董立軍，王薇，呂東煜，蘭景鳳

蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，蘭州 730000

實驗教學(xué)是高校教學(xué)體系中的重要環(huán)節(jié)之一，實驗教學(xué)改革亦是我國高校教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一[1]。21世紀(jì)高等學(xué)校的實驗教學(xué)強調(diào)通過實驗課程培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新能力、獨立思維與研究能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)[2,3]。而自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)是開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維、增強獨立研究能力、培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)能力的基礎(chǔ)。因此，隨著社會發(fā)展對人才綜合素質(zhì)要求的提高，傳統(tǒng)實驗教學(xué)的革新勢在必行[4–6]。

1 創(chuàng)新教學(xué)理念

基礎(chǔ)化學(xué)實驗I是由化學(xué)創(chuàng)新國家級實驗教學(xué)示范中心(蘭州大學(xué))面向一、二年級本科生開設(shè)的化學(xué)實驗課程，包括無機化學(xué)實驗、分析化學(xué)實驗和有機化學(xué)實驗。其中，分析化學(xué)實驗課程共126學(xué)時，在基礎(chǔ)化學(xué)實驗I課程中占比32%。分析化學(xué)實驗作為無機化學(xué)實驗的后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)實驗課程，其目的是通過基本操作、經(jīng)典實驗、設(shè)計實驗和拓展實驗等形式的訓(xùn)練，使學(xué)生進一步熟練掌握分析化學(xué)實驗的基本操作。并且，通過學(xué)習(xí)化學(xué)實驗的基本知識，使學(xué)生加深對分析化學(xué)基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識的理解和掌握，從而培養(yǎng)學(xué)生獨立工作和獨立思考的能力，培養(yǎng)正確歸納和綜合處理數(shù)據(jù)的能力，培養(yǎng)用客觀簡練的語言表達實驗結(jié)果的能力以及一定的設(shè)計實驗、研究實驗的能力。通過培養(yǎng)學(xué)生實事求是、細致嚴(yán)謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，使學(xué)生形成良好的科學(xué)習(xí)慣及科學(xué)的思維方法，從而逐步掌握科學(xué)研究的方法。

在傳統(tǒng)的實驗課程教學(xué)模式中，教師按實驗內(nèi)容及步驟認真地講解，學(xué)生按教師的講解“照方抓藥”[7]，學(xué)生即使不理解自己所做的實驗，也可以“成功”完成實驗。學(xué)生在實驗過程中對教師過分依賴，自主學(xué)習(xí)意識較差，學(xué)而不思、機械隨眾的學(xué)習(xí)態(tài)度較為普遍，對于大學(xué)一年級的學(xué)生來說更是如此。長此以往，學(xué)生的創(chuàng)造性被扼殺，不僅達不到對分析化學(xué)基本原理和概念深層次的認識和理解，更不能達到培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、解決實際問題能力的教學(xué)目的。

在創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的研究型教學(xué)模式中，應(yīng)以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，教師引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、自行解決問題，鼓勵學(xué)生個性發(fā)展。因此，教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變是創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)，只有教師充分意識到培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的重要意義，才能把研究能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿于日常的實驗課程教學(xué)中。

2 改革教學(xué)方法

2.1 以問題為導(dǎo)向、線上線下相結(jié)合的預(yù)習(xí)方式

課前預(yù)習(xí)是實驗課程的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，充分全面地預(yù)習(xí)實驗原理、實驗內(nèi)容、實驗步驟和實驗基本操作等，才能加深對實驗的理解。當(dāng)學(xué)生做到知其然且知其所以然之后，學(xué)生進入實驗室就不會手忙腳亂，就不僅只是“照方抓藥”了。教師針對實驗中的關(guān)鍵點有的放矢地提出問題，讓學(xué)生在預(yù)習(xí)實驗階段通過解決問題來學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識，進而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。表1是基礎(chǔ)分析化學(xué)實驗課程所開設(shè)的實驗內(nèi)容及學(xué)時分配[8]，以典型的分光光度實驗“磺基水楊酸鐵配位數(shù)和穩(wěn)定常數(shù)的測定實驗”為例，教師從實驗的不同角度設(shè)計預(yù)習(xí)思考題(表2)，學(xué)生預(yù)習(xí)并完成實驗后可以在實驗報告中書面回答全部或部分預(yù)習(xí)思考題(圖1)。

