地方高師院校新型實驗教學模式的構建與應用

武 海，凡素華，金曉艷，盛良全，張 宏，黃德乾

（阜陽師范學院 化學與材料工程學院，安徽 阜陽 236037）

地方高師院校新型實驗教學模式的構建與應用

武 海，凡素華，金曉艷，盛良全，張 宏，黃德乾

（阜陽師范學院 化學與材料工程學院，安徽 阜陽 236037）

通過在傳統教育模式和現代教育模式下的一項電化學實驗為例，闡述了傳統本科實驗教學的弊端和地方高師院校轉型期構建新型實驗模式的策略。以培養學生實驗操作能力和創新能力為主導方向，建立基礎性、設計性和綜合性研究型的新型實驗教學模式，必將有利于高師院校學科發展的科學轉型。

高師院校；教學改革；化學實驗；實驗教學

地方高師院校長期向當地輸送了大量的師資力量，極大地滿足了地方教育需求。但是，由于采用了單一封閉定向的人才培養模式，地方高師院校與人才需求形成了固定的供求關系。尤其在國家鼓勵綜合性高等學校參與培養和培訓中小學教師工作的背景下，地方高師院校不僅難以適應教育資源多樣化競爭格局，而且令地方高師院校培養的人才知識范圍狹窄、素養底下，相對社會需求滯后[1-3]。因此，地方高師院校人才培養模式需建立科學的轉型方法，以適應現代教育需求。

高校實驗課是提高本科生的實踐能力、培養學生創新素質的重要教育途徑，是課本理論知識和實踐應用的紐帶，是培養學生觀察、分析、解決問題的關鍵課程[4]。然而，地方高師院校實驗課程的設計開展仍然側重理論知識的淺顯驗證、基本操作的循環重復、實驗結果的簡單處理；實驗教學目標仍停留在實驗基本原理、基本知識和基本操作的“三基”層面的掌握，這極大限制了學生的思維，阻礙了師范生的素質培養。而先進的實驗教學目的應建立在“三基”的基礎上，強調對學生的信息獲取和加工能力、實驗設計能力、預見和判斷能力、分析和評價能力、協調合作等綜合能力的培養[5]。實驗課應縮減驗證性的基礎實驗，并將基礎性實驗融合在綜合性實驗之中，以達到訓練和提高學生素質的教學目的[6]。

本文將利用在高校本科生開展的一個電化學實驗“循環伏安法判斷電極過程”為例，闡述地方高師院校如何在戰略轉型期，實現化學學科實驗教學模式的轉變、構建與實施新型實驗教學模式。

1 電化學實驗背景介紹

儀器分析課中，為掌握電化學伏安分析法，在本科生實驗課中開設了一個電化學實驗，題目為：循環伏安法判斷電極過程。實驗目的是使學生掌握循環伏安法判斷電極過程的方法、原理和實驗過程。實驗以1.00×10-3mol L-1K3Fe(CN)6為研究對象，分析其實驗過程。實驗利用傳統三電極體系（玻碳電極為工作電極，Ag/AgCl為參比電極，鉑絲電極為輔助電極），在0.6和-0.2 V電位范圍內循環伏安掃描。實驗結果需對K3Fe(CN)6電極過程進行分析，并對不同濃度的鐵氰化鉀溶液伏安掃描，測濃度與電流之間的關系。

2 從實驗設置看高校實驗教學模式弊端

針對此實驗，絕大部分傳統教學模式的實驗課分為四個步驟：(1)教師用四十分鐘甚至更多時間講解實驗原理、如何判斷電極過程；（2）教師演示電極如何處理、如何操作電化學工作站，并演示實驗過程；（3）學生按照實驗步驟配溶液、按照老師演示，進行不同掃速循環伏安掃描；（4）學生用坐標紙繪制電流和濃度之間的標準曲線圖，書寫實驗報告。這樣的傳統教學模式具有如下弊端。

第一，重理論輕實驗、實驗課定位滯后。高校化學實驗教學仍以驗證實驗為主，依附于理論課教學。教師仍需利用大量時間講解循環伏安法的理論知識、電化學工作站儀器的操作、溶液的配置等內容。而學生在固定的實驗教材上進行模式化的操作與結果分析。實驗課定位滯后于教育發展需求，不能將實驗課從理論課中獨立出來，不能建立一個完整的實驗教學體系，僅僅將實驗教學定位于理論課的補充性內容，較難實現綜合素質的培養。

