高校驗證型實驗教學(xué)存在的問題與對策

高華敏，張 楊，高曉寶，李明玲

(巢湖學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 巢湖 238000)

高校本科教學(xué)實驗項目根據(jù)其特點不同一般分為三個類型：一是演示型、驗證型實驗，二是綜合型、設(shè)計型實驗，三是研究創(chuàng)新型實驗[1]。其中，驗證型實驗主要是以驗證、演示和基本操作為目的，其包含的實驗內(nèi)容和實驗方法相對比較單一，學(xué)生可以根據(jù)實驗指導(dǎo)書、在教師的指導(dǎo)下完成實驗過程，所用的實驗方法和儀器設(shè)備都是事先確定好的。驗證型實驗的主要作用就是鞏固課堂理論教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生基本實驗技能。因此，驗證型實驗是基礎(chǔ)，可加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解，促進學(xué)生對基礎(chǔ)理論知識的掌握，為后續(xù)綜合、設(shè)計、創(chuàng)新型實驗的開設(shè)奠定基礎(chǔ)[2]。由此可知，驗證型實驗在高校人才培養(yǎng)過程中具有重要基礎(chǔ)地位

但是，隨著高校對創(chuàng)新型人才、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的越來越重視，實驗教學(xué)過程中逐漸強化了綜合、設(shè)計、研究創(chuàng)新型實驗的教學(xué)地位，演示、驗證型實驗的學(xué)時逐漸被消減，教師、學(xué)生的重視程度也相對減輕，因此，如何在目前形勢下，提高驗證型實驗的教學(xué)效果，是各專業(yè)，尤其是工科專業(yè)驗證型實驗教學(xué)亟待思考和解決的問題。

1 驗證型實驗教學(xué)存在的問題

1.1 師生重視程度不夠

近年來，在“雙萬”、“雙創(chuàng)”等背景下，我國高校對學(xué)生創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識方面的培養(yǎng)越發(fā)重視。通過增加綜合、設(shè)計、研究創(chuàng)新型實驗的學(xué)時比例來強化學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，幾乎成為各高校爭相采用的一種有效措施[3]。而人才培養(yǎng)方案中總的實踐教學(xué)學(xué)時是有限制的，因此，在綜合、設(shè)計、研究創(chuàng)新型實驗學(xué)時增加的同時，演示、驗證型實驗的學(xué)時就被相應(yīng)減少，最后只有少數(shù)經(jīng)典的驗證型實驗項目被保留下來，項目之間的關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性等都受到影響。另外，目前教師和學(xué)生對演示、驗證型實驗的重視程度不夠，普遍認為這類實驗不重要，因而對其教學(xué)環(huán)節(jié)的實施與教學(xué)效果產(chǎn)生了不良影響。

1.2 實驗教學(xué)內(nèi)容陳舊、單一

驗證型實驗的學(xué)時被壓縮后，實驗項目相應(yīng)減少，所以留下來的都是一些比較經(jīng)典的實驗項目。這些項目的內(nèi)容與方法步驟幾十年如一日，未曾改變，絲毫不受時代變遷與科技進步的影響，即使有些實驗材料已經(jīng)過時、實驗儀器設(shè)備已遭淘汰，但實驗還是那么做，給人的感覺純粹是為了演示而演示，為了驗證而驗證。另外，目前的驗證型實驗項目內(nèi)容普遍單一，如僅限于單一的基本操作，或是驗證某一理論、某一結(jié)論，不利于學(xué)生對知識的綜合理解[4]。

1.3 教師投入不夠，學(xué)生興趣不高

目前，很多教師在開設(shè)驗證型實驗項目時，精力投入不夠，僅限于將傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容以簡單、固定的教學(xué)方式傳授給學(xué)生，對教學(xué)效果如何較少思考，在實驗內(nèi)容的更新、實驗方法的改進等方面投入的精力不夠。另外，就目前大家所感興趣的教學(xué)研究內(nèi)容來看，專門針對傳統(tǒng)的演示、驗證型實驗進行內(nèi)容、方法等方面改革研究的教研項目很少，這在很大程度上限制了驗證型實驗教學(xué)效果的提高。在學(xué)生方面，由于驗證型實驗的結(jié)果已知，難以激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索欲，因此很多學(xué)生存在上課積極性不高、拼湊實驗結(jié)果、敷衍實驗提問等。并且，一個班級的同學(xué)做的實驗內(nèi)容一模一樣，且結(jié)果已知，在這種情況下，容易導(dǎo)致學(xué)生相互抄襲實驗報告，編造實驗數(shù)據(jù)，根本不自己動腦思考，因而難以達到預(yù)期的實驗教學(xué)效果，同時，也不利于培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度。

