实验教学改革综述

物理化学实验教学改革综述—物理化学实验教学对学生创新能力的培养21世纪是知识经济时代，它的发展主要依赖知识不断创新和高新技术迅速产业化，这就需要一大批高素质人才。高素质人才标准主要以实践能力、创新能力、适应能力、发展能力为主，其中创新能力是高素质人才的核心。高等院校承担着为国家培养基础扎实、知识面宽、具有创新能力的高素质专门人才大任，相对于比较成熟的基础知识教育模式，如何对学生进行创新能力培养，是广大教育工作者必须密切关注和亟待解决的重大课题。实验教学作为高等学校教学体系的重要组成部分，对培养学生动手实践、创新意识、综合应用、分析问题和解决问题的能力有着不可替代的作用。多年来，我们在物理化学实验教学中，认真分析传统物理化学实验教学的弊端，就如何培养学生创新能力进行探索，获取了一些经验和体会。1高校物理化学实验现状分析长期以来，高校物理化学实验课的目的只是对理论的验证，实验项目都是一些系统物理性质测定，实验课对学生要求很低。一个实验往往简单重复测量一个物理量，实验课内容单一，缺乏综合实验和创新性实验内容。并且随着现代教学仪器的改进，目前高校实验设备大多是厂家组装好的成品，学生操作简单，基本上是按键操作。学生对仪器构造、工作原理仅通过看图和听教师讲解，仍是不甚了解。在实验方式上，采取的是“保姆式”方法：即在确定时问内，让学生按照实验指导书要求，在教师指导下，按照统一方法和既定仪器设备进行简单操作，获取一串相关数字，实验即可完成，而且所有学生做同一件事。实验中学生始终处于被动学习状态，不知其所以然，更谈不上探索创新。学生对反复测定一个物理量麻木、厌烦、应付，不认真观察实验现象，甚至相互之间抄袭数据，减少测量次数，以拼凑的数据完成实验报告。使得物理化学实验在培养学生观察、分析、解决问题的能力和严谨的科学态度方面没有起到应有作用，对学生创新思维训练和创新能力培养毫无体现。这种传统实验教学模式，不符合教学规律，很难培养出适合知识经济时代的人才。因此，实验教学内容必须从单纯验证理论转化到加强学生探索精神和创新思维训练上来。必须改革实验教学内容和教学方法，优化内容、充实及开发新的实验，使其利于培养学生的创新意识、创新能力，造就创新型人才。物理化学实验内容改革已到了刻不容缓的地步。2科学设定实验内容，培养学生创新能力随着科学技术发展和知识经济兴起，传统教学体系、教学内容、教学方法都面临着挑战。一些过去属于先进的科学技术、实验技能转化来的实验项目发展到今天，已成为一般性、常规性实验项目，这些实验项目在今天来看已经缺少探索性、创新性。虽然物理化学实验提出的目的是“要求学生在实验中了解实验仪器设备工作原理，掌握仪器设备的操作方法和实验步骤，完成实验数据的搜集和处理。在实验过程中发现问题，提出问题和解决问题，由此培养学生的动手能力，分析能力，判断能力、逻辑思维能力”。但是现今物理化学实验教学内容，以验证性实验为主，研究性和创新性实验偏少；教学方法上教师讲解实验内容过多过细，使学生失去了主体地位；实验教材上实验步骤要求过于详细，限制了学生的思维空问而达不到实验培养目标，创新能力培养更无法实现。由此看来实验教学内容改革是学生创新能力培养的突破口。针对以往实验内容的弊病，我们对原来的实验内容和项目多次修订，按照由浅入深，循序渐进的方式，把验证性和综合性、设计性实验相结合，优化整合教学内容。2．1筛选基础实验，渗入创新意识本着与理论紧密衔接、可操作性强的原则，对化学热力学、电化学、化学动力学、表面化学、胶体化学和物质结构这几部分，适当地选择l2～l4个有代表性的基础实验。这些实验既要考虑理论基础知识的要求，也要考虑实验技能的训练，并且在实验内容和仪器的使用上要基本符合教育部理科化学教学指导委员会所提出的要求。比如，恒温槽组装和性能测定、燃烧热的测定，液体饱和蒸汽压测定、双液系相图的绘制、原电池电动势的测定及应用、表面张力测定、电泳、磁化率测定等实验。在基础实验中，重点培养学生对实验仪器设备的了解和操作，也渗透学生创新思维意识的培养。例如，传统的燃烧热实验是测定固体样品萘的燃烧热。我们保留该基础实验，但对教学提出更高要求，在学生实验预习中我们提出还可以测定哪些物质的燃烧热?