大学化学实验课程中探究式教学的实施与研究*

段 磊，周 侃，王立春，张煜桁，姚 佳

(1 常州工学院化工与材料学院，江苏 常州 213032；2 陆军工程大学基础部，江苏 南京 211101)

化学是一门以实验为手段，研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的基础科学。大学化学作为军校本科学生必修课程，旨在提升学生的科学思维和能力素养，培养学生辩证思维、家国情怀和战斗意识。大学化学实验是大学化学课程重要的组成部分，在增强学员实践动手能力、培养创新意识方面显得尤为重要。

1 开展探究式教学的背景

化学实验是科学家基于科学实验条件不断摸索探究实验现象及客观规律的科学手段。传统大学化学实验课堂教学通常采用“满堂灌”、“一言堂”方式[1]，老师为主体，讲授完毕后，学生再进行实验操作。这种模式存在很多弊端，如只关注学生对知识点的掌握情况，而忽略学生对实验课程的兴趣、热情、探索与发现精神，以及存在理论和实践连贯性差等问题。

大学化学作为一门公共通识类课程，共32个课时，而大学化学实验课课时仅占大学化学课时的1/4。因此，如何在较少课时内，让学生对化学实验产生浓厚兴趣，初步让他们养成化学科学思维，是大学化学实验教学重点关注的问题[2]。同时，现在军校学生主要以“00后”为主体，他们思维活跃、接受新知识能力强，强行灌输的教学方法非常不适宜、不明智。大学化学实验课堂教学应该重点关注学生好奇心强、主动学习意识薄弱等特点，通过抓住他们的兴趣点，提升他们对课堂的喜爱度和好奇心，驱使他们自发地对知识、实验的探究，这将极大地提升学生实践动手、创新意识、科学素养等能力，也有效提高他们的工程素养、日常安全、战场生存等军事化素养[3]。

随着教育的发展，探究式教学作为新的教学法越来越受到重视。教育学家约翰·杜威最早提出探究式教学法，其主要思想是在教师的指导下，学生为主体，他们自觉地、主动地探索，掌握认识和解决问题的方法和步骤，研究客观事物的属性，发现事物发展的起因和事物内部的联系，从中找出自然规律，形成概念，建立自己的认知模型和学习方法架构。

大学化学实验课分为基本原理和实验操作两部分，其中实验操作部分包含：常规基本操作、仪器使用、误差分析、操作失误分析等[4]。本课程是一门理论和实践相结合的功课，因而对实验课教学实施提出更高的要求。针对上述问题，提出了探究法教学模式，将大学化学实验课从传统的填鸭式教学过渡到以学生为中心，提高他们学习的积极性，引导他们主动探究，培养他们“主人翁”意识。

2 探究式教学的实施

如何开展大学化学实验课程？通过设计实验，不断优化条件，获得实验数据后进而归纳总结得到实验规律，而并非通过实验直接验证规律的方式。我们将探究式教学运用到实验课堂开展教学活动。

(1)教学层次

非化学化工专业高等教育本科。

(2)课程性质

必修考查课。本课程并非培养专门化学人才的专业课程开设，而是作为科学文化通识课程，为我校学生在本科学习阶段打下一定的化学知识基础，坚定文化自信、培养学生家国情怀。

(3)授课内容

围绕大学化学课程的建设，我们开展了四个化学实验。一方面补充理论知识点，另一方面更切合实际应用。理论和实际的联系为学生在生活、军事活动、战场环境下打下良好的科学思维基础。我们以“污水的处理与监测”为例，尝试了探究式教学。

(4)课堂授课实施

图1 探究式教学课堂实施方案

为了让学生对本次实验课程有基本的认识，我们提供了MOOC、微课等线上资源。课前学生自主学习，通过视频介绍对水污染有初步了解，可提前做好实验预习工作。课堂中首先利用短视频介绍了水污染对我们造成的深远影响，PPT展示的图片让学生身临其境，明确水污染的危害性，进一步激发学生产生污水处理的想法(见图2)。接着，老师讲解“污水的处理与监测”基本原理(涉及离子交换技术、分光光度法的基本原理、朗伯-比尔定律和金属离子显色原理等)。随后，采用问题链的方式，将问题不断抛出，与学生进行互动，关注问题与问题间相互衔接，有效调动学生课堂中的积极性。

图2 短视频和PPT图片课程引入

在介绍完污水处理的重要性与基本原理后，进入实验操作的教学环节。本次实验使用的主要仪器是紫外可见分光光度计和离子交换处理系统；实验具体操作内容包含：配制标准浓度溶液、离子交换处理系统净化污水、分光光度法测定分析水中的Fe2+浓度等。传统的教学模式直接采用PPT介绍实验仪器、实验步骤等，学生只能利用抽象思维进行记忆和理解。在后期的实验过程中，极易出现明显差错，影响实验结果，学习效果通常较差。而本次课堂教师采用现场实验演示的方法，一边讲解仪器的使用方法，一边进行相关操作，学生更直观地理解与学习，边听讲边摸索，大大提升学习效率(见表1)。此外，还可让学生进行自主演示实验，教师辅助解疑答惑，指出学生实验设计中出现的漏洞和不规范操作。随后，学生分为两人一组，以合作的方式对污水处理进行实验探究。实验过程中遇到的问题，学生会优先选择小组内讨论的方式予以解决，教师适时点拨，引导科学探究的方向。本次实验以学生为主体，教师扮演了引导引入的角色，提升了学生主动学习的能力。

