设计性实验教学模式探索和实践

韩玮娜 常亮 阎芳 李万忠 韦柳娅

摘要：阐述了一套完整的设计性实验所经过的四个阶段，并根据医药学专业学生特点，以“食醋中总酸度的测定”为例，介绍了设计性实验的教学实施过程，分析了医药学专业开设设计性实验的意义。

关键词：设计性实验；基础化学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）30-0226-02

设计性实验是指给定实验目的、要求以及实验试剂和仪器等实验条件，由学生自行设计实验方案并加以完成的实验。与单纯的验证性实验相比，对学生的知识储备、个人能力和素养有更高的要求，这就需要精心设计实验内容，并对教师和学生的角色扮演及责任分配有重新的认识。

一、设计性实验的四个阶段

1.选题。设计性实验的内容是顺利进行实验的关键前提。好的内容选择要把握几个原则：一是要顺应课程改革要求和人才培养目标，避免陈旧刻板、程式化；二是难度适中，突出“可行性”，根据不同年级的学生设计不同层次的实验内容；三是结合学生专业特点，选取与专业有关的内容，以激发学生的学习欲望，引起兴趣，通过自己的全程参与获得的结果，也会有强烈的成就感；四是实验方法尽可能有多种设计方案和思路，为学生提供多次机会，培养学生的发散思维，同时避免同学之间的互相抄袭，而只能借鉴、讨论或是取长补短。

2.小组讨论。分为两个阶段：课前讨论和课上讨论。课前讨论以实验小组为单位在开课前完成。先由学生根据实验题目查阅资料，独立设计实验方案，写出预实验报告，包括实验原理、仪器和试剂、实验步骤和注意事项等，再以2～4人为单位进行讨论，资源共享，查漏补缺，讨论每位同学设计方案的优缺点，进一步修改完善，最后由小组长汇总，以备第二阶段的汇报。在此阶段中，通过讨论可以帮助学生了解自己的方案是否可行，是否符合安全环保的要求，允许学生互相借鉴以形成最终的合理方案。课上讨论主要在实验小组之间进行，每个实验班分为4～5个实验组。先由各组组长汇报课前讨论结果，包括具体方案、各方案的可行性论证等，汇报完毕后各组之间畅所欲言，对他人的设计提出自己的意见和建议，侧重细节，教师的作用是为学生提供轻松、积极的学习氛围，力求每位学生都敢想敢说，锻炼主动思维能力、表达能力以及合作沟通能力，这对于医药专业的学生尤为重要。

无论哪种形式的讨论，主体都是学生，教师只起到指导、旁听、纠错和答疑的作用，而不是完全由教师强行告知实验步骤，学生依照教材或板书刻板机械地完成实验操作，不动脑、不思考、不问“为什么”，这种旧的教学模式大大压制了学生主动思维能力、解决分析问题能力的发展。两种讨论阶段可关联如下：查阅资料→设计方案→课前讨论→修改完善→课堂汇报→课上讨论→教师总结点评。

3.完成实验，撰写实验报告。实验操作根据学生的特点和兴趣分工进行，每人有独立的任务和责任，这就促使每个同学都参与其中，丝毫不能懈怠，否则会导致整个实验失败而连累到其他同学，这种分工合作更有利于实验的顺利进行。实验过程中，教师要多了解每个小组的实验情况，指导细节、纠正错误操作，并帮助学生应对突发状况，分析和解决随时出现的意料之外的实验现象和结果。实验结束后，学生独立完成实验报告。

4.考核评价。考核评价分为有形和无形两种方式。有形评价针对实验设计方案和实验报告，实验设计方案主要评价其条理性、科学性、创新性、可行性和完整性，实验报告评价其规范性、客观性、科学性、独立性和文学性。无形评价针对实验讨论、汇报和实验操作，实验讨论和汇报主要评价分析和解决问题的能力、主动思考能力和表达能力，实验操作评价动手能力、团队合作能力和迎难而上的坚韧品质。有形评价由教师完成，无形性价由教师和学生共同完成。

二、实验的具体实施过程

基础化学实验是医药学院校必修的一门重要基础课程，在一年级的第一学期开课，鉴于学生来源不同，特别是有部分学生来自于少数民族和边远地区，化学基础知识和实验技能参差不齐，因此开设的第一次设计实验不宜太难、专业性不能太强，既要体现设计性实验的教学目的，还能抛砖引玉，激发学生学习兴趣，避免难度过大导致学生对后面的设计实验失去信心，因此我们选定“食醋中总酸度的测定”实验。以本实验为例，介绍设计性实验的具体实施过程。

1.确定实验内容和要求。将实验题目“食醋中总酸度的测定”提前一周通知给学生，并说明这是综合设计性实验，主要目的是培养学生独立分析问题和解决问题的能力、组织能力和创新能力，同时进一步练习滴定管、移液管和容量瓶的使用方法。学生可以小组合作的方式查阅资料，确定最终实验设计方案。设计要求如下：

