“趣味化学实验”课程建设与实践

摘 要：本文以“趣味化学实验”课程的开展和建设为背景，通过向各专业学生开放选课，研究和探讨了兴趣在学生实验动手能力、思维能力和团队协作能力培养中的作用，提出了兴趣引导下的实验教学模式，为大学生实践能力的培养提供帮助。

关键词：兴趣；实践；趣味化学实验；能力培养

趣味性实验是培养学生实践能力、创新意识的重要途径和形式之一，也是建立兴趣引导实践能力培养模式的突破口。很多欧美国家已将趣味引导实践的模式深化融入常规的教学体系之中，而不仅仅停留在实验教学方面。而我国受其传统文化和传统教学模式的影响，在这方面与国外尚有一定的距离。近年来，随着我国社会、经济的发展，对创新实践性人才的需求也越来越强烈，国内各界也开始了将趣味性和实践性结合的实践尝试。2011年8月在北京落幕的“2011国际化学年全国趣味化学实验设计大赛”，充分体现了趣味性、创新性和实践性的统一。

尽管如此，在我国各高校中，尚没有明确提出和切实建立趣味引导实践的教学模式。仅有部分中小学校开设了相关的趣味性实践课程，并且课程内容也仅停留在中小学水平。而对于已经具备一定知识结构和背景的大学生，我们往往过多地强调实践，而忽略了兴趣对学生实践能力的引导。此外，在实践教学方面，我国高校的实验教学学时数通常只占总学时的10%，在一些文科专业这一比例甚至更低。在教师和学生的观念中，倾向于对理论内容进行验证的实验，而对有利于培养实践应用能力的综合性、设计性实验重视较少。目前国内很多学校仍将实践教学看做是理论教学的辅助手段，采取“先理论，后实践”的顺序，根据理论教学来安排实践环节，并且实践成绩在学生的综合评定中不占比例或是只占很少的比例。国外对学生知识体系的构建是通过从实践到知识积累的模式，这更符合人类发展过程中认识世界、改造世界的进化规律；而国内则习惯采取知识传授指导实践的模式，凡事求快，但存在知识掌握不牢和应变能力差的问题，久而久之则导致创新实践能力的丧失。

通过在高校开设“趣味化学实验”课程，以指定实验和设计实验的形式探索和建立兴趣引导下的大学生实践能力培养模式，对激发大学生的兴趣、引导大学生的实践能力培养具有重要的意义。我们所开设的“趣味化学实验”课程主要包含三个环节：基础实验环节、趣味实验环节和文献设计实验环节。我们认为通过这三个环节的相互配合和实践，可以让学生对化学实验有一个较为宏观的认识，进而达到初步培养学生建立科学思维模式、提高实践能力的目的。

一、以基础实验培养和巩固学生基本实验技能

教学过程要讲求因材施教。由于“趣味化学实验”是面向全校各个专业学生开放选课，因此需要特别注意对不同专业背景和兴趣取向的学生的引导和教育方法问题。在一定程度上，我们可以将这些学生初步划分为两类：一类是已经具备一定化学实验基础的学生，另一类则是化学基础相对较为薄弱的非化学相关专业的学生。对于前者，我们提出了“老戏新唱，夯实基础”的策略；而对于后者，我们认为应该侧重把握“深入浅出，循循善诱”的原则。当然，在具体的实践中这两种手段并非一成不变，需要根据学生的具体情况交叉变换甚至更新。

1.老戏新唱，夯实基础

在选课调查中我们发现，学生之所以选择“趣味化学实验”这门课程，很大一部分原因是被“趣味”二字所吸引。这一点在化学及化学相关专业的学生中体现较为明显。由于化学及化学相关专业的学生在日常其他的课程学习中已经积累了一定的化学实验基础，对化学实验本身也较为熟悉，可以说，有较多的同学对常规枯燥的化学实验教学本身具有一定的敬畏或排斥心理。他们之所以选择“趣味化学实验”这门课程，是希望在这门课程中找到一些与平时化学实验不一样的、有趣的事情——换言之，是为了发现化学实验“可爱”的地方。一旦发现这门课程所谓的“趣味性”与其预期有所差距的时候，其热情就会受到影响，并随着课程的进行而迅速减淡。

