情境教学在基础有机化学实验课程中的教学设计与实践

2013-01-30程绍玲郭艳玲

中国轻工教育 2013年5期

程绍玲郭艳玲

（天津科技大学，天津 300457）

化学是一门以实验为基础的学科，化学实验可以激发学生学习化学的兴趣，有利于加深和巩固化学知识，有利于培养学生科学的思维方法和严谨的科学态度，锻炼学生的观察能力、分析和解决问题的能力，进而实现创新能力的培养。因此，化学实验是创新型化学人才培养的重要手段，实验教学的重要性不言而喻。近年来，各高校对化学实验课程的教学体系、教学内容和教学方法都开展了系列改革[1-3]，在教学内容上，普遍增加了综合型、设计型和创新型实验的比例，大大提高了学生的创新意识和创新能力。但对基础化学实验课程而言，虽然增加了这类提高型实验项目的比例，但实际课程仍以基本操作、基本技能和验证性实验为主要内容。如何在基础化学实验教学中培养学生的创新能力，是高校基础化学实验教学亟待解决的问题[4]。本文结合实验教学中的实践和体会，在基础有机化学实验课程教学中，探讨了采用情境教学法进行教学设计的方法[5]，取得了很好的实践效果。

一、基础有机化学实验课程教学过程中存在的主要问题及成因分析

目前，基础有机化学实验课程的教学模式仍以传统方式为主。实验前，教师布置下次实验内容，学生依照书本预习；实验课上，教师详尽讲解实验过程及注意事项，学生严格按教师的讲解，“照葫芦画瓢”去操作；实验结束后，上交报告，实验完成。这样的模式虽然在一定程度上培养了学生的动手操作能力，但随着人才培养目标的改变，这种实验教学模式已不能适应培养高素质化学人才的要求，表现出的弊端越来越突出，主要有以下几个方面。

1.实验成为只动手不动脑的过程

由于教师在实验前已详尽讲解或演示了实验过程，并强调了注意事项，学生只需要按教师规定的动作操作一遍，就算完成了任务。学生没有想象的空间，没有发挥的余地，只是一个被动的操作者。然而，科学实验不仅是个动手的过程，更是一个动脑的过程，这种教学模式对学生创新能力的培养十分不利。

2.学生对实验缺乏兴趣

由于实验完全按照书本或教师的讲解“照方抓药”，实验结果早有预期，毫无悬念，这对学生来说，实验过程和结果没有神秘感，枯燥乏味，体验不到科学实验的惊喜与发现，难以产生对实验的兴趣，仅仅是为了完成教师布置的任务，应付了事。而兴趣是最好的教师，没有兴趣，探索和创新就无从谈起。

3.学生基本功不扎实，实验印象不深刻

学生进行高年级专业实验时，许多人对一二年级的基本操作印象模糊，甚至不能准确地安装简单的蒸馏装置。导致这一现象产生的原因一是学生本身对实验没有兴趣，实验印象不深刻；二是过分追求创新实验，基本训练较少。没有良好的基础，创新只能是空谈。

实验教学中这些弊端产生的根本原因是在于教学模式的僵化，对教学内容缺乏设计，学生学习情境的创设不到位。所谓学生学习情境的创设是指为学生构建一个知识产生和知识应用的真实或虚拟环境，让枯燥乏味的知识鲜活起来，激发学生的情感、兴趣和求知欲，让学生在这样的环境中主动建构知识。而目前化学实验课教学的师生互动基本上是通过教师的简单提问来实现的，形不成情境环境，距离学习情境创设相差太远。情境认知理论认为：学习是学习者在一定的情境脉络中主动建构知识的过程。知识和能力的发展，就像语言的发展，发生于真实情境里不断进行的知识利用活动中。脱离学习情境的学习是枯燥的，获得的知识是僵化的，运用知识解决实际问题的思维模式难以形成。

二、基础有机化学实验教学中情境教学法的实践

基础有机化学实验以基本操作和验证性实验为主要内容，操作模式固定化，缺乏趣味性。而情境教学法恰能使枯燥乏味的知识鲜活起来，激发学生的学习兴趣，调动学生自主学习的积极性，实现对学生创新能力的培养。针对基础有机化学实验的特点，我们采用了不同形式的情境创设方法，以提高教学效果。

1.引入相关化学史，激发学生实验兴趣

化学史是化学科学形成、产生和发展的历史，在追溯知识的来龙去脉和动态演变中，充满了化学家科学的思维方法、严谨的治学态度和忘我的求知精神，以及大师们的人格魅力。在化学实验中，每一种方法和技术的产生，无不是一部生动的化学史。实验前，教师通过讲解、播放或演示的方式，再现相关化学史，创设化学家对相关化学知识的发现情境，可以激发学生对化学实验的兴趣。比如，在柱色谱实验中，学生不容易理解色谱的概念、原理和应用。这一方法是20世纪俄国植物学家米哈伊尔茨维特发明的，他以碳酸钙做固定相，以石油醚为流动相，分离植物色素，经过一段时间洗脱之后，植物色素在碳酸钙柱中实现了分离，由一条色带分散为数条平行的色带。如果教师在实验开始前，现场演示这个实验，学生不知道要发生什么，就会表现出极大的兴趣，当看到出现不同色带的时候，惊喜之情自然溢于言表，就会急于动手试做，那么探究实验的兴趣就会突然迸发。学生在这种真实的情境中，自然而然地就能够掌握色谱法、固定相、流动相以及色谱法应用等知识，实现了知识的自主构建。因此，在基础化学实验中，适当引入相关化学史知识和演示，不仅有利于学生对相关概念的理解，更有利于激发学生的实验兴趣，提高学生的创新意识，培养学生的创新能力。

