客慧明 王小逸 林興桃 白廣梅 陳永寶

北京工業(yè)大學(xué) 北京 100124

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)專業(yè)的學(xué)生，除了要學(xué)習(xí)理論知識外，還必須進行大量實驗課程的學(xué)習(xí)?；瘜W(xué)實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識，研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，以及掌握物質(zhì)變化規(guī)律的基礎(chǔ)。通過實驗教學(xué)，不僅可以授予學(xué)生知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作能力、思維能力和創(chuàng)新能力，而且還會影響學(xué)生的世界觀和思維方式。化學(xué)實驗的教學(xué)體系，一般由驗證實驗、設(shè)計實驗和綜合實驗構(gòu)成。通過這3個模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生的實驗操作技能和思維能力都可以得到一定程度的提高。但是，由于教師教學(xué)觀念和學(xué)生學(xué)習(xí)積極性等原因，實驗基本上是學(xué)生按照實驗講義或者在教師講解指導(dǎo)下完成的。在這個過程中學(xué)生更多的是充當(dāng)指令接受者，自己思考問題和獨立操作的積極性較差，實驗成了學(xué)生拿到學(xué)分的一個工具。同時，許多高校都面臨著基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程學(xué)時的縮減，學(xué)生無法獲得足夠的實驗學(xué)習(xí)時間和實踐機會，導(dǎo)致學(xué)生在化學(xué)實驗研究方面的動手能力和設(shè)計能力普遍較差。

針對傳統(tǒng)實驗教學(xué)中存在的不足，各高校紛紛出臺適合各自院校特征的實驗教學(xué)改革方案，創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)已經(jīng)成為高等教育中實踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)[1-8]。北京大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實驗教學(xué)中心在原有綜合實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上，將實驗課延伸到科研學(xué)術(shù)領(lǐng)域[9]，讓學(xué)生在實驗中了解到科學(xué)研究的前沿進展，把課堂上所學(xué)到的綜合實驗知識和技能與科研實際相結(jié)合，促進學(xué)生對所學(xué)知識的理解和應(yīng)用，提高綜合實踐能力和創(chuàng)新能力。南開大學(xué)則是以創(chuàng)新實驗的形式鼓勵大學(xué)生積極參與到科研項目中來，并從中選拔優(yōu)秀的學(xué)生和課題參加國家大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目。浙江大學(xué)提出了“自助餐式”實驗教學(xué)模式，對傳統(tǒng)的教學(xué)模式做出了改進。同時，為進一步實現(xiàn)以學(xué)生為主體、充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，浙江大學(xué)確立了自主設(shè)計創(chuàng)新實驗?zāi)Ｊ?，徹底改變了傳統(tǒng)的、以驗證性為主的實驗舊模式[10]。為了克服舊的實驗教學(xué)體制的種種弊端，我?；A(chǔ)化學(xué)實驗中心進行了創(chuàng)新實驗項目的教學(xué)探索，形成了一套有自身特色的實驗教學(xué)方法。創(chuàng)新實驗項目為學(xué)生提供一定數(shù)量的創(chuàng)新實驗課題，由學(xué)生自己選擇課題，在實驗教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自己查閱資料，設(shè)計實驗方案，獨立完成實驗，最后提交論文。為期一個學(xué)期的創(chuàng)新實驗，為學(xué)生營造了自主學(xué)習(xí)、自主設(shè)計、自主探索的環(huán)境，使學(xué)生的創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)和提高。

1 創(chuàng)新實驗教學(xué)模式的特點

1.1 開放性

指時間、空間、儀器以及課題均向?qū)W生開放。學(xué)生可以選擇自己喜歡的課題，課余時間來實驗室做實驗，在教師指導(dǎo)下學(xué)會儀器使用后可獨立進行操作。2006～2011年的6年間學(xué)生共使用實驗室達到156 864人次，在創(chuàng)新實驗中用到的大型儀器有氣質(zhì)聯(lián)用儀、氣相色譜儀、液相色譜儀、紅外分光光度計、紫外分光光度計、可見分光光度計、掃描電鏡、原子吸收光譜儀、氣溶膠光譜儀、電化學(xué)分析儀等。課外學(xué)時總數(shù)為156 864人時。

