新建地方本科院校学生自主选题设计性实验教学研究

白晓艳，张春生

（1.呼伦贝尔学院 生命科学与化学院，内蒙古 海拉尔 021008；2.呼伦贝尔市委党校，内蒙古 海拉尔 021008）

为适应社会经济发展对高层次人才的需求，从1999年到2005年，教育部先后批准新建了198所本科院校，这些本科院校大部分处在省会城市之外的中等城市，常常是地级市内唯一的本科院校，发展过程中必然受到区域社会经济条件的制约，从而决定了地方本科院校办学水平与老牌本科院校的差异[1]。呼伦贝尔学院是在2003年经教育部批准的新建综合性地方本科院校，面临着加强实践创新教育的现实性和紧迫性。在教育部《普通高等学校本科教学工作合格评估指标体系》（2011）中对实验教学中综合性、设计性实验提出了要求。分析化学实验是高校化学与生物类专业的专业基础课程，对学生掌握化学基本理论知识，培养良好的分析问题、解决问题能力及创新能力，训练学生具备规范的操作技能，有重要的作用[2－3]。如何改进实验教学，将教师的“引导性”和“教学互动性”与学生的“自主学习性”的教学理念有机融合[4]，提高学生自主学习能力和分析解决问题的能力是摆在教师面前的一项艰巨任务。本文结合呼伦贝尔学院分析化学实验课程的教学实践，对在新建地方性本科院校中开展以学生自主选题的设计性实验教学进行了探索。自主选题设计性实验教学体现了学生的主体作用和教师的指导作用，能激发学生的学习兴趣，提高学生自主学习能力。学生自主选题设计性实验教学是提高学生综合能力和教师实验教学水平的一条有效途径。

1 设计性实验与设计性实验教学的特点

目前关于化学教学实验体系的划分主要有2种：“四类实验”包括基础实验、验证性实验、综合性实验和设计性实验[3]；“五类实验”包括基础性实验、综合性实验、设计性实验、研究探索性实验和创新性实验[5]。设计性实验最大的特点是以一个非常明晰的、需要解决的实际应用或提高性问题作为起点，学生在教师指导下或自主进行技术性、经济性、可行性设计，并进行制作、测试与验证等来解决该问题，以得到相应成果作为终点。因此，设计性实验教学是一种介于演示性、验证性等基础教学实验与实际科学实验之间、具有对科学实验全过程进行初步训练特点的实验教学，对于提高学生学习的主动性，增强学生对基本知识、基本方法与基本实验技能的灵活运用能力，培养学生独立解决实际问题的能力和创新意识，具有重要的意义和作用[6]。

2 开展学生自选题设计实验教学的必要性

呼伦贝尔学院地处内蒙古东北部，是一所地方性本科院校。学院从2003年开始本科教学，肩负着为地方经济建设服务的重要任务，因此培养学生实践能力尤为重要。目前在各专业课程教学大纲中的教学实验项目包括基础实验、验证性实验、综合性实验和设计性实验4种，但是由于实验条件的限制，实验项目多以基础性和验证性实验为主，设计性实验教学在突出学生自主设计、培养学生独立解决实际问题的能力和激发创新意识方面的作用还有待于进一步改进和提高。以分析化学实验教学为例，分析化学实验开设18个实验项目，其中基础性和验证性实验占70%以上，其余的设计性实验题目的选择也是在教师给定的有限实验项目下完成。实验教学基本上是按照学生课前交预习报告，教师课堂讲解实验目的、实验要求和实验原理，分析可能出现的问题，最后由学生操作实验，教师巡回指导这样的过程进行实验课程教学。

在目前这种实验课程教学模式下，学生的基本操作技能虽然得到了训练，但是对实验中可能出现的问题缺乏思考能力，对设计性实验的理念没有更深的感受。最为突出的表现是学生在实验报告的讨论部分无话可说，或者都是一些套话。学生不会主动地思考、分析、解决实验中遇到的问题，这种思维惰性的弊病在毕业论文环节中表现更为突出。

设计性实验教学宗旨是让学生根据某一专题的目的、要求，运用相关知识和技能，对实验材料、仪器设备、方法和步骤等进行设计并实施，最后对结果进行分析评价的过程，这是一个发现问题、解决问题的探究式学习过程[7]。设计性实验能够弥补验证性实验的不足，更能体现学生是学习主体、教师是指导者的教学过程[8]。设计性实验教学强调的是培养学生掌握如何进行实验设计的基本思路、基本流程和基本方法，在设计实验过程中能够培养学生自主学习、自主研究的能力和组织能力[9]。设计性实验是实验设计，更是教师的教学设计。因此，在实验课程教学中加强设计性实验教学的设计与管理，特别是开展学生自主选题类设计性实验教学，对培养学生的动手能力、分析和解决问题的能力是必要的。

