问题-研究型教学模式在综合化学实验课程中的探索与实践*

杨一思 张

(1黄冈师范学院化学与生命科学学院 湖北黄冈 438000;2黄冈师范学院化工学院 湖北黄冈 438000)

科学研究活动能激发大学生进行学术研究的兴趣，培养他们独立分析问题、解决问题的素质与能力。综合化学实验课程的主要目的就是为学生提供一个类似于科学研究的氛围，让学生学习如何思考和处理较为复杂的化学问题，帮助他们在独立研究的过程中使所学的知识、经验和技能得到更广泛的应用和迁移，从而培养学生的创新意识与动手能力。

综合化学实验主要是研究化合物的制备、分离、分析测试、性能和应用[1-3]，实验内容应着重体现学科发展的基本理念、学科之间的交叉融合和学科的前沿发展。例如，以简单的原料合成复杂的分子是有机合成最重要的任务之一，这类实验对培养学生有机合成的综合能力不可或缺，因此可作为综合化学实验课程中的重要内容。课程在教学方式上侧重于让学生独立研究和解决问题，让学生参与实验准备工作和方案设计，并通过实验来验证自己的猜想。在课程学习的过程中，需要激发学生对问题的研究兴趣，调动学生积极思考，降低畏难情绪。在3年课程实践中,我们积累了较为丰富的教学经验，该课程已经逐渐形成 “以问题-研究为教学模式，以兴趣探索为驱动力，以培养创新意识与动手能力为目标”的课程思想。

1 学生参与实验学习的心理特征

学生的好奇心和探索心是促进学习的巨大动力。如果这种好奇心、探索心能得到满足和实践，会给他们带来更高层次上的精神愉悦。大三学生已具有一定的知识水平和实验能力，让他们经历8～10学时或1～2天完成一个综合实验，对他们的动手能力、综合概括能力和运用知识分析并解决问题的能力是一次检验，同时也是一个考验他们意志品质的过程。因此，采用问题-研究型教学模式不仅切合课程的内容和目标，而且符合以学生为本、以问题为中心的教学思想。

2 问题-研究型教学模式的实施与特点

问题是研究工作的开始，但提出问题的思维过程更为重要。虽然综合实验课是由教师提炼一个问题交给学生思考和准备，但问题提出的背景和思想需由学生自己经过预习并查阅资料来获得。下面以综合实验“局部麻醉剂苯佐卡因的合成及表征”为例。苯佐卡因是一种常用局部麻醉药，用于手术后创伤止痛、溃疡痛等状况。它的制备合成包括对硝基苯甲酸的制备、对硝基苯甲酸乙酯的制备、对氨基苯甲酸乙酯的制备等多个反应步骤，需要综合思考反应方案、选择试剂、确定反应机理、制备和提纯中间产物并对最终产品进行表征，这对学生的综合实验能力是一次挑战和锻炼。除了课题包含的问题外，在实验准备和进行中还会产生各种无法预设的疑难问题。这些问题能引发学生积极思考、开阔思路、动手研究。因此不同类型的问题应采取不同的教学方法来促使学生主动解决。

2.1 实验准备中的问题

在前期工作中，教师提供成套的有机合成反应玻璃器皿和设备，由学生依据各自的实验方案确定所需要的数量和种类，还要对所需药品的种类、型号、数量进行统计和估算，并考虑价格成本。有时我们不一定有文献中描述的实验设备，可以发动学生利用现有的设备进行改进和替换。如在对乙酰氨基苯磺酰氯的制备中，需使用有支口的三角烧瓶，并用带孔软木塞接一个尾气吸收装置。对此学生提出使用磨口的抽滤瓶代替原装置，不仅简化了装置的安装，气密性也更好了。此方法既减轻了实验室工作人员的工作强度，同时使学生参与到整个实验的设计和准备工作中，学习兴趣大大提高，畏难情绪逐渐减小，有利于充分发挥学生的主动性。

