自主设计实验在高师有机化学实验教学中的应用探索

高 涛，周彩新，刘显明，杨绪红，曾志刚，孙绍发

(湖北科技学院 核技术与化学生物学院，湖北 咸宁 437100)

自主设计实验在高师有机化学实验教学中的应用探索

高 涛，周彩新，刘显明，杨绪红，曾志刚*，孙绍发*

(湖北科技学院 核技术与化学生物学院，湖北 咸宁 437100)

化学实验是培养合格化学教师的重要方法和手段。本文分析了目前高等师范院校有机化学实验教学中存在的问题，提出了开设自主设计实验的必要性，并阐述了开展自主设计实验过程和方法。希望通过有机自主设计实验的教学，激发学生的学习兴趣，培养和提高化学教育专业学生综合实验素质。

化学教育；实验技能；有机化学实验；自主设计

化学是一门以实验为基础的学科，在培养学生的综合素质上起着重要的作用[1，2]。基础教育课程改革纲要(试行)中强调学生应通过实践，增强探究和创新意识，学习科学研究的方法，发展综合运用知识的能力[3]。新课改的实施对教师的教学能力提出了更高的要求，尤其是化学教师，要求不仅要有坚实理论基础知识和过硬的基本操作技能，还要有优秀的实验教学组织能力。才能在教学过程中起到言传身教的作用[4]。但是受多种因素影响，高等师范院校特别是地方高师对学生实验技能的培训重视不够，因此许多化学教育专业的学生实验能力令人担忧，如何加强学生实验能力的培养已经迫在眉睫。

有机化学实验作为化学教育专业学生的必修课程在对学生的实验技能培养上起着重要的作用，本文就如何在有机化学实验教学中开设有机自主设计实验以提高学生实验技能提出自己的思考和建议。

一、有机化学实验教学中存在的问题

目前 , 我国实验教学的目标多数仍停留在“三基层面”，即要求学生掌握实验基本原理 、 基本知识和基本操作 , 规范操作得出正确的数据和结论[2]，师范院校为了达到基本教学要求，只强调实验技能的训练而忽视了学生综合科学素质的培养，导致所开设的实验内容刻板、枯燥。而且在教学过程中，教师为保证实验过程的安全及学生完成实验的成功率，将实验过程中的每一个细节和现象都告诉学生，并反复强调，学生只需像机器人一样由教师输入程序就准确无误的完成实验。这种不动脑、机械的操作很难激发学生学习有机化学实验的积极性，也无法发挥学生的主动性和创造性[5]。

二、有机化学实验开设自主设计实验的必要性

有机化学实验作为基础化学实验之一，其教学目的除掌握基础有机实验技能和对课本知识的验证之外，对高师化学教育学生而言，其更重要的功能应该是如何激发学生的学习热情，调动学生学习的主动性和积极性[6]，培养学生的科研意识，切实提高学生的动手能力及独立组织和完成实验的能力。这些素质和能力是一个中学化学教师能否进行探究性实验教学的基本要求。但按现有的有机实验教学模式很难达到上述培养目的，因此如何改变高师化学教学的实验教学培养模式是高师化学教学工作者的教学研究的重要内容。

自主设计实验是以学生为主体，通过查阅文献，立足现有实验条件，自主设计实验项目、单独或以团队合作方式完成实验的一种新的教学模式。这种教学模式有别于“研究性实验”，提倡学生为主体，强调的是自主性和团队合作。这种教学模式对于有机实验教学来说优势十分明显，它既能改变过去实验教学“照方抓药”所带来的种种弊端，还能极大的提高学生综合科研素质。因此该教学模式对于高师培养“研究型教师”意义非常重大。

三、自主设计实验的设计与实施

自主设计实验的实施是一个系统工程，对实验时间、场地、学生实验技能基础、教师的引导及评价等都要有一定的要求。自主设计实验能否能顺利实施和实验指导教师的经验密不可分，以下是笔者开设自主设计实验过程中的一些体会，希望能对高师有机化学实验教学的同行有一定的帮助。

1.进行自主设计实验的前提条件

自主设计实验的设计及开设前提条件为安全、经济、高效、科学、直观。因此要满足以上五点要求必须要有与之配套的实验时间、实验场地、实验耗材、实验设备及实验者基础技能等要求。

安全是首要前提，要充分考虑整个实验过程中会出现的安全问题，一定要在设计之初尽可能的将一切不安全的因素考虑详细，保证过程的安全、可控。要提倡实验的绿色化。经济是必要因素，自主设计实验是教学实验不能等同科研实验，必须要考虑实验成本，要给学生提出“原子经济性”这一观点，要提倡实验小量化、微量化。高效就是要求实验的效率要高，反应速度要快，不能让实验的时间过长。科学就是实验项目设计要具有科学性、实用性、创造性，能够紧密联系日常生活为佳，可实施性要强。直观就是要求实验过程直观、实验结果直观，并要求立足地方高师的实验室条件进行实验结果的验证。

2.自主设计实验的实施

开设有机自主设计实验是一个循序渐进的过程，通过长期的教学摸索，笔者认为分为四个阶段比较合适。

基础技能训练阶段：该阶段一般在大二上学期前半段完成，该阶段十分重要，要求教师耐心、细心的完成对学生的实验指导工作。学生必须在个人防护、实验危险预防、实验危险处理等方面做到熟悉、熟练，能够临危不乱、从容应对任何突发事件。此外还要做到实验操作规范、数据处理精确，为后期的实验开展打下扎实的基础。