3 学生自主选题设计性实验教学的开展与探索

随着教师对设计性实验教学作用和教学地位的认识进一步提高，现有的实验教学模式的弊端也不断显现。在多年实验教学的基础上，我们对设计性实验教学方法进行了改革与探索。改变了以往由教师给定设计性实验题目的做法，增加了学生自主选题设计性实验内容，以突出实验课程的实践性、综合性与创新性，同时也为了激发学生的实验热情，培养学生严谨的科学态度、科研意识、自己动手解决实际问题的能力。现以分析化学实验教学为例，从2008级化学和应用化学本科专业学生开始，尝试在实验教学中加强学生自主选题设计性实验的教学研究，收到较好效果。

3.1 设计性实验教学流程的改进

根据设计性实验教学的特点，拟定了学生自主选题设计性实验教学流程，如图1所示。在教学过程中加强了设计性实验的安排、选题、实验方案设计、实验方案实施等几个教学环节的工作。

3.1.1 设计性实验教学的安排与要求

在学生自主选题设计性实验教学中，选题的基本原则是结合所学专业，以学生掌握的基本知识为基础，解决学生自己感兴趣的实际问题。因此，学生设计性实验的题目可以结合中学实验教学问题进行选择，可以从与日常生活有关的化学问题中选择，也可以从更新实验技术解决实验问题方面选择[10]。选题范围不仅仅局限于教材上的实验项目，它可以涵盖环境分析、食品分析、土壤分析、药物分析等领域的元素、化合物定量分析内容。在选题过程中，学生不仅要根据实验要求进行选题，还要有不同的实验方法，提出不同的实验原理，供在实验中选择与比较，从而保证实验原理与方法的多样性、实验技术的综合性。

图1 设计性实验教学流程

为了设计性实验教学顺利进行，实验指导教师通常在开学初就将设计性实验的选题要求安排布置下去，给学生留有充分的时间思考、查阅资料、进行选题。由于学生初次接触自主选题设计性实验，大多数学生反映设计实验难，不知道如何下手。教师的作用是要认真指导学生如何选题、如何设计实验。通过教师对设计性实验选题环节的指导，学生可以根据他们的理解开始“发现问题”，这期间学生也可以随时与教师沟通交流来解决遇到的问题。在这种充分准备的基础上，通常在设计性实验课程开出前2～3周由教师集中指导、检查学生的选题和设计情况。这种实验教学环节的安排，其优点体现在以下几方面：

（1）能够激发学生发现问题的热情，提高学习主动性。

（2）理论课与实验课紧密结合。在理论课教学中，教师对涉及到的分析方法在应用、要求、注意事项等方面进行强调，可以提示和启发学生对设计性实验的思考，提高课堂教学的效果和学习效率。对分析化学实验过程中出现的一些异常现象，实验教师会要求学生认真观察、分析，这些问题可以作为设计性实验研究的问题来进一步探索。

（3）加强了理论课授课教师与实验指导教师的沟通，通过努力，共同提高教学质量。

3.1.2 设计性实验选题

确定实验题目是设计性实验教学成败的关键环节之一。实验题目不宜过大、过难，要保证设计性任务能够在有限的时间内完成，增强学生信心。实验结果的实用性、趣味性同时也可以激发学生的实验兴趣。因此，在选题阶段特别强调实验教师要多与学生沟通，指导学生合理选题，同时鼓励学生2～3人合作，分工明确地完成任务。近2年，学生设计完成了“补钙剂中钙含量的测定”、“阿司匹林药片中乙酰水杨酸含量的测定”、“牛奶中钙含量的测定”、“卡夫果珍中维生素C含量的测定”、“酱油中铅含量的测定”、“洗衣粉中聚磷酸盐含量的测定”、“实验室含铬废液的回收”、“实验室含银废液中银的回收”、“实验室含碘废液的回收处理”、“学园人工湖水质综合分析”等多个实验项目。这些设计题目多数来源于生活中学生关心、感兴趣的内容。学生自主选题的过程不仅培养了学生观察问题、查阅资料的能力，还激发了他们运用所学知识解决实际问题的热情。

