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普通本科院校分析化學課程的教學改革


化學是融合食品、藥品、化妝品、農林和能源等多個方面的應用性極強的學科,而作為四大基礎化學之一的分析化學,雖然包含化學分析和儀器分析兩大內容,但因其主要任務都是定性或定量地檢測物質組成,故常被譽為學習化學及其相關自然學科的“眼睛”。鑒于儀器分析的特殊性,本文主要針對化學分析課程的教學改革進行探討。與其他化學學科一樣,分析化學也分為理論課與實驗課兩大板塊,且兩者的教學重難點都是四大滴定(酸堿滴定、配位滴定、氧化還原滴定和沉淀滴定),兩者相輔相成。對于大多數高校而言,分析化學課程一般都安排在大一第二學期,起著非常重要的承前啟后作用,不僅能為學習后續的相關專業課程奠定堅實的理論基礎,而且能鍛煉動手能力,有利于提升學生今后在社會上的競爭力。然而,由于學生基礎較差和教學實驗條件限制等因素,目前分析化學課程仍有一些不盡如人意的地方,需要廣大教育工作者積極探索新的教學理念和教學方法,從而進一步提高教學質量,為社會培養真正合格的畢業生。

表1 傳統教學模式與自學教學模式對比表
一、化學教學中存在的問題
(一)理論課存在的問題
與無機化學相比,分析化學的實用性更強,對知識系統性的整體掌控要求更高,這必然要求學生投入更多的精力。然而在實際教學過程中,由于大二學生的課程安排較滿,大部分學生在課前沒有充分預習或者沒有預習,對教師所講的知識往往是初次接觸,無法很好地吸收其中的精華。再加上授課教師大多仍采用經典的“填鴨式”教學,教師負責講,學生負責聽和記,這種缺乏互動的方式必然無法充分調動學生的思維,導致學生不能很好地消化理解課堂上的知識內容,久而久之必然產生厭學情緒,教學效果也較差。另一方面,隨著科學技術的發展,分析化學的課程內容也在不斷更新,而學生的知識水平和學習能力又參差不齊,這兩個因素也使得教學內容的選擇成了一大難題。
(二)實驗課存在的問題
由于對實驗課程重要性的認識不夠,很多學生在課前幾乎不做預習工作,即便有也僅僅是按照講義或教材所寫的方案逐字抄寫一遍,并未真正用心思考每一步的原因和意義,因此一堂課下來很難真正掌握實驗的精髓。更有甚者,部分學生完全不珍惜實驗動手的機會,在實驗組中旁觀,不愿花時間自己動手演練,其結果必然是動手能力毫無長進。不僅如此,部分學生在做完實驗后,為得到完美的實驗結果,篡改原始實驗數據甚至抄襲同組同學的實驗數據,這樣實驗課就失去了它本身的意義,而且這樣的學生創新能力弱,自主分析能力不夠。因此,適當改變教學方法,把學生的主動性充分調動起來才能真正提高教學效果,所報道的工作正好證明了這一點,從表1可知,在培養學生的創新能力上,自主教學模式要比傳統教學模式的效果好。
二、化學課程教學改革的措施
(一)理論課的改革措施
1.重點要求學生課前預習
學生是否在課前做好預習功課直接決定了該堂課的學習效率。為此,教師非常有必要強調學生做好預習工作,即在一堂課結束后要闡述下節課將要學習的內容,讓學生有足夠的時間提前去熟悉相關的知識,找出自己感覺很難理解的部分,為在課堂有針對性地聽講做好充分的準備。不僅如此,教師還應該在下節課開始前對學生的預習程度做適當的考察,即課前提問,這樣既能活躍課堂氣氛,又能引入正題。例如,在講解酸堿滴定法章節中離子的活度與活度系數這部分內容時,教師可以提諸如以下的問題:計算活度系數的Debye-Hückel公式中極限公的適應對象是什么?公式中各個字母的含義分別是什么?根號中I的計算方法是什么?這對學生提前熟悉相關知識能起到很好的促進作用。再者,教師在課前備好教案是課堂取得良好效果的基礎,但好的教師會退居到學生的身份,以學生的角度思考課堂上學生可能會提出什么問題,并為此做好解答的準備。即使學生沒有提問,教師也要從側面引導學生思考然后提問,從而擴展學生的知識面,增加學生思維的活躍度。
2.多媒體軟件的綜合運用