1.2 強調(diào)學(xué)生的自主性

課題的設(shè)計和實施充分尊重學(xué)生的主體地位。從選題、查閱資料、設(shè)計實驗方案到完成實驗，都由學(xué)生獨立進行，教師在各環(huán)節(jié)進行必要的引導(dǎo)，在學(xué)生遇到問題時給予及時的指導(dǎo)。在2006～2011年間創(chuàng)新實驗共完成課題43項，選題時學(xué)生自由組合，分工合作，課題在網(wǎng)上公示后由學(xué)生自主選擇，不清楚的問題可以向指導(dǎo)教師了解。

1.3 強調(diào)興趣

興趣是最好的老師，我們在創(chuàng)新實驗項目設(shè)計過程中更強調(diào)興趣，充分考慮到了本科生的特點，注意激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生對科研的興趣。課題設(shè)計立足于解決生活、教學(xué)、科研中的實際問題，具有如下特點。其一，課題貼近生活。如：果汁飲料中維生素C和葡萄糖含量的測定，食鹽中碘含量的快速測定，生活飲用水中常見金屬離子的分析，變廢為寶—由蛋殼制備丙酸鈣的研究，食物中所含營養(yǎng)元素的分析等創(chuàng)新實驗課題。這些課題均以生活中常見的食品為實驗材料，利用課上所學(xué)的基礎(chǔ)知識對原料中的目標化合物進行分析測定或轉(zhuǎn)化，能極大地激發(fā)學(xué)生的探究興趣，同時在設(shè)計和完成實驗過程中又培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的動手能力。其二，課題小而精。由于本科生基本沒有參加過科研項目，課題大了會讓他們覺得難以完成從而失去信心，失去對科學(xué)研究的興趣。課題小而精是指學(xué)生經(jīng)過一段時間的思考與實踐基本能夠完成該課題，并從中感受到成功的喜悅，從而增加其在科學(xué)研究領(lǐng)域的自信，進一步加強學(xué)生對化學(xué)實驗和科學(xué)研究的興趣。課題在設(shè)計時要求教師對課題的工作量深入了解。雖然課題是由學(xué)生自主完成，但是指導(dǎo)教師要充分考慮課題對學(xué)生來說是否太大而導(dǎo)致難以完成。

1.4 強調(diào)團隊協(xié)作精神

我們設(shè)計的創(chuàng)新實驗項目要求2名或3名學(xué)生為一組，共同完成實驗項目。在完成課題的過程中互相探討，優(yōu)勢互補，分工合作。創(chuàng)新實驗課題的設(shè)計不僅要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，還要培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作精神。同時，在答辯的時候也要求小組成員共同完成PPT和答辯提問。

1.5 強調(diào)過程

創(chuàng)新實驗的完成更加注重學(xué)生的實踐和學(xué)習(xí)的過程，而不過分關(guān)注實驗的結(jié)果?？茖W(xué)研究過程是一個探究和發(fā)現(xiàn)的過程，在這個過程中學(xué)生所學(xué)到的知識和培養(yǎng)的能力遠比實驗結(jié)果更加重要。允許失敗，正視失敗，才能培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀。在創(chuàng)新實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維習(xí)慣，激發(fā)學(xué)生的科研興趣和求知欲，以及培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目蒲凶黠L(fēng)是創(chuàng)新實驗的重要目的。例如在酚試劑分光光度法測甲醛的上限的實驗中，有兩名學(xué)生進行了大量的實驗但未能在答辯前完成該項目。答辯時指導(dǎo)教師依然對他們的成績給予了肯定，并引導(dǎo)他們找到了實驗沒有完成的原因。在創(chuàng)新實驗的過程中，我們注重的是通過科研活動的過程來引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)自身的創(chuàng)新能力，而不是過分關(guān)注學(xué)生所做課題是否取得成果[11]。

