大学化学类实验教学与学生科研能力培养

于宇

摘 要 大学实验教学是培养本科生科研素质与能力的重要途径。传统的本科实验教学观念与教学方式导致本科生在实验课程学习中存在诸多问题，严重制约了实验课程在培养学生科研素质中发挥的作用。结合教学实践与改革，以培养学生科研素质为目标，提出改进大学化学类实验课程教学方式的具体措施。

关键词 大学化学；实验；科研素质

中图分类号：G642.423 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）22-0141-03

Teaching of University Chemistry Experiments and Cultivation of Students Research Capability//YU Yu

Abstracts University chemistry experiment courses play an impor-tant role in the cultivation of undergraduates research capability. Traditional teaching concepts and methods of experiment courses lead to many problems in the undergraduates learning and perfor-

mance， which hinder the cultivation of undergraduates research capa-

bility. Based on the teaching experiences and reform， measurements for improving the teaching of university chemistry experiments are brought up.

Key words university chemistry experiments； teaching； scientific research quality

1 前言

培養具有科研素质和创造能力的高层次人才是新世纪对高等教育的迫切要求。《高等教育法》将具有从事本专业“研究工作的初步能力”作为本科教育工作的重要目标之一[1]。对于理工科学生，科研素质和能力主要表现在创新能力、逻辑推理能力、动手能力、语言表达能力等方面[2]。而大学实验课程正是培养学生动手操作、分析问题与解决问题、创新思维、语言表达等能力的重要途径。但传统的大学实验课程在教学观念与教学方式上存在诸多问题[3]，这些问题的存在，非常不利于对学生科研素质和能力的培养。本文以培养本科生科研素质为基础，提出一些大学化学类实验教学方式上的改进措施，以便更好地发挥实验课程在培养学生科研能力中的作用。

2 大学化学类实验课程教学中存在的问题

大学化学类实验课程教学中存在两个根本性的问题：首先，在教学观念上，普遍存在实验课程是“理论课的附属”的传统观念[3]，导致从校方到教师和学生，对于实验课程的重视程度与投入的精力普遍不足；其次，在教学方式上，大学实验课程“按方抓药”的授课方式普遍存在[4]，教师毫无保留地将实验方法、现象、结果等给学生一一讲解，而学生只需照着实验规程与教师提示的注意事项进行操作。如此，实验课沦为简单的情景再现和验证性操作，很多本应该由学生亲自获得的直接经验变成从教师那里获得的间接经验。这两个根本性的问题导致学生在实验课学习过程中存在诸多问题，严重制约了实验课程在培养大学生科研素质中应发挥的作用。

学生不主动思考，安于现状 学生只求能按要求顺利完成实验，得出“正确”的实验结果，对于实验原理、为什么要这样做一知半解，也不愿去深究。这也与传统实验教学乃至整个大学教育中忽视培养学生的思维能力这一现状不无关系。

创新能力差 思维能力差，更导致学生的创新能力差。笔者通过近年来指导一些大学生的创新项目发现，学生很难有自己的想法或思路，基本是在教师手把手的指导下或下达非常具体的要求后才能完成，缺乏创新观念，更缺乏创新能力。

害怕“失败”的实验 实验课堂上，学生害怕失败的实验，害怕得不到“正确”的实验结果。学生认为只有得到“正确”的结果，这次实验才算成功，实验报告才算完美，分数才会高。有些教师也害怕失败的实验，意味着本次教学任务没有达到，意味着需要重做，要付出比正常课程多一倍的时间来完成。孰不知，“失败”的实验正是培养学生思维能力与科研素养的绝佳机会。

缺乏科研素养 除了以上提到的科研素养的核心能力，对于一些科研素养的表现，比如合理有序的时间安排、准确高效的操作、维护整洁的实验台面、规范的数据处理与实验报告等，都是科研素养的体现。大学实验课程是培养这些科学素养的重要场所，但并没有发挥很好的作用。