從上述分析可以看出，傳統(tǒng)的驗證型實驗之所以頗受詬病，原因不在于實驗本身，而在于實驗中的人。教師和學(xué)生認為驗證型實驗就是簡單的驗證某些已經(jīng)存在的、正確的定理或規(guī)律，沒有把探索性、設(shè)計性因素考慮到教學(xué)過程中，更沒有把驗證型實驗作為培養(yǎng)學(xué)生探索意識、科學(xué)態(tài)度、探究能力和創(chuàng)新思維的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)。所以，歸根結(jié)底，還是人的認識不正確導(dǎo)致了實驗教學(xué)過程中出現(xiàn)的諸多問題。

2 驗證型實驗教學(xué)改革的主要措施

2.1 整合、優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容

隨著目前各高校對演示、驗證型實驗項目的精簡，保留下來的基本都是一些傳統(tǒng)的、經(jīng)典的實驗項目，這些經(jīng)典的驗證型實驗項目經(jīng)歷了長時間的洗禮后，在社會、科技發(fā)展迅速的今天，要使其與時俱進地對人才培養(yǎng)發(fā)揮作用，就要適時增加一些有時代感的元素，以增強其“新”意，讓學(xué)生自發(fā)地去學(xué)習(xí)、主動去接受。盡可能為經(jīng)典實驗賦予時代詮釋，實現(xiàn)“舊瓶裝新酒”[5]。比如，關(guān)聯(lián)度比較大的實驗項目可以進行整合，以保證知識的連貫性和系統(tǒng)性；內(nèi)容單一的實驗項目可以進行適當?shù)陌l(fā)散或延伸，增加一些實驗規(guī)律或定律在現(xiàn)實生產(chǎn)與生活中的應(yīng)用探索；過于傳統(tǒng)的實驗項目可以加入一些現(xiàn)代研究或測試手段，并進行比較，分析其異同；等等。比如，筆者所從事的專業(yè)開設(shè)的《無機非金屬材料工程專業(yè)基礎(chǔ)實驗》課程中有個實驗項目“煤的工業(yè)分析”，該項目的主要目的是讓學(xué)生通過規(guī)定的實驗條件測定煤中的水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳質(zhì)量含量的百分數(shù)，并掌握煤的工業(yè)分析方法。實驗項目指導(dǎo)書中明確規(guī)定了實驗步驟，每一步的操作條件，實驗過程要反復(fù)在不同溫度下加熱、恒溫、稱量等，過程繁瑣，十分耗時，而且操作過程對結(jié)果影響較大。對于煤的工業(yè)分析結(jié)果，除了為鍋爐設(shè)計、灰渣系統(tǒng)設(shè)計提供參考依據(jù)以外，還是鍋爐燃燒調(diào)整的重要依據(jù)，而在實際生產(chǎn)中，考慮到效率，往往需要快速知道分析結(jié)果，進而對生產(chǎn)進行調(diào)控，這個時候，耗時的工業(yè)分析法和大的誤差就顯得有點力不從心了。為此，筆者認為可以將煤的工業(yè)分析實驗與該課程中另一個經(jīng)典實驗項目“熱重分析實驗”進行整合，將現(xiàn)代分析儀器“綜合熱分析儀”用于煤的成分分析，可以提供快速、準確的分析結(jié)果，通過內(nèi)容整合后的實驗，既讓學(xué)生掌握了煤的工業(yè)分析方法，又了解了綜合熱分析儀的原理、構(gòu)造和應(yīng)用，還可以在此基礎(chǔ)上，對兩種不同的方法及其使用進行優(yōu)劣比較，豐富了實驗內(nèi)容，也讓學(xué)生親身體驗到現(xiàn)代科技的發(fā)展對人們的生產(chǎn)與生活帶來的巨大便利，繼而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)習(xí)效果。

2.2 科學(xué)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)、改進教學(xué)方法

目前各高校的專業(yè)實驗教學(xué)中通常每組參加實驗的學(xué)生在20人左右，因所有學(xué)生的實驗內(nèi)容、方案甚至包括實驗結(jié)果都一樣，而且很多時候整個教學(xué)過程完全由教師“駕馭”，學(xué)生只是“照方抓藥”，所以學(xué)生中存在“等、靠、抄”等現(xiàn)象，每組只有少數(shù)幾個學(xué)生在操作，其他的學(xué)生都是事不關(guān)己，高高掛起的姿態(tài)，極大地影響了教學(xué)效果[6]。針對這種情況，可以做如下改革：(1)優(yōu)化實驗過程設(shè)計。根據(jù)實驗項目特點，進行任務(wù)分解，然后將學(xué)生分成若干小組，每個小組承擔(dān)不同的任務(wù)，最后各組匯總，進行結(jié)果比較與分析。這樣，會使每個學(xué)生頭上有任務(wù)，因最終有實驗效果對比和評價，因此，學(xué)生的認真程度和積極性會大大提高。(2)微課進實驗課堂。微課是以教學(xué)視頻為主要載體，主要針對某個知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)進行設(shè)計的，具有主題突出、短小精悍、針對性強、應(yīng)用面廣等特點，受到了廣大師生的極大關(guān)注。在驗證型實驗教學(xué)過程中，可以將一些實驗原理、實驗步驟、或儀器設(shè)備的構(gòu)造與工作原理等制作成微課的形式，利用先進的網(wǎng)絡(luò)和手機等，讓學(xué)生在線學(xué)習(xí)，改進教學(xué)效果。(3)采用啟發(fā)式、問題導(dǎo)入式等教學(xué)方法。在我國古代就有孔子的“不憤不啟，不誹不發(fā)”的教學(xué)思想，因此通過問題的導(dǎo)入引發(fā)學(xué)生的思考，把探索性、研究性、開放性、設(shè)計性等因素引入驗證型實驗，有利于提高教學(xué)效果[7]。

