地方高校化学实验教学的发展与创新思考*

彭开美，张冬城，冷美艳，邱青梅

(黔南民族师范学院化学化工学院，贵州 都匀 558000)

过去的几十年，世界范围内出现的一个普遍现象是，学习科学、技术及工程类学生的数量呈现持续下降的趋势[1]。在德国，所有学生中，选择物理作为专业的比例也只有约为10%，选择化学的还要低于10%；对学校专业的个人偏好排序的研究也表明，语言类专业位居榜首，而科学类专业则位于末端。在澳大利亚，过去的20来年，高三学习科学学科的学生比例从94%下降到了50%，而且还在继续下降[2]。在美国的大学，在对科学类专业有意向的学生中，约有一半的学生因各种原因而转到其它学科。这些事实导致了能胜任科学相关工作人才的缺乏。

化学作为一门基于实验的学科，实验教学对于激发学生对外部世界的探索与学科的兴趣有着至关重要的作用。几十年来，本科普通化学实验的传统方法是做一些“被证明是好的”实验，存在实验教学内容陈旧过时、结构不合理[3]，其结果是，学生可能无法准确理解科学知识是如何获得的，这对学生批判性地思考科学或科学素养能力的培养极为不利[4-5]。2010年，美国化学学会的成员讨论了普通化学的重要性和改革传统普通化学课程的必要性。这项改革包括改革实验室教学，其目的使得实验室教学方法与科学家在化学研究中所用的方法保持一致性[6]。本文简述了一部分改革实验教学的探索，结合地方高校的教学实践，探讨了实验教学与教学新方法的融合与创新发展方向。

1 交互式实验教学

实验预习是提高实验教学质量前提保障，然而，目前的大学预习的流程是，学生事先阅读理论和具体操作手册，在课堂上，经过教师的演示与简短指导后，学生根据操作手册，从不同的现象中观察和收集实验证据[7]。这种策略并不是对所有的学生都有效，因为他们中的许多人只是把精力集中在特定的操作手册，很难理解基本的理论或发展必要的技能(包括观察、比较结果和与理论背景的联系)。事实上，为了获得重要的知识和发展实验室技能，学生必须全身心地投入到学习过程中，而不仅仅是遵循某种实用的技术[8]。

有效的实验预习工作是高质量实验课堂的重要前提，Torres等[9]评估了252名大学一年级学生在12个模块的普通化学实验课上使用新的在线互动实验预习活动的情况。实验预习活动有互动材料和讨论论坛，使用互动材料还是论坛均由大多数学生自由选择。他们发现，这个选择与学生之前的表现有密切关联性，即成绩较好学生常选择实验前互动材料，而成绩较差学生更倾向于使用实验前论坛；此外，尽管非强制性的、也没有打分，但仍有79%的学生访问了实验室论坛，论坛上对相关问题的讨论，对那些以前成绩较差的学生特别有帮助。研究结果研究表明，交互材料是提高已有知识的有用工具，使得学生实验室理论的理解和实际表现都有了明显的提高。

如何合理地运用新型的工具(如含有交互材料的讨论论坛、线上实验课程)提高实验预习的效果，并解决由于实验内容较多导致学生机械式地按照手册操作的问题，是值得高校实验教师思考的。胡菁等[10]结合教学中存在及学生所反映的问题，开发了有机化学实验在线开放课程，这给学生充分预习提供了基础，实现了实验预习、现象记录、实验报告完整规范化和一体化，提高了学习效率。然而，由于教师年龄的差异，对新工具的掌握与使用也不同，这就要求有相关思路与方法的老师，先进行尝试和改进，在有明显正向效果的前提下，把成熟的工具和方法固定下来进行推广，根据教师和学生的反馈情况，再进行迭代。紧跟时代的步伐，采用学生喜闻乐见的新型工具，实现高质量的化学实验预习准备，不但能在课前预判学生可能遇到的问题，也能大大提高化学实验课程的质量。

2 论证探究式实验教学

对于学习STEM(科学、技术、工程及数学的缩写)的大学本科生转入其它学科，有多方面的原因。学优生对基础科学课程的描述是无趣，成绩较差学生对基础科学课程的描述则为不受欢迎，这些学生普遍认为他们不能从基础科学课程中学到很多知识。因此，很多学生转向了其它专业，这些专业更有趣或者这些专业能让学生感到受欢迎与成功。此外，基础科学课程偏向于个人为中心而非团体为中心，这一特点阻碍了学生与同伴、教师及学科发展出更强的连接。为了解决这些问题Walker等[11]提出了论证探究式教学模型(Argument-Driven Inquiry，ADI)，ADI旨在为学生提供一个机会，让他们开发自己的方法来生成数据与进行调查、使用数据来回答研究问题与写作、并在工作时进行更多的反思。ADI教学模型一堂经验性与实践相结合的化学实验课堂；研究结果表明[12]，相对于以传统规范方式来演示和证明内容的经验性化学实验课堂，在学生对知识理解上，这两个课堂差别不大(论证探究式教学81分，传统教学76分)，但在实践测试上，论证探究式教学的学生平均分要明显更高。目前，国内外已把ADI教学模型应用于初等、中等和高等教育的教学改革与实践[13]。