有一个有趣的现象反映当前化学实验教学的巨大问题。每当看到网络上一些人利用所学化学知识来进行一些有趣的表演的时候，很多学化学的学生可能都曾有过这样的感觉：为什么自己不曾想到呢？尽管有的表演的原理就是很简单的化学反应，为什么很多原理常常需要在别人揭示以后才恍然大悟呢？这一现象反映出了当前教学的强制性和学生接受知识的被动性。在长期的教学中，学生已经习惯了被灌输，即使是趣味本身，学生也是希望被给予（从选课调查中这一点在化学及化学相关专业学生中体现尤为明显），而不是自己去发现，久而久之逐渐丧失了利用已有积累自主寻找乐趣的能力。学生抱着寻求化学“可爱之处”的心理来选课，从心理学上讲，个体尚有自我救赎的愿望。从这一点上看，“趣味化学实验”本身肩负了重要的责任，以兴趣引导化学实验教学在一定程度上可能成为传统教学方式创新和进步的突破点。

由于“趣味化学实验”在初期尝试中是针对各专业共同选课并统一上课的方式，因此，在管理和教学过程中，很难将化学和非化学专业的学生区分开来。故此，化学相关专业的学生也接受了基础实验部分的教学。这就对教师提出了更高的要求，如何让已经具备化学实验基础的学生对基础实验感兴趣并让其积极主动地参与实际教学过程中来就成了该环节面临的一大问题。在该环节的教学中，我们发现，即使在其他实验教学的过程中已经进行过的基础实验，化学专业的学生仍然存在掌握不牢的问题——特别是化学实验操作中的一些细节问题没有得到足够的重视和规范。拿最简单的玻璃仪器的洗涤来说，还有很多同学没有意识到它的重要性。而在笔者多年的科研过程中也发现，一些研究生在实验过程中也存在忽略玻璃仪器污染影响的问题。又如物质的称量，教学中我们发现，很多同学在实验中仅仅是简单地按实验教材的步骤进行重复操作，而没有去思考为什么要这么做，这样做的影响是什么。这一现象也在笔者多年对研究生的观察中得到了印证：一些研究生在进行某些测试或操作的时候，往往知其然而不知其所以然，只是简单地套用文献方法，导致结果计算错误。

笔者深知在化学实验中夯实实验基础技能的重要性。而对于化学专业的学生，他们毕业后很可能会继续从事一线科研实验的工作或者进入企业担任化学相关的实验、测试或分析任务。因此，夯实其实验基础能力，培养其对简单问题的深入思考和分析能力意义重大。

2.深入浅出，循循善诱

针对非化学相关专业学生，特别是文科学生，在基础实验部分，我们认为应该侧重把握“深入浅出，循循善诱”的原则。在“趣味化学实验”课程的选课学生中，多数为非化学相关专业的学生。他们选择该课程的原因有以下几种：一是对化学比较感兴趣；二是因为近年来屡次发生的食品安全等负面新闻使一部分学生意识到掌握一定化学知识的重要性。总结起来，这些非化学相关专业的学生选择“趣味化学实验”这门课程的动机基本反应了人类认识和改造世界的实践动力来源，即对新事物功能性的需求和对其所在世界的兴趣。由于这些学生自身化学基础薄弱，在其知识结构中尚未构建出系统的化学知识体系，这一特点为“趣味化学实验”的教学同时带来了机遇和挑战。所谓挑战，主要来自于教学中，如何让学生从非专业的角度理解专业的知识；所谓机遇，即是指学生知识结构在这一块的空白为兴趣指导下的实验教学模式提供了良好的发挥平台和新模式下的知识构建基础。正所谓“白纸好作画”。

针对学生知识结构的这一特点，采用深入浅出的方式诱导学生从现象到本质、从需求到实践，并逐步建立原始本能的、科学的思考方式，培养学生发现问题、思考问题和解决问题的能力是极为必要的。

事实上，我们在基础实验部分所选择的实验都是极为重要且简单的实验。其中包括玻璃仪器的洗涤、物质的称量以及溶液的配制和pH值的测定等。这些实验不会让非化学专业的学生一开始就产生难以驾驭的感觉。在教学过程中，如果穿插引入实际生活中的具体正反案例，学生反而会觉得简单的事情也有不简单的道理，从而避免常规教条式教学中出现的枯燥和抵触情况。同时，引导学生去主动分析、归纳和解决问题也是非常重要的。

笔者曾经思考名牌大学的学生做实验和普通地方大学的学生做实验的差别问题。发现从操作形式上二者并没有太大的差别，但为什么在进入研究生阶段后，即使针对同样的研究课题，二者会体现出明显不同的结果呢？究其原因，我们认为：思维的形成是在一件件小事的积累下形成的，重点不在于教学的表面形式，而在于潜移默化中如何让学生形成科学的思维习惯。而这一习惯的养成与日常教学过程中教师的教学诱导方式和教学着力点有较大关系。