隨著科技的不斷進步,多媒體教學已經融入每個高校。然而現實情況是很多教師制作的課件僅限于PPT展示,很少有吸引眼球的動畫,不能很好地激發學生的熱情。為此,考慮到分析化學的內容相對比較抽象,教師在制作課件的時候可以更加生動形象,將繁雜知識簡單化,抽象知識具體化。例如,在講解強酸強堿的滴定時提到“滴定突躍”和“突躍范圍”這兩個概念,為了讓學生能更加清晰準確地掌握相關知識,任課教師可以制作一個小動畫,即將酸堿滴定的過程與曲線變化聯系在一起,在滴定過程中盛放待測物的錐形瓶顏色變化的同時,其滴定曲線也做出相應的劃線動作,如圖1所示。因此,為加強學生對知識的理解,教師可以在制作課件時多運用Flash、3DSMAX、Swish、Photoshop等軟件制作豐富多彩的課件,將難以用語言描述的知識點形象地呈現在學生眼前。當然,這對教師的計算機使用能力提出了較高的要求,必然會調動廣大教師參加繼續教育的主動性。

圖1 強酸強堿的滴定示意圖和滴定曲線
3.著力提高課堂互動的力度
良好的課堂互動能在很大程度上提高學生的注意力,進而有效提高課堂效率。因此,教師應改變以往理論課“填鴨式”的教學模式,按照循序漸進的方式進行提問,這樣不僅能鞏固所學知識,又能加強課堂互動。如教師可在酸堿滴定法章節中提問目前的酸堿理論都有哪些?其各自的主要觀點和優缺點又是什么?此外,還可允許學生開展小組討論,在確保課堂紀律良好的前提下盡可能地活躍課堂氣氛,以提高學生的自主學習能力。與傳統教學相比,這種提問式教學使學生成為積極的信息加工者,能更好地激發學生的興趣,培養良好的學習習慣、積極探索的精神及合作意識。再者,教師還可引導學生充分利用網絡和工具書等相關資源,自行解決課上課下還存在疑惑的地方,進而培養學生學習的自信心和解決實際問題的能力。總之,教師不能忽視學生已有的知識,不能簡單僵硬地從外部將知識灌輸給學生,教師不是一個權威知識的發布者,而是作為學生學習知識的引路人,應當把學生已有的知識作為一個基點,從側面引導學生學習新的知識,讓學生在原有知識的基礎上不斷增長新的知識,這樣的教學方式可以讓學生從被動的知識接受者變為擁有自己知識框架結構的學習主導者。
4.善于利用“微課教學”
高校擴招導致學生基礎普遍比較薄弱,單純的課堂講授模式已很難取得令人滿意的教學效果。再加上新的培養方案導致基礎性課程課時數的減少,如何有效提高課堂效率已成為廣大教育工作者重點思考的一個問題。但是隨著教學理念和教學方法的不斷更新,借助于現代化的教學手段,這一問題逐漸得以解決。美國的高級教學設計師彭羅斯首創的微課教學利用視頻、音頻等媒體為載體,形象直觀地對枯燥的知識進行講解。微課的主要特點體現在:(1)將重難點知識制作成微課視頻,其清晰的畫面、有趣的動畫加上圖文并茂的講解往往讓學生越看越有興趣,學習熱情逐漸高漲;(2)主題突出,微課教學時間相對較短,一個課程一般只有一個主題,時長通常為5到10分鐘,相對于傳統的“滿堂灌”更能給學生留下深刻印象;(3)使用方便,可以隨時學習。學生可以將其下載保存到電腦或手機上,實現移動學習,不受時間和空間的限制,并且可以反復觀看,十分有利于基礎較差的學生學習。為此,在條件允許的情況下,有能力的教師可以通過圖文并茂的形式把重難點內容制作成微課視頻,在課堂講解完后把視頻發給學生自行觀看,以起到良好的輔助鞏固作用。不僅如此,教師還可以指導學生通過查閱文獻和資料,自己擬定題目,制作與課程相關的微課視頻,讓學生成為微課的制作者,而不僅僅是觀看者,以此提高學生的學習熱情和自信心,進而提高學習效果。
(二)實驗課的改革措施
1.適當增加綜合性與設計性實驗
受實驗硬件條件的限制,目前很多普通本科高校存在驗證性實驗比重過大的問題,而設計性與綜合性實驗比重較低或根本沒有,其結果導致學生的創新性能力普遍較弱。為了讓學生全面掌握整個實驗,可以適當增加一些學生自主設計的綜合性實驗。即教師給定題目,指導學生查閱文獻資料,要求學生在規定范圍內給出一套自己設計的完整可行的實驗方案。由于方案是學生自己通過努力制定的,自然會有更多的熱情去實踐操作,這樣不僅讓學生真正學到了知識,而且也提高了其實際解決問題的能力,可謂一舉兩得。
2.實驗報告的創新
