普通化学实验多层次互动型教学模式探索

温鸣 吴庆生 陈云

(同济大学化学系 上海200092)

化学是建立在实验基础上的一门科学，许多化学规律都是通过实验不断验证得出的。例如，在人们习惯性的思维认识中，认为塑料、橡胶和纤维等有机聚合物都是不导电的;而2000年诺贝尔化学奖颁给了3位在导电聚合物研究中获得杰出成就的化学家:美国的黑格、马克迪尔米德和日本的白川英树。导电聚合物的发现，开辟了化学中的新领域，而其实验发现是在并未预先建立理论的情况下得到的。可以说化学实验是科学的发源之一，它展现出化学世界的神秘与魅力，启迪着科学研究者探索无穷无尽的化学奥秘，不断创新。作为一门实验基础课程，大学普通化学实验对于提高学生科学素质、培养学生创新精神等多方面起重要作用［1-2］。因此，大学普通化学实验应该更注重培养学生的素质，提高学生的科学研究能力，加强大学生将化学基本理论与实践相结合以进行科研和学习的一门课，它不应仅仅停留在感性地认识化学规律，并机械地验证化学规律的层面上。普通化学实验教学模式也应该在传统的验证经典实验的基础上，通过实验设计与实施的培养环节，使学生尽可能在多层次互动型实验教学模式中最大化地培养科学研究创新精神，并感受到科学的严谨和艰辛［3］。

1 普通化学实验多层次互动型教学模式的实施方法探究

多层次互动型大学普通化学实验教学模式是在教师的引导下，在多方面，采用多种方式，通过深度方面和广度方面的多层次师生交流互动，将锻炼科学研究思维和实践实施能力培养相结合的实验教学模式;让学生在完成基本实验能力培训的前提下，在能对现有实验过程提出问题和建议的基础上，选择自己感兴趣的实验课题，并通过查阅相关资料制定课题研究方案及实验方案，培养提出问题、分析问题和解决问题的能力，达到培养创新精神和动手能力的目的［4-5］。

1.1 提出问题能力的培养

首先是让学生在完成基本实验的前提下，分析实验结果，思考实验操作环节中出现的实验现象，提出问题;在现有条件下通过拓展实验验证自己的分析结果。对于普通化学实验中各个不同的实验，例如:NaCl的提纯、酸碱滴定、水的净化与测定、化学反应速率等，不同专业和不同基础的学生对实验原理的认识程度不同;基础好的学生理解较深入，并可以给出一些改进实验的合理建议。我们根据学校普通化学实验基本设施的具体情况，考虑目前普通化学实验课程的发展和基本要求，针对学生个体素质的差异，进一步深入实施立体多层次的实验课教学方式。通过拓展一定量的融合了科学研究思维的实验延伸小课题，让学生进行选择;通过师生互动，培养学生认识和提出问题的能力。例如在酸碱滴定实验中，实验时间比较充裕，完成快的学生会对各组实验数据的偏差有疑问，通过教师对学生的引导，可以进一步对测定结果进行分析和平行检测，找到原因，从而锻炼了学生科学思维的能力。在培养学生基本实验能力的基础上，可以通过教师提供的课题，让学生查阅资料，准备课题研究。学生可以根据自己的特长和兴趣点选择课题，通过查阅资料开拓自己的思路，制定课题研究方案。通过这种方式可以提高学生学习大学化学的理论深度，并通过课题实践培养创新能力。借助教师的指导作用，可启发学生积极思考，并提出科学问题。例如，我们建设了设计性开放实验“绿色植物的色素提取和分离”。考虑到学生的化学基础和专业的不同，让学生在考虑各自能力的情况下，遵循强弱搭配组合的原则，3人一组，先让学生在自己现有的化学知识范围内进行设计，通过不同基础学生的合作，发现问题、提出问题和分析问题，然后制定合理的实验方案，直到最后完成课题。从而使学生的能力得到锻炼。

1.2 分析问题能力的培养

教师提供一些查阅课题相关资料的途径，并给出一些有启发性的参考文献和资料，让学生知道如何查阅课题的相关资料并了解课题的研究情况，为开展课题做好准备。例如在开放性实验“绿色植物的色素提取和分离”中，教师可以给出包括绿色植物色素的组成及其结构、色素的化学性质、溶解性、萃取分离的方式等内容的相关参考书目与资料，让学生根据不同提纯物质的性质对提纯方法进行讨论，采取合适手段进行提纯(如量小的用薄层板，量多的用液-液萃取)。通过师生在不同深度层次的交流讨论，让学生了解和分析相关问题，并进行总结归纳;引导和规范学生对实验事实进行检测和判断，验证理论，发现规律。通过教师与学生在不同深度层次的互动这一过程，使学生分析问题的能力得到一定程度的锻炼，为培养科研能力奠定基础。

