基础化学实验开放教学的探索
随着我国高等教育制度的不断改革和就业竞争的日趋激烈,用人单位已从单纯的学历要求,转向对学生动手能力和综合能力的考查。能力来源于实践,实践教学环节对于培养学生的实践能力和创新能力尤为重要,而实验教学是高校教学体系和实践教学的重要组成部分。如何利用实验教学,提高学生观察、分析和解决问题的能力,培养学生严谨的学术作风、实事求是的科学态度和创新精神,已经成为高校实验教学改革的重要目标。开放实验是现代高等教育实践教学改革的趋势。近年来,我校化学实验教学中心在对林业院校基础化学实验课调查的基础上,分析了实验教学存在的问题,利用现有资源对林业院校基础化学实验开放教学模式进行了一些探索,并取得了一定成效。
1 基础化学实验课的现状与问题
基础化学实验是化学学科的重要组成部分,它既配合了化学理论的教学,又有相对的独立性和系统性,对学生专业知识、实验技能和创新能力的培养具有重要作用。化学学科是林业学科专业发展的基础平台,调查表明,目前林业高等院校的基础化学实验教学存在着如下问题:(1)多数化学实验课程处于辅助和从属地位,依附于理论教学,难以适应当今人才培养的要求。(2)开设的实验内容与林业院校各专业结合不够紧密,实用性不强,没能贴近社会与生活,很少联系现代生产实际。 (3)教师讲实验目的、实验步骤,学生按照实验指导书或教师给出的实验步骤进行实验,操作机械。(4)大多数学生为低年级学生,在动手、独立分析问题、灵活运用所学知识等方面的能力较欠缺,仅靠课堂内实践远远不够。
在这种相对封闭的实验模式中,学生课外进行实践能力的训练没有得到充分引导;学生实验处于被动状态,很少创造性地改变实验步骤或对实验条件进行多种尝试; 实验内容缺乏吸引力,挫伤了学生的实验积极性和主动性,限制了学生的求知热情和创造性思维的发挥。因此,改革教学方式势在必行。
2 建立基础化学开放实验教学模式
开放实验是上课时间和内容在一定范围内可由学生自行选择的一种教学方式。开放式实验教学有利于激发学生的学习热情,培养学生的创新精神和实验能力,还可以提高实验室及仪器设备的使用率,发挥实验教学资源的效益。我校化学实验教学中心承担了林学、生物学、材料学、环境科学等非化学专业的基础化学实验教学,结合学校基础化学实验室的设施条件,针对非化学专业学生,开展了开放化学实验教学的尝试,给学生提供自由探索和发展的空间,建立有利于培养学生实践能力和创新能力的实验教学体系。总结实践工作,我们主要做了以下几方面改革。
2.1 确定化学实验的开放教学内容
根据各专业的人才培养方案,在制定化学实验教学大纲时,考虑将基础训练和创新培养相结合、必要实验和开放实验相结合的教学模式。必要实验项目主要是让学生掌握基本的实验技能。开放实验教学内容选择综合设计性实验,具有科学性、先进性和实用性的特点,并且具有一定创新性和综合性。鼓励学生自主开展实验,由教师设计出贴近生活和现代工业生产实际、与林业专业有一定联系的实验内容,涉及的化学知识和实验技能面较广,能引起学生的兴趣。每门基础化学实验课都开设 2~4个可供开放教学的实验项目,如无机化学实验:测定物质的化学反应热、海带中碘的提取;分析化学实验:食醋酸度的测定、鸡蛋壳中钙含量测定、水的硬度测定、土壤中有机碳含量测定;有机化学实验:油脂的提取及鉴定、植物挥发性油的提取、色素的提取和分离;物理化学实验:固体在溶液中的吸附测定、溶胶的制备净化和稳定性测定。同时,学生也可自主选题,确定一些感兴趣的实验项目进行开放实验。