完成實驗報告是一個完整實驗的重要環節,其質量的高低直接影響了該次實驗的效果。然而現實情況大多是學校提前制定了統一的實驗報告模板,這種千篇一律的格式很容易導致學生之間相互抄襲,降低了學生學習和思考主動性和創新性。為此,筆者認為在做實驗前依然要做好預習報告,但并不是單純按照規定的實驗報告模板,而是要突顯自己的思考過程。筆者認為可以將教師規定的必要的實驗報告內容結合學生對本次實驗的理解以及疑惑,讓學生用自己不同的風格寫出獨特的實驗報告。通過這種方式,教師可以明顯看出學生之間的差距,因材施教,給學生不同的輔導,真正做到“以人為本”的素質教育。當然,這無疑增加了教師批閱學生實驗報告的時間和精力,此處提出幾種解決方法:(1)抽樣批閱,例如一學期要做八次實驗,教師收好每一次實驗報告,抽三份或者四份進行批閱,減少批閱的數量從而增加批閱的質量;(2)規定實驗報告的頁數,教師可根據每一次實驗內容對學生講解重難點,要求學生在規定的頁數內完成,取其精華,減少實驗報告基數從而提高批閱質量。但在實際教學過程中,很多教師的做法是分小組完成實驗報告,認為可以增加學生的團隊合作意識,但是這種方式也存在一些弊端:其一,組內相對好學而勤奮的學生有可能會包攬所有操作,而其余學生僅僅是旁觀或者做一些瑣碎的事,這種情況就會導致好的學生越來越好,差的學生越來越差,顯然違背了培養全面素質人才的宗旨;其二,擅長做某一步驟或者喜歡做某一部分的學生就一直做該方面的實驗,這種情況就會導致部分學生只會做他們擅長或喜歡的部分,不符合社會對全方面人才的需求。因此,合適的做法應該是每一次實驗都讓每個學生上交實驗報告,讓每個學生在獨立撰寫實驗報告的過程中鍛煉其學習能力、資料查閱能力和文稿撰寫能力等。
3.適當進行師生間的交叉提問
做實驗不僅僅是為了得到一個結果,也是在實驗過程中學習各種儀器的使用,更是鍛煉解決實驗室里各種突發情況和問題的能力。因此,在做實驗的過程中,教師和學生可以互相提問,這樣不僅保證了課堂氣氛的活躍程度,也讓全體學生參與到課堂之中。前文提到學生的知識水平以及學習能力有所差異,而提問這個環節不僅可以解決學生的疑惑,也可以通過學生所提問題反映出學生對知識的掌握情況,更能反饋教師教學的效果,有助于教師及時地解決教學中存在的疏漏。再者,教師還可以根據學生的問題對理論課中的不足之處進行補充和完善,這再次印證了理論課與實驗課是密不可分的兩部分。
(三)完善考核制度
教學工作者要深入理解考核的目的是為了檢驗“教”與“學”的效果,在某種程度上考核可以提高學生對本門課程學習的主動性,并且可以讓學生知道學習的重心在哪,并不是拿成績來壓制學生,讓學生在壓力下被迫學習。
1.實驗成績考核方法的改革
以往的實驗成績是教師根據實驗報告上的分析結果得出,這種考核方式不易調動學生實驗的主動性。因此,建議把實驗成績的考核方式主要分為四部分:基礎實驗操作規范、驗證性實驗、綜合性實驗和設計性實驗,所占比例分別是20%、20%、20%和40%。對于物質的前期處理,如物質的分離與提純,以及各種儀器的認識和各種分析方法的掌握是基礎,沒有良好的實驗操作基礎很難做完一整套實驗,所以不能降低甚至忽略基礎實驗操作規范的比例。
比例最高的應該是設計性實驗,因為它可以揭示學生對實驗原理和儀器的掌握程度,是學生實踐動手能力的真正體現。當然,不同層次的學校可以對這四部分的比例做適當的調整。
2.撰寫小論文把實驗與理論融合為一體
做完實驗之后,結合所學理論知識與實際操作過程中所學到的知識撰寫小論文,不僅能讓學生梳理實驗過程,構架理論知識框架,更能拓寬學生的知識空間。小論文的撰寫不拘泥于教材,學生可以憑借任何平臺,自己查閱文獻,廣泛吸收外界的知識營養,進而提升自身的知識素養。相信這種方式能激發學生學到更多的課外知識,如多元回歸法、神經網絡法、密度泛函理論法等數據處理方法。當然,并不是每次實驗做完都要寫一篇小論文,這反而會加大學生的負擔,教師可選擇有探索意義且具有很大挖掘潛力的綜合性實驗,安排學生限時完成小論文,以此提升學生的語言組織能力,拓寬學生的知識面。
三、結語
綜上所述,分析化學作為化學專業學生的基礎課程,傳統的教學方法已經不能適應現代大學生的學習。因此,廣大教育工作者應順應時代要求,進一步改善和豐富教學方法,本著以人為本的教學理念,多從學生的角度設計教學方案,充分發揮學生的主觀能動性,激發學生的學習熱情,進而有效提高課堂效率。同時,教師還要盡量做到因材施教,以實驗課和理論課為著力點,積極探索更加科學合理的教學模式和方法,從而為社會培養出理論基礎扎實且具有較強創新能力的全型人才。

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