优化实验设计与培养预科生创新能力的研究

任新宇

(黑龙江民族职业学院，哈尔滨 150066)



优化实验设计与培养预科生创新能力的研究

任新宇

(黑龙江民族职业学院，哈尔滨 150066)

少数民族学生多数来自边远地区，由于条件所限，学生实验的机会很少，而现在职业学院传统的实验教学基本上处于一种封闭的状态，多年不变的教学体系和内容与前沿科学新理论新技术严重脱节，学生独立思考内容少，动手机会少，不能自主学习。为了发挥实验教学在创新能力培养的独特地位，课题探究了将实验教学由封闭向开放型转变，实验教学从内容和方法进行优化，从传统的验证式实验教学改为探究式，培养具有创新能力的高素质人才。

优化化学实验;培养少数民族学生;创新能力

科学实验，是人类认识自然、利用自然、改造自然、保护自然的有力手段，科学技术的发展，来自科学实验，因而化学实验教学，不仅仅是激发兴趣、获得知识、更要能启迪思维，培养科学精神和创新能力,根本目的就是要为学生的终身学习和未来的发展打下坚实的科学文化基础，培养学生良好创新思维的习惯和能力，使之可持续发展以适应时代进步的需要。但由于我院少数民族学生多数来自少数民族地区，由于当地学校实验条件有限，化学实验课多数只能理论讲解，学生实验的机会很少。因此在职业学院实验教学急需加强和改进。

1 研究主要问题、研究背景

1.1 问题的提出、课题目的和意义

1.1.1 问题的提出

化学是一门以实验为基础的自然科学，化学实验是化学教学的基础，它以生动的魅力和丰富的内涵，在化学教学中发挥着独特的功能和作用。实验教学是对学生进行科学知识、科学方法、科学能力、科学思想和科学品质教育的最生动、最活跃的教学形式。化学实验正朝着探究型、生活化、微型化绿色化的方向发展。

目前化学实验仍存在很多问题。如化学实验如何更好地实施素质教育，如何设计和开展研究型课程中的实验教学活动，如何在实验教学中实施科学方法、科学态度的教育，怎样使化学实验更好地培养学生的创新意识和创新能力，怎样通过化学实验提高学生认识生活、认识世界的能力等等。这些课题的研究在目前我国新课改的大趋势下应该显得更重要一些。

1.1.2 课题的目的

现在职业学院传统的实验教学过程中，实验教学存在的问题主要有：教学基本上处于一种封闭的状态，多年不变的教学体系和内容与前沿科学新理论新技术严重脱节，学生独立思考内容少，动手机会少，不能自主学习。不利于个性发展和创新能力的培养，为了发挥实验教学和实验室在素质教育和创新能力培养的独特地位，适应少数民族区域经济发展对少数民族高素质创新型人才的需求，民族职业学院必须建立一种适合当代科技发展，有利于培养具有扎实基础知识和创新能力的高素质人才的实验教学新体系，教学内容应反映当代教育思想和高科技成果，改变单一的教学方法和手段，实验教学应由封闭向开放型转变。

(1)通过对化学实验材料的系统化研究、编排与整理，得到化学教材实验的改进与创新教材汇编，改变实验“重讲授，轻实验”现状，改进有些实验现象不够明显，或是存在安全隐患，或是会对环境造成污染，或是成功率低的案例，更新教学观念，改进化学实验教学现状，提升化学教学质量。

(2)在研究与改进的过程中与教学实践相结合，撰写有价值的课堂教学课例与实验教学论文，更好地适应新课程，增强学生对化学学科的学习兴趣，增强学生的探究意识，培养学生的创新精神和创新能力。

(3)推广微型化学实验，使实验趣味化，科学化与简约化，并形成具体实验案例，以便应用于实际教学中。

(4)实验教学从内容和方法进行优化，从传统的验证式实验教学改为探究式，让学生自己设计实验，有助于激活学生的灵感，培养具有创新能力的高素质人才，而优化实验教学不仅对教学双方会产生巨大影响，对提高实验室的建设和管理水平也会起到不可估量的作用。

