创新实验教学模式的探索与实践

客慧明 王小逸 林兴桃 白广梅 陈永宝

北京工业大学 北京 100124

化学是一门以实验为基础的学科，化学专业的学生，除了要学习理论知识外，还必须进行大量实验课程的学习。化学实验是学生学习化学知识，研究物质的组成、结构、性质，以及掌握物质变化规律的基础。通过实验教学，不仅可以授予学生知识和技能，培养学生的实验操作能力、思维能力和创新能力，而且还会影响学生的世界观和思维方式。化学实验的教学体系，一般由验证实验、设计实验和综合实验构成。通过这3个模块的学习，学生的实验操作技能和思维能力都可以得到一定程度的提高。但是，由于教师教学观念和学生学习积极性等原因，实验基本上是学生按照实验讲义或者在教师讲解指导下完成的。在这个过程中学生更多的是充当指令接受者，自己思考问题和独立操作的积极性较差，实验成了学生拿到学分的一个工具。同时，许多高校都面临着基础化学实验课程学时的缩减，学生无法获得足够的实验学习时间和实践机会，导致学生在化学实验研究方面的动手能力和设计能力普遍较差。

针对传统实验教学中存在的不足，各高校纷纷出台适合各自院校特征的实验教学改革方案，创新能力和创新意识的培养已经成为高等教育中实践教学的重要环节[1-8]。北京大学化学基础实验教学中心在原有综合实验教学的基础上，将实验课延伸到科研学术领域[9]，让学生在实验中了解到科学研究的前沿进展，把课堂上所学到的综合实验知识和技能与科研实际相结合，促进学生对所学知识的理解和应用，提高综合实践能力和创新能力。南开大学则是以创新实验的形式鼓励大学生积极参与到科研项目中来，并从中选拔优秀的学生和课题参加国家大学生创新性实验计划项目。浙江大学提出了“自助餐式”实验教学模式，对传统的教学模式做出了改进。同时，为进一步实现以学生为主体、充分调动学生的主观能动性，浙江大学确立了自主设计创新实验模式，彻底改变了传统的、以验证性为主的实验旧模式[10]。为了克服旧的实验教学体制的种种弊端，我校基础化学实验中心进行了创新实验项目的教学探索，形成了一套有自身特色的实验教学方法。创新实验项目为学生提供一定数量的创新实验课题，由学生自己选择课题，在实验教师的指导下，学生自己查阅资料，设计实验方案，独立完成实验，最后提交论文。为期一个学期的创新实验，为学生营造了自主学习、自主设计、自主探索的环境，使学生的创新能力得到培养和提高。

1 创新实验教学模式的特点

1.1 开放性

指时间、空间、仪器以及课题均向学生开放。学生可以选择自己喜欢的课题，课余时间来实验室做实验，在教师指导下学会仪器使用后可独立进行操作。2006～2011年的6年间学生共使用实验室达到156 864人次，在创新实验中用到的大型仪器有气质联用仪、气相色谱仪、液相色谱仪、红外分光光度计、紫外分光光度计、可见分光光度计、扫描电镜、原子吸收光谱仪、气溶胶光谱仪、电化学分析仪等。课外学时总数为156 864人时。

1.2 强调学生的自主性

课题的设计和实施充分尊重学生的主体地位。从选题、查阅资料、设计实验方案到完成实验，都由学生独立进行，教师在各环节进行必要的引导，在学生遇到问题时给予及时的指导。在2006～2011年间创新实验共完成课题43项，选题时学生自由组合，分工合作，课题在网上公示后由学生自主选择，不清楚的问题可以向指导教师了解。

1.3 强调兴趣

兴趣是最好的老师，我们在创新实验项目设计过程中更强调兴趣，充分考虑到了本科生的特点，注意激发和培养学生对科研的兴趣。课题设计立足于解决生活、教学、科研中的实际问题，具有如下特点。其一，课题贴近生活。如：果汁饮料中维生素C和葡萄糖含量的测定，食盐中碘含量的快速测定，生活饮用水中常见金属离子的分析，变废为宝—由蛋壳制备丙酸钙的研究，食物中所含营养元素的分析等创新实验课题。这些课题均以生活中常见的食品为实验材料，利用课上所学的基础知识对原料中的目标化合物进行分析测定或转化，能极大地激发学生的探究兴趣，同时在设计和完成实验过程中又培养和锻炼了学生的动手能力。其二，课题小而精。由于本科生基本没有参加过科研项目，课题大了会让他们觉得难以完成从而失去信心，失去对科学研究的兴趣。课题小而精是指学生经过一段时间的思考与实践基本能够完成该课题，并从中感受到成功的喜悦，从而增加其在科学研究领域的自信，进一步加强学生对化学实验和科学研究的兴趣。课题在设计时要求教师对课题的工作量深入了解。虽然课题是由学生自主完成，但是指导教师要充分考虑课题对学生来说是否太大而导致难以完成。

1.4 强调团队协作精神

我们设计的创新实验项目要求2名或3名学生为一组，共同完成实验项目。在完成课题的过程中互相探讨，优势互补，分工合作。创新实验课题的设计不仅要培养学生的创新能力，还要培养他们的团队协作精神。同时，在答辩的时候也要求小组成员共同完成PPT和答辩提问。

