段 磊，周 侃，王立春，張煜桁，姚 佳

(1 常州工學(xué)院化工與材料學(xué)院，江蘇 常州 213032；2 陸軍工程大學(xué)基礎(chǔ)部，江蘇 南京 211101)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為手段，研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的基礎(chǔ)科學(xué)。大學(xué)化學(xué)作為軍校本科學(xué)生必修課程，旨在提升學(xué)生的科學(xué)思維和能力素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生辯證思維、家國情懷和戰(zhàn)斗意識(shí)。大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是大學(xué)化學(xué)課程重要的組成部分，在增強(qiáng)學(xué)員實(shí)踐動(dòng)手能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)方面顯得尤為重要。

1 開展探究式教學(xué)的背景

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是科學(xué)家基于科學(xué)實(shí)驗(yàn)條件不斷摸索探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及客觀規(guī)律的科學(xué)手段。傳統(tǒng)大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)通常采用“滿堂灌”、“一言堂”方式[1]，老師為主體，講授完畢后，學(xué)生再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。這種模式存在很多弊端，如只關(guān)注學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，而忽略學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的興趣、熱情、探索與發(fā)現(xiàn)精神，以及存在理論和實(shí)踐連貫性差等問題。

大學(xué)化學(xué)作為一門公共通識(shí)類課程，共32個(gè)課時(shí)，而大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課課時(shí)僅占大學(xué)化學(xué)課時(shí)的1/4。因此，如何在較少課時(shí)內(nèi)，讓學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生濃厚興趣，初步讓他們養(yǎng)成化學(xué)科學(xué)思維，是大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)重點(diǎn)關(guān)注的問題[2]。同時(shí)，現(xiàn)在軍校學(xué)生主要以“00后”為主體，他們思維活躍、接受新知識(shí)能力強(qiáng)，強(qiáng)行灌輸?shù)慕虒W(xué)方法非常不適宜、不明智。大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生好奇心強(qiáng)、主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)薄弱等特點(diǎn)，通過抓住他們的興趣點(diǎn)，提升他們對(duì)課堂的喜愛度和好奇心，驅(qū)使他們自發(fā)地對(duì)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)的探究，這將極大地提升學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手、創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)素養(yǎng)等能力，也有效提高他們的工程素養(yǎng)、日常安全、戰(zhàn)場(chǎng)生存等軍事化素養(yǎng)[3]。

隨著教育的發(fā)展，探究式教學(xué)作為新的教學(xué)法越來越受到重視。教育學(xué)家約翰·杜威最早提出探究式教學(xué)法，其主要思想是在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生為主體，他們自覺地、主動(dòng)地探索，掌握認(rèn)識(shí)和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的起因和事物內(nèi)部的聯(lián)系，從中找出自然規(guī)律，形成概念，建立自己的認(rèn)知模型和學(xué)習(xí)方法架構(gòu)。

大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課分為基本原理和實(shí)驗(yàn)操作兩部分，其中實(shí)驗(yàn)操作部分包含：常規(guī)基本操作、儀器使用、誤差分析、操作失誤分析等[4]。本課程是一門理論和實(shí)踐相結(jié)合的功課，因而對(duì)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)實(shí)施提出更高的要求。針對(duì)上述問題，提出了探究法教學(xué)模式，將大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課從傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)過渡到以學(xué)生為中心，提高他們學(xué)習(xí)的積極性，引導(dǎo)他們主動(dòng)探究，培養(yǎng)他們“主人翁”意識(shí)。

2 探究式教學(xué)的實(shí)施

如何開展大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程？通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，不斷優(yōu)化條件，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后進(jìn)而歸納總結(jié)得到實(shí)驗(yàn)規(guī)律，而并非通過實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證規(guī)律的方式。我們將探究式教學(xué)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)課堂開展教學(xué)活動(dòng)。

(1)教學(xué)層次

非化學(xué)化工專業(yè)高等教育本科。

(2)課程性質(zhì)

