师范专业有机化学实验教学模式探索与实践

郑婷婷,武 沛,刘佳奇,孟祥福,左 霞

(首都师范大学 化学系,北京 100048)

师范专业有机化学实验教学模式探索与实践

郑婷婷,武 沛,刘佳奇,孟祥福,左 霞

(首都师范大学 化学系,北京 100048)

从师范专业培养目标出发,以教师应具备的素质为导向,针对传统有机化学实验教学现状和存在的问题,对有机化学实验教学模式进行了积极的探索和实践。基于学习过程理论构建了3层次的实验课程体系、点线面结合整合优化了实验教学内容以及从学习目标、学习兴趣、学习习惯、学习评价4方面激发了学生的学习动机。

有机化学实验;教学改革;教学模式

有机化学实验是一门理论知识丰富、操作复杂、技术面较广、需要综合实验技能和科学思维的实践教学课程,在培养化学专业的师范生的认知能力和操作能力方面具有得天独厚的优势[1-2]。 首都师范大学化学系有机化学教研室针对传统有机化学实验教学现状和存在的问题,从改革实验课程体系、优化实验内容、激发学生学习兴趣等方面对有机化学实验教学模式进行了积极的探索和实践,取得了良好的教学效果。

1 基于“学习过程”理论 构建实验教学体系

美国赫尔巴特派提出了学习过程(或称教学过程)的5个步骤[3]:准备→呈现→比较和抽象→概括→应用。第一步是“准备”(preparation),教师提出问题,引起学生的注意,为调动学生先前的经验与这个问题联系起来做好心理准备。第二步是“呈现”(presentation),教师充分利用模型、地图、照片等教学辅助手段向学生展现新知识。第三步是“比较和抽象”(comparison and abstraction),将新的观念纳入旧的观念,实现新、旧观念之间的联合。第四步是“概括”(generalization),通过对新、旧知识的比较而获得更高一层次的新知识。第五步是“应用”(application),学生掌握了这个新习得的原理就可以用来解决实际问题。

我们按照学习过程的5个步骤的指导思想,将有机化学实验课程统一规划,突破传统的实验教学模式,构建体现实验技能训练与实践能力、创新能力培养相结合的分层次、递进式有机化学实验教学体系(基础型实验、综合型实验和研究型实验),如图1所示。

第一层次为基础型实验,以培养学生掌握和规范有机实验基本操作技能为目标,对应学习过程的准备和呈现。第二层次为综合型实验,以培养学生综合运用实验技能和分析问题为目标,对应学习过程的比较,抽象和概括。第三层次为研究型实验,以培养学生解决实际问题和创新能力为目标,对应学习过程的应用。分层次、递进式的实验教学体系按照由浅到深、从低到高的认知规律安排,达到知识学习和创新能力提高相承接,真正体现了有机化学实验教学在培养化学师范生综合能力中的重要性[4-6]。

图1 有机化学实验教学体系与学习过程的关系

2 点线面结合 优化教学内容

在新的有机化学实验教学体系的指导下,我们对实验教学内容也做了相应调整、更新和优化,提出了点、线、面结合的教学规划,将化学基础型实验、综合型实验和研究型实验统筹安排,合理安排实验顺序,精心设计实验项目,使理论教学与实验教学合理衔接[7]。

2.1 基础型实验——由点及线夯实基本操作

“点”即有机化学实验基本操作的基本点,包括物理性质鉴定操作中的溶沸点测定、折光率测定等,分离纯化操作中的蒸馏、萃取、结晶、升华等,以及化合物制备操作中搅拌、加热、回流、冷却、干燥等。基础型实验主要是基本实验操作技能的训练,但是跟以往的实验内容不同的是,这些基本操作技能的训练不再单独安排实验而是融合在有机合成实验中进行,实现从点到线的融合。例如,我们通过乙酰苯胺的合成实验,综合训练加热、回流、冷却、蒸馏、重结晶等基本操作。同时基本操作在综合实验中也能体现,我们把原来薄层色谱(分离偶氮苯和苏丹Ш)和柱色谱(分离甲基橙和亚甲基蓝混合溶液)2个实验合并改成从红辣椒中提取红色素的综合实验,更新后的实验综合训练回流、蒸馏、色谱法分离等基本操作,避免了传统单个操作训练的枯燥无味,并且将实验教学与实际应用相结合,提高了学生的兴趣和实验能力。