1.1.3 意义

(1)通过该课题的研究能够丰富教学理论中的创新实验教学理论，大胆地开创化学实验教学的新局面。拓宽教师的教学思路和学生的学习思路。

(2)通过微型化、生活化和探究化的实验改进的研究与整理，将研究成果应用于教学实践，有助于激发学生学习化学的兴趣，创设生动活泼的教学情景，帮助学生理解和掌握化学知识和技能，启迪学生的创新思维，训练学生的科学方法，培养学生的科学态度和价值观。培养学生的创新能力。化学教育真正有形象、有特色、有效果、有魅力。

(3)在实践该研究的过程中，教师的教学水平与实验能力与意识得到提高，学生的综合素质得到发展。提高学生科学探究的素质同时提高教师的化学实验教学水平。

2 研究背景

我国在近十几年的时间内也不断有人提出优化化学实验培养创新型人才的教学和试点，取得了一定的成绩，但在民族预科优化化学实验培养创新型人才普及性还很差，有些专业实验还是空白，培养学生的创新精神和实践能力是实施素质教育的重点。高职化学实验要紧密结合教学实际，深化实验教学改革，把培养学生的创新能力贯穿到化学实验教学的各个环节，为培养创新型人才搞好保障，优化化学实验的教学也会对全省同类学院的实验起到一定的示范作用和辐射作用。

3 研究程序(研究设计、研究对象、研究方法)

3.1 研究设计

化学实验课是化学及相关专业的一门基础主干课，因此化学实验课程体系和教学模式需要改革与创新，对化学实验进行重组、优化、精心设计与创新，在技术技能训练的同时，注意增加趣味性、实用性、探索性实验及综合实验和设计研究实验的比重。精心设计一些反映科学前沿和最新研究成果的新实验，鼓励学生通过查阅文献资料，独立设计一些新实验。化学实验课程体系和教学模式的改革和创新作为我们提高实验教学质量的一个载体，培养学生的综合能力和创新精神，是我们不懈努力追求的实验教学改革的目标。

3.1.1 梳理、增补、改进教材实验，使实验现象更加明显，使之具有科学性和实用性

目前在化学实验教学的实际操作中，还存在着一些不尽人意的地方。究其主要原因是：长期以来，我国化学实验教学一直沿用实验依附于理论课的开课模式，设置实验课过多地考虑课程体系本身，存在与生产实际脱节现象，课本中的实验，考虑到不同年级学生的认知结构有差异，许多实验还“留有一定余地”，在化学实验总复习时，就可对其进行改进、完善、拓展，增强实验的探究性、综合性，使之更贴近对实际问题的解决，从而强化学生实验创新能力。如在复习氯化氢制备的实验时，可通过进一步设问进行探索和延展，如：氯化氢的实验室制法经过论证学生设计了氯化氢的制备、净化、干燥、性质实验、气体的收集和尾气处理的实验装置，在整个实验活动中，学生充分利用已有的实验知识，全面考虑，有利于实验意识的整合，不断练习，容易形成对类似实验的一般设计模式：气体制备→洗气→干燥→性质检验→产品收集→尾气处理，再遇到气体制备、混合气体除杂等有关实验，便得心应手了。实验教学内容验证性偏多，综合、设计性偏少，这种实验教学体制注重的是传授知识，而对能力的培养不利，这也使得化学实验教学的这种强大功能得不到充分的发挥。因此，有必要对化学实验教学模式和完善学生创新思维素质之间的相互关系进行探究。做实验的目的并不是让学生学会操作，更重要的是要求学生熟悉实验原理，突破教材的框框，大胆设想，寻找完成实验的最佳途径，抓住实验原理、在试剂和仪器的选择、反应条件的控制、操作过程等环节，有计划、有目的地引导学生进行自主探究，注重创新能力的培养。因此我们对实验内容进行了调整，采用多种方法强化技能，安排选做实验和设计实验，实验内容由浅到深、由简到繁，充分挖掘教材实验中的探索性，根据学生特点、时间以及实验的难度、安全等等，将实验划为两大类：课堂分组探究和课后小组研究。更多地将验证实验改为探索性实验。因为探索性实验能够使学生在实验的基础上，通过科学的分析，综合等思维过程来获得知识，探索活动形式具有显著的激励功能。在实验教学中，教师精心地设计问题情境，会把学生置于发现者的位置，这一过程要求学生有较多的思考和讨论。让学生随着问题的层层深入而激活思维。使他们处于一种主动探究知识的状态，适度拓展实验内容，完善认识结构，培养思维的深刻性。化学规律的表现形式是多层次、多侧面的。但教材提供的往往是单层次、单侧面的实验内容，从创新教育的角度来看，就有必要进行适当的拓展和补充，尽量让学生能从多层面、全方位地去认识事物的本质。把简单实验设计成综合实验、系列实验的方法，化学概念和规律只有建立在实验基础上，才能使学生建构起良好的认识结构，培养创新能力，紧密结合专业生产实际，做到循序渐进、逐步提高。

