基础化学实验教学模式创新探讨

2018-04-03李思东吴湛霞

实验技术与管理 2018年3期

蔡鹰, 李思东, 杨磊, 黄娜, 吴湛霞

(广东海洋大学化学与环境学院, 广东湛江 524088)

基础化学实验是多个学科门类，如理、工、农、医中不少专业必不可少的基础课程,在高等教育中占有重要的地位。随着时代发展,对高等教育也提出了新的要求,但基础化学实验教学的模式基本变化不大,客观地看,已经不太符合现代高等教育的实际和要求。近几年来,通过慕课、翻转课堂、多媒体、虚拟仿真等方式对基础化学实验教学模式进行了一些创新探索[1-7],重点基本集中在实验教学手段和方法的创新改革上，如中山大学等高校在实验教学上长期进行了有其特色的创新,并取得较好的效果[8]。这些创新探索,无疑对推动基础化学实验教学模式创新起到了良好的作用。

基础化学实验教学主要面对一、二年级的学生,他们普遍面临着排课较满、课余时间不多、实验课时少、实验教学过程中生师比较高、实验室开放不足等现实情况。因此,只有在这个客观前提下探索基础化学实验教学模式创新,才具有现实意义。同时应注意到各种新的技术方法和课程教授方式与传统基础化学实验教学各有优势和不足,相互取长补短、融合发展必然是未来的发展方向。

1 基础化学实验教学存在的问题

1.1 教学管理机构对基础化学实验教学重视不够

基础化学实验教学虽然是基础课里重要的一个部分,客观上没必要去追求获得和专业实验教学同等的地位,但其必要性和重要性也是不容忽视的。由于其处于“不可或缺,平凡淡然”的状态,很容易导致教学管理机构重视不够[9],在基础化学实验教学上的教育主体作用就可能体现不足,在工作方向和资源配置上就可能弱化基础化学实验教学应有的地位,在教学改革实验教学模式创新上得到的支持力度也会相应减少。在这种情况下,教师对实验教学模式改革创新的动力也相应受到影响,使基础化学实验教学运行时出现“粗、简、放”的情况,从而影响基础化学实验教学的质量。

1.2 生师比较高

基础化学实验教学作为一门基础课程,生师比常常在(30～35)∶1之间,如果实验辅助人员能全程辅助教师,情况会好些。在生师比如此高的情况下,教师疲于应付课前、课中、课后的预备实验和实验指导工作,在实验过程中难以与学生进行全覆盖和较充分的互动,难以给予全体学生及时而专业的指导,这一突出问题必然会影响到教师开展实验教学创新的积极性。另一方面,由于生师比较高,学生在实验讨论阶段和实验操作阶段遇到或提出问题时很有可能无法得到教师的及时回应甚至得不到回应,而且在这种情况下师生之间一般也难以深入地去探讨问题,从而影响了学生与教师讨论的兴趣,影响了讨论的深度和广度,部分学生在实验前、中、后阶段就有可能出现得过且过、应付完成的现象。

1.3 现有基础化学实验教学模式对学生吸引力不大

目前部分普通高等学校的基础化学实验教学基本是按照“学生课前预习—实验课堂上教师讲解和演示—学生按照教材实验步骤进行实验—提交实验报告”这个模式来进行。一、二年级学生由于课程排得比较满,自主学习时间十分有限,腾不出更多的时间来认真预习、研讨有关资料,无法对实验有一个较全面、透彻的理解和准备,对实验理论和实验要求一知半解。在现有实验模式下,学生更多地依赖教师在实验课上的讲解和演示,依赖教材和笔记,实验过程的前、中、后缺乏主动性,按照教材“照着葫芦画瓢”来完成实验。这种实验教学模式不符合新一代学生的性格特点,显得枯燥、乏味、无趣。部分高校虽然在实验教学中使用了多媒体、虚拟仿真等手段作为辅助,但由于只是原有方法的不同表现方式,没有真正改变实验教学模式,对学生的吸引力不大,学生在实验教学过程中基本处于一种被动的状态,所以效果并不理想。

