可視化化學實驗教學的應用與實踐

摘 要：針對化學實驗教學過程中存在的教學模式單一、學生缺乏學習興趣低、教學效率低下等普遍問題，提出可視化教改的新舉措，即學生通過云存儲、微信及QQ群等方式分享教師課件資源的一種新型教學形式。

關鍵詞：本科；化學；實驗；教學改革

中圖分類號：G42 文獻標志碼：A 文章編號：1002-2589（2014）14-0180-02

無機化學是指從研究化學現象和理論的相互聯系入手，結合實驗方法來探求物質性質和結構的關系，探索化學反應過程中普遍性規律的一門學科。無機化學實驗和無機化學理論課程相輔相成，是學生掌握無機化學知識和基本操作技能的重要基礎課程。多年來，學校無機實驗教學以教師講解，學生按步驟操作，觀察現象、記錄數據，而后遞交實驗報告為主的教育形式。其形式單一，死板，教學質量不高。因此，亟待對學校無機化學實驗課堂的教學模式實行改革。本文主要闡述了可視化實驗教學在化學課堂的應用優勢以及在學校實施教改過程中的一些探索和實踐經驗。

一、化學實驗課堂教學改革的必要性

1.傳統教學模式無法滿足現代教育的要求

現代教育要求全面實施素質教育，教育觀念要與時俱進，教學方法要創新，教學模式要改革[1]。如今作為大學本科化學學科的基礎課，無機化學實驗的教學目的主要有兩個：一方面通過無機化學實驗鞏固無機化學基礎知識；另一方面通過無機化學實驗培養學生的綜合素質和創新能力。然而，多年以來，實驗課堂的教學方法大多沿用傳統的應試教育模式，老師為主，學生為輔，學生被動的學習，機械化的操作，導致動手能力與創造力普遍較低。這樣的實驗教學體系已經遠遠不能滿足培養創新能力人才的需要。為了適應現代社會的要求，為了響應國家教育部關于要求改革高校教學形式的號召，為了培養德智體美全面發展的高素質人才，為了更進一步提高學生綜合素質，必須對實驗課堂的教學形式進行改革。

2.化學實驗課程的重要性沒有凸顯

在目前的教學中，學生們“重理論輕實驗”的現象普遍存在。理論課堂上，學生全神貫注，實驗課堂上則嬉皮笑臉；理論課堂的學生連細小問題都要問得清清楚楚，實驗課堂則能不做就不做，能減就減。特別是大多數學生在中學階段缺乏基本實驗操作的學習和訓練，在實驗課上手足無措，漏洞百出，甚至有同學連滴定管、布氏漏斗等儀器都分不清楚。在推行素質教育的今天，這種現象的存在，很大原因源自于學校的教學模式及考核方式[2]。其實，化學本身是一門以實驗為基礎的科學，實驗是理論的基礎，理論是實驗的升華，二者相輔相成，缺一不可。而無機化學實驗是本科學生進入大學最先接觸的一門實驗學科，是理論與實踐的連接點。通過實驗課程使學生掌握基本操作技能和實驗室基本行為規范對以后化學專業課程的學習具有特別重要的意義。因此，通過對教育模式和考核方式進行改革，讓學生充分意識到實驗的重要性，提高學生的學習興趣與主觀能動性，是化學實驗課程改革的核心目的。

二、化學實驗教學過程中存在的問題

1.實驗教學形式和手段單一

傳統實驗教學過程中，老師以講授實驗目的、原理、步驟、儀器使用、注意事項等為主，學生以被動的聽、做、寫為輔。實驗課前，教師會將一切所需藥品、試劑、設備儀器先準備好，學生進入實驗室直接操作就可。這樣“機械式”的教學過于死板、沉悶。缺乏師生間的有效交流與互動，學生常常把實驗看成是一種負擔，思想上不重視，行為上不努力。長期以來，容易造成學生懶散，遇事不會思考，動手、動腦能力差等后果。