3.1.2 转变传统的实验教学理念

创新教育需要创造性的教与学，化学教师的教学理念直接影响着教学的效果。因此转变教学理念是优化化学实验教学的前提。创新型的老师才能培养出创新型的学生。实际教育教学工作中，为了培养学生独立思考和独立工作的能力，就需要教师提高实验教学能力，就是提高对教材中实验的驾驭能力。化学教师要不断学习和研究教材，并充分利用图书、报刊、计算机网络等方式获取更多的新信息、新知识，开拓自己的视野。有时还要求师生集体备课，发挥集体的智慧。树立“以人为本”的教育观，建立民主平等的师生关系，为搞活实验教学，用好新教材，提供新思路、新方法、新手段，即能结合教材和学生特点创设适宜的实验教学情景，创造性的设计和组织实验，去培养学生的创新思维和创新能力，对学生有很强的感染力。去发现和扶植学生的思维，既科学又艺术的培养学生的创新能力。转变传统教育观念中阻碍学生创新思维发展的观点，鼓励创新学习，发挥学生的主体作用，尊重学生的个性，鼓励大胆质疑，不仅使学生最大限度地获得化学基础知识和基本技能，沟通了知识间的联系，更重要的是培养了学生的创新思维能力。激发起学生进一步学习的兴趣和欲望。实验过程中教师通过语言，准确的实验操作，指导学生观察、思考、讨论。实验结束后能引导学生分析实验现象、总结实验的得失，得出恰当的结论。同时，应该对新增加的实验操作方法进行研究，探索实验成败的关键。培养学生探索精神和不怕挫折、敢于创新等良好的思维品质，才能充分发挥出化学实验对培养创新精神的独特的教育功能。

3.1.3 以人为本，营造创新氛围

“兴趣是最好的老师”，是促进学生思考、探索、创新、学习知识的原动力，而兴趣只有在学生创造欲望得到充分满足时才能得到很好的实现。所以教师应在教学中积极创设情境，让学生积极参与思考，调动学生的积极性。只有学生对化学知识及规律产生拥有欲，对化学科学有着强烈的探索欲望，并抱有将所知化学知识应用于日常生活造福人类的动机，才可能激发创新潜能，才可能产生创新欲望。集色、态、味、光、声于一体的化学实验会给学生强烈的感觉刺激，从而引起学生的兴趣，激发学生的求知欲

3.1.4 精心设计化学实验课堂教学案例，制作适合课堂教学的典型实验课件，辅助课堂教学。

3.2 研究对象

本项目以2008级预科班和2009级预科班为实验班，以基础化学实验课程教学为主要研究内容，改进实验内容，教学方法，教学手段及考试的方法，转变实验管理机制探索实验室教学管理新模式

3.3 主要研究方法和技术路线

3.3.1 主要研究方法

(1)调查法：通过对省内一些高职院校的基础化学实验教学内容和教学方法进行深入细致的调查研究，对教学内容和教学方法的改革途径进行探索，通过合作方式

共同编写实验大纲。

(2)实验法：通过优化实验设计探索培养学生创新能力的方法以黑龙江民族职业学院民族预科2008级，2009级的学生为试点，对教学内容和教学方法进行具体研究与实验，验证教改方案的可行性。