2 基础化学实验教学创新模式的构建

2.1 基础化学实验教学模式创新的基本原则及模式

在充分考虑一、二年级学生排课较满、实验课时少、课余时间不多、生师比高、学习被动、实验室对低年级学生开放不足的现实情况下,基础化学实验教学模式创新应坚持以学生为中心、创新与务实相结合、新技术与传统教学方法相融合、以时代要求和现代学生特点为背景的原则,努力调动学生参加实验教学的积极性和主动性,激发学生的学习兴趣和潜能,从而提高实验教学的质量和实践育人水平,培养出具有较强实践能力和创新能力的人才。

在这个基本原则下,对基础化学实验教学传统模式和新的教学方法取长补短,相互融合,提出了“重新设计课程教案结构和要求—学生以新教案和手机APP进行预习—手机APP检查预习效果—教师组织讨论难点要点—以‘种子学生’为核心展开互助式实验—教师引导和启发完成实验—手机APP检验实验数据—完成对学生的分段考核”的“融合式” 基础化学实验教学模式。

2.2 实验教学教案结构和要求的重新设计

目前的基础化学实验教材基本上都是按照传统教学模式需要编写的,因此,对基础化学实验教学模式进行创新首先就要对其教学教案结构和要求进行重新设计[10],使其符合新的实验教学模式要求、缓和实验教学课堂时间不足压力和学生课外自学时间不足压力、发挥其对基础化学实验教学的指引作用。对实验教学教案结构和要求进行重新设计主要包括以下4个部分[11]:

(1) 列出预习要求、注意点和学生的自学点、思考点,着重描述实验原理、实验试剂和装置、实验步骤中应知应懂的内容和注意点,以及实验过程涉及试剂、装置和操作的安全事项。

(2) 教师在实验课上组织讨论的难点和重点,对于学生通过预习可以掌握的知识点不做过多讨论,尽量减少占用课堂实验时间,重点放在实验难点、重点、关键细节和安全要求的讨论上,并对将进行的实验在现实中的应用情况和将来可能应用的领域进行介绍,提升学生对实验的兴趣。

(3) 明确实验过程中对学生的基本规范要求,重点一是试剂、装置使用的规范,重点二是实验操作行为的规范,重点三是实验过程中对数据和现象记录的规范,重点四是实验废弃物回收的规范。

(4) 对实验报告的要求,着重要求对实验过程和结果进行分析和提出看法,鼓励学生提出各种见解和设想,加深对实验理论、实验过程和结果的理解,培养良好的分析思考能力。

这些重新设计的实验教学教案在实验教学课开始前及时发到学生手中,配合基础化学实验教学模式创新的开展。

2.3 手机APP实验教学与管理软件的应用

手机APP实验教学与管理软件是一种比较适合基础化学实验教学的辅助手段,在实验预习、实验数据和现象记录及比对检查、实验报告批改以及相关微课链接演示等方面起着良好的辅助作用。将手机APP引入实验教学中，技术上已比较成熟[12-13],但鉴于学生课余时间学习的主动性、自觉性不足,在缺乏督促的情况下课前预习使用在线课堂、手机APP等网络学习方法和传统方法相比并无明显优势[2],因此,手机APP在基础化学实验教学上的应用主要放在4个环节上:

(1) 预习环节。由教师提前录制好实验短片(控制在10分钟左右),学生预习时通过手机APP看到完整直观的实验演示,结合重新设计的教案,使学生对实验要求和过程有了比较清晰、准确的理解。

(2) 对预习效果进行检查环节。为了保证预习和实验效果,在教师组织讨论前,在实验课堂上通过手机APP对学生预习情况进行测试,学生在手机上独立完成教师发送的选择题,手机APP软件自动完成对学生所提交答案是否正确的评判,对测试情况不理想的学生,允许现场学习后再次进行测试,通过测试的才可以参加实验。预习环节和测试环节相结合,目的是促使学生在实验前较好地理解实验原理,基本记住实验的要求、装置和操作步骤,在大脑中对实验全过程有一个比较清晰的认识,以便在实验中做到胸有成竹,摆脱“照葫芦画瓢”的实验行为。