作为地方高校，其要培养面向地方需求，服务区域经济和产业升级的应用型人才[14-16]，应用型人才的培养不是一蹴而就，而是通过合理的人才培养方案和高质量课堂教学相结合来实现的。地方高校的资源相对有限，但在有限的资源下如何提高学生的综合素养是一个值得钻研和探究的课题。笔者在地方高校有机化学实验的教学实践中发现，传统的化学实验教学重点放在演示和证明内容的正确性上，其在培养学生发现问题、调动已学知识分析问题、设计方案解决问题方面有所欠缺。例如水蒸气蒸馏实验，传统的教学方法在于训练学生如何正确搭建玻璃仪器及掌握水蒸气蒸馏的操作要领，然而学生只是被动的接受，很少主动地思考。如果给学生提供分水器等玻璃仪器，引导学生以几人小组为单位，尝试应用已有的知识进行合理的迁移而设计并搭建能实现水蒸气蒸馏功能的新装置，并用新装置收集数据并验证道尔顿分压定律。这一过程让学生对实验学科有新的直观感受，激发了学生对化学学科的认识与兴趣。

论证探究式教学模型(ADI)不但强调知识的“输入”，其还训练了调动已有知识存量，“输出”解决方案并实践证明方案的合理性，从而获得新的认识/知识。因此，合理的运用ADI范式来设计实验教学方案，把论证式思维引入课堂中，对培养学生结合理论与实践的应用型特质大有裨益。

3 基于发现的实验教学

基于发现的实验教学也叫引导探究实验教学，这一教学方法中，学生在实验室中扮演发现者的角色，教师给出一个通用的过程，而不是循序渐进式的指导[4]。与传统的“菜谱式”实验室相比[17]，学生在基于发现的实验室学到更多，也更投入[18]。根据调查[19]，对几个普通化学实验室进行基于发现实验室的改造后，74%的学生认为他们的观察力是由发现实验室而不是验证实验室发展出来的；同时，68%的人认为他们对概念的理解在发现实验室中得到了进一步提高。基于发现的实验室在本质上是归纳的、阐明科学方法并将理论与经验数据联系起来[20]。诚然，学生们对实验室的态度各不相同，但大多数学生同意，在改革后的实验室他们解决问题的技能得到了更多的运用；同时学生也发现这类实验室更具挑战性和困难[21]。这些研究揭示了改变有机化学的传统实验室结构可以加深学生对该学科的理解。

目前，基于发现的实验教学在国外都得到了广泛的推广，如King等[22]把其应用于不对称醇的合成的实验教学，这个实验为讨论、理解与应用重要的化学理论与技术(包括不对称合成、不对称催化、动力学分解、机理、过渡态理论和惰性气体运用技术)提供了一个机会。Mariah等[23]则在同分异构体的合成反应中使用发现式实验教学，在这一堂课中，学生能够应用他们在有机化学实验课程中学到的许多实验技术来收集数据，并根据已有的知识分析理解这个反应结果与热力学预期存在差异。

由于发现式教学法在实验教学的应用中，涉及到实验室的改造问题，即其结构更趋向于科研实验室，因此在国内，发现式教学法主要集中于理论课堂的应用[24]，在化学实验课堂的使用还有待开发。对于条件较好的高校，其实验室升级完成，其中部分升级后的实验室已能满足发现式教学的需求。对于资源相对有限的地方高校，部分化学实验室需要进行设备与条件的更新，可以把握机会，把其中的部分实验室进行相应的改造，这将为化学实验教学新方法的探索与应用提供条件。

4 结 语

相对于传统的化学实验室教学，创新实验教学方法的应用使学生对实验室有了更深入的了解，觉得实验室更有趣，对自己在实验的工作更有主人翁精神，能提出更有启发性的问题。除了这些表观的看法外，创新实验教学方法使得学生不但有理论课堂上知识的“输入”，还有实验课堂运用知识解决问题的“输出”，这输入与输出循环的过程中，激发了学生对化学学科的浓厚兴趣，并培养了学生发现问题、分析问题、自主探索解决问题的能力；这些能力的养成是地方高校培育能服务区域经济发展应用人才的必要前提，因此，只有通过一步一步的抓实课堂教学，才能为地方高校实现其“应用型”定位提供坚实的基础。

针对目前地方高校化学实验教育的现状，可以在有限的资源条件下进行合理的探索，如用现在学生喜闻乐见的工具和技术来对实验前预习方式和方法进行创新，实验室的更新改造应能满足将来创新实验教学的需求，实验教学方法也应与时俱进、积极吸收适合本学科教学特点的新方法。总之，为了学生综合素养的发展，教师不仅需要更新自己的专业知识结构，还需要不断学习、探索和应用新的教学方法来满足培养能支撑服务区域经济发展所需“应用型”人才的需求。