(3)归纳推理法：对调查资料和试验研究资料进行加工处理，认真分析，归纳总结，构建适合的教学内容，探索有效的培养方法，形成具有推广性的报告和论文。

3.3.2 技术关键

(1)实验教学模式——教师不仅要向学生传授知识，验证理论，培养实验技能，更重要的是要通过教师和学生的共同努力，引导学生科学的思维方式，实施开放式实验教学，让学生自己设计实验的教学模式，重在吸引学生主动参与实践活动，培养学生对“提出问题、研究问题、解决问题”的兴趣，培养学生的思索能力、辨析能力和探索求知精神，发展学生的个性和潜质，激发学生的创造力，达到提高学生实践能力和综合素质的目的。

(2)实验课程的考试与考核，要在总结国内外化学实验课考试方式方法的基础上，逐步建立、完善了一套科学的、公正的化学实验课考核机制，以引导学生在平时的实验和学习过程中就十分注意自身素质、创新思维和创新能力的培养，引导他们由过去的“学习、考试”型学生向“学习、思考、研究、创新”型学生转变。

4 研究成果与结论

4.1 研究成果

4.1.1 优化实验设计教学模式建设

我们提出了实行优化实验教学和学习的设想，并在基础化学实验教学中进行尝试，让学生不受实验室，实验学时和实验项目的限制，并能够自行设计实验，在教师的帮助下进行一些基础实验的研究，提高学生分析问题解决问题的能力。我们试行开放式实验教学，关键是实验项目开放，优化实验内容，教材提供往往是单层次、单侧面的实验内容，有些实验操作起来实验现象和效果不够好，影响了教学目的的完成。因此，为了更有效地加强实验教学，教师可以对规定的实验进行必要的改进，进行适当的拓展和补充，尽量让学生能从多层面全方位地认识事物的本质。不断改进既是认识不断深化的过程。实验的改进更能培养学生的观察能力与思考能力，引导学生全面、细致地观察，避免学生在实验中盲从和被动。增强实验的探究性，在探究性实验的课堂上，学生不仅能够独立地进行猜测、设计实验方案，能够独立或小组合作的形式进行探究性实验来论证或否定自己的猜测，能够交流、分析、得出问题的答案，他们会时而凝视实验现象、时而低头记录；时而专心聆听、时而激烈争论；时而独立探究、时而合作交流。过去实验课堂上教师讲、学生记，教师说、学生做的沉闷劲不见了。课堂上弥漫着积极探究的气氛，涌动着生命的活力。学生在收集资料、学会思考以及创新精神和实践能力都得到了提高，更学会与人交往、增强团队精神。学习方式的转变促进了学生的主动发展，引导学生通过自行查阅资料设计实验，包括自行设计一些实验指导书上没有的实验，独立完成，教师只是起到帮助作用，学生提出实验项目后需要查阅大量的文献资料制定实验方案。让学生在探索性、开放性、设计性、研究性实验中不断提高学生思维能力和实验设计能力，培养了学生的创新意识和创新能力。

4.1.2 改变了教师的教学行为，促进了教师的专业化成长

当教师们面对了多年的教科书突然之间变的陌生时，当看着所谓的“活动与探究”教学时，教师曾经茫然过：这样的化学该怎样上？探究性实验该怎样教？在一步步的摸索和尝试中，化学实验课堂中教师的“教”不断让位于学生的“学”，教师的“演示实验”不断让位于学生的“主动探究”，教师的“总结结论”不断让位于学生的“交流讨论”……师生双方相互交流、相互沟通、相互启发，分享彼此的思考、交流彼此的情感体验，从而达到教学相长和共同发展。

4.1.3 教材建设

教材是课程的知识载体，是教学活动的基本工具。教材建设是学校教学基本建设的重要内容。编写一部好教材是一件非常艰难的工作。需要经过多年的雕琢和锤炼，随着信息技术的高速发展和信息载体的变化，教材的概念变得模糊和淡化。所以我们积极进行教材改革，与省内六所高职院校共同编写了《基础化学实训》。