2.创设条件实验，培养创新意识

对学生创新意识的培养，不应只体现在综合型、设计型实验上，应贯穿在所有实验项目中。将简单的基础实验进行创新设计，通过方案设计、变量控制、结果分析、讨论总结，为学生创造更多的思考空间，调动学生实验的主动性，达到创新意识培养的目的。在实验课中，改变原来千篇一律的做法，对简单的基本操作或验证性实验，进行条件设计，再分组实施。实验结果不再是已知，有了悬念，学生就会对实验结果有期待。比如，在薄层色谱实验中，展开剂的选择是掌握和运用本实验的关键。对于一个未知的混合物，怎样通过极性的大小来选择和配制展开剂，展开剂的极性改变对分离效果有什么影响，这些问题仅凭讲解，学生不容易理解。以往的实验，全班都用同一配比的展开剂，实验结果没有差别，学生不能很好地理解上述问题。如果变化展开剂的配比，学生就会亲眼看到展开剂极性大小与展开能力之间的关系。实验教学中可以这样操作：将学生分成四组，在该实验中使用丙酮和水混合溶液做展开剂，每组学生分别使用不同配比的展开剂，实验结果出来后，将所有薄层板集中摆到一起，差异一目了然，学生就会不自觉地讨论起来，甚至拍下结果照片，实验给学生们留下了深刻的印象。通过对基础实验的条件进行简单设计，创设一种真实的条件实验情境，可以激发学生的求知欲望，培养学生科学的思维方法。

3.师生协同，提高实验技能

在传统的实验教学中，教师讲实验，学生做实验，教师是主体，学生是被动的操作者，这就使得学生做任何实验都不用动脑，只需模仿教师动作操作一遍，实验技能得不到充分训练。如果实验课学生是主体，教师与学生协同完成，将有利于实验技能的提高。在有机化学基本操作实验中，如果学生只看一遍教师演示安装仪器，再自己安装一遍，训练机会少，实验技能无法提高。如果演示过程交给学生自己，这将增加学生的训练机会，加深学生的印象。比如，在蒸馏实验中，我们将学生分成4个大组，要求课前以组为单位预习，课上每组派代表分别安装一套仪器后，全班同学共同纠错，最后老师点评。在这一师生协同的过程中，学生在纠错中观察能力和发现问题的能力得到了提高，丰富了实践经验，提升了实验技能，学生成为了真正的实践者和探索者。

4.问题驱动，提高科学思维能力

发现问题、提出问题、解决问题是培养科学思维的重要途径。在实验教学过程中，教师可围绕实验内容，精心设计一系列问题，通过这些问题的提出来创设学习情境，使学生在实验过程中带着问题去观察和分析，并通过学生间的协作来解决问题。这种方法有利于培养学生观察能力、发现问题和解决问题能力，从而实现创新性思维的培养。如正丁醚的合成实验，对实验中的每一步都需要至少设计一个问题，使学生不能放松每一步操作。比如，加料时为什么要缓慢加入浓硫酸，并立刻混合均匀？分水器为什么要预加一定量水？加热回流时，蒸汽有哪几种组分？温度过高或过低会生成什么？怎样判断反应是否结束？产物处理时，硫酸和水洗涤的目的是什么？为什么用无水氯化钙干燥，而不用无水硫酸镁？把问题贯穿到实验的每一步，学生只有通过仔细观察现象，不放过任何细节，并勤于思考，才能解决提出的问题。同时，由于学生观察的仔细，也容易发现问题，科学思维能力也能得到训练。

5.讨论总结，培养分析问题和解决问题能力

传统的实验教学，实验结束后，报告上交，学生即刻离开实验室。由于实验方案统一，实验结果差异很小，学生不关心自己和同学的实验结果，报告上交即完成实验。针对这一现象，我们通过创设条件实验，人为产生不同实验结果，增设结果分析讨论环节来提高教学效果。在实验结束后，学生将结果全部写到黑板上，当所有结果集中在一起时，对不同方案所产生的差异就会一目了然。这时，师生共同分析讨论，结果好的和结果差的组分别描述实验中的现象和发现的问题，分析导致不同结果的原因，进而探讨解决问题的方法。对应该成功而失败的结果，并不影响实验成绩，只要找到原因，给出正确的分析，一样是好结果。每次实验的讨论总结，为学生积累了丰富的实践经验，培养了学生的分析问题和解决问题能力，提高了学生的科学素养。