化学专业设计性实验互动式教学法的探索和实践

陈素琴　陈迪妹

摘要：在高师化学专业学生的培养中，通过设计性实验的互动式教学法的开展和实践，教学内容和过程的合理组织安排，有效地提高学生实验的教学、研究、设计和创新能力。

关键词：设计性实验；互动式教学法；实验研究能力；实验教学能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）08-0064-04

化学（教育）专业实验课程——《中学化学实验研究》是学生走上中学教学岗位之前的一门综合实验技能训练和实验教学能力培养的必修课。这门课程的目标和定位是要培养化学（教育）专业学生做一名合格教师所具备的基本素养，其核心就是培养他们的实验教学、实验研究、实验设计和创新能力，以适应新世纪对化学教师的要求。而化学专业实验课程的现状，普遍还存在一些问题。如实验内容陈旧，难度偏低；实验方法呆板，多数是师范生在中学时已做过，没有新鲜感、时代感[1]；实验教学模式也较死板，课前预习、课堂操作、课后报告的各环节以教材为主，以教师为主导，学生被动跟随教师和教材，这种模仿式的教学在很大程度上限制了学生的主动性和积极性，难以激发他们独立思考的兴趣和激情，师范学生的实验教学技能也得不到训练等。因此导致本课程不受学生的重视，教学的目标和定位难以达成。针对以上几点主要问题，我校对化学专业实验课程进行了改革。①优化实验的内容，开设设计性实验；②创新实验运行模式，实施“课内实验，课外研究”的开放实验的运行模式；③丰富实验的教学方法，辅助以互动式教学方法；走出了一条设计性实验互动式教学法的新路子，在培养学生实验教学、实验研究、设计和创新能力上，取得了较好的效果。设计性实验要求学生根据给定的实验目的、实验要求和实验条件，进行独立思考，自行设计实验方案，提出理论依据，选择实验仪器，确立观察内容，设想实验结果，实现实验过程。通过设计性实验可以培养学生独立解决问题的能力，探索创新能力及一定的研究组织能力[2，3]。互动式教学法是一种双向式的自学—质疑—讨论—归纳的教学方法，其实质是一种师生的双边活动。传统的课堂教学中教师“单向输出”和学生“被动接收”的“灌输式”教学模式往往忽略了对学生学习积极性的调动，束缚了学生的思想，不利于学生创新能力的培养[4]。而在互动式教学中，将教师与学生角色进行互换，即由“老师讲，学生听”的教学形式改为“学生讲，老师与学生共听，教师作指正、补充和总结”的教学形式。

一、设计性实验互动式教学法的预备

与传统的教学法一样，互动式教学方法必须做好课前的充分准备。对于指导教师来讲要预备的是：应精心组织设计性实验的内容，给每个设计性实验设置难易适度的问题导向并对结果进行预计和评估；明确授课方式和流程，有计划的安排好实验教学时间等；准备好软件和硬件，使设计性实验互动式教学法顺利运行实施。对学生来讲要预备的是：要认真研读设计性实验内容，对选题进行全方面的深入研究，明确设计性实验的问题导向及要求和目标，充分做好实验研究的一切准备工作，并做好设计性实验互动式教学法“授课”内容的组织。

1.设计性实验选题及问题导向设置。设计性实验互动式教学法，在实验教学过程中能否达到预期的效果，设计性实验内容的选择即选题是成功的关键。设计性实验应含有科学研究的内容，具有一定的代表性、可操作性，所涉及的方法、仪器应该是学生比较熟悉或有所了解的。它应当具备以下几个特点：①要适合学生已有的知识储备和实验技能，并能促进更高实验能力的培养；②是能结合中学化学教学的实际，联系学生未来教学实践的内容；③能结合最新的实验研究成果的，对实验内容起到改进、优化和创新的作用。我们以该课程教学目标为导向，围绕实验教学中存在的一些未能及时解决的问题，开展以改进研究为主题的设计性实验。这些选题一般由老师筛选，也可以由学生根据学习的体会或兴趣自己提出。选题所关联的问题导向涉及中学化学教材中的一些演示实验设计不够合理、可行性差、成功率低；或一些课堂实验耗时太长；或实验现象不易观察和容易出现异常；或不够环保可靠等。设计实验改进研究的内容可以是：实验条件、装置的探究；实验步骤、方案的探究；实验产物的探究；实验异常现象、失败原因的探究；实验绿色化、趣味性的探究；生活化实验、现代化实验的探究等[5]。按一个实验教学组20位学生计一般要准备收集20多个选题及关联的问题导向，保证每个学生一个选题不重复。例如：①“氯气的制取与性质改进实验的设计探究”选题，问题导向：制备中氯气逃逸，造成环境污染；性质实验中装置麻烦，步骤多，不能同时进行，浪费课堂时间。②“硫酸亚铁铵制备实验的改进设计”选题，问题导向：亚铁离子易被氧化；铁粉与稀硫酸反应所产生的污染；实验设备和装置影响收率和产物质量。③“二氧化碳使蜡烛自下而上熄灭的演示实验的改进设计”选题，问题导向：现象不明显或实验易失败等。在具体教学安排中，这些问题导向可由指导教师引导学生去发现。