1.3 解决问题能力的培养

在提出和分析问题之后，将开始思考如何解决问题。教师在此时要帮助学生不断调整和把握课题的方向;在确定课题研究方案之后，关键在于将研究方案落实到实验的每个细节。学生要根据化学实验的基本操作步骤和自己查阅到的资料，设计实验路线和步骤，并根据实验室的仪器和设施的实际情况申请自己需要的实验仪器;同时还要考虑实验中各种可能出现的问题，确定解决办法，并确定实验数据处理方法。在这个过程中，学生不是像以往那样只按照实验指导书的步骤进行实验，而是需要一步一个脚印，根据小组设计的实验方案，通过组员间的沟通、讨论和协作来完成实验过程。在实验实施的过程中，教师应适时地给予提示和建议，但不要过多地在实验细节方面指导学生。此外，教师也不能过多干涉学生的思想，而是放手让他们去做。如果实验失败了，教师应帮助学生分析每一步实验细节，查找原因，让学生自己从失败中体验科研的精神以及如何发现和挖掘事实和本质。通过这样的实战，学生才能全身心地投入到实验过程中，从每一步过程体会科研的乐趣，体会科学工作者的艰辛。我们提出的多层次互动式教学新模式贯穿了整个普通化学实验课程的全过程。由于课时关系以及学生课余时间分配不容易统一等原因，这一模式的实施是和化学化工实验基地开展的化学嘉年华活动相结合开展的。我们给出3个不同的“综合类课题”，每个学生可根据自己的时间，选择其中一个课题来实施。每个课题由一位教师负责指导，利用课余时间跨度一个月完成。例如，要完成好“绿色植物的色素提取和分离”这一实验，学生要先明确一些问题:色素有哪些化学性质?如何对绿色植物进行预处理?选用什么溶剂溶解色素?如何进行色素的提取与分离?如何检测和鉴定实验得到的物质?实验得到的结论与哪些化学理论有什么样的关联?对于这些问题，学生通常不能全面考虑到，而教师的适当引导与启发能让学生把握好课题的研究方向，并从大量文献中获取知识。

1.4 归纳能力的培养

实验课题实践环节结束后，学生要自己书写研究课题论文，按照确定的实验方法完成实验数据处理，得出结论并与教师讨论实验结果。教师根据教学经验和专业知识对学生的研究方案、实验设计方案进行评价，指出学生在实验中出现的问题，与学生一起讨论实验结果并最后得出结论。这些对于学生从如何完成研究实验到展示自己成果的总结归纳能力的培养有重要意义。

2 多层次互动型大学普通化学实验教学模式面临的问题与对策

进行多层次互动型大学普通化学实验教学模式的探索，会面临一些困难和问题。首先，普通化学实验的课时很有限，学生的实验时间较少，计划课时外也容易出现不同学生的学习时间与实验时间冲突的情况。采用多层次互动型大学普通化学实验教学模式，加入自主进行课题的设计与实验完成的过程，可能会造成实验耗时长、学生难以在较稳定的一段时间内连续完成实验的状况，甚至没有足够的时间来安排化学实验，这些会对学生的积极性产生一些影响。其次，高校的大学普通化学实验设施也很有限，实验研究课题相对简单而且面窄，可选课题少。在确定研究课题时，往往会受到实验设施的限制，使很多实验没有条件进行和完成，难以按预定的计划实施多层次互动型模式的实验教学。另外，指导教师对学生感兴趣的实验研究课题的知识面也有可能不够广，不能很好满足学生进行课题研究的需求，这也会造成学生研究热情下降。

因此，如何突破课时的限制，如何解决实验设施的局限，如何调动学生的积极性等就成为最需要解决的问题。要抓住培养学生能力这一关键点，着眼于学生创新能力的提高和实践动手能力的锻炼。对于课时有限的问题，没有固定的时间，可以以课外科技活动的形式进行，也可以通过其他方式进行师生交流和讨论。例如:我们通过建设网络平台来进行师生互动和交流讨论;而实验设施的限制可以借助实验教学基地和测试中心的设施来提供帮助，也可以采用一些理论研究题目。这些琐碎问题的解决，既是教学模式的探索，又是正常课堂教学的必要补充。多层互动型的教学模式拓宽了培养创新型人才的途径。

3 结束语

随着教育意识的变化，大学教育要求我们要注重素质培养，即培养学生掌握知识和运用知识的能力。大学普通化学实验作为大学生综合素质培养的最早一批课程，更应该改革创新教学方式，注重培养学生的科研能力和创新精神。这里提出的互动型教学模式弥补了传统普通化学实验教学模式的不足，让学生自主走上科学探索的征程，有利于学生提高综合实验技能，培养研究创新思维。当然，这一教学模式仍然受到实验设施和时间的限制，但是，随着国家和大学对培养学生创新意识的重视，作为素质培养课程之一的大学普通化学实验也会受到相应的重视。我们可以通过实验课程建设项目和学校提供的教学平台，不断完善实验教学的新模式。

［1］温鸣，吴庆生，姚天明.大学化学，2009，24(5):14

［2］温鸣，吴介达.同济教育研究，2005(1):69

［3］杨勇，顾金英，温鸣，等.普通化学实验.上海:同济大学出版社，2009

［4］辛剑，孟长功.基础化学实验.第2版.北京:高等教育出版社，2009

［5］段晓英，许兵.化工高等教育，2008(5):22