总体上讲，在“趣味化学实验”课程的教学过程中，我们强调“因材施教，差别对待”。这包含有宏观和微观两层含义。宏观上讲“因材施教”主要是针对两类学生之间知识结构的差异而采取不同的诱导方式和关注不同的侧重点；微观上则具体到根据这两个群体中不同个体间的差异，而采取的有差异的诱导手段。即使同为文科学生，不同学生的兴趣取向和激发点也是有差异的，这一学生感兴趣的事情，另一学生可能不感兴趣。因此，在实际教学中，应该以多数同学的兴趣所在为基础，同时关注少数个体的兴趣激发点。

二、以趣味实验激发学生学习热情和培养综合解决问题的能力

1.从趣味出发，引导学生建立科学的分析思维

趣味实验环节是“趣味化学实验”课程的核心和关键环节，也是学生最感兴趣的环节。以趣味性的内容为切入点，引导学生建立科学的分析思维和实践方法，培养学生手脑结合的能力，是该环节的重要任务和内容。此外，通过本环节的教学，亦可改变化学和化学实验在学生脑海中的固有形象，从而激发学生学习化学知识的热情。

著名的“钱学森之问”让我们深思，作为教育工作者，我们有义务去探寻问题的根源。是什么让我们的学生失去了问“为什么”的本能？又是什么让学生失去了通过一层一层分析现象，最终得出自己结论的能力？究其原因，我们认为学生对知识趣味性感觉的丧失是其中一个重要的因素。让学生在求知欲上回归童真和本能，在知识和方法积累上不断提高，趣味性的实验将是一个值得选择的突破点。在实际的教学过程中，我们注意到学生在该环节表现出了较高的热情和积极主动性。实践证明，以趣味性为切入点，可以较为明显地调动学生的积极能动性，改变其对化学实验危险、有毒和枯燥的固有印象，从而可为后续引导其建立科学的实验思维和分析思维奠定良好的基础。

在该环节中，“趣味性”只是诱发学生本能和调动其主动性的“诱饵”，培养学生良好的操作习惯、严谨的思维和科学的逻辑以及透过现象逐层分析本质的能力才是本环节的关键和重点。为了达到这一目的，在实验内容和难度的设计上我们在选择一些容易操作、现象明显、结果有趣的实验的同时，还选择了少数具有一定操作难度和成功几率的实验，让学生在体会成功的同时，也面对失败的考验。例如，“固体酒精的制作”和“蛋白留痕”这两个实验都让学生产生了浓厚的兴趣。前者看似复杂，实际操作较为容易；而后者看似简单，但成功率较低。这两个实验分别从正反两个方面对学生进行了训练。“固体酒精的制作”让学生（特别是文科学生）亲身体验了化学与我们的距离。学生可以根据自己的喜好，发挥自己的想象，将自己所制作的固体酒精制成自己想要的形状。在三聚氰胺、苏丹红等负面体验之外，给学生带来了正面的影响。“蛋白留痕”实验由于所用原料在日常生活中随手可得，因此，在实验一开始引起了学生较大的兴趣。但是，整个教学过程下来，该实验的成功率较低，95%以上的学生在做该实验时均以失败告终。笔者观察发现，多数学生在实验失败以后就认为实验结束，不再对存在的问题进行深入探究，而看到有的同学成功以后，在羡慕之余也没有进一步去思考：为什么别人能做成，而自己的实验却失败了。此时，如果能给予学生适当的引导，将能逐渐诱发其原始的好奇和探究的本能。学生通过相互讨论，从鸡蛋壳结构到蛋白留痕的原理进行逐层分析，总结经验，会比较有效地提高后续实验同学的成功概率。相较于传统教学的“先原理讲授，后实验验证”的方式，“蛋白留痕”实验这一“让学生在问题中深入理解原理”的方式可以给学生留下更为深刻的印象。同时，这一实验还让学生真实地体验了化学科研的一般过程，让其体会到在化学科研过程中抓住每一个细节问题的重要性，对培养学生良好的操作习惯、严谨的思维和科学的逻辑以及透过现象逐层分析本质的能力起到了积极的作用。

此外，在教学过程中，立足课本实验，及时引导学生将所学到的方法应用到日常的观察和分析中，也是非常必要的。这对学生科学观察和分析习惯的养成具有重要的作用。

2.鼓励学生自主开发趣味性实验

“趣味化学实验”应该是一门开放的课程，并且需要在实际的教学过程中不断完善。因此，倡导以趣味诱导学生创新实践能力的“趣味化学实验”随着课程的建设和提高会不可避免地引入学生自主设计和开发的趣味性实验。在跨学科教学的优势下，在认识到非化学专业学生化学基础薄弱的前提下，如能处理好化学专业和非化学专业学生间的交流、合作问题，开发出更具趣味性的实验，将会对学生各项综合能力的培养起到积极的作用。在课程教学中，鼓励学生自主开发趣味性实验，参加各种趣味性实验设计比赛，不但有利于“趣味化学实验”课程的建设和提高，在培养学生综合创新实践能力方面也具有重要意义。