2.實驗教材與實際情況不符

學校使用的教材是高等教育出版社的《無機化學實驗》第三版。教材里面的部分實驗內容，往往與學校的實驗條件不相符。主要體現在：一是儀器設施與教材上存在差異。例如：實驗室的一些加熱過濾裝置與教材中的存在差異；而某些指定的玻璃儀器也存在著大小及型號的差異；教材中酸度計、分光光度計等儀器型號與學校使用同類儀器有區別。二是實驗藥品與教材上存在差異。學校實驗條件相對簡陋，尤其是一些通風措施不很完善，在涉及一些有毒氣體、藥品的實驗中，往往由任課老師調換安全試劑。如：用次氯酸代替氯氣，硫化鈉代替硫化氫等。三是一些有毒、有害、易燃、易爆的實驗，由于實驗條件的限制，無法在實驗室中操作完成。四是有些實驗現象發生較快，效果不明顯，過程不能完整展現，學生無法了解實驗細節。上述這些情況，容易造成學生在藥劑選擇、儀器組裝及使用過程中的操作及理解困難。

3.學生缺乏興趣，實驗課堂教學難

教學過程中，由于通風設施及烘箱等電器的工作使化學實驗室環境嘈雜，常常導致老師嗓音難以“服眾”。同時，師生均站立教和學，教師無法在同一時間兼顧到所有的同學。而實驗室涉及到的儀器及操作等依靠單一的講授難以達到細致的教學效果。長此以往，學生學習態度不端正，在講授過程無興趣，知識左耳進右耳出，多靠啃書本的盲目自學，莽撞模仿，最終導致學生缺乏實驗常識，基本操作不規范，在遞交實驗報告前一“抄”了事。此外，在實驗過程中，學生數量往往較多，教師很難起到及時提點與警示每個同學的作用，造成一些錯誤操作的長期存在，日久成為習慣，會導致后續綜合實驗更加困難。更有甚者，學生往往不做充分的課前預習?；瘜W實驗課是在教師指導下的由學生獨立完成的教學活動，只有在經過認真的課前預習，了解實驗目的，熟悉實驗內容，掌握所用儀器及實驗裝置的使用及相關操作事項，學生才能夠有條不紊地進行各項實驗操作。然而，在實際的教學過程中，學生對實驗課的態度大多較為冷漠，課前預習往往成為學生簡單抄寫實驗教材的一個過程。這些實驗教學現狀必須得到改變。

三、可視化實驗教學的優勢

可視化實驗教學，是一種新型的教學形式，是指課堂講授增加“看”的比重，從枯燥的聽課，變為聽看結合。化學實驗課堂的可視化教學，可以通過任課教師結合本實驗室的實際情況，把每節課的教學內容分成：原理、實驗和結果等部分制成圖片或視頻課件，在預習、實驗前和實驗后等不同時段，利用3G網絡或高校WIFI等手段傳輸到云存儲中，也可以通過微信、QQ群等網絡平臺上互相討論，交流心得體會。

可視化實驗教學在學校實踐以來受到眾多師生的歡迎。以《醋酸亞鉻水合物的制備》為例，該實驗主要有四個操作要點：一是濃鹽酸的滴定；二是還原過程的裝置震蕩；三是將二氯化鉻壓入醋酸鈉溶液；四是用去氧水、乙醇和乙醚洗滌產物。第一步的困難在于要用滴液漏斗將10ml濃鹽酸在1小時內勻速滴完，學生們往往感到難于控制。實際上可以采用間歇滴定的方式，通過觀察氫氣生成速度來決定加酸的時機。第二步的困難在于整個反應裝置難以同時震蕩，常常造成漏氣導致實驗失敗。其實在還原過程可以僅保留反應及出氣裝置，這樣能夠減少震蕩的難度。第三步中，由于反應物用量較少，但實際反應的錐形瓶卻較大（250ml）且瓶底凸出，常常導致大量二氯化鉻溶液滯留。對此可通過在長玻璃管底部續接一段軟膠管來解決這個問題；第四步中應注意抽濾和注液時機的合理操控。上述四個問題在教材上沒有明確說明，教師在較短的講述時間內，難以清晰展示每個細節，常常造成學生雖經反復操作卻仍不得要領，最終實驗失敗。自從教師將前三個步驟制成圖片，第四個步驟錄制視頻后上傳至百度云與學生分享后，此實驗成功率大大增加，顯著提升了教學效果。