2.实验研究条件和互动式教学条件的完善。一方面，由于设计性实验的科学研究性质，使得完成设计性实验周期较长，实验的运行模式采用“课内实验，课外研究”，因此我们需要一个独立的设计性实验研究场所并开放充裕的时间随时满足学生自主研究需要；相应地实验室还必须提供设计性实验研究必需的试剂和仪器设备、或仪器设备改造的材料，因此我们还要完善实验室的开放制度。另在教学条件方面，要合理组织安排该课程课内实验的教学的流程，以便实施互动式教学法；在硬件方面配备和完善了计算机、摄像机、播放器，投影仪等多媒体辅助教学设备，有了这些设备学生就可以对自己的实验研究过程，实验结果等进行文字、影像和声音记录，并在互动式教学中应用和展示这些生动直观的材料，以供大家观摩和讨论。

二、设计性实验互动式教学法运行安排和指导教师的作用

1.选题、明确实验问题导向——互动式教学法的嵌入。所有选题经过教师的精心筛选，通过网络教学平台，供学生选择；每位学生选定设计性实验选题后，在教师的引导下通过研究现有实验存在的问题明确该设计性实验选题的问题导向，从而明确该设计研究改进的方向。在这阶段教师的作用主要是引导学生去发现存在的待设计研究解决的问题。

2.查阅和收集文献和资料。学生确定自己的选题后，在课余时间，学生带着问题利用教材图书信息、期刊信息、互联网信息和学校的电子期刊等查阅和收集有关的文献和资料并进行整理分析加工。这环节教师的作用是指导学生查阅文献和资料方法、工具，并帮助学生对文献和资料进行评价等。

3.确定设计实验方案——互动式教学法的展开。通过对文献和资料的研究，学生提出初步的实验方案，教师在实验课开始之前，开设一次实验方案的大讨论课，鼓励学生大胆自信地走上讲台。学生上讲台陈述各自实验的初步方案，阐述实验方案制定的根据、可行性，以及可能达到的效果、应用的前景等。其他同学积极参与方案讨论，对各步骤和环节提出自己不同的意见或给予补充；教师及时对学生遗漏或讲错的问题进行补充和纠正，去伪存真，集思广益，吸收有益的建议，使实验方案朝着可靠、简明、科学的方向进行，最终确定最佳实验方案。通过这样一个实验方案的提出—讨论—确定的过程，形成学生与学生，学生与教师之间的良好地互动局面。

4.实验研究准备。为了不占用实验课堂时间，学生需在课外完成各自设计实验的准备工作，包括试剂的配制、设备的调试使用、仪器的改造加工等，同时让学生了解学习实验室工作基本流程，也为今后的工作实践打下良好基础。在这环节中教师的作用是给予必要的协助，特别是在仪器的改造加工方面，提供学生所需的试剂药品和仪器设备等。

5.实验研究探索和创新。实验准备工作完成后，经指导教师审查批准后，在课外学生进入实验室进行设计性实验的探索研究并进行摄像记录。在实验研究过程中，学生自主探索，独立思考，主动发现问题、分析问题、创造性地解决问题，或调整方案、或改变方法，经过反复实验摸索改进突破，使实验过程成熟并可重复再现，实现实验设计研究的目的。实验研究活动实实在在展开，学生实验研究能力和创新能力的培养落到实处。在这个过程中，教师及时了解学生实验研究时遇到的困难和需要，有针对性的进行指导，启发学生的思维，引导他们去思考和尝试，最后使学生创造性地完成设计性实验。

6.实验成果汇报和交流——互动式教学法的深入。自主选题的设计性实验，作为实验教学内容的组成，分配有计划教学课时，我们将这部分课时分解到常规实验教学课中，即在每次常规实验教学课前增加一节设计实验汇报展示交流课，每次安排2～3位学生上讲台将各自设计改进的实验进行演示并配合讲解，以“教师”身份给任课教师及其他同学“授课”，将实验研究过程中的发现、创新和收获与大家共享。其他20来位同学，对其教学过程和实验研究进行评价，指出不足，给出中肯建议。经过这样一个环节，学生的教学能力提高相当明显，获益颇丰。在这过程中指导教师及时总结和评价设计性实验研究的过程和结果，并对学生的实验教学技巧进行指导等。这是设计性实验互动式教学法达到最终目标的升华阶段。