对样品的状态有何要求?非固体样品如何测燃烧热?燃烧热的测定都有那些应用?这些问题教材中没有现成答案。学生必须重新查找资料，设计实验内容，带着这些问题进行实验。实验中我们为学生准备了固体、液体有机化合物样品，以及一些食品、燃料供学生选择。尽管是传统实验项目，但学生并不是盲目做实验，在传统基础实验中培养学生的创新意识。2．2选定恰当综合设计实验，培养创新能力综合设计实验的选定原则是让学生独立分析问题，解决问题，充分发挥学生的创造能力，要能突出培养学生对相关知识的融会贯通。在这类实验中，我们改变传统的教师一手包办制，代之以“学生为主，教师为辅”的方法，给学生更大的自由空间，自行设计实验总体方案，实验步骤等，培养学生勇于探索的创新精神。对于综合性、设计性实验项目，虽然放手让学生自行设计、自行拟定方案，但也不是放任自流，教师的辅导作用不容忽视。综合设计实验分为两类：一类是利用传统物理化学实验进行的拓展性设计实验。这类实验既不能超出学生基本操作能力和知识水平，又能够充分发挥学生主观能动性。例如“蔗糖水解反应速率常数测定”。旋光仪在有机化学实验中学生已经操作过，蔗糖水解整个实验很简单，但又是动力学必做的实验。我们将其纳入设计实验，题目为“蔗糖的水解反应研究”。蔗糖水解实验中，影响蔗糖水解的因素很多，酸的类型、酸的浓度、温度、时间等，学生通过网络资源查阅文献，设计实验方案，分工合作，协作完成整个实验。通过实验既培养了学生的创新能力，又培养了学生的团队协作能力。另一类实验难度比较大，科学研究性比较强。学生要从实验原理人手，进行实验方案的设计，独立思考，提出解决问题的具体方法，通过多种途径达到最终目的。在实验过程中还存在着挫折和失败，需要用科学的思维方式正视事实，从错综复杂的因素中找到失败原因，最后走向成功。这类实验是由能力比较强的学生组织实施，实验时问也比较长，由学生自主安排。比如“双水相溶液的配置和相图绘制”、“纳米氧化锌的制备与光降解实验”。综合性、设计性实验课题的选择是顺利完成实验的关键。选题不当，实验效果就大打折扣。过难就会超出学生的基本操作能力和知识水平；过易又使学生觉得轻描淡写，达不到培养目标。我们让学生自由设计实验，设计出的方案五花八门，有些是实验室或学生力所不能及。我们～一方面肯定学生的创作热情，支持学生对同一问题选用不同方法的讨论，对有些有价值可能会失败的方案也鼓励个别学生试一试；另一方面从理论和实验条件上也分析不能进行实验的原因。这样既培养了学生的创新思维，保护了学生的创作激情，又从众多方案中筛选出合适的设计实验。3建立有效的实验教学考核体系科学的考核体系对提高实验教学质量至关重要。传统考核方式、方法是以实验操作与实验报告、平时成绩与期末考试综合评定。虽然在此我们也进行过卓有成效的改革，但因实验都是“照方抓药”式的操作，学生成绩比较接近，具有创新能力的学生不能够脱颖而出，反而是拘泥实验书本的“乖乖女”成绩突出。这种实验评定方法显然不能调动学生的创新欲望。在开设了综合、设计实验以后，我们把设计实验成绩加入到物理化学实验成绩评定中，建立较完善的考核体系。考核体系包括三部分：(1)平时实验占40％，包括平时实验操作能力、实验报告处理；(2)期末考试占20％，包括实验基础知识考试、期末抽签操作考试；(3)综合、设计实验占40％，从学生综合运用知识、独立设计实验、设计实验的创新性、小论文写作几个方面考核。对学生网上抄袭，原样照搬的，尽管实验比较好也不给高分。而对独立设计、有创造性、但实验有不足仍适当加分，以此鼓励在符合科学前提下具有鲜明个性和独到之处的设计方案，激励学生的创新热情。4结语实验教学是高等教育的重要环节，综合性设计性实验是教学改革的重要内容，是一项长期艰巨而复杂的任务，需要不断探索、不断改进。我们在实验教学中进行了探索性工作，接下来要做的还有很多。比如，进一步开发新的设计实验题目，丰富实验内容；加深理论教学改革和实验教学改革的联系；将实验课程内容延伸到学院打通各专业壁垒而开设的综合型设计实验中；对综合性设计性实验制定出更科学合理的评定方案等。只要我们不断进取，在利用物理化学实验培养学生创新能力方面定将取得更好的成效。