必修考查課。本課程并非培養(yǎng)專門化學(xué)人才的專業(yè)課程開設(shè)，而是作為科學(xué)文化通識(shí)課程，為我校學(xué)生在本科學(xué)習(xí)階段打下一定的化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)，堅(jiān)定文化自信、培養(yǎng)學(xué)生家國情懷。

(3)授課內(nèi)容

圍繞大學(xué)化學(xué)課程的建設(shè)，我們開展了四個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。一方面補(bǔ)充理論知識(shí)點(diǎn)，另一方面更切合實(shí)際應(yīng)用。理論和實(shí)際的聯(lián)系為學(xué)生在生活、軍事活動(dòng)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下打下良好的科學(xué)思維基礎(chǔ)。我們以“污水的處理與監(jiān)測(cè)”為例，嘗試了探究式教學(xué)。

(4)課堂授課實(shí)施

圖1 探究式教學(xué)課堂實(shí)施方案

為了讓學(xué)生對(duì)本次實(shí)驗(yàn)課程有基本的認(rèn)識(shí)，我們提供了MOOC、微課等線上資源。課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)，通過視頻介紹對(duì)水污染有初步了解，可提前做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)工作。課堂中首先利用短視頻介紹了水污染對(duì)我們?cè)斐傻纳钸h(yuǎn)影響，PPT展示的圖片讓學(xué)生身臨其境，明確水污染的危害性，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生污水處理的想法(見圖2)。接著，老師講解“污水的處理與監(jiān)測(cè)”基本原理(涉及離子交換技術(shù)、分光光度法的基本原理、朗伯-比爾定律和金屬離子顯色原理等)。隨后，采用問題鏈的方式，將問題不斷拋出，與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，關(guān)注問題與問題間相互銜接，有效調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂中的積極性。

圖2 短視頻和PPT圖片課程引入

在介紹完污水處理的重要性與基本原理后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作的教學(xué)環(huán)節(jié)。本次實(shí)驗(yàn)使用的主要儀器是紫外可見分光光度計(jì)和離子交換處理系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)具體操作內(nèi)容包含：配制標(biāo)準(zhǔn)濃度溶液、離子交換處理系統(tǒng)凈化污水、分光光度法測(cè)定分析水中的Fe2+濃度等。傳統(tǒng)的教學(xué)模式直接采用PPT介紹實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟等，學(xué)生只能利用抽象思維進(jìn)行記憶和理解。在后期的實(shí)驗(yàn)過程中，極易出現(xiàn)明顯差錯(cuò)，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)習(xí)效果通常較差。而本次課堂教師采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)演示的方法，一邊講解儀器的使用方法，一邊進(jìn)行相關(guān)操作，學(xué)生更直觀地理解與學(xué)習(xí)，邊聽講邊摸索，大大提升學(xué)習(xí)效率(見表1)。此外，還可讓學(xué)生進(jìn)行自主演示實(shí)驗(yàn)，教師輔助解疑答惑，指出學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的漏洞和不規(guī)范操作。隨后，學(xué)生分為兩人一組，以合作的方式對(duì)污水處理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題，學(xué)生會(huì)優(yōu)先選擇小組內(nèi)討論的方式予以解決，教師適時(shí)點(diǎn)撥，引導(dǎo)科學(xué)探究的方向。本次實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主體，教師扮演了引導(dǎo)引入的角色，提升了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。