2 創(chuàng)新實驗的實施過程

如圖1所示，我?；A(chǔ)化學(xué)實驗中心創(chuàng)新實驗項目是由創(chuàng)新實驗教師團隊每年為學(xué)生提供一定數(shù)量的小課題，由學(xué)生自己選擇課題，并依據(jù)所選擇的課題進行分組，一般兩人為一組。學(xué)生選擇自己喜歡的課題后首先通過查找資料對課題進行深入了解和分析，然后提交實驗設(shè)計思路和所需實驗儀器設(shè)備、藥品清單，與指導(dǎo)教師討論自己設(shè)計的實驗方案。在討論過程中指導(dǎo)教師會對學(xué)生提出的實驗設(shè)計思路提出問題，如：該實驗設(shè)計在現(xiàn)有的實驗室條件下是否可行？該實驗設(shè)計是否合理？學(xué)生討論后再根據(jù)這些問題去完善自己的實驗設(shè)計方案。實驗設(shè)計完成之后，學(xué)生可利用業(yè)余時間到實驗室做實驗，完成自己的課題。在完成課題的過程中，我們鼓勵學(xué)生自行發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，實在解決不了的問題可以和指導(dǎo)教師討論，由指導(dǎo)教師給出建議。課題完成后學(xué)生要自己進行數(shù)據(jù)處理，并按照規(guī)范的格式撰寫實驗報告。最后以答辯的形式對學(xué)生的創(chuàng)新實驗完成情況進行考核和評分。對于每一個小課題我們都鼓勵完成，允許失敗。對于沒有完成的課題，我們要求學(xué)生認真總結(jié)，正視失敗，查找原因。

3 創(chuàng)新實驗過程中遇到的問題

3.1 學(xué)生自立課題的能力較差

在創(chuàng)新實驗項目教學(xué)模式運行過程中，幾乎所有課題都是由教師提供，在確立課題前并沒有與學(xué)生進行太多的溝通，因此會出現(xiàn)多組學(xué)生同時選同一個課題，或多個課題都沒有學(xué)生選的情況。雖然我們也鼓勵學(xué)生自立課題，但是最終能提出課題的學(xué)生畢竟是少數(shù)。

3.2 學(xué)生的基本實驗技能較差

許多學(xué)生雖然在以前的實驗課程中學(xué)習(xí)了實驗基本操作，但是基本功不扎實，很多基本操作都忘了，經(jīng)常出現(xiàn)一些錯誤的操作。因此，在創(chuàng)新實驗過程中，學(xué)生還要擠出專門的時間學(xué)習(xí)鞏固基本操作。

4 創(chuàng)新實驗教學(xué)的經(jīng)驗與收獲

創(chuàng)新實驗項目教學(xué)彌補了化學(xué)實驗課教學(xué)的不足和缺陷，給學(xué)生創(chuàng)造了自由發(fā)揮和自主實踐的空間。創(chuàng)新實驗項目的開發(fā)與推廣迎合了國家鼓勵培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的需求，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才做了初步探索。創(chuàng)新實驗項目的教學(xué)模式建立了真正意義上的以學(xué)生為主體的實驗教學(xué)模式，是一種可以借鑒的教學(xué)模式。創(chuàng)新實驗項目的設(shè)計為大學(xué)生架起了解科學(xué)研究的橋梁，為他們今后的科學(xué)研究工作奠定了基礎(chǔ)。參加創(chuàng)新實驗項目的學(xué)生最直接的收獲就是真正獨立完成了一次實驗。這樣的經(jīng)歷和鍛煉不僅激發(fā)了學(xué)生對科學(xué)研究的興趣，在一定程度上彌補了實驗課的不足，更為他們的畢業(yè)設(shè)計和以后的深造奠定了良好的實踐基礎(chǔ)。同時創(chuàng)新實驗的過程也讓他們懂得了從事科學(xué)研究必須具備嚴謹、認真和不怕艱辛的優(yōu)良品質(zhì)。

我校基礎(chǔ)化學(xué)實驗中心創(chuàng)新實驗項目于2009年已經(jīng)正式申請了創(chuàng)新實驗課程，為創(chuàng)新實驗項目的繼續(xù)開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。隨著創(chuàng)新實驗課程的不斷完善，這種新的教學(xué)模式必將越來越為廣大學(xué)生所接受，也將成為實驗教學(xué)改革可以借鑒的經(jīng)驗。

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