2.2 综合型实验——由线及面培养综合能力

综合型实验主要按照实验技术的系统性和内在联系性组织实验教学,将单元操作整合为系列合成,进行多步骤合成,实验内容之间层层递进,改变了过去“只见树木不见森林”、缺乏系统性的弊端,从线到面统筹安排。比如我们将“乙酸乙酯的制备”、“乙酰乙酸乙酯的制备”实验作为典型的系列实验,前一实验的产品是后一实验的原料,促使学生重视基本操作,认真对待实验中的每一步,培养学生学会综合运用所学化学实验基础知识和基本操作技能进行化学实验的能力。

2.3 研究型实验——点线面结合形成实践能力

研究型实验主要是让学生在掌握了有机化学基础实验的基础上,利用所学的理论知识和前2个层次中反复训练的实验技能和方法,解决实际问题,真正地合成生产生活所需的目标化合物。学生根据教师布置的研究专题,自行查询文献、设计实验方案、独立完成实验并完成论文的撰写,经历完整的科研实践过程。

我们选择的研究型设计性实验课题为“1-苯基-cis-1,2-环己二醇的合成和表征”。实践表明,研究型实验使学生初步掌握了科研的基本方法及程序,培养了学生的科研能力,非常有利于后续的毕业论文实践环节的展开。

3 严控教学过程 激发学生学习动机

学习动机是推动学生进行学习活动的内在原因,是激励、指引学生学习的强大动力。学生在学习的过程中,对学习的需要、对学习必要性的认识以及信念,学习的兴趣、爱好和习惯等构成了学生学习动机的基本因素。如果教师的教学活动遵循了教育规律,正确培养和激发学生的学习动机,课堂效率和教学效果将得到很大的提升。因此,根据目前有机化学实验教学现状,从学习目标、学习兴趣、学习习惯及考核评价这4个方面考虑,提出一些具体的操作方法来激发学生的学习动机。

3.1 确定学习目标

学习目标是学生学习的结果,是奋斗的方向。教育心理学家认为:当一个人清晰地意识到自己的学习活动所要达到的目标与意义,并以它来推动自己的学习时,这种意识就成为一种有利的动机。在有机化学实验教学中给学生设立明确、适当的学习目标尤为重要。对于化学系师范专业的学生来说,不仅要牢固掌握常规实验操作的基本原理和方法,具有扎实的实验基本功也非常重要,还需要具有实践能力和创新能力。因此,我们根据新的教学体系,针对各层次制定了明确的学习目标,编写了学习地图,清晰地告诉学生在能力发展的每个阶段应该学习什么内容、努力的方向和目标是什么。这样，学生在进入有机化学实验学习之初,就对整体有个了解,比如在基础型实验的学习过程中,将会掌握和规范各种基本操作技能,进入了综合型实验会掌握综合运用实验技能的能力,最高阶段是研究型实验,通过这一阶段的训练将使学生能够解决实际问题并具备一定的创新能力。明确的学习目标,使学生有个努力的方向,从而激发学生积极进取的精神。

3.2 提高学习兴趣

学习兴趣是学生最好的老师,是基于自己的学习需要而表现出来的一种认识倾向,它在学生的学习中具有重要的作用。传统的教学方法,主要采取教师现场讲解的方式,将相关的内容和详细实验步骤写在黑板上,无法调动学生的兴趣,并且抑制了学生思维能力和创新能力的发挥。有研究表明,学生看电视学习实验操作,兴趣可以长达24 h之久[8]。充分利用多媒体教学,改进教学方法和手段,提高教学质量,已经成为现代教育技术发展的必然趋势。多媒体教学对学生主体性的发挥,创新意识和探索意识的培养有事倍功半的效果。因此我们要充分利用多媒体等现代教学手段于实验教学中,从教学方法上彻底改变过去单一的知识传授教学模式,从以课堂灌输式教学为主的模式转变为启发式的教学模式上来[9]。