表1 大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中探究式教學(xué)的實(shí)施

最后學(xué)生得到原始數(shù)據(jù)，采用標(biāo)準(zhǔn)工作曲線測(cè)定溶液中金屬離子濃度的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同時(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)數(shù)據(jù)總結(jié)相應(yīng)的規(guī)律。本次實(shí)驗(yàn)不僅讓學(xué)生了解離子交換樹脂處理污水的原理、掌握離子交換樹脂的使用方法，還學(xué)習(xí)分光光度計(jì)的基本構(gòu)造和工作原理，掌握其使用方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師給學(xué)生設(shè)置一些思考題(如：離子交換裝置中，陽離子交換柱能否與陰離子交換柱調(diào)換位置？為什么要在510 nm測(cè)定該反應(yīng)溶液的吸光度？水體中另一主要污染物Cr元素能否用該方法檢測(cè)，有什么改進(jìn)意見？)，進(jìn)一步鞏固和加深課堂教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，俱樂部為課堂實(shí)驗(yàn)的拓展提供了一種有效方式，學(xué)生可參與俱樂部活動(dòng)進(jìn)行進(jìn)一步的科學(xué)探究。俱樂部具有開放性、共享性，根據(jù)自己的興趣或疑惑，不僅可自主探究化學(xué)實(shí)驗(yàn)，也可為學(xué)生提供了展示的空間。通過俱樂部實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證思考題，也可以做一些課外延伸。利用氣相色譜、高效液相色譜、電感耦合等離子體光譜等有效方法，檢測(cè)水質(zhì)的其他指標(biāo)。興趣是最好的老師，探究式教學(xué)激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題—提出方案—解決問題—總結(jié)規(guī)律的能力。

3 探究式教學(xué)效果評(píng)價(jià)

在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，我們選取了兩個(gè)班，一個(gè)班級(jí)采用探究式教學(xué)方式，另一個(gè)班級(jí)仍然采用傳統(tǒng)教學(xué)方式。兩個(gè)班班級(jí)人數(shù)均為50人，最后進(jìn)行了化學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)對(duì)比。由表2數(shù)據(jù)可以看出：兩個(gè)班成績(jī)大部分集中于70～79，80～89兩個(gè)分?jǐn)?shù)段，但是采用了探究式教學(xué)法高分?jǐn)?shù)段人數(shù)明顯高于對(duì)照班，對(duì)照班良好率(>80)僅為28%，實(shí)驗(yàn)班良好率高達(dá)60%。并且不及格率也從2%降到0%。結(jié)果顯示，利用探究式教學(xué)不僅課堂氣氛活躍、學(xué)生積極性高，還能有效提高考核成績(jī)。

表2 實(shí)驗(yàn)班和對(duì)照班實(shí)驗(yàn)成績(jī)對(duì)比

為了進(jìn)一步評(píng)價(jià)探究式教學(xué)的效果，我們對(duì)實(shí)驗(yàn)班進(jìn)行了問卷調(diào)查[5]，從學(xué)生角度對(duì)該教學(xué)模式評(píng)價(jià)反饋(見圖3)。問卷調(diào)查主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：課程中是否使用探究式教學(xué)？能否激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、增加互動(dòng)？是否有助于學(xué)習(xí)、提高學(xué)習(xí)成績(jī)？學(xué)生是否喜歡該教學(xué)方式等幾個(gè)方面，評(píng)價(jià)分為“是、否”兩個(gè)選項(xiàng)?？偣舶l(fā)放50份問卷調(diào)查，回收50份，有效率100%。

圖3 學(xué)生對(duì)探究式教學(xué)的評(píng)價(jià)反饋

從調(diào)查結(jié)果分析：

(1)通過對(duì)實(shí)驗(yàn)班的調(diào)查，100%的學(xué)生選擇使用了探究式教學(xué)。說明從學(xué)生角度該模式與傳統(tǒng)模式存在較大差別，在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中我們確實(shí)實(shí)施了新的教學(xué)模式，而非傳統(tǒng)填鴨式教學(xué)。

(2)98%的學(xué)生認(rèn)為使用了探究式教學(xué)能增加課堂互動(dòng)，同時(shí)所有人選擇能激發(fā)他們的興趣，并且最終有98%喜歡探究式教學(xué)。這充分說明該模式不是一味傳授知識(shí)，而是改變了以前枯燥乏味的課堂，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，調(diào)動(dòng)他們的積極性，主動(dòng)地去探究、發(fā)現(xiàn)問題。學(xué)生喜歡課堂，才能提高他們學(xué)習(xí)效率。

