无机化学开放实验教学模式探索

无机化学开放实验教学模式探索

曹　菱　夏　华　王运宏　程国娥　谢　静

（中国地质大学材料与化学学院，湖北武汉430074）

摘　要：本文构筑了适合实际情况的多层次的无机化学实验开放教学模式，提高了学生自主学习的积极性，以实现学生创新能力培养和资源有效利用的目标。经过近3年的实践，取得了较好的效果。

关键词：无机化学实验　开放教学模式

化学是一门理论与实验并重的学科。化学实验教学是学生学习化学学科知识、训练实验技能、开展科学研究、探索科学奥秘的重要课程。目前我国的高等教育迎来了迅速发展的新机遇，培养具有创新意识、创新思维、创新能力的新一代大学生成为新任务和新挑战，创新人才的培养更加注重学生能力和全素质的培养，传统模式已不能满足这一要求（蒋景华，2005）。

1　必要性

1.1　传统模式分析及欧美高校先进模式介绍

传统的无机化学实验教学模式是：在相关无机化学知识课堂教学完成后，学生先预习实验讲义，教师在实验现场讲解实验原理、具体的操作方法、实验中应注意的安全问题，然后学生再进行实验。整个实验教学活动中学生的主体作用难以发挥，不利于学生积极性、主动性、创造性的发挥和科学思维方法的形成，难以体现“以人为本”的科学发展观，难以满足创新人才培养。此外，还会有许多学生为解决在学习中遇到的问题或实现某些设计思想希望进行实验却找不到实验场所，而实验室中的一些仪器设备在教学计划安排实验教学时间之外却处于闲置状态的情况，造成实验室资源的浪费，不符合充分利用资源的先进理念。

欧美高校的本科教育早已意识到了这点，提出了教育的核心是能力教育，推行基于行动的学习，倡导让学生独立承担学习和能力培养的责任，开展自主性探索式学习，培养适应环境和从事实际工作的综合能力。如在教学方法上，英国高校注重老师在讲授专业最基本、最核心的内容后，给学生留出足够的空间，鼓励学生“从做中学”，即在“做”的过程中学习，通过“做”达到“学”的目的，突出能力培养，实行实验教学实施全方位的开放（江捷，2008）；美国加州大学伯克利分校化学系Susan E.Kegley教授提出的一种化学实验教学模式，基于内容的模块化实验，强调学生的自主学习和自我训练，推崇的是“基于内容的研究方法”（Context-based Approach）（曹渊，陈昌国，张光辉，2007）。

虽然在我国高校现行的实验室条件和教育管理体制下，难以实施像欧美高校一样的全方位开放，但很多国内的高校近年来在教学实验室开放建设方面进行了大量有益的探索和尝试。如南京大学国家级化学实验教学示范中心（孙尔康，张剑荣，张家玫，2007）自20世纪80年代就开始了教学实验室开放的探索与实践，经25年的经验积累，逐步形成了提高—扬优—早期进入科研的三层次的开放模式，充分发挥了学生的个性及其在实验中的主体地位，大大地激发了他们的学习兴趣和主动性，有力地促进了学生创新能力的培养。青岛大学师范学院化学系采取实验项目开放制的形式，设定课题让学生选题后自行查阅资料，设计实验方案，进行实验，锻炼了学生的动手能力。浙江大学对《综合化学实验》进行了开放式教学改革（杜志强，李宁，封子先等，2006）：由学生选取实验题目后自行查阅文献、自行拟定实验方案、自行备齐所需试剂、按需要预先约定使用实验室及大型仪器的时间，最后独立完成实验。教师的作用是提供必要的理论引导和“维护型”的实验室指导。

在倡导以人为本，以学生为主体，教师为主导，让学生自主实验的新的教学理念的趋势下，各高校教学实验室根据自身特点和实际情况，实施多种形式的开放，培养学生的创新能力，是我国高校实验教学体系发展和创新的方向（孙尔康，张剑荣，张家玫，2007）。

1.2　传统实验教学模式主要存在的问题

（1）传统实验教学模式难以发挥学生的主体作用，容易使学生产生依赖心理，缺乏积极性，从而导致学生对实验课的重视程度不够，教学效果较差。

（2）由于课内教学学时的减少，使很多教学大纲要求的实验操作技能和实验项目不能在教学学时内完成，很难达到无机化学实验的教学要求和教学质量，对于后续课程的学习也会产生不利影响。

（3）无机化学实验开放教学模式的优势：有计划地进行开放性实验是克服上述弊端行之有效的手段，是对课堂教学的延续、扩展和加深，也是改变传统教学模式、促进实验教学改革、提高实验教学质量、激发学生学习兴趣、培养学生独立操作能力和创造性思维的必由之路；逐步形成高素质创新人才培养的新机制；可以充分发挥实验教学在实施素质教育以及高新技术开发和科研成果转化中的重要作用；有效利用和挖掘实验室资源，实现资源共享，提高仪器设备利用率，增加设备投资效益；完善先进的实验室管理体制。

基于上述目的，在“以学生为主体，教师为主导”的教学理念指导下，中国地质大学材料与化学学院无机化学实验教学组提出构筑适合该校实际情况的多层次的无机化学实验开放教学模式，提高学生自主学习的积极性，以实现学生创新能力培养和资源有效利用的目标。覆盖专业为全校所有学习过化学的专业中学有余力并对化学实验有进一步学习意愿的学生，以及有意愿参加与化学及材料学科相关的课外科技活动的学生。