1.5 强调过程

创新实验的完成更加注重学生的实践和学习的过程，而不过分关注实验的结果。科学研究过程是一个探究和发现的过程，在这个过程中学生所学到的知识和培养的能力远比实验结果更加重要。允许失败，正视失败，才能培养学生正确的世界观。在创新实验过程中培养学生良好的学习习惯和思维习惯，激发学生的科研兴趣和求知欲，以及培养学生严谨的科研作风是创新实验的重要目的。例如在酚试剂分光光度法测甲醛的上限的实验中，有两名学生进行了大量的实验但未能在答辩前完成该项目。答辩时指导教师依然对他们的成绩给予了肯定，并引导他们找到了实验没有完成的原因。在创新实验的过程中，我们注重的是通过科研活动的过程来引导学生，让学生在自主学习过程中培养自身的创新能力，而不是过分关注学生所做课题是否取得成果[11]。

2 创新实验的实施过程

如图1所示，我校基础化学实验中心创新实验项目是由创新实验教师团队每年为学生提供一定数量的小课题，由学生自己选择课题，并依据所选择的课题进行分组，一般两人为一组。学生选择自己喜欢的课题后首先通过查找资料对课题进行深入了解和分析，然后提交实验设计思路和所需实验仪器设备、药品清单，与指导教师讨论自己设计的实验方案。在讨论过程中指导教师会对学生提出的实验设计思路提出问题，如：该实验设计在现有的实验室条件下是否可行？该实验设计是否合理？学生讨论后再根据这些问题去完善自己的实验设计方案。实验设计完成之后，学生可利用业余时间到实验室做实验，完成自己的课题。在完成课题的过程中，我们鼓励学生自行发现问题、解决问题，实在解决不了的问题可以和指导教师讨论，由指导教师给出建议。课题完成后学生要自己进行数据处理，并按照规范的格式撰写实验报告。最后以答辩的形式对学生的创新实验完成情况进行考核和评分。对于每一个小课题我们都鼓励完成，允许失败。对于没有完成的课题，我们要求学生认真总结，正视失败，查找原因。

3 创新实验过程中遇到的问题

3.1 学生自立课题的能力较差

在创新实验项目教学模式运行过程中，几乎所有课题都是由教师提供，在确立课题前并没有与学生进行太多的沟通，因此会出现多组学生同时选同一个课题，或多个课题都没有学生选的情况。虽然我们也鼓励学生自立课题，但是最终能提出课题的学生毕竟是少数。

3.2 学生的基本实验技能较差

许多学生虽然在以前的实验课程中学习了实验基本操作，但是基本功不扎实，很多基本操作都忘了，经常出现一些错误的操作。因此，在创新实验过程中，学生还要挤出专门的时间学习巩固基本操作。

4 创新实验教学的经验与收获

创新实验项目教学弥补了化学实验课教学的不足和缺陷，给学生创造了自由发挥和自主实践的空间。创新实验项目的开发与推广迎合了国家鼓励培养大学生创新能力的需求，为培养创新型人才做了初步探索。创新实验项目的教学模式建立了真正意义上的以学生为主体的实验教学模式，是一种可以借鉴的教学模式。创新实验项目的设计为大学生架起了解科学研究的桥梁，为他们今后的科学研究工作奠定了基础。参加创新实验项目的学生最直接的收获就是真正独立完成了一次实验。这样的经历和锻炼不仅激发了学生对科学研究的兴趣，在一定程度上弥补了实验课的不足，更为他们的毕业设计和以后的深造奠定了良好的实践基础。同时创新实验的过程也让他们懂得了从事科学研究必须具备严谨、认真和不怕艰辛的优良品质。

我校基础化学实验中心创新实验项目于2009年已经正式申请了创新实验课程，为创新实验项目的继续开发奠定了良好的基础。随着创新实验课程的不断完善，这种新的教学模式必将越来越为广大学生所接受，也将成为实验教学改革可以借鉴的经验。

[1]杨晓燕,钱伟兴,陈宁.培养创新型人才的实验教学体系与模式探究[J].实验室研究与探索,2009,28(11):156-158.

[2]王睿.何锡辉.大学化学实验教学改革的探索[J].高等教育研究,2005,21(3):39-43.

[3]李和平,龙晖.改革有机化学实验提高学生创新能力[J].实验科学与技术,2007,5(4):81-82.

[4]王艳,郭圣荣.新建本科院校有机化学实验教学研究与实践[J].浙江化工,2008,39(7):27-29.

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[6]殷焕顺,王日为,钱萍.改革基础化学实验,提高学生综合素质[J].实验室研究与探索,2007,26(10):76-79.

[7]赵同建.改革有机化学实验教学模式的探索[J].陕西师范大学学报,2007,35(11):198-200.

[8]王英华,魏士刚.分析化学实验课程改革与实践[J].大学化学,2006,21(4):22-24

[9]吕占霞,贺维军,高珍.综合化学实验教学体系改革与创新[J].大学化学,2011,26(1):14-15.

[10]章军军,崔秀红.创新实验的设计性和自主性[J].实验技术与管理,2008,25(7):23-24.

[11]王小逸,白广梅,客慧明.创新实验与创新型人才培养的思索与实践[J].实验技术与管理,2008,25(11):12-13.