我们经过多年的努力建立了有机化学实验教学网站,开发设计了学生实验预约及教师实验教学管理系统,实现了教学信息化、管理信息化及全面开放式教学。多年来我们非常重视网络资源的建设和利用,不断地丰富网络实验教学资源,并且利用微信群建立学习讨论小组,开展网络实验预习、仿真实验、实验答疑等的研究与建设。基于有机化学网络教学平台与教学模式创新研究,实现了有机化学实验课前、课堂、课后三位一体的全程数字化教学指导新模式(见图2)。

图2 三位一体的数字化教学模式

课前主要通过设置网络预习自测题来检测学生的预习水平,学生只有在规定时间内全部做完并且取得一定的分数才可以进入实验室实验。预习自测题主要是与实验关键操作相关的题目,旨在提高学生的预习效果,以及提高有机化学实验的教学效率,同时提高学生学习有机化学实验的积极性和主动性,使学生学习从被动接受式向主动探究式转变,从而激发学生的创新意识。课堂上利用多媒体视频演示实验过程中关键的实验操作,避免了因教师难以实时演示的缺陷,帮助学生掌握正确、规范的实验操作步骤和操作技能,尤其是对于化学师范专业的学生,为以后的教学工作打下坚实的基础。课后师生可以借助网络课堂的论坛功能进行交流,教师可以和学生进行讨论,学生可以浏览讨论结果,互相学习,从中受益,并加强师生的交流和联系。新的教学模式实现从以“教”为中心向以教师主导作用和学生主体作用的“双主”教学模式的转变,取得了很好的成效,实现了教学手段和模式的创新,极大地提高了学生学习的兴趣,对提高实验教学质量起了促进作用。

3.3 培养学习习惯

良好的学习习惯,有利于激发学生学习的积极性和主动性，有利于形成学习策略,提高学习效率，有利于培养自主学习能力，有利于培养学生的创新精神和创造能力,使学生终身受益。因此在有机化学教学中要培养学生的学习习惯。要加强有机化学实验预习、记录和报告的基本要求[10]。

实验预习对保证实验的安全顺利进行起关键作用。只有认真做好实验预习,仔细写好预习报告,做到心中有数,实验才能做得又快又好。实验预习的具体内容要求明确实验目的和要求、了解反应机理、熟悉各种化学试剂的物理常数、画好装置图、列出实验步骤和注意事项。实验记录要求及时、真实、详细。在实验进行中要注意培养学生细致观察、认真记录的习惯。良好的实验记录也是一个科研工作者必须具有的基本素质。因此一定严格要求学生原始记录的书写,为以后走向科研工作打下良好的基础。实验记录的具体的内容包括所用的仪器、药品的用量、每步反应的操作、反应的温度、体系的颜色变化、是否放热或有气体产生、产品性状等都要如实地记录,做到简单明了,字迹清晰。每位学生的实验现象都不可能是完全相同的,都会出现一些独有的现象,这需要在实验报告中进行总结。实验结束后需根据自己的实验记录对实验进行分析讨论和归纳总结。对实验报告的书写我们也制定了严格的标准。要对结果进行一个总体的评价,讨论成功与失误的原因,对实验原理、操作方法、反应现象给予解释说明,对操作中的经验教学和实验中存在的问题提出改良型建议以及回答思考题等。讨论的重要性在于,通过对实验过程的回顾,可以发现自己在实验中的不足之处,防止以后出现相同的错误,同时可以加深对实验相关理论知识及实践操作的认识,巩固学习成果,可以培养学生独立思考和解决问题的能力,通过讨论达到从感性认识上升到理性认识的目的[11]。

3.4 完善学习评价

学习评价(尤其是考核成绩评定)会对学生的学习动机的形成产生很大的影响,促使学生在学习过程中及时调节学习程序,因此我们制定了“多元-权重-过程性”评价体系[12](见图3)。