2.2 对实验步骤的疑问

鼓励学生在对既定实验步骤进行操作的同时，还要多问几个为什么。例如在对乙酰氨基苯磺酰氯的制备中，文献要求先要将乙酰苯胺进行加热熔融，然后冷却成大块晶体，再低温下搅拌滴加氯磺酸。有学生提出，乙酰苯胺本身是很好的片状晶体，直接在低温搅拌下加入氯磺酸，反应更迅速也更均匀。如果这时教师直接告诉学生此反应很剧烈，直接搅拌不利于控制，学生没有直观印象，很难改变最初的想法。我们采取的是每个班级选出两位操作能力强的学生，将反应物量大大减少，充分冷却，并安装防护装置，在保证安全的前提下，根据学生自己提出的方案进行检验。学生在实验中可以看到，即使在反应物量大大减少并充分搅拌的情况下，反应的进行仍然很剧烈。而按照文献上的操作，则反应进行得很平和，操作也更加容易。由此，学生能真正理解成晶块的目的是减少反应的接触面积，使反应不那么剧烈。

学生在了解实验内容和反应机理后也会产生各种疑问，有些学生提出新的实验路线和方法，如抗热止痛药阿司匹林的合成与分析，教师提出使用紫外可见分光光度计法测定其含量。但学生经过思考和分析，结合分析化学的知识，提出能否使用更加简单易行、利于普及的酸碱滴定法。教师赞成学生的新想法，并一起总结了相关的测定方法，还提出了电极法以及高效液相色谱法。使学生在掌握实验技能及方法的同时，也复习了相关的其他方法。

2.3 对实验现象的疑问和研究

若实验进行中出现一些文献中没有提及的现象，教师应及时引导学生对前面的操作进行检查，给出可能的解释和解决方法，并由事实验证解决方法的合理性。例如在制备乙酰氨基苯磺酰胺的粗产品时，部分学生在抽滤时总是抽破滤纸，导致反复过滤，产品的损失较大，而文献没有详细介绍此实验现象。我们引导学生依据知识经验和实验记录进行分析解释，有学生猜测是加入的氨水量太大导致溶液的碱性太强，对滤纸的腐蚀性加大，因而抽滤时滤纸容易破损。依据这个猜测，学生减少了氨水的加入量，并在后期延长加热除去氨的时间，再次抽滤时就很少出现滤纸破损了。这个问题完全是学生自主发现并主动解决的，而且其中涉及到的知识经验还被学生迁移应用到其他类似的问题中。

2.4 实验总结及详细实验路线的确立

我们采取学生分组讨论并撰写小论文的方式进行实验总结。每组学生采取的实验路线方案都有不同之处，根据他们自己的操作过程、现象及结论，提出最为可行的实验路线，写一篇小论文。论文写作环节是让学生练习用准确的语言表达实验过程和结果，为读者提供可靠的信息。对于论文写作过程中产生的各种疑问，都让学生在小组内讨论解决。最后教师依据学生的预习及准备工作情况、实验操作过程和实验论文，对每一次综合实验给出相应的分数。

3 与传统教学模式对比

综合化学实验是培养学生实践和创新能力的有效渠道，其内容和目的都要求在教学模式上大胆创新，要与传统实验教学有所不同。

问题-研究型教学的突出特点是以“问题”为中心，因为每一个实验题目就像一个等待完成的项目，它涉及诸多的子问题，需要一步步去解决，而在解决过程中又会面对更多的实际问题。抓住问题、重视问题就是为了营造思维创新的环境，督促和引导学生主动思考和探索，让学生经历提出问题和解决问题的思维过程。解决问题的思维意识不是自然形成的，而是需要设计特殊的课程内容和教学模式对大学生(尤其是理工科学生)进行着重培养。

传统实验教学模式的特点是让学生中规中矩地按照要求完成实验，只有掌握了实验技能才能取得较好的实验结果，这种教学模式对夯实基础很重要，但在培养积极思维、主动探究上却效果甚微，学生在遇见问题时很容易手足无措。综合性实验课具有开放性、应用性和探究性的特点，采用问题-研究型教学模式能够激发学生的兴趣，着重培养学生研究和解决问题的意识和能力。

在综合化学实验课程中采用问题-研究型教学模式取得了很好的教学效果，学生都认为经过这种学习过程，能够体会到化学研究的魅力所在；感到知识、经验和方法是紧密联系为一体的。3年中，每一届都有85%以上的学生主动了解和选择自己喜欢的实验方向，继续进行毕业论文研究和攻读硕士研究生。这种主动发现、分析和解决问题能力的养成为他们今后的科研、工作打下了良好的基础。

参 考 文 献

[1] 张逢星，李珺，郭慧林.大学化学,2009,24(3)：18

[2] 王炎，尤宏，刘新荣.大学化学,2002,17(2)：27

[3] 王伯康，王志林，孙尔康.大学化学,2001,16(2)：25