3 大学化学类实验课教学方式的改进

要想真正发挥实验课程在大学生科研能力与素质培养中的关键作用，在教学观念与教学方式中，各个方面均需有所改革与突破。健全合理的体制是打破大学实验教学传统观念、增强实验课程在培养学生科研素质中的作用的根本保障。学校层面，应在培养方案中重视实验课程的设置，适当增加实验课学时在课程体系中的比重；将实验课程与理论课程同等对待；加强对实验课程的监督、管理，建立适当的激励与考核机制等。在教师层面，教师的责任心与投入的精力也是决定实验课程教学效果与作用的关键因素。根据多年的大学化学类实验课程教学与改革，教师可从以下几个具体方面改进实验课程教学方式，以达到培养学生科研素养与能力的效果。

做好实验预习 在实验进行前，学生需对实验原理与过程做到心中有数。只有熟悉实验流程，把握实验的关键点，才能有精力在实验中充分地观察实验现象，才能有精力对原理、注意事项、异常现象等进行思考与创新。实验预习可以通过以下方式进行：教师提前带领学生解读实验规程[5]；endprint

或学生自行预习实验规程，通过撰写预习报告体现预习成果。前一种方式往往适用于实验原理或应用器材对于学生来说比较陌生，学生自学有难度的情况；对于一些专业性实验课程，如海洋化学实验、环境监测实验，学生具备一定的化学基础，并且往往会事先学习相应的理论课程，因此基本可以通过自学预习实验规程。

预习的关键在于一定要设置恰当的问题，引导学生进行预习与思考。可以设置以下三类问题。

1）基础型问题，即简单直观的思考题，以帮助学生增强对于原理、实验过程与预期现象的理解。

2）提高型问题，即对于实验原理和过程的深入思考与把握，例如：可能导致失败的因素；如果失败，怎样排查原

因，怎样解决；目标样品的浓度过高而超出标准曲线，怎样解决；有无提高实验效率、简化改进实验过程的可能；等等。

3）拓展型问题，即需要学生自行查阅资料，拓展相关知识，例如：新仪器设备的使用方法与注意事项，与本实验目的相同的其他替代方法，本實验方法的最新研究进展，等等。

实践表明，带有问题的预习能有效增强学生对于实验关键点的把握，有利于在实验中更多地进行观察与思考。

设计实验过程，妙用“失败”实验 适当增加一些探索设计性环节，有助于引导学生思考与创新。如在测定水质指标的实验中，让学生现场采集校园内人工湖不同地点的水体样品，评价湖泊的水质与污染状况。看到自己学习的知识能学有所用，学生积极性非常高，锻炼了综合应用能力。又如用锌镉还原法测定水体中溶解态硝酸盐氮实验，很容易受到外界污染而使空白过高，导致实验失败。因此，在实验中增加让学生自己设计检测是哪个步骤、哪个试剂引入了污染的环节。这一环节不仅使学生对于实验的质量控制有了更好的理解与把握，更使学生的思维能力在实验设计与数据分析中得到很好的锻炼。

另外，要妙用“失败的实验”。大学化学类实验操作步骤多，经常发生由于学生操作失误、操作水平不高、待测样品特殊甚至某药剂失效等各种情况引起的实验失败。学生在没有获得理想的实验结果时往往比较沮丧。教师在实验课教学中应当“期待”特殊状况的发生，当学生实验失败或遇到问题时，一定要让学生找出原因，调整后重新实验，直到实验成功。这些学生对于此实验的理解与掌握，相比那些顺利完成实验的学生会更加深刻而牢固。

如在碘量法测定水体溶解氧的实验中，在检测试剂空白时，某组学生的空白值一直较高。在教师的引导下，他们对所用试剂、操作步骤等一一进行排查，最后发现是由于在加入试剂时没有混匀，发生局部反应所致。经过此次教训，学生不仅深刻地体会了加入试剂后要充分混匀的必要性，更在逐步排查原因中锻炼了思维能力。