同时，我们也要意识到这一设想的实施可行性和难点。在教学过程中我们注意到，在充分调动学生主动性的前提下，部分学生本身是具有利用所学设计趣味实验的愿望的，只是碍于种种原因而无法将自己的想法实施，其中包括知识背景的欠缺、硬件条件的不足等。因此，在课程建设中，需要在做好前期对学生积极能动性的调动、培养其科学的思维习惯的前提下，针对具体问题，协助他们解决趣味性实验开发时遇到的难题。

三、以文献设计实验培养学生团队精神和初步科研能力

该环节以文献查阅、归纳总结和实验设计为主，重在培养学生获得信息、团结协作、总结归纳和初步科研的能力。在这一环节，通过对具有不同专业背景的学生进行交叉分组，然后各小组通过选题、资料查阅和归纳总结、方案设计和提交设计方案等一系列过程，使学生初步了解科学研究的一般过程，激发学生创造性，培养学生的综合能力。在对学生进行分组的过程中，我们尽可能把握文理结合、每一小组至少有一名化学相关专业背景学生的原则，以保证该环节的顺利有效进行。

在实际教学过程中，大部分小组能够按照要求，大胆设计，有条理地开展实验设计工作。也涌现出了一些较为优秀的小组。这些小组选题贴近生活，趣味性和实用性都比较强，体现了当代大学生可圈可点可开发的创新实践潜力。但同时，该环节也暴露出了一些问题。一是团结协作意识淡薄。尽管我们进行了分组，选定了各小组组长，并且告知每个小组成员相互之间的联络方式，但是仍然存在一些小组未经讨论全程由一人完成的现象；有的小组尽管多次督促提醒，仍然出现了小组长不主动联系小组成员，甚至有的小组到最后小组成员只能自己完成任务的情况。这在一定程度上反映出了当代部分大学生在沟通能力方面的欠缺以及团队意识的薄弱。二是创造能力有待发掘。在该环节的教学中，我们并不限制学生的选题范围，并为学生提供了一些可供选择的课题。最终材料上交和汇报结果表明，近80%以上的小组选择了我们事先提供的课题，而仅有少部分小组根据自己的喜好、判断选择了适合自己的课题。这让笔者联想到我们的研究生——当前，多数研究生的课题是由导师指定，而多数研究生也只是根据导师的指示完成相关的任务，最终毕业。这一被动的“接受-执行”模式的思维，让很多研究生最终只能成为科学的“打工者”，而阻碍了其成为“大师”的可能。三是资料收集、整理和归纳能力有待提高。尽管在教学过程中，我们就资料的收集进行了专题讲授，但学生设计实验多数未列出参考文献，或者多数引用的是网络非学术性内容，而对相关研究的学术性资料收集较少、归纳不足。

四、教学中存在的问题及思考

1.完善硬件条件和管理手段，保证各环节顺利进行

化学是一门实验的科学，为学生提供必要的实验场

所、不断完善化学实验装备是化学实验教学的根本和基础。通过不断提高相关硬件水平、开放部分资源、探寻相关开放管理机制，使学生的创新性想法得到及时验证，对学生创新实践能力的培养具有积极的作用。

此外，由于“趣味化学实验”面向全校各专业公开选课，学生人数多、专业差别大、选课时间冲突严重，给日常的教学管理工作带来了较大的困难。因此，在教学中，利用多渠道加强教师与教师、教师与学生、学生与学生之间的联络和沟通，探寻更加规范、有序的管理及协调模式，从而保证各环节教学工作的顺利进行，是有待探索和值得注意的关键问题。

2.建立和完善科研与教学的结合机制

科研与教学是相辅相成的关系，处理好二者的关系可以达到相互促进的效果。将教师的科研与趣味化学实验教学相结合，形成科研与实验教学互动的良性循环，以科研带动实验创新，再以创新的实验为科研注入活力。

3.进一步完善和提高“趣味诱导”手段，建立符合大学生水平的趣味实验体系

当前，在我国各高校中尚没有明确提出和切实建立趣味引导实践的教学模式。而在仅有的部分开设了趣味性实践课程的中小学校，其课程内容也仅停留在中小学水平。因此，结合教师科研，开发和建立符合大学生水平的趣味实验体系，进一步完善和提高兴趣为引导的实验教学模式，不但可以激发学生对从事化学科研工作的热情，同时对提高大学生综合能力和素质具有重要的推动作用。

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