)過程中，教師為保證實(shí)驗(yàn)過程的安全及學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的成功率，將實(shí)驗(yàn)過程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)和現(xiàn)象都告訴學(xué)生，并反復(fù)強(qiáng)調(diào)，學(xué)生只需像機(jī)器人一樣由教師輸入程序就準(zhǔn)確無誤的完成實(shí)驗(yàn)。這種不動(dòng)腦、機(jī)械的操作很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性，也無法發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性[5]。

二、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的必要性

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)之一，其教學(xué)目的除掌握基礎(chǔ)有機(jī)實(shí)驗(yàn)技能和對(duì)課本知識(shí)的驗(yàn)證之外，對(duì)高師化學(xué)教育學(xué)生而言，其更重要的功能應(yīng)該是如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性[6]，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)，切實(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力及獨(dú)立組織和完成實(shí)驗(yàn)的能力。這些素質(zhì)和能力是一個(gè)中學(xué)化學(xué)教師能否進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求。但按現(xiàn)有的有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式很難達(dá)到上述培養(yǎng)目的，因此如何改變高師化學(xué)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)模式是高師化學(xué)教學(xué)工作者的教學(xué)研究的重要內(nèi)容。

自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是以學(xué)生為主體，通過查閱文獻(xiàn)，立足現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、單獨(dú)或以團(tuán)隊(duì)合作方式完成實(shí)驗(yàn)的一種新的教學(xué)模式。這種教學(xué)模式有別于“研究性實(shí)驗(yàn)”，提倡學(xué)生為主體，強(qiáng)調(diào)的是自主性和團(tuán)隊(duì)合作。這種教學(xué)模式對(duì)于有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說優(yōu)勢十分明顯，它既能改變過去實(shí)驗(yàn)教學(xué)“照方抓藥”所帶來的種種弊端，還能極大的提高學(xué)生綜合科研素質(zhì)。因此該教學(xué)模式對(duì)于高師培養(yǎng)“研究型教師”意義非常重大。

三、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施是一個(gè)系統(tǒng)工程，對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)間、場地、學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能基礎(chǔ)、教師的引導(dǎo)及評(píng)價(jià)等都要有一定的要求。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊衲茼樌麑?shí)施和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的經(jīng)驗(yàn)密不可分，以下是筆者開設(shè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中的一些體會(huì)，希望能對(duì)高師有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同行有一定的幫助。

1.進(jìn)行自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的前提條件

自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及開設(shè)前提條件為安全、經(jīng)濟(jì)、高效、科學(xué)、直觀。因此要滿足以上五點(diǎn)要求必須要有與之配套的實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)場地、實(shí)驗(yàn)耗材、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)者基礎(chǔ)技能等要求。

安全是首要前提，要充分考慮整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)出現(xiàn)的安全問題，一定要在設(shè)計(jì)之初盡可能的將一切不安全的因素考慮詳細(xì)，保證過程的安全、可控。要提倡實(shí)驗(yàn)的綠色化。經(jīng)濟(jì)是必要因素，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是教學(xué)實(shí)驗(yàn)不能等同科研實(shí)驗(yàn)，必須要考慮實(shí)驗(yàn)成本，要給學(xué)生提出“原子經(jīng)濟(jì)性”這一觀點(diǎn)，要提倡實(shí)驗(yàn)小量化、微量化。高效就是要求實(shí)驗(yàn)的效率要高，反應(yīng)速度要快，不能讓實(shí)驗(yàn)的時(shí)間過長?？茖W(xué)就是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)要具有科學(xué)性、實(shí)用性、創(chuàng)造性，能夠緊密聯(lián)系日常生活為佳，可實(shí)施性要強(qiáng)。直觀就是要求實(shí)驗(yàn)過程直觀、實(shí)驗(yàn)結(jié)果直觀，并要求立足地方高師的實(shí)驗(yàn)室條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。

2.自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

開設(shè)有機(jī)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，通過長期的教學(xué)摸索，筆者認(rèn)為分為四個(gè)階段比較合適。

基礎(chǔ)技能訓(xùn)練階段：該階段一般在大二上學(xué)期前半段完成，該階段十分重要，要求教師耐心、細(xì)心的完成對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)工作。學(xué)生必須在個(gè)人防護(hù)、實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)預(yù)防、實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)處理等方面做到熟悉、熟練，能夠臨危不亂、從容應(yīng)對(duì)任何突發(fā)事件。此外還要做到實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、數(shù)據(jù)處理精確，為后期的實(shí)驗(yàn)開展打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

綜合訓(xùn)練階段：該階段以有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)為主，通過教師的引導(dǎo)，如布置課前文獻(xiàn)查閱任務(wù)，讓學(xué)生以小組討論的形式探討教材中給出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目其發(fā)展趨勢、注意事項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵點(diǎn)等。并通過教師講解，介紹該實(shí)驗(yàn)課本的設(shè)計(jì)思想以及單個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)者的基本思路，教會(huì)學(xué)生學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)研究的一般方法，從而切實(shí)提高分析問題、解決問題的能力。