综合训练阶段：该阶段以有机合成实验为主，通过教师的引导，如布置课前文献查阅任务，让学生以小组讨论的形式探讨教材中给出的实验项目其发展趋势、注意事项，实验成功的关键点等。并通过教师讲解，介绍该实验课本的设计思想以及单个实验项目中设计者的基本思路，教会学生学会实验研究的一般方法，从而切实提高分析问题、解决问题的能力。

给定项目的自主设计实验阶段：该阶段是完全自主设计实验的过渡阶段，一般安排在大二下学期中段，由教师给定2-3个非课本中实验项目。项目的指导原则是可实施性要强，能够通过文献检索查到实验方法。实验项目的设计可以是两步以上的有机合成实验或植物中活性成分的提取实验。开设给定项目的自主设计实验的目的是让学生逐步适应并学会如何自主设计实验。因为通过文献检索得到的实验方案要比课本中实验方案更简练，所以学生在设计实验方案过程中必须要学会思考和处理文献中的方法和数据，找出实验的关键点和注意事项，并根据现有实验条件科学合理的设计实验方案和安全、高效的完成实验过程。

全自主设计实验阶段：该阶段一般安排在大二下学期末实施，关于实验项目教师可以通过与学生交流，引导学生完成一些难度适中的小课题，如合成荧光小分子、合成一系列不同香味的酯等。要求以团队的形式完成，团队要有明确分工。实验时间为两周，第一周为设计时间，团队成员通过文献检索，以小组讨论的形式完成实验项目的设计，第二周的时间为实验时间，学生通过实验反复修改设计思路并确定实验方案，最后以实验报告的形式提交完整的实验方案和实验数据。

3.教师的作用

教师是自主设计实验的引导者和指导者，教师的科研素质和个人魅力对学生的影响非常大。从基础训练开始，教师就要从严要求，规范学生的实验操作，养成学生严谨认真的科研素质，为后期实验打好基础。综合实验阶段教师的作用是，进一步巩固和规范学生的操作技能，通过揣摩课本中实验项目的设计思路，教会学生如何去确定反应条件、选择适量的实验试剂，最终制定实验方案。还要在课堂中引入绿色化学和微型化学的概念，在实验过程中有意识的教导学生科学处理实验污染物排放，培养学生绿色环保意识和可持续发展意识[7]。设计实验阶段需要全程引导，从实验项目的确定、实验设计过程的审核、实验过程的监控、实验结果的考核教师必须全程参与，通过教师的学识和经验，让学生能够安全、顺利的完成其设计的实验项目。由上可见，教师是决定自主设计实验成败的灵魂人物。

四、有机自主设计实验实施过程中要注意的问题

有机自主设计实验的教学目的是培养高师学生综合科研素质，对学生而言不仅要培养其实验设计能力，更要培养其实验组织能力及严谨的实验作风。自主设计实验的实施是一个系统的过程，不能一味强调自主而盲目的设计，好的设计思路固然重要，但是如果没有扎实的基本实验技能，学生在实验实施过程中就会出现操作不当、方法错误、对问题处理不合理等问题。其最终结果是，教师反复纠正指导，效率低下，学生逐渐在实施过程中丧失耐心和积极性。最终自主设计实验流于形式，难以达到预期目的。所以在有机自主设计实验中，学生是实施自主设计实验的关键因素。

五、结语

在开设有机自主设计实验过程中会遇到过各种困难，但是这些困难都不能阻挡学生求知的欲望。而且在攻克难关的过程中，既锻炼了学生的团队协作能力，还能让学生获得更多成功的喜悦。通过三年的自主设计实验教学发现，自主设计实验的开设对学生的创新能力、文件检索能力、组织及团队协作能力等综合科研素质的提高有着积极的作用。相信学生也会将自主设计实验中所学到的知识，应用于未来的中学化学教学中，用探究性的实验教学方法激发中学生学习化学的热情，为国家培养出更多的综合性人才。

[1]陈水生, 乔瑞, 张淑萍, 等. 科研创新实验对学生综合知识体系的构建[J]. 大学化学, 2014, 29(6): 51～54.

[2] 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.

[3] 基础教育课程改革纲要(试行)．教基[2001]17号

[4] 徐明波, 吕洪杰. 浅谈高中化学创新实验设计[J]. 湖北师范学院学报(自然科学版), 2013, 33(3): 77～79.

[5]沈星灿，唐力．基础教育化学新课程改革对大学化学教学的启示[J]. 大学化学, 2015, 30(5): 11～15.

[6] 尚国香，张欣．高中化学新课程与大学化学教学衔接研究——有机化学性质主题[J]. 大学化学, 2016, 31(2): 15～19.

[7] 高涛. 绿色化学实验室建设探讨[J]. 咸宁学院学报, 2007, 27(6): 77～79.

2095-4654(2016)12-0120-03

2016-08-30 基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目(Q20162802); 湖北科技学院教学研究项目(2012X025B;2014-XB-019) 通讯作者：曾志刚(1981-)，男，湖北省仙桃人，湖北科技学院核技术与化学生物学院讲师，研究方向：有机合成，E-mail:zzgang2012@hotmail.com;孙绍发(1964-)，男，湖北省嘉鱼人，湖北科技学院核技术与化学生物学院教授，研究方向：有机小分子催化，E-mail:sunshaofa@mail.hbust.com.cn。

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