3.1.3 实验方案设计

实验方案设计的框架包括实验题目名称、实验时间、是否小组合作等基本信息，同时也包括实验目的、实验仪器设备、实验原理、实验假设与结果预期、实验内容、参考文献等重点内容。实验方案设计过程中教师与学生之间始终处于交互状态，确保教师对学生的指导作用。对于选择同类题目的学生，则要求他们做进一步的讨论，指出实验方法的差异及其对预期实验结果的影响。教师审核实验方案的主要作用是指出实验设计中的不足、容易忽视的细节以及现有实验条件是否可以满足实验等问题，教师要鼓励学生独立思考、大胆创新并敢于质疑，帮助学生建立创新的思维方式和科学的研究方法。如果学生设计方案存在的问题较多，则要求学生重新查阅资料、完善设计，直到设计方案可行方可进行实验。这一过程对培养学生自主学习的能力起到重要作用。

3.1.4 实验过程

在实验过程中，要求学生独立思考解决问题，不断改进和完善实验方案，力争以最简单、经济的方法得到满足准确度要求的实验结果。教师要鼓励学生提出问题和拥有不同的见解，做深入的研究。在实验指导过程中，教师要改变传统的实验教学模式，突出学生的主体地位和教师的指导作用这样的教学理念。教师不过多干涉学生的设计和实验，注意培养学生独立思考和创新的能力，充分调动学生的积极性、主动性和创造性。在实验过程中，如果学生选择了相同的题目，例如同是“鸡蛋壳中钙含量的测定”这个题目，由于不同的学生在设计时对蛋壳的前期处理采用了不同方式，因此在实验后期引起滴定现象、实验结果存在差异，在实验过程中，教师要适时启发、提示学生认真观察、思考和发现问题。

3.1.5 实验报告的撰写

实验报告是设计性实验的总结材料。为了提高学生分析问题和概括总结的能力，要求学生在报告中认真分析实验成败的原因，概括总结实验的关键环节，同时也要结合实验过程进一步指出需要完善的环节。通过对实验报告撰写环节的指导和严格的质量把关，不仅提高了学生的数据处理能力，而且也培养了学生思考问题和解决问题的能力。

3.2 开展学生自主选题设计性实验教学的思考

在设计性实验教学过程中怎样才能保证使每位学生都能得到良好训练、不走过场，这一直是实验指导教师关心和探讨的内容。为了开展好设计性实验教学，要在以下几方面转变思想和方法：

（1）明确学生的主体地位和教师的指导作用。设计性实验教学要求教师首先要转变思想，体现设计性实验教学理念。在整个实验过程中，要突出学生主体作用，充分发挥教师的主导作用。教师要思考的问题就是如何引导学生从现象入手，抓住问题的实质，沿着设计思路，顺藤摸瓜，发现问题，解决问题[11]，充分体现指导教师的启发、引导、解惑作用。教师要在查阅资料、方案设计等环节给予学生更多的方法上的指导。

（2）对成绩评定体系进行调整，体现评价的综合性。学生自主设计性实验与验证性、综合性实验不同，是学生查阅资料的能力、设计实验的能力、实验操作能力、讨论问题与分析问题的能力、报告撰写能力等多重能力的综合体现。设计性实验成绩的评定应该是对学生能力的综合评价。这与分析化学实验课程原有的成绩评价体系[12]存在很大差异。因此，在成绩评定方面要将设计性实验成绩单独记录，占期末总成绩的20%，以鼓励学生认真完成这个教学环节。

（3）加强开放实验室管理，充分利用实验室现有资源。学生自主选题设计性实验教学是以实验室开放作为基础。设计性实验是带有探索性质的实验，实验结果的不预期性使实验时间具有不确定性，而设计性实验课题来源广泛，使用的实验仪器、设备种类也比基础实验多，因此，设计性实验教学是以实验室开放作为基础的教学过程。为了做好设计性实验教学，一方面要加强开放实验室的管理，另一方面指导教师要更加了解实验室的仪器、设备情况，充分利用开放实验室现有资源指导学生设计实验，保证学生顺利实验。

（4）提高教师的综合素质与教学能力。近年来由于学生人数的增加，学生设计的实验方案涉及面更广、内容更丰富，因此要求指导教师不仅要具备一定的理论基础和实验操作技能，还要具有广博的知识，给学生创新提供较高的起点和指导。同时，在实施设计性实验过程中出现的新问题也为教师提供了新的教学研究课题，在研究过程中使教师的研究能力、学术水平及教学能力得到提升。学生自主选题设计性实验教学对教师提出了更高要求。

4 结束语

通过几年的探索，我们更加深刻地体会到设计性实验教学这种开放的教学模式与其他教学过程的不同特点。学生自主选题设计性实验教学体现了学生的主体作用和教师的主导作用。通过设计性实验教学激发了学生的实验热情和兴趣，调动了学生的学习自主性和积极性。设计性实验是提高学生综合能力和教师实验教学水平的一条有效途径，也为学生毕业论文环节打下了坚实基础。设计性实验教学在地方新建本科院校提高应用型人才培养质量方面起到了积极作用。

（References）

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