圖1 學(xué)生實驗報告中回答的預(yù)習(xí)思考題

表1 基礎(chǔ)分析化學(xué)實驗課程開設(shè)的實驗項目及學(xué)時分配

表2 磺基水楊酸鐵配位數(shù)和穩(wěn)定常數(shù)測定實驗的預(yù)習(xí)思考題

預(yù)習(xí)實驗除了以問題為導(dǎo)向，深入透徹地預(yù)習(xí)實驗原理、梳理實驗步驟，還需預(yù)習(xí)相關(guān)的基本實驗操作，為進入實驗室夯實基礎(chǔ)。教師可通過超星的一平三端等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺給學(xué)生提供各種資料(圖2)及網(wǎng)絡(luò)資源。對于一些簡單儀器的操作，教師可以提供文字版或圖片版操作指南，也可以提供相關(guān)操作視頻的鏈接和虛擬仿真操作練習(xí)的鏈接。

圖2 蘭州大學(xué)“一平三端”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺發(fā)布通知及資料的界面

化學(xué)創(chuàng)新國家級實驗教學(xué)示范中心(蘭州大學(xué))網(wǎng)絡(luò)資源涵蓋了虛擬仿真教學(xué)平臺、基礎(chǔ)化學(xué)實驗視頻教學(xué)庫等教學(xué)資源，中心網(wǎng)絡(luò)平臺上的化學(xué)實驗flash動畫資源庫(圖3)涵蓋了基礎(chǔ)分析化學(xué)實驗中的各項操作單元，使教學(xué)內(nèi)容動態(tài)化、具體化，有利于學(xué)生提前預(yù)習(xí)，為學(xué)生進行即時自主預(yù)習(xí)提供了線上平臺。同時可加深學(xué)生對實驗課程的了解和掌握，進一步提高了實驗教學(xué)效率。

圖3 化學(xué)創(chuàng)新國家級實驗教學(xué)示范中心(蘭州大學(xué)) flash動畫資源庫界面

2.2 實驗講授采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法

經(jīng)過全面、深入的預(yù)習(xí)，學(xué)生已具備一定的理論知識，基本掌握實驗的相關(guān)操作，此時的實驗講授可采用“翻轉(zhuǎn)式”課堂教學(xué)，讓學(xué)生變身為“小老師”，將課堂交給學(xué)生，進行實驗講授、操作演示，并對實驗預(yù)習(xí)思考題組織討論，讓同學(xué)們自由、大膽地表達自己的見解，營造出一個民主平等的學(xué)習(xí)氛圍。此時教師的作用只是引導(dǎo)，最后對學(xué)生的講授和討論進行補充和總結(jié)。學(xué)生在講堂上獲得自信，掌握較大的自主權(quán)，能有效促使學(xué)生在實驗教學(xué)活動中進一步自主探索、思考，做到既“樂學(xué)”又“善學(xué)”。通過PBL (Problem-Based Learning)教學(xué)法[9]，還可以加強教師與學(xué)生的互動，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性；通過查閱資料、討論交流的合作學(xué)習(xí)等方式鞏固重難點內(nèi)容，從而讓學(xué)生通過主動的探究學(xué)習(xí)獲得知識。

2.3 強化實驗中的討論總結(jié)教學(xué)環(huán)節(jié)

學(xué)生全面的預(yù)習(xí)能有效加快實驗進度，實驗結(jié)束后教師可及時組織學(xué)生對當(dāng)天的實驗進行討論分析，討論的內(nèi)容包括預(yù)習(xí)中不能充分理解的難點、學(xué)生得到不同實驗現(xiàn)象的原因探究以及操作中的細節(jié)、數(shù)據(jù)的處理等等。通過及時、“新鮮”的回顧，教師引導(dǎo)學(xué)生進一步挖掘?qū)嶒灛F(xiàn)象背后的理論依據(jù)，加深對化學(xué)基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識的理解和掌握。組織學(xué)生對實驗操作中的問題及時討論總結(jié)，有利于學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)不足并改正，快速提升實驗技能。對數(shù)據(jù)處理和實驗報告撰寫的討論，能有效培養(yǎng)學(xué)生正確歸納和綜合處理數(shù)據(jù)的能力，培養(yǎng)用科學(xué)的語言表達實驗結(jié)果的能力。