设计性实验互动式教学流程示意图如下：

三、效果和积极作用

通过几年的具体教学实践，设计性实验互动式教学法具有良好的效果。

1.拓展课程内容。作为教学内容中的一个实验项目，它包含有20个具体的选题，通过互动式教学法的实施特别是在实验成果的汇报教学这一环节，在有限的时间内学生直接和间接的学习了更多的实验内容，增加了实验教学的广度；另外，学生在实验方案讨论和实验汇报的展示和交流中学会举一反三，活跃思维。学生对一个实验的理解不再是平视的，而是站在一个比较高的高度，学生收益颇丰，增加了教学的深度。

2.设计性实验互动式教学法使学生研究和创新能力培养落到实处。正如上面我们提到，设计性实验的研究过程实际上是个完整的科学研究的过程。首先是资料的查找、分析、加工、整理，确定实验研究改进思路，然后制定实验研究的方案；再到着手准备、研究，从理论到实践，经过反复探讨和试验，一点一点地改进突破，最终接近目标，从而寓学生的研究和创造能力培养于全部的教学过程中。从2009年实施设计性实验互动式教学法以来，每年均有部分学生通过设计性实验研究发表相关论文，迄今已发表论文10余篇。

3.“讲”与“做”结合，提高了学生的实验教学能力。学生在做实验过程中普遍存在的问题是：只“做”不“讲”，当走上讲台时只会“做”不会“讲”，或者“讲”和“做”脱节，还有在师范学生的教育实习中，不少学生对演示实验的教学感到棘手。互动式教学法给了学生一个很好的训练平台，在设计实验汇报展示交流课中，学生将各自的实验进行演示并配合讲解。在这过程中，学生训练自己用标准的普通话、科学的化学用语、清晰的逻辑思维进行“授课”，做到目的明确、要求具体、现象鲜明、装置简单、操作规范、面向学生、掌握时间、确保安全、启发思维等实验教学的各大要素，使自身的实验教学技能得到切实地训练和提高[6]。因此互动式教學法也是学生的教育教学实习实践活动的一个有力支撑。学生普遍反映，通过互动式教学法的训练，在教育教学实践活动中明显感到上手快，上讲台有自信，教态也较自然和老练。无论教学方法还是教学内容组织以及授课技巧都有明显地提高。

4.促进指导教师素质的提高。设计性实验的内容的广泛性、知识性、综合性和实践性，对指导教师提出了更高的要求。要求教师有较强的钻研学习业务能力，不断吸收新知识，更新自身的知识结构。设计性实验的实践性特点，要指导每个学生完成设计实验任务，要求教师必须具备很高的实验技术水平和很强的应变能力，以科学的方法和科学的态度去探索更多的实验。因此通过对研究型设计性实验的指导，教师自身素质得到了一定的发展和提高，教育科研能力也得到了明显的提高。

几年的教学实践，学生反映通过这一设计性实验互动式教学法不仅大大开拓了他们的思路，激发了他们对实验课的兴趣，使他们掌握和提高了实验技能，并对理论知识有了更深刻的理解，而且更重要的是培养了他们综合运用所学知识的能力、收集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力[7]、实验研究和创新能力、实验教学能力（包括语言文字表达能力）。设计性实验互动式教学法势必能激发学生的学习主动性和积极性，提高学生自主意识、实验研究和创新能力，让学生“爱学、会学、善学”，同时使学生的实验教学技能也能得到切实的训练和提高。

参考文献：

[1]熊言林，魏先文.高师院校化学（教育）专业实验内容改革探索与实践[J].化学教育，2010，31（09）：50-52.

[2]张晓晖，杜学东.综合设计性实验与学生能力的培养[J].科技信息，2008，（29）：520.

[3]李立军，兰辉.内蒙古工业大学学报（社会科学版），2006，15（02）：107-109.

[4]尹传奇，黄齐茂.有机化学实验互动式教学法探索大学化学化工基础课程报告论坛论文集[J].高等教育出版社，2006：332-334.

[5]熊言林，魏先文，朱昌青.高师院校化学（教育）专业实验教学改革的思考[J].化学教育，2011，32（04）：46-48.

[6]陈迪妹，程亚倩.高师化学专业“开放实验教学”的实践[J].教育评论，2009，（01）：96-98.

[7]赵建芬，韦寿莲.设计性实验与学生创新能力的培养[J].西江教育论丛，2007，（04）：57-59.

作者简介：陈素琴（1972-），女，浙江温州人，学士，实验师，从事化学实验教学和管理。