表1 大学化学实验课程中探究式教学的实施

最后学生得到原始数据，采用标准工作曲线测定溶液中金属离子浓度的方法进行数据处理，同时教师引导学生根据数据总结相应的规律。本次实验不仅让学生了解离子交换树脂处理污水的原理、掌握离子交换树脂的使用方法，还学习分光光度计的基本构造和工作原理，掌握其使用方法。实验结束后，教师给学生设置一些思考题(如：离子交换装置中，阳离子交换柱能否与阴离子交换柱调换位置？为什么要在510 nm测定该反应溶液的吸光度？水体中另一主要污染物Cr元素能否用该方法检测，有什么改进意见？)，进一步巩固和加深课堂教学的知识点。同时，俱乐部为课堂实验的拓展提供了一种有效方式，学生可参与俱乐部活动进行进一步的科学探究。俱乐部具有开放性、共享性，根据自己的兴趣或疑惑，不仅可自主探究化学实验，也可为学生提供了展示的空间。通过俱乐部实验验证思考题，也可以做一些课外延伸。利用气相色谱、高效液相色谱、电感耦合等离子体光谱等有效方法，检测水质的其他指标。兴趣是最好的老师，探究式教学激发了学生主动性，培养学生发现问题—提出方案—解决问题—总结规律的能力。

3 探究式教学效果评价

在大学化学实验课程中，我们选取了两个班，一个班级采用探究式教学方式，另一个班级仍然采用传统教学方式。两个班班级人数均为50人，最后进行了化学实验成绩对比。由表2数据可以看出：两个班成绩大部分集中于70～79，80～89两个分数段，但是采用了探究式教学法高分数段人数明显高于对照班，对照班良好率(>80)仅为28%，实验班良好率高达60%。并且不及格率也从2%降到0%。结果显示，利用探究式教学不仅课堂气氛活跃、学生积极性高，还能有效提高考核成绩。

表2 实验班和对照班实验成绩对比

为了进一步评价探究式教学的效果，我们对实验班进行了问卷调查[5]，从学生角度对该教学模式评价反馈(见图3)。问卷调查主要从以下几个方面进行评价：课程中是否使用探究式教学？能否激发学习兴趣、增加互动？是否有助于学习、提高学习成绩？学生是否喜欢该教学方式等几个方面，评价分为“是、否”两个选项。总共发放50份问卷调查，回收50份，有效率100%。

图3 学生对探究式教学的评价反馈

从调查结果分析：

(1)通过对实验班的调查，100%的学生选择使用了探究式教学。说明从学生角度该模式与传统模式存在较大差别，在大学化学实验课程中我们确实实施了新的教学模式，而非传统填鸭式教学。

(2)98%的学生认为使用了探究式教学能增加课堂互动，同时所有人选择能激发他们的兴趣，并且最终有98%喜欢探究式教学。这充分说明该模式不是一味传授知识，而是改变了以前枯燥乏味的课堂，发挥了学生的主观能动性，调动他们的积极性，主动地去探究、发现问题。学生喜欢课堂，才能提高他们学习效率。

(3)由于大多数学生喜欢探究式教学，96%的学生认为有助于学习，98%的学生支持该方法提高了学习成绩，从主观上他们觉得对成绩提高是有帮助。从客观上表1中同样显示出实验班的成绩明显优于对照班。因此学生主观上对探究式教学的喜爱，更容易提升他们的学习成绩。

4 探究式教学的意义

4.1 从教育学角度，显著提升学生科学素养

探究式教学作为一种改革创新教育理念融入到课堂中，打破传统“老师讲、学生听”单一模式[6]。从以前老师为主体变成学生为中心的课堂，在教师的启发引导下，发挥学生更多的主观能动性和有效互动，增加了他们对学习的热情，让学生找到了“主人翁”意识[7]。学习不再是强制性，学习能力差的学生也会不厌学，好奇心驱使每个人积极参与。正是因为这样由内而外，他们愿意以小组形式花更多时间去讨论、探究、合作实验，在过程中不断成长。俱乐部作为一种开放式平台也为学生复杂有趣的实验提供了机会。探究式教学模式奠定基础的化学知识体系，培养基本的实验技能，显著提升大学化学实验成绩，具有较好的教学效果。同时在创造性思维、沟通能力、实践动手能力等科学素养也具有促进作用。为新时代的课堂教学改革提供了一种切实可行的方法。

4.2 从社会学角度，有助于增强学生专业技术能力

大学化学实验课程需要胆大心细、严谨认真的态度，探究式教学在实施过程中需要学生具有发现问题—提出方案—解决问题—总结规律的能力，因而对学生的动手能力、科学思维能力有一定的提升[8]。对于军校学生，未来战场复杂多变，科学思维方式、创新素质、综合能力等将有利于增强学生专业技术能力，为军事化行动提供了保障，为科技强军、科技强国打下良好基础。

5 结 语

大学化学实验课程是一门理论与实践相结合的课程，传统教学方式无法满足培养高素质的军事化人才的需求。为此，将探究式教学策略运用到大学化学实验课堂教学中，突出学生的中心地位，充分调动学生主动性。通过探究该教学策略的实施过程，并采取化学实验成绩对比分析和问卷调查两种方式进行教学效果评价，最终得到探究式教学策略能有效地激发学生学科探究兴趣和学习积极性。通过探究式教学策略的实施，学生在大学化学实验课堂有了“主人翁”意识，提升参与感，增强求知欲，化学实验成绩显著提高。同时，还促进了学生实践动手能力、创新意识等科学素养的培养，切实提升了教学效果。