第二，理論和實踐脫節，知識與能力不等。該教學模式使培養出來的大多數學生缺乏創造性、分析和解決問題的綜合能力。實驗過程中，學生只是按標準的電腦程序驗證原理和定律，實驗教材對所需的儀器設備、儀器連接、電極處理步驟、鐵氰化鉀溶液的配制等均已詳細說明，這樣的實驗，很難達到培養綜合能力和創新意識的目的。

第三，實驗設置不合理，教學方法陳舊。四大化學（無機化學、有機化學、分析化學和物理化學）各自設置與本學科相關的實驗課程，限制了知識的交叉融合，阻礙了課程的橫向聯系。教師的教學方法也相對陳舊，僅利用講解理論、演示過程的教學方法很難提高學生興趣、激發學生探索精神。

第四，教師缺乏先進教學理念。地方高校從師范院校向綜合高校轉型，教師的教育理念及教師素養需要更新。傳統教學模式培養本科生，只能適應低端需求市場，從而導致很多畢業生不能適應市場需求，出現畢業就失業的人才浪費現象。

3 新型實驗教學模式的構建與策略

3.1 綜合實驗課的設置

仍然以上述電化學實驗為例，改進后的綜合實驗題目為：過氧化氫電化學傳感器的構建及檢測（約10個學時）。實驗過程概括為：（1）實驗簡介，介紹構建過氧化氫傳感器的意義和主要方法；（2）利用富勒烯（C60）和四辛基溴化銨（TOAB）修飾于玻碳電極（GCE）表面構建電化學傳感器（TOAB/C60/GCE）；（3）傳感器的電化學性質表征；（4）傳感器對過氧化氫的檢測

實驗要求：（1）查閱文獻書寫出過氧化氫現有的檢測方法；（2）綜述電化學傳感器的構建方法；（3）參閱并簡要寫出富勒烯的性質及其應用于電化學傳感器的意義；（4）擬定詳細實驗過程；（5）利用origin軟件繪制實驗圖形，并以研究論文格式書寫實驗報告及分析討論結果。

3.2 構建新型實驗模式的策略

實驗課程設置應定位于提升學生綜合素質。無論是師范生還是理工科學生，都應以學生的綜合能力的提高為目標。基礎性實驗固然重要，但是綜合性研究型實驗能極大提高學生的積極性和創新能力。如上述實驗，通過查閱文獻，可以使學生了解電化學傳感器的構建方法和檢測過氧化氫的方法，使其掌握查閱參考文獻的能力、增強圍繞一個問題如何去發現并解決問題的能力。同時，上述綜合實驗拓寬本科生知識眼界，了解儀器分析電化學部分的知識前言，這是一般驗證實驗不能實現的效果。無疑，把實驗課程定位于綜合素質的提升，有利于優秀人才的培養。

應打破學科界限，構建多學科交叉型實驗教學體系。以培養學生實驗操作能力和創新能力為主導方向，建立基礎性實驗、設計性實驗和綜合性研究型實驗相結合的新型實驗模式。所有綜合性實驗不應為單一學科的簡單實驗，而是盡可能多的涉及材料、生命、環境、信息等學科之間的交叉，增強知識運用能力[7]。圖1為上述實驗的部分結果。圖1（A）為構建的電化學傳感器（TOAB/C60/GCE）的表征圖，學生需要對出現的三對氧化還原峰進行分析，歸屬峰 I、II、III分別為 C60/C60-，C60-/C602-，C602-/C603-電對的氧化還原，這讓其學會了傳統教學方法中的判斷電極過程的知識，并學會復雜體系的電極過程的判斷。圖1（B）是不同掃速時的循環伏安曲線疊加圖，插圖為峰I的峰電流和掃速之間的關系，由此學生學會利用其掌握擴散電流的形成和應用。

圖1 TOAB/C60/GCE在0.5 mol L-1KCl溶液中循環伏安圖(A)掃速為0.1 V/s；(B)不同掃速時的循環伏安圖，插圖為峰I的峰電流和掃速的平方根線性關系圖，掃速為0.1、0.15、0.20、0.25、0.30、0.40、0.50、0.60 V/s

圖2 傳感器對過氧化氫的響應及標準曲線(A)TOAB/C60/GCE對過氧化氫的響應；(B)峰III的還原峰電流對過氧化氫濃度的標準曲線，其中過氧化氫的濃度分別為0,0.704,1.41,2.11,2.82,3.52 mmol L-1

圖2（A）和(B)是傳感器對過氧化氫的響應及標準曲線，可以使學生掌握電化學分析法應用于實際物質的檢測方法和思路，從而對電化學分析產生濃厚興趣。同時，該實驗的傳感器的表面還涉及掃描電鏡表面表征、origin軟件繪制圖形、富勒烯納米材料的特點、過氧化氫在食品、化學和生物等方面的應用等等。該研究型實驗充分發揮其主觀能動性，拓寬了學生的知識領域。因此，該實驗受到學生的好評，并積極報名參加實驗。