具體來講，與傳統的模式相比可視化實驗教學具備如下優勢：一是可視化實驗教學憑借網絡技術的方便快捷，可以使學生在任何時間、任何地點來遠程學習，實現自主學習和個性化學習。二是可視化實驗教學是由思維可視化聯想得到的，可以充分發揮文字、聲音、圖形、圖像、動畫等多種媒體資源的特點，直觀生動，易于接收，有效彌補了單一語言教學的枯燥性，增加了學生學習的趣味性和直觀性。幫助學生更好的理解化學理論和實驗原理，更準確的呈現實驗結果，讓學生對其掌握更清晰與深刻。三是可視化教學有效信息量豐富，能夠滿足多樣化的實驗教學需求，達到省時、高效，并提高學生主動學習興趣的目的。例如：對于實驗預習資源少、時間短的問題，學生可以通過網絡平臺，方便的預習實驗內容，了解實驗要求和實驗設備，觀察實驗模擬過程。觀看操作錄像，提高實際操作的效果。教師也能夠更加方便的記錄往屆學生在指定實驗過程中易出錯的操作事例，然后通過圖片或視頻與現屆同學們分享總結，有則改之，無則加勉。而在實驗過程中，學生通過與教學課件對照，能夠及時發現與糾正自己在做實驗過程中的錯誤和不足。這樣能夠達到提升學生實驗興趣，提高教學效率與質量的目的。同時也便于培養學生獨立自主分析解決問題的能力。四是對于有毒有害、設備有限、無法操作的實驗，采用可視化課件模擬演示實驗過程，能夠擬補因實驗室條件限制帶來的教學缺憾。對一些反應速率過快或反應現象不易觀察的實驗，也可以通過課件專門放大細節過程，使學生能細致觀察關鍵性的實驗細節。

四、可視化實驗教學的經驗

可視化實驗教學在學校實施以來，我們逐步摸索與積累了一些應用與實踐經驗，主要有：一是應當立足于本校化學實驗室現狀，根據學生實際學習能力及動手水平，緊密聯系教材，合理編排實驗。二是可視化實驗教學課件制作應注重區分預習、操作與實驗總結等階段，主要以輔助、啟發性知識組成為主，以學生為主體，逐步建立與培養學生的實驗興趣，提高學生對待實驗的積極性，增強他們自主學習的能力。三是注重對學生基本操作及實驗室規章制度的培養，適當安排學生自己準備藥品、配制溶液、組裝實驗裝置等，培養學生的自我學習、主動思考的能力，并養成良好的實驗行為習慣。四是教師應利用網絡平臺發布適時實驗通知和實驗要求，及時上傳實驗教學課件，鼓勵學生提出問題，并通過網絡進行公開解答；對于相關難點問題，進行公開討論。五是針對學生不注重實驗分析與結果討論，應鼓勵學生對可能的實驗結果運用理論進行推測，也可以利用網絡組織一些討論式的教學，通過適當的引導與提點，幫助學生用鞏固所學知識，拓寬思維模式。六是運用網絡資源共享的優勢，適時向學生展示一些國內外先進的實驗儀器，開闊學生的知識面和眼界，提高學生對于化學知識的興趣。

總之，可視化實驗教學在學校實施以來，推動了學校實驗教學改革的發展與深化，更適應素質教育的要求，適時調整了教學關系，豐富與擴展了教師職能，確立了學生的主體性地位。符合學校提出的“以學生為主體，以教師為主導，因材施教，個性發展”教改原則。它改變了傳統的以老師講授、學生實驗、實驗報告為主要模式的教學方法，取得了一定的積極效果。

參考文獻：

[1]段久芳，韓春蕊.當前教學改革存在的突出問題與改良建議[J].創新教育，2012(26).

[2]陳紅杰，翟淑勝.無機化學實驗的教學改革淺談[J].教育改革，2012(1).