（1）写明测定原理。根據食醋的性质，选择合适的分析方法，写出反应方程式、标准溶液、指示剂、计算公式等。

（2）列出所需的实验仪器的名称和规格、试剂的名称和浓度等。

（3）写出实验的具体操作步骤。包括基准物质的选择，碱标准溶液的配制和标定，样品含量的测定等。实验步骤中需详细列出所需试样及试剂的浓度和用量、仪器的名称和规格、终点颜色变化等。

（4）说明实验的注意事项。包括实验室的安全和操作技术。

2.分组讨论实验设计方案。学生经过课前讨论后完善自己的设计方案。基本的设计思路是：食醋中约含3%～5%（g/ml）的醋酸，此外还有少量其他的有机酸，如甲酸、丁酸、乳酸等。在测定食醋的总浓度时，可全部以醋酸的含量来表示。食醋要尽量选择白醋，如果选用有颜色的食醋，对观察滴定终点有影响，要对样品进行预处理。本实验主要采用酸碱滴定的分析方法，大致可有两种方案：一种是用原浓度的食醋，即取3.00ml食醋溶液置于锥形瓶中加入20ml蒸馏水稀释，加入2滴酚酞指示剂，用0.1000mol/LNaOH标准溶液滴定至淡红色为滴定终点；另一种方案是先配制稀释了一定倍数的食醋溶液，即取15.00ml食醋溶液置于100ml容量瓶中，定容后取25.00ml置于锥形瓶中，加入2滴酚酞指示剂，用0.1000mol/LNaOH标准溶液滴定至淡红色为滴定终点。数据的记录和处理可参考表1。

课上讨论时，教师要认真聆听学生的汇报，对于不合理的、不完善的、思路烦琐的、浪费试剂的情况，要给予修改意见，对于完全行不通的要指出错误所在，如何修正，提示参考哪些实验方法等，同时也要鼓励学生互相提出问题，讨论如何解决，确定最终的实验方案。

3.完成实验并总结，写出实验报告。根据修改后的设计方案认真进行实验。实验过程中，学生要做好实验记录，包括数据、易出现的操作错误和自行设计方案的实验效果等；教师要对学生的实验技能进行评判，比如电子天平、酸式滴定管、碱式滴定管、容量瓶、锥形瓶、吸量管的使用方法是否正确，实验步骤是否有遗漏，实验过程的参与程度等，并将考察的结果列入实验成绩中。实验完成后，要求学生总结实验结果，写出实验报告。实验报告参考科研论文的格式，要强调完整性，包括八个项目：实验日期、前言（主要介绍食醋的成分、与医学或人体的关系以及酸度测定的意义）、实验目的、实验原理、实验方法、实验结果、结果分析和注意事项。

4.考核与评价。本次实验满分为20分，其中实验设计占7分，实验讨论与汇报占3分，实验操作占4分，实验报告占6分。

三、总结

“食醋中总酸度的测定”是基础化学实验开设的第一个综合设计性实验，由学生根据所学知识，独立查找相關资料，设计出食酸总酸度测定的实验方案，包括实验所用仪器、药品、实验步骤、数据记录与处理方法、实验报告格式、注意事项，然后根据自己的设计方案独立完成，最终得到实验结果，整个过程教师只起引导和启发的作用，重点突出学生的主导地位，与普通验证性实验相比，成效显著，主要有如下几个方面：（1）学生参与实验的全部环节，从方案设计、仪器准备、药品配制到整个实验完成，全程参与，有实战感，便于将来的科研能力培养；（2）巩固了学生的基本操作与技能，提高了动手能力，培养了解决问题的能力；（3）培养了学生的团结协作精神，这对于临床医学生尤其重要，决定了将来是否能与他人紧密配合而顺利完成整台手术；（4）使学生了解了科研的艰巨性，实验往往不是一次就能成功，重要的是在实践中总结原因，寻找解决方法，使问题得到解决；（5）学生可以充分发挥自己的主动性，不是被动接受教师的实验思路，也不必为了达到理论的结果而凑数据，相反是主动、积极地研究问题；（6）内容的多样化，方法的灵活性，增强了学生的参与意识，激发了求知欲、创新意识和创新精神。

总之，设计性实验为学生充分提供了创新实践的时间和空间，使学生逐渐克服对老师的依赖心理，养成自主发现问题、解决问题的习惯，受到学生的欢迎。当然，开设设计性实验对于教师和实验室条件的要求也较高，这是以后在设计题目时需要综合考虑的因素。

参考文献：

[1]曾彦飞.关于本科化学专业实验课程体系改革的构想[J].铜仁学院学报，2009，11（2）：119-121.

[2]卢一卉，黄梅，宇杰.《化学实验教学研究》课程中开设设计性实验的教学探索[J].西南师范大学学报：自然科学版，2012，37（1）.

[3]纪朋艳，姜艳霞.生物化学设计性实验的考核方法探索[J].卫生职业教育，2010，28（14）：85-86.