2.4 增加實驗拓展、實驗設(shè)計及實驗的趣味性

為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維，應(yīng)鼓勵學(xué)生大膽思考，在安全前提下大膽嘗試。為此，我校分析化學(xué)實驗課程在經(jīng)典實驗的基礎(chǔ)上增加了實驗拓展及實驗設(shè)計。師生互動，加強啟發(fā)，這是立足于學(xué)生的探究性、主動性、拓展性的開放型學(xué)習(xí)。實驗拓展能夠引導(dǎo)學(xué)生去更深層聯(lián)想，鍛煉學(xué)生的想象力及發(fā)散思維。例如磺基水楊酸鐵配合物穩(wěn)定常數(shù)的光度法測定實驗結(jié)束后，可以引入光度法測定解離平衡常數(shù)的拓展內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生探究什么樣的弱酸解離體系可以用光度法測定解離平衡常數(shù)，如何測定？學(xué)生自主查閱資料，自行設(shè)計實驗方案，教師審核通過后，可允許學(xué)生在后期相關(guān)實驗中按照自己設(shè)計的實驗方案進行實驗。

同時為增加學(xué)生對實驗課程的興趣，教師可以設(shè)法將經(jīng)典的實驗內(nèi)容教學(xué)環(huán)節(jié)貼近生活，增加學(xué)生的自主參與性。例如天然水硬度測定和天然水高錳酸鹽指數(shù)測定，這是分析化學(xué)實驗中的兩個經(jīng)典實驗，可以讓學(xué)生按照自己的喜好取樣，可以取宿舍的自來水、噴泉的景觀水、翠英山腳下的渠水，甚至也可以取市場上養(yǎng)魚的水。當(dāng)然不同的樣品有不同的前處理方法，實驗步驟也會略有差異，這恰好可以引導(dǎo)學(xué)生自主預(yù)習(xí)、自行設(shè)計，促進學(xué)生創(chuàng)造性思維的形成。

3 優(yōu)化考核方式

化學(xué)化工學(xué)院每年招收全日制本科生220人左右，實驗平行班級8個。每個實驗平行班安排2位實驗指導(dǎo)教師和1位研究生助教。為保證平行班級成績評定的公平合理性，實驗教學(xué)示范中心制定了實驗成績給分標(biāo)準(zhǔn)。單次實驗成績的給分比例是預(yù)習(xí)與記錄10%、實驗操作40%、實驗結(jié)果與報告40%和紀(jì)律與衛(wèi)生10%。實驗課程考核實行多元化考核方式，平行實驗班期末統(tǒng)一安排實驗考試和實驗筆試考試，平時實驗、小組討論和期末實驗考試為過程性考核，學(xué)生總評成績中過程性考核占比75%–80%，期末實驗筆試考試成績占比20%–25%。

2020年由于疫情的影響，學(xué)生返校后需在6周時間內(nèi)完成分析化學(xué)實驗課程，故沒有組織聚集性的實驗筆試考試?，F(xiàn)對2018和2019年學(xué)生成績進行對比分析，圖4是2016、2017兩個年級16個平行實驗班級的過程性考核成績和筆試成績的班級平均成績分布圖。從圖中可以看出，學(xué)生的過程性考核成績分布較均勻，并且實驗筆試考試成績總體低于過程性考核成績。說明學(xué)生在老師的引導(dǎo)下都能積極自主地預(yù)習(xí)實驗并完成實驗操作，能夠合理記錄實驗數(shù)據(jù)并完成實驗報告。盡管學(xué)生動手能力較強，但對于實驗現(xiàn)象背后的實驗原理和理論知識掌握還略有欠缺，而且學(xué)生的理論知識掌握程度差異較大。圖4中兩個年級的化學(xué)基地班實驗筆試考試平均成績明顯高于同年級其他化學(xué)班，說明基地班學(xué)生的理論知識掌握程度要優(yōu)于普通化學(xué)班學(xué)生?？己朔绞降膬?yōu)化改革能清晰反映出學(xué)生在實驗課程學(xué)習(xí)中存在的問題，同時也能有效激勵學(xué)生在完成實驗的基礎(chǔ)上加強實踐與理論的結(jié)合并深度挖掘、掌握自身欠缺的理論知識。

圖4 2018、2019年分析化學(xué)實驗班級平均成績分布圖

4 結(jié)語

基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程是傳授化學(xué)知識和基礎(chǔ)化學(xué)實驗技能、訓(xùn)練科學(xué)的思想和實驗方法、培養(yǎng)科學(xué)的精神和工作能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。如何通過實驗教學(xué)中的各個環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和自主學(xué)習(xí)能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，需要我們認真研究。蘭州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院近3年分析化學(xué)實驗課程的教學(xué)方法改革可以總結(jié)如下：首先，教師應(yīng)樹立“以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為導(dǎo)向”的新的教學(xué)理念；其次，教學(xué)方法改革為以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)的多元化教學(xué)方式；最后，優(yōu)化考核方式，增加學(xué)期末的實驗筆試考試。新的教學(xué)方法實施三年來，在引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、積極性、進取性和創(chuàng)造性上都取得了一定的效果。