(3) 实验数据的提交和审核环节。由于基础化学实验以验证性实验为主,基本是操作型和综合型实验,这些实验的数据是比较固定和稳定的,所以使用手机APP对学生完成实验后提交的数据进行比对审核效果较好,超出准确数据值一定范围的将自动提醒教师和学生,可大大减少教师的工作量,帮助学生及时检查实验过程存在的问题、改善实验操作及准确记录实验数据和现象。

(4) 实验报告批改环节,学生通过手机APP提交实验报告,教师直接在上面批改点评,既可以方便学生,也可以提高教师工作效率,同时也有利于储存记录和教学检查。

2.4 “种子”学生的培养和作用

在生师比高、学生课余时间不足、学习自觉性和主动性不强的情况下,如何实现以学生为中心,解决因实验教学教师偏少等影响教学效果和质量的问题上，有一些高校进行了积极的探讨,如以团队为基础进行学习[14],覆盖了实验教学的全过程,包括实验前的学习和预习、课前检测、实验过程和总结归纳；或者依靠高年级学生在实验教学课堂上配合教师对实验教学辅助指导[8]等。这些探讨从不同角度对实验教学存在的问题提出了一些试验性的解决方案,但也有一些值得商榷的地方,例如实验课前以小组(团队)为单位进行预习和查阅文献资料、请高年级学生配合教师对低年级学生的实验教学指导等做法的实际落实难度很大,一是课前以小组(团队)为单位学习由于占用的是课余时间,学生有各自的学习、社团、个人的事情要处理,每次实验课前都组织起来一起预习、查文献资料是不太现实的；二是高年级学生同样也有自己的学习任务和活动,长期坚持参加实验教学课辅助指导同样很不容易。

在这种情况下, “种子”学生的作用就凸显出来了。“种子”学生是实验理论和操作技能等专业能力的传递者、影响者,是教师在实验课前、中、后的有力的教学辅助力量,是与学生学习、生活在一起的平等的同窗。“种子”学生由学生自愿报名,教师按照学生数的20%～25%左右确定人数。“种子”学生的培养包括3个环节:

(1) 对实验理论和实验操作基本要求的学习;

(2) 实验操作;

(3) 实验后的讨论。

在实验课开课前,实验指导教师通过网络、邮件、电话、面谈等方式,结合理论课内容和实验理论,对实验理论和实验操作要求进行指导,使师生课余的碎片化时间得到最大的利用；在此基础上,利用周末或晚上等时间提前安排实验,由实验指导教师、实验辅助人员和高年级实验表现好的学生一起指导“种子”学生进行实验,努力使“种子”学生对实验理论、操作和结果涵义理解、掌握得较深较透,由于此时生师比很低,为实验中、后教师和“种子”学生之间开展有效、深入、细致的讨论提供了保障。通过这些学习、实践和讨论,使“种子”学生对实验的认知、理解水平有了质的提高,达到了较好的效果。

“种子”学生的作用主要发挥在以下3个环节:

(1) 预习环节。可以方便、及时地和同学展开讨论,对同学提出的问题给予解答和建议,提醒同学预习时应注意的内容和要点,并将同学预习中存在的问题、想法向实验指导教师反馈,使教师能在课前大致了解学生预习的情况,从而有针对性地做好备课。

(2) 实验环节。配合实验指导教师对同学的实验操作进行指导和适当的帮助,并在实验过程中有针对性地与同学进行讨论,对无法解决或解答的问题、有不同理解和看法的问题及时请实验指导教师给予解答和帮助,与同学一起对实验数据、现象记录和实验结果进行检查和分析。

(3) 实验后的讨论环节。由于学生完成实验的时间不一致,实验结束后在课堂上组织小组讨论比较困难,“种子”学生可在课后利用不同的碎片时间在同学中发起自由讨论,使同学在已经完成实验过程体验的基础上增进对实验理论和操作技能的理解,反思不足,进一步拓展对实验的实施方法及实验结果应用的视野；实验完成后的讨论和对不足的分析,对学生的思考能力和实验操作能力的提高起到了画龙点睛的作用,对后续实验教学的开展具有积极、正面的支撑效果。