拓寬培養途徑，增加其它創新實驗的輔助教學途徑。利用教師科研課題、大學生創新訓練項目、學生科研立項項目、畢業論文設計等引導學生參加研究型實驗。學生在研究課題中，既能感受到前沿研究領域真正創新研究的氛圍，又拓寬了視野，提高了分析問題、解決問題的能力，培養良好的心理素質和嚴謹的做事習慣。

轉變實驗教學理念，建立實驗教學評估和激勵機制。只有從根本上轉變教師的實驗教學思想，提高實驗教學的目的和要求，才能真正實現實驗教學改革與轉型[8]。把教師的教學理念提升到以培養創新而又具有實踐能力人才為目標的高度，真正以學生為本。然而，當前的教學評估和激勵機制嚴重束縛了教師的積極主動性。實驗教學改革的實現需要教師不僅要具有扎實的教學能力，又要具有肯于奉獻、樂于施教的精神。學校既要對教師有教學要求，又要采取必要的保障措施提高教師的待遇，鼓勵那些善于教學改革和主動教學改革的教師。建立實驗教學質量監控體系、建立學生評教、同行評議、學生技能考評和畢業生回訪等制度,努力實現科學化、規范化、制度化、有效化的評估制度，使之有利于促進實驗教學隊伍轉變教學理念，推動實驗教學的資金投入和實驗教學改革的落實。

4 結論

因此，地方高師院校應通過建立科研型實驗課、合理設置綜合實驗課程體系、突破傳統教學模式束縛、轉變教學理念，以提高學生綜合素質和實踐能力，拓寬學生培養途徑，激發學生學習能動性為教育核心，并構建具有激勵性的保障措施，有目的分層次地實現科學轉型。

[1]劉秀艷，王曉亞.試論地方高師院校人才培養模式的弊端[J].學周刊，2013（16）：11-12.

[2]高洪巖.地方高等師范院校人才培養模式改革探究(以沈陽師范大學漢語言文學(師范)專業為例[J].內蒙古師范大學學報（教育科學版），2014，27（7）：31-33.

[3]賴明谷，柳和生，徐和清.同級類差"與"同類級差"視覺中的得放本科高校應用技能型人才培養研究[J].高教探索，2015（7）：15-21.

[4]崔玉民，李慧泉，陶棟梁，等.構建應用化學實驗教學體系[J].阜陽師范學院學報(自然科學版)，2016，33（1）：117-120.

[5]張樹永，張劍榮，陳六平.大學化學實驗教學改革的基本問題和措施初探[J].大學化學，2009，24（4）：24-26.

[6]武 海，凡素華，張 宏，等.研究型實驗在本科化學教學中的作用于實踐[J].阜陽師范學院學報（自然科學版），2013，30（3）：81-84.

[7]武 海，凡素華，張 宏，等.現代教育技術在大學化學實驗教學中的應用[J].化學教育，2016，37（8）：33-36.

[8]張樹永，張劍榮，陳六平.化學類專業實驗教學改革的進展,趨勢與重點[J].大學化學，2016，31（9）：1-6.

Construction and application of new experiment-teaching mode in local normal universities

WU Hai,FAN Su-hua,JIN Xiao-yan,SHENG Liang-quan,ZHANG Hong,HUANG De-qian
(School of Chemistry and Materials Engineering,Fuyang Normal University,Fuyang Anhui236037,China)

An electrochemical experiment in the modes of traditional education and modern education was used to illustrate the disadvantages of traditional teaching mode and the strategy for the establishment of new experiment-teaching mode in local normal universities.Based on developing student's innovative and operational capacity,the new experiment-teaching mode was proposed by establishing basic,designing,and comprehensive research experiments.These new experiments will will be beneficial for the reasonable transition of subjects in local normal universities.

normal university;teaching reform;chemical experiment;experimental teaching

G64

A

1004-4329（2017）03-113-04

10.14096/j.cnki.cn34-1069/n/1004-4329（2017）03-113-04

2016-12-23

國家自然科學基金項目（21405019,91643113）；安徽省高校優秀青年人才支持計劃重點項目（gxyqZD2016193）；安徽省質量工程項目（2016jyxm0749，2014zdjy081）；阜陽師范學院教學團隊（2014JXTD03）資助。

武 海（1980- ），男，博士，副教授，研究方向：生物電分析化學。