2　模式及实践

2.1　打造支撑平台

开放实验首先需要一定的实验场地和仪器设备支持。我们在现有的教学实验平台上提供支持，并制订了教学实验室开放管理制度。具体做法是在满足正常教学前提下分步骤、有计划地为开放实验提供实验场地和时间。该院原有的无机化学实验室面积并不宽裕，仅有1个独立的实验室，1个预备室，以及1个公共仪器室。根据实验课程的安排我们打起了时间差，利用实验课程开设前后的时间为开放实验提供场地，这样既保障了教学实验的正常进行，也为开放提供了条件。

对于实验设备则采取出借制，在保证正常实验教学需要的前提下，由实验室主管教师或担任开放指导的老师负责指导学生掌握使用方法后，出借给学生使用，既保证了学生学会独立操作，也有助于培养学生的责任心。

2.2　改革实验教学内容，为开放实验内容提供多层次选择

在累积多年校内自编实验讲义的基础上，我们申请了专项实验教材出版基金，正式编写出版了实验指导书，将原实验讲义内容的基本实验操作训练、元素性质实验、综合实验3大部分重新编排。重新选编部分实验，并将全书分为五大模块：化学实验基础知识、基本操作与技能训练、元素与化合物性质实验、化合物制备与提纯实验、综合性与设计性实验。每个模块都有7～10个实验项目可选，针对不同的教学计划需求，分别从第2到第5模块中选取不同内容组合，而第1模块作为基础知识则贯穿所有实验内容。如2009、2010级学生的培养计划中专业基础必修的实验课是40学时的无机化学实验，我们选取了第2模块的4个实验、第3模块的3个实验、第4模块的1个实验、第5模块的1个实验及1个考试实验；2011级学生的培养计划中专业基础必修的实验课是40学时的无机化学实验和24学时的化学实验基本操作，我们相应在各模块合计多选取了6个实验。这样，申请开放实验的学生可以在正式课程之外，根据自己的需要在多模块中选择相关内容，完成以下不同层次的实验需求。

开放实验包括3个层次：巩固性开放、提高性开放、创新性开放。巩固性开放主要针对学生高中化学实验技能存在的较大差异，以及实验技能形成的速度存在差异，通过课外预约的方式，到开放实验室进行课堂内容的重复提高，或欠缺内容的补齐。提高性开放主要针对课内学有余力的学生，愿意通过参加开放实验的方式，加深对化学学习的兴趣，提高化学实验技能。实验的内容主要包括兴趣实验、拓展实验，包括元素、化合物性质实用技术实验和综合实验项目。创新性开放是开放实验的最高形式，是学习优秀、创新能力强、组织能力强的学生通过自己拟定实验方案，在老师的指导下，利用实验室的条件，独立完成实验内容（可以由学生自己选择也可以老师拟定）。

实践近3年，有近10名同学开展了提高性实验，他们自主选择兴趣实验课题，在开放实验室中完成相关实验工作，携成果参加该院2009、2010及2011年举办的chemistry-show化学实验展演活动，获得很好效果。其中2010年的3名同学为非化学专业（环境科学专业）的学生，他们都认为通过参加开放实验对于他们认识和解决环境中的化学问题非常有意义。

2.3　借鉴先进教学理念，培养学生科研能力

加州大学伯克利分校推崇的“基于内容的研究方法”（Context-based Approach），旨在把学生融入有意义的任务完成的过程之中，要求学生深入实地考查与研究，应用理论知识和实验原理解决实际的问题。项目完成的过程也是学习者学习活动进行的过程。结合近年来中国地质大学（武汉）学科发展总体战略以及与教师科研课题相关的方向（蒋景华，2006），增设了与矿产资源综合利用、资源环境、先进材料制备及配位化合物制备与表征等综合性实验内容作为创新性实验的主要内容以供学生选择，相当于让学生参与了科研课题中的一部分工作，学生们通过完成文献资料查阅、实验方案设计、实验内容安排、完成实验、获取数据、完成报告等全过程，初步培养了科研工作能力，对所学专业也有了更深刻的认识，并培养了科研兴趣。有1名同学由此获得国家大学生创新性实验计划项目（姜祥，《具有一定孔道结构的配位聚合物定向合成及其性能研究》，2009立项，已结题），有2名学生被推荐保研。

3　结　语

经过近3年的实践，开放实验教学的探索性实施令多名同学受益：他们通过选择不同层次的开放实验，完成了课外兴趣实验，提升了对化学学科的了解和学习积极性；参与了教师的科研课题，培养了科研兴趣和能力，对今后的职业发展起了重要作用；教师也通过这种方式较早发现科研苗子进行培养，达到双赢；实验教学资源也最大程度地得到了利用。

实践中也发现在上述多层次开放实验体系下学生选择、预约及进行实验的方式，教师对实验的指导方式，对实验过程及效果的评估，制定相应的开放实验室规则和运行机制，仪器设备的运行方式等尚待进一步摸索，以建立开放实验条件下理想的实验室管理模式。

参考文献

杜志强，李宁，封子先，等.培养创新型人才的综合化学实验教学模式探索与实践［J］.大学化学，2006（4）：15～17.

孙尔康，张剑荣，张家玫.两种实验教学理念的比较［J］.实验技术与管理，2007（11）：3～4.

孙尔康，张剑荣，张家玫.三层次开放实验室是培养学生创新能力的有效形式［J］.实验技术与管理，2007（11）：5～6.

蒋景华.借鉴多元智能理论，对实验室育人功能的再思考［J］.实验技术与管理，2005（5）：6～10.

江捷.英国高校实验教学的分析与启示［J］.实验技术与管理，2008（1）：110～111.

曹渊，陈昌国，张光辉.推荐国外一种化学实验教学模式［J］.实验室研究与探索，2007（3）：107～109.

蒋景华.把实验室的创新成果转化为社会财富——创新人才培养的重要阶段［J］.实验技术与管理，2006（7）：1～4.