(3)由于大多數(shù)學(xué)生喜歡探究式教學(xué)，96%的學(xué)生認(rèn)為有助于學(xué)習(xí)，98%的學(xué)生支持該方法提高了學(xué)習(xí)成績(jī)，從主觀上他們覺得對(duì)成績(jī)提高是有幫助。從客觀上表1中同樣顯示出實(shí)驗(yàn)班的成績(jī)明顯優(yōu)于對(duì)照班。因此學(xué)生主觀上對(duì)探究式教學(xué)的喜愛，更容易提升他們的學(xué)習(xí)成績(jī)。

4 探究式教學(xué)的意義

4.1 從教育學(xué)角度，顯著提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

探究式教學(xué)作為一種改革創(chuàng)新教育理念融入到課堂中，打破傳統(tǒng)“老師講、學(xué)生聽”單一模式[6]。從以前老師為主體變成學(xué)生為中心的課堂，在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下，發(fā)揮學(xué)生更多的主觀能動(dòng)性和有效互動(dòng)，增加了他們對(duì)學(xué)習(xí)的熱情，讓學(xué)生找到了“主人翁”意識(shí)[7]。學(xué)習(xí)不再是強(qiáng)制性，學(xué)習(xí)能力差的學(xué)生也會(huì)不厭學(xué)，好奇心驅(qū)使每個(gè)人積極參與。正是因?yàn)檫@樣由內(nèi)而外，他們?cè)敢庖孕〗M形式花更多時(shí)間去討論、探究、合作實(shí)驗(yàn)，在過程中不斷成長(zhǎng)。俱樂部作為一種開放式平臺(tái)也為學(xué)生復(fù)雜有趣的實(shí)驗(yàn)提供了機(jī)會(huì)。探究式教學(xué)模式奠定基礎(chǔ)的化學(xué)知識(shí)體系，培養(yǎng)基本的實(shí)驗(yàn)技能，顯著提升大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)，具有較好的教學(xué)效果。同時(shí)在創(chuàng)造性思維、溝通能力、實(shí)踐動(dòng)手能力等科學(xué)素養(yǎng)也具有促進(jìn)作用。為新時(shí)代的課堂教學(xué)改革提供了一種切實(shí)可行的方法。

4.2 從社會(huì)學(xué)角度，有助于增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力

大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程需要膽大心細(xì)、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度，探究式教學(xué)在實(shí)施過程中需要學(xué)生具有發(fā)現(xiàn)問題—提出方案—解決問題—總結(jié)規(guī)律的能力，因而對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力、科學(xué)思維能力有一定的提升[8]。對(duì)于軍校學(xué)生，未來戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜多變，科學(xué)思維方式、創(chuàng)新素質(zhì)、綜合能力等將有利于增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)技術(shù)能力，為軍事化行動(dòng)提供了保障，為科技強(qiáng)軍、科技強(qiáng)國打下良好基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語

大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，傳統(tǒng)教學(xué)方式無法滿足培養(yǎng)高素質(zhì)的軍事化人才的需求。為此，將探究式教學(xué)策略運(yùn)用到大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中，突出學(xué)生的中心地位，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性。通過探究該教學(xué)策略的實(shí)施過程，并采取化學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)對(duì)比分析和問卷調(diào)查兩種方式進(jìn)行教學(xué)效果評(píng)價(jià)，最終得到探究式教學(xué)策略能有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)科探究興趣和學(xué)習(xí)積極性。通過探究式教學(xué)策略的實(shí)施，學(xué)生在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂有了“主人翁”意識(shí)，提升參與感，增強(qiáng)求知欲，化學(xué)實(shí)驗(yàn)成績(jī)顯著提高。同時(shí)，還促進(jìn)了學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新意識(shí)等科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，切實(shí)提升了教學(xué)效果。