給定項(xiàng)目的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)階段：該階段是完全自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過渡階段，一般安排在大二下學(xué)期中段，由教師給定2-3個(gè)非課本中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。項(xiàng)目的指導(dǎo)原則是可實(shí)施性要強(qiáng)，能夠通過文獻(xiàn)檢索查到實(shí)驗(yàn)方法。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)可以是兩步以上的有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)或植物中活性成分的提取實(shí)驗(yàn)。開設(shè)給定項(xiàng)目的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生逐步適應(yīng)并學(xué)會(huì)如何自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。因?yàn)橥ㄟ^文獻(xiàn)檢索得到的實(shí)驗(yàn)方案要比課本中實(shí)驗(yàn)方案更簡練，所以學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案過程中必須要學(xué)會(huì)思考和處理文獻(xiàn)中的方法和數(shù)據(jù)，找出實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)和注意事項(xiàng)，并根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件科學(xué)合理的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和安全、高效的完成實(shí)驗(yàn)過程。

全自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)階段：該階段一般安排在大二下學(xué)期末實(shí)施，關(guān)于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教師可以通過與學(xué)生交流，引導(dǎo)學(xué)生完成一些難度適中的小課題，如合成熒光小分子、合成一系列不同香味的酯等。要求以團(tuán)隊(duì)的形式完成，團(tuán)隊(duì)要有明確分工。實(shí)驗(yàn)時(shí)間為兩周，第一周為設(shè)計(jì)時(shí)間，團(tuán)隊(duì)成員通過文獻(xiàn)檢索，以小組討論的形式完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，第二周的時(shí)間為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)反復(fù)修改設(shè)計(jì)思路并確定實(shí)驗(yàn)方案，最后以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式提交完整的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.教師的作用

教師是自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的引導(dǎo)者和指導(dǎo)者，教師的科研素質(zhì)和個(gè)人魅力對(duì)學(xué)生的影響非常大。從基礎(chǔ)訓(xùn)練開始，教師就要從嚴(yán)要求，規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，養(yǎng)成學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科研素質(zhì)，為后期實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)。綜合實(shí)驗(yàn)階段教師的作用是，進(jìn)一步鞏固和規(guī)范學(xué)生的操作技能，通過揣摩課本中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路，教會(huì)學(xué)生如何去確定反應(yīng)條件、選擇適量的實(shí)驗(yàn)試劑，最終制定實(shí)驗(yàn)方案。還要在課堂中引入綠色化學(xué)和微型化學(xué)的概念，在實(shí)驗(yàn)過程中有意識(shí)的教導(dǎo)學(xué)生科學(xué)處理實(shí)驗(yàn)污染物排放，培養(yǎng)學(xué)生綠色環(huán)保意識(shí)和可持續(xù)發(fā)展意識(shí)[7]。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)階段需要全程引導(dǎo)，從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的確定、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程的審核、實(shí)驗(yàn)過程的監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的考核教師必須全程參與，通過教師的學(xué)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生能夠安全、順利的完成其設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由上可見，教師是決定自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成敗的靈魂人物。

四、有機(jī)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中要注意的問題

有機(jī)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的是培養(yǎng)高師學(xué)生綜合科研素質(zhì)，對(duì)學(xué)生而言不僅要培養(yǎng)其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，更要培養(yǎng)其實(shí)驗(yàn)組織能力及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)作風(fēng)。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施是一個(gè)系統(tǒng)的過程，不能一味強(qiáng)調(diào)自主而盲目的設(shè)計(jì)，好的設(shè)計(jì)思路固然重要，但是如果沒有扎實(shí)的基本實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中就會(huì)出現(xiàn)操作不當(dāng)、方法錯(cuò)誤、對(duì)問題處理不合理等問題。其最終結(jié)果是，教師反復(fù)糾正指導(dǎo)，效率低下，學(xué)生逐漸在實(shí)施過程中喪失耐心和積極性。最終自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流于形式，難以達(dá)到預(yù)期目的。所以在有機(jī)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生是實(shí)施自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵因素。

五、結(jié)語

在開設(shè)有機(jī)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)遇到過各種困難，但是這些困難都不能阻擋學(xué)生求知的欲望。而且在攻克難關(guān)的過程中，既鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，還能讓學(xué)生獲得更多成功的喜悅。通過三年的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)現(xiàn)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力、文件檢索能力、組織及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等綜合科研素質(zhì)的提高有著積極的作用。相信學(xué)生也會(huì)將自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中所學(xué)到的知識(shí)，應(yīng)用于未來的中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，用探究性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法激發(fā)中學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情，為國家培養(yǎng)出更多的綜合性人才。

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2016-08-30 基金項(xiàng)目：湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(Q20162802); 湖北科技學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目(2012X025B;2014-XB-019) 通訊作者：曾志剛(1981-)，男，湖北省仙桃人，湖北科技學(xué)院核技術(shù)與化學(xué)生物學(xué)院講師，研究方向：有機(jī)合成，E-mail:zzgang2012@hotmail.com;孫紹發(fā)(1964-)，男，湖北省嘉魚人，湖北科技學(xué)院核技術(shù)與化學(xué)生物學(xué)院教授，研究方向：有機(jī)小分子催化，E-mail:sunshaofa@mail.hbust.com.cn。

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