适当设计一些“特殊情况”，对于培养学生的思维与动手能力大有益处。如实验规程中使用的是50 ml的比色管，在准备实验材料时故意给学生25 ml规格的比色管，考查学生如何调整完成实验。此即“失败”实验的妙用，或是“错例教学”的功效[6-8]。

培养良好实验习惯 良好的实验习惯是科研能力的基本要求，会使科研工作事半功倍。而良好的习惯应当在大学阶段的培养中奠定基础。教师在实验课程教学中，应当注重培养学生的实验习惯与意识：要求学生具备安全意识，做好预防措施，熟知事故的处理程序；要求学生基础操作规范，因为规范的操作是保证实验准确与成功的前提；要求保证实验室整洁有序，如药品与器材使用完要原位放回，器皿使用前与使用后正确清洁，仪器使用过程中注意清洁与维护，保持实验台的干净整洁等。实践表明，从一开始就养成良好实验习惯的学生，在后续课程或研究生学习时，基本能一直保持下去，对学习和科研工作起到积极影响。

规范实验报告，培养科学表达力 如同科研的最终成果须以学术论文来呈现一样，实验课程的最终结果要以实验报告来表现。实验报告撰写过程中，怎样清晰地描述实验过程，对数据进行科学统计与整理，用科学语言进行论述和分析，均是对学生科学表达力的锻炼与培养。但在以往的实验课程教学中，这一环节并没有得到应有重视，教师要求不严，学生流于形式、敷衍了事。近年来，一些教师开始探讨使用多种形式的实验报告来培养学生的科学表达力，如学术论文式、用英文撰写等[9-10]。但是，实验报告并不能完全等同于学术论文，学术侧重于数据支持下对观点的阐述，而实验报告更侧重于对实验过程的掌握与分析。

因此，以科研论文的精髓，冠以实验报告的形式，则更为合适。重点要求包括使用科学的语言，使用格式规范的图表等，要体现实验的质量控制，如对空白实验、平行实验、标准曲线线性等结果的分析与讨论等。如此实验报告的撰写训练，为之后学生的科研工作与学习打下良好的基础。

4 结语

大学实验课不仅是学生获取知识与技能的场所，更是培养本科生创新精神和实践能力的重要途径。只有摈弃传统的“理论课的附属”的教学观念，切实进行教学改革，才能使实验课程在大学生科研能力培养中发挥其应有作用。在教学过程中，教师可以在做好实验预习、巧妙设计实验、培养良好实验习惯与规范实验报告等方面改进教学方式，以达到更好地培养本科生科研能力的目标。

参考文献

[1]姜长宝.本科生科研能力培养的途径与方法探讨[J].科技管理研究，2010（8）：152-154.

[2]孟万金.研究生科研能力结构要素的调查研究及启示[J].高等教育研究，2001，22（6）：58-62.

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[4]张树永，张剑荣，陈六平.大学化学实验教学改革的基本问题和措施初探[J].大学化学，2009，24（4）：24-28.

[5]陈震，曹晓群，姜洪丽，等.大学化学实验对学生思维能力的培养[J].中国现代教育装备，2014（11）：78-79，84.

[6]郭文彬.在机械教学中应用“设计错例”的思考[J].职业，2006（S1）：223-224.

[7]孟少明，陈晨.“设计错例”教学法在《冲压模具设计》中的应用[J].科技创新与生产力，2015（3）：27-28，31.

[8]王政.错例教学与学生思维品质的培养[J].职业教育研究，2004（5）：50.

[9]谈春霞.有机化学实验报告的革新探索[J].实验室研究与探索，2006，25（2）：233-234.

[10]王五洲，杜振芳，曹朝晖，等.用多种形式撰写生物化学实验报告的探讨[J].教育教学论坛，2015（50）：260-261.endprint