比如材料類專業(yè)中的“X射線衍射技術(shù)與定性分析”實驗，其教學(xué)目的是了解衍射儀的構(gòu)造、原理，掌握物相分析的基本原理與方法，在此基礎(chǔ)上，測試一個物相的衍射圖，并根據(jù)衍射數(shù)據(jù)進行物相鑒定。該實驗內(nèi)容簡單，方法和步驟確定，大家在相同實驗條件下得到的結(jié)果基本一致。而且，這是一個大型儀器實驗，儀器臺套數(shù)一般為一臺，學(xué)生多、儀器少，導(dǎo)致很多學(xué)生沒有實踐的機會。為了提高學(xué)生的參與度，對其實驗過程與方法進行了優(yōu)化設(shè)計與改革。首先將X射線衍射儀的構(gòu)造與原理制作成微課件，儀器的不同部件以顏色進行區(qū)分，并輔以動畫、聲音解讀，不僅在感官上吸引學(xué)生，同時其三維動態(tài)播放有利于學(xué)生對儀器的構(gòu)造與工作原理有更好的了解和掌握。在此基礎(chǔ)上，對教學(xué)過程進行精心設(shè)計：將一組學(xué)生分成幾個小組，針對待測樣品的特點，從工作電壓/電流的大小，掃描速率的快慢、試樣顆粒度大小等方面設(shè)計幾個不同的變量，每個小組都在不同的實驗參數(shù)下進行操作，最后將所得衍射曲線匯總，在講解完曲線的解釋方法后，對匯總的曲線進行分析。分析之前，可以提出一些問題，如試樣顆粒大小、掃描速率等對其衍射結(jié)果的影響極其原因是什么？讓學(xué)生帶著問題去分析數(shù)據(jù)。這樣改進后，不僅完成了實驗的預(yù)期任務(wù)，還提高了學(xué)生綜合分析和解決問題的能力，團隊協(xié)作能力、教學(xué)效果都得到大大提高。

2.3 改革考核方式

傳統(tǒng)的實驗課程考核方式主要是以實驗結(jié)果的正確與否作為成績評定的主要依據(jù)，但作為演示、驗證型實驗，其特點是實驗結(jié)果或結(jié)論已知，導(dǎo)致學(xué)生可以拼湊、修改實驗數(shù)據(jù)，抄襲實驗報告，因此這樣的評價方式難以反應(yīng)學(xué)生在實驗中的真實操作水平和對知識點的掌握情況。要改變這種狀況，就需要對驗證型實驗的考核方式進行改革，比如由以前的以實驗結(jié)果的對錯考核為主改進為以對實驗結(jié)果的分析、總結(jié)和運用的質(zhì)量考核為主，即便結(jié)果不理想，如果對原因分析合理且到位，也可以給予較好的成績。這樣，學(xué)生參加實驗的積極主動性就會提高，抄襲報告、篡改或編造數(shù)據(jù)的現(xiàn)象也會隨之減少。

2.4 積極開展教材建設(shè)

高質(zhì)量的實驗開設(shè)，需要高質(zhì)量的實驗教材作基礎(chǔ)；反過來，高質(zhì)量的實驗教材的形成需要高質(zhì)量實驗素材作為支撐。因此，高質(zhì)量的實驗與高質(zhì)量的教材之間是相輔相成，相互促進的[8]。但長期以來，在專業(yè)實驗教學(xué)方面，很少有關(guān)注演示、驗證型實驗項目的改進研究的，雖然近年來也有不少實驗教材出版，但對于演示、驗證型實驗項目，基本沒有什么改變，從這方面來看，需要我們整合實驗教學(xué)內(nèi)容，拓展其范圍，在經(jīng)典中融入時代元素，并形成有特色的教材。

3 結(jié) 語

驗證型實驗有利于學(xué)生鞏固理論知識，可為其后續(xù)實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)，因此在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中屬于必不可缺的部分。但目前驗證型實驗在教學(xué)過程中存在一些問題，影響了教學(xué)效果。因此，對傳統(tǒng)的驗證型實驗教學(xué)進行改革，如內(nèi)容整合、優(yōu)化課堂教學(xué)設(shè)計、改進教學(xué)方式方法、改革考核方式等等，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，確保良好的教學(xué)效果。