2.5 全过程分段考核

对学生参加基础化学实验全过程进行分段考核,可促使学生保持比较好的学习投入状态,方便教师科学地掌握学生在实验教学不同阶段的表现,有针对性地调整教学方法和对学生进行辅导,提升对基础化学实验教学质量的控制能力。全过程分段考核主要针对实验预习、实验讨论、实验操作表现、实验数据和现象记录、实验报告这5个部分进行,对每个部分设定不同的权重计算出学生的实验成绩。其中,实验预习、实验数据这两部分的考核主要由手机APP自动完成,实验讨论、实验操作表现、实验现象记录、实验报告部分由于属于主观判断评分,因此由实验指导教师参考“种子”学生的意见后分别给出分数,输入手机APP,手机APP按照各部分分数权重进行计算得出学生的实验成绩。

2.6 实验教学教师的定位调整

在基础化学实验教学传统教学模式中,实验教学教师的定位主要是讲授者和演示者[15],而在实验教学中很关键的组织者、引导者和启发者的定位则相对弱化。基础化学实验教学模式的创新离不开实验教学教师定位的调整,避免出现实验教学模式改变了,但在实验教学中教师仍自觉不自觉地沿用由教师讲授和演示、学生听讲和机械执行的做法,将实验教学模式创新所提出的以学生为中心的思想片面理解为对学生的实验全过程少管,放任学生自由学习、操作和发挥,从而导致出现实验教学效果还不如传统教学模式的情况。因此,在思想认知和工作要求上必须明确实验教学教师的定位,即:在实验教学预习阶段,实验教学教师应是引导者；在实验操作过程,实验教学教师应是组织者、启发者；在实验讨论中,实验教学教师应是启发者。总的定位中,突出引导者和启发者这2个定位,充分发挥教师在基础化学实验教学模式创新中的作用,引导学生形成良好的自主学习能力,使学生从被动地听教师讲授、看演示,过渡到独立思考、有所创新,同时在学习中体会到实践和创新的乐趣,从而产生更大的学习兴趣和热情,与教师共同推动基础化学实验教学模式的创新。

3 结语

“融合式”基础化学实验教学模式充分考虑和尊重了一、二年级学生的现实学习背景条件,没有简单、机械照搬地引入新的教学手段、方法,科学地尊重基础化学实验教学规律,将基础化学实验教学传统教学模式与新兴的教学方法，如慕课、翻转课堂等中的优点相融合,使其更加符合现代学生的性格特点、时代背景以及教学要求,转变教师和学生对基础化学实验教学模式的认知和理解,不断提高学生的学习兴趣和教师的教学热情,推动基础化学实验教学模式日趋科学、合理、有效,持续提升人才培养质量。

References)

[1] 郭昉,段佳勇.高校“四位一体”实验教学模式的探索与实践[J].实验室研究与探索,2012,31(10):138-140.

[2] 牟新利,熊鑫,刘清,等.高校化学类在线课堂教学模式探讨研究[J].广州化工,2017,45(10):176-177.

[3] 温娜,吕海霞,李宝铭.MOOCs 与工科类有机化学实验融合的教学模式探索[J].广州化工,2016,44(22):178-180.

[4] 宁娜,韩建军,张文龙.翻转课堂教学模式在分析化学实验教学中的建立与应用[J].河南农业,2017(9):23-24.

[5] 申扬帆,张雪昀,张心宇.混合教学模式在有机化学课程教学中的应用[J].大学化学,2017, 32 (5) :30-34.

[6] 董先明,倪春林,罗志刚,等. 农林院校基础化学实验立体化教学模式[J].实验室研究与探索,2013,32(6):315-317.

[7] 孔令玉.师范生化学实验教学能力培养的教学模式研究[D].曲阜:曲阜师范大学,2016.

[8] 郝国成,王广君,王巍.基于“开放互助”的基础课实验教学模式研究与实践[J].实验技术与管理,2017,34(6):187-190.

[9] 蔡鹰,李思东,吴湛霞,等.高校验证性实验教学质量的控制[J].实验技术与管理,2016,33(8):14-17.

[10] 李芳菊,惠卫华,秦玉伟.“实体课堂教学+微课程移动学习”教学模式在光学实验教学中的研究[J].科技经济导刊,2016(33):201-206.

[11] 蔡鹰.论高校学生实验基础能力的培养[J].实验技术与管理,2015,32(10):10-13.