2.2 确定化学实验开放教学的方法
改变传统的课时限制和进出实验室的时间规定,采用课堂时间与业余时间相结合,向学生开放实验。实行半开放的模式,在实验时间上,不是完全由学生决定,而是提供学生可选择的时间段。充分运用校园网络资源,将化学实验开放教学与网络学习相结合,把实验电子课件、参考教案、实验装置照片、基本操作电教片等在网上发布,学生可根据需要选择网络学习,帮助学生了解实验内容,示范正确规范的实验操作,提醒重要的注意事项。
实施开放实验教学以学生为主,教师为辅。以植物色素的提取分离实验为例,我们提前一个月布置课程任务,让学生查阅文献,在满足科学性和可操作性的条件下, 根据资料自主设计实验方案,写出实验预习报告。由教师组织班级学生集体讨论,对每种方法涉及的实验原理、具体操作步骤、实验注意事项等都进行了详细的分析讨论。在讨论中,发现学生对这样的实验模式兴趣很高,积极查找资料,提出了各种实验方案。如在材料的选择上,有树叶、菜叶或花瓣;提取中采用了常温研磨法、直接溶剂萃取法、加热搅拌溶剂萃取法等;分离上采用了柱层析法、薄层层析法;分析上采用了分光光度法分析、紫外光谱法。学生普遍反映,经讨论分析,感觉思路更清晰,能有目的开展实验。讨论后,学生向教师预约实验时间,实行课内学时有限开放实验,提供几个不同的时间段,学生自主完成实验。在实验过程中, 要求学生积极思考,认真操作,把实验中的每个重要步骤及出现的实验现象用相机拍摄下来,作为原始的实验记录。实验结束后,要求学生撰写实验报告做PPT文档,并进行汇报交流,鼓励有创新成果的学生发表论文。通过综合设计实验,开放实验教学,使学生真正得到创新性的训练,培养他们的科研素质。
2.3 明确化学实验开放教学的考核方法
化学实验开放教学,学生所做实验项目内容不同,操作难易程度和要求不同,所以单一的考核方式不能全面、客观地反映学生对化学实验的掌握情况。在考核上,综合学生必做实验和开放实验两方面的表现,进行评定。对必做实验项目采取现场抽签进行实验,考核基本实验技能,并以笔试考核学生对基本实验理论的掌握;对于开放实验,主要在文献资料的查阅、实验方案的设计、讨论课的表现、实验操作的规范及实验结果的有效性等方面对学生进行评价,这种做法激发了学生的学习热情,对调动学生的'主动性和积极性,树立良好的学风起到了积极作用。
3 建设实验教学环境,保障开放实验教学的正常进行
林业院校基础化学实验教学涉及的专业和班级多,使用的仪器设备和实验试剂复杂,实行开放实验教学,必将对实验室的管理和教师素质提出巨大的挑战,必须建设合理的实验教学环境,保障开放实验教学的顺利进行。在实验室使用上,优化配置,合理安排各类实验室的使用,提高实验室资源利用率。根据教学计划的要求,针对大一、大二的学生,把每门基础化学实验安排在学年的不同学期,无机化学实验和物理化学实验主要安排在上学期,有机化学实验和分析化学实验安排在下学期,各类实验室可以打通使用,以缓解开放实验室的紧缺。建立健全各项管理制度,规范实验室的开放和仪器设备的管理,严格遵守实验室的有关安全管理规定。实验开放教学开设后,实验室每天接纳的学生人数增多,仪器设备满负荷运转,实验技术人员应加强对仪器设备的日常维护,确保开放实验教学的顺利开展。指导教师应加强对学生实验素质、技能和严谨治学态度的培养,引导学生爱护仪器设备,对化学试剂要注重节约和环保。规定学生每次实验结束后,要清点仪器设备并按规定放好,及时归还借用的物品,填写仪器使用记录,经实验教师或技术人员签字后方能离开实验室。