图3 “多元-权重-过程性”评价体系

该评价体系强调综合考查,分为平时实验考核和考试(笔试或操作),总成绩=∑(每个实验所得总分/实验个数)×0.7+考试成绩×0.3。对于有机化学体系的3个层次(基础型实验、综合型实验和研究型实验),根据实验的过程,按照不同类型的实验,都拟定了相应的评分标准,对学生的实验预习、实验操作、实验现象和结果、实验报告以及卫生和安全,依据评价标准一一评分,具体评分标准见表1。相比传统评价方法中教师单评的方式,多元化评价增加了学生自我评价和同伴评价,可以体现对学生社会交往、沟通、团队合作的能力的评价,有利于提高学生合作精神和社交能力。权重评价则是按照实验教学的要求,对每一项的评价指标赋予权重,可以引导学生把握重点,重视操作能力和实践能力的训练。过程性评价内容涵盖课前、课中和课后全过程,内容全面、反馈及时。该评价体系实施以来对激发学生学习动机,有效调控学生的学习过程起到了积极的作用,提高了实验课程的教学效果。

表1 平时实验成绩评分标准

4 结束语

实验教学在人才培养中占据重要地位,因此新的实验教学模式旨在使学生逐步熟悉和掌握在实验中学习的基本方法和技能,培养学生坚实的理论基础、较强的实际工作能力,培养学生将知识技能转化为科学研究能力,培养学生的创新意识和实践应用能力。我们在有机化学实验教学的改革探索中取得了良好的效果,随着科学技术的日新月异和国家对创新型人才的需要,有机化学实验改革还需要不断地改革创新。

References)

[1] 赵维武.本科生实践创新能力培养的研究[J].实验技术与管理,2006,23(1):83-85.

[2] 陈绮虹,周锦兰.化学实验教学的创新与学生能力的培养[J].实验室研究与探索,2006,25(11):1429-1432.

[3] 冯克诚.赫尔巴特教学思想与教育论著选读(上)[M].北京:中国环境科学出版社,学苑音像出版社,2005: 31.

[4] 张树永,张剑荣,陈六平.大学化学实验教学改革的基本问题和措施初探[J].大学化学,2009,24(4):24-28.

[5] 段连运,华彤文.继往开来加强教学研究[J].大学化学,2005,20(6):5-8.

[6] 何树华,张淑琼,蒋勇,等.建设有机化学实验教学新体系的探索与实践[J].化学教育,2011,12: 77-79.

[7] 江文辉,罗一鸣,唐瑞仁,等.有机化学实验教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索,2009,28(1):115-118.

[8] 王旭.化学实验操作技能的教学与实验研[J].中国成人教育,2007(1):151-152.

[9] 林敏,阮永红,周金梅,等.“有机化学实验”精品课程建设的探索与实践[J].中国大学教学,2009,8(1):823-825.

[10] 解正峰.有机化学实验教学的探索与实践[J].实验技术与管理,2011,28(9):127-129.

[11] 范铮,强根荣,单尚.有机化学实验教学中提高学生综合素质的研究与探索[J].温州大学学报,2004,17(1):48-51.

[12] 黄元美,任兴利.高校实验课教学质量的动态评价方法研究[J].教学研究,2005(2):161-164.

Exploration and practice of organic chemical experiment teaching mode for undergraduates in education major

Zheng Tingting,Wu Pei,Liu Jiaqi,Meng Xiangfu,Zuo Xia

(Department of Chemistry,Capital Normal University,Beijing 100048,China)

According to the educational objective of students in education major,the teaching mode of organic chemical experiment is positively explored and practiced on the problems existing in the traditional teaching practice,orienting to cultivating the basic qualities of teachers. Based on the theory about learning process,three levels of experiment course system are built,the integrated point-line-plane pattern is used to optimize the experimental teaching contents,and four approaches to inspire the students’ learning motivation in the respects of learning objectives,learning interest,learning habits,and learning evaluation.

organic chemical experiment;teaching reform;teaching mode

2014- 06- 01

首都师范大学青年教改项目(2013)

郑婷婷(1982—),女,山东济南,博士,实验师,主要从事有机化学实验教学.

E-mail：ztt@mail.sdu.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2015)1- 0188- 04