我们根据这些年改革的经验，发表了项目教材一部、论文六篇。

4.2 结论

4.2.1 有利于提高学生学习兴趣，有助于学生自身的发展

本课题研究着力凸显学生在整个教育教学活动中的主体地位，唤醒学生的自主意识，培养学生的创造精神，改善学生的知识和能力结构，帮助并促使学生学会学习，提升自我发展能力以及和谐健全的人格。有助于新的教育教学策略和机制的建立。本课题研究针对传统化学实验中存在的诸多弊端，从突破影响学生自能发展的因素入手，寻求促使学生发展的新路径，构建起有利于学生自能发展的新的教育教学策略和机制，提升了教育境界。

4.2.2 专业建设取得进展

经过两年多的深入研究与实践，构建优化实验设计教学模式，促进了实验室建设，在提高人才质量方面，取得明显成效。

4.2.3 成果具有现实意义

本项目的研究成果在学院的大学预科中进行了实验，研究中提出的一些做法和措施，如优化实验教学管理模式等，对高职高专院校实验室的管理的改革，具有较好的借鉴作用。

4.3 项目成果特色

项目研究与实践思路清晰，定位准确，采取边研究、边实践的方法、项目达到了预期的效果，项目具有较强的指导性，总结出的经验和做法具有较强的针对性和实用性，便于在本院或同类院校进行推广。

5 分析与讨论

本项目成果解决了教学管理上长期存在着两个突出的问题：一是由于时间和实验室空间的限制，实验内容安排往往超前于理论教学，学生在做实验时往往不知其然，更不知其所以然，增加了实验的难度，降低了实验的效果。优化实验教学后，开放实验，少数民族学生通过优化实验设计，让学生自己动手参与实验的全过程的探索，通过多疑提问，挖掘对实验内容的拓展、延伸，提高实验的探究性把培养少数民族学生的创新意识，创新思维，创新能力有计划有目的地细化到化学实验的各个环节之中。使学生在实验过程中变被动为主动，在实验技能、知识应用、分析问题及解决问题等诸多方面的能力得到训练，从而使学生的创新思维得以发展，逐步形成创新能力。二是教学资源得到进一步整合，实验室的使用效率得到大大提高。

6 项目成果的创新与建议

6.1 创新

6.1.1 将实验教学作为成绩考核的重要指标，以利于对学生进行系统的实验基础知识、基本方法和基本技能的教育。同时，这种制度对教学安排、教学管理、提高学生对实验的重视程度、调动学生的学习及创新积极性都起到了重要作用。

6.1.2 本项目对课程体系、资源配置与管理模式进行了全面的整合与建设，提出在实验教学中进行分层次实验，合理设置基础型、综合设计型、研究创新型实验。加强学生综合应用、系统设计规划、研究创新能力培养。填补了预科化学实验的空白。

6.1.3 将教材实验创新与改进实践化、系统化整理与编排，形成学校完善的实验教学体系。

6.2 建议

优化化学实验设计，学生的创新欲望得以极大地挥发，其聪明才智也得充分的展示我们并不要求学生都象科学家那样有伟大的发明创造，但我们要求学生在原有基础上有所突破、有所创新，形成良好的“创新思维的习惯”。不只是培养学生的基本实验技能，更重要的是通过实验课程，培养学生的科学创新能力和独立的思维与研究能力，培养学生的综合素质。

本项目的成果解决了由于时间和实验室空间的限制，教学上长期存在实验内容的安排往往超前了理论教学，学生在做实验时往往不知其然，更不知所以然。增加了实验的难度降低了实验的效果，可采用开放实验，学生可以自由地选择适合于自己的时间进行实验，可以对问题有了深刻了解和认识后再进行实验设计，实验由验证改为探索性。本项目将在反复实践和理论探讨基础上提出实验方案，并经过严格的试验，具体做法的操作性、对于高职院校实验教学改革具有借鉴价值。

7 研究成果形式

7.1 教材《基础化学实训》(主编，潘亚芬，参编，任新宇)。

7.2 论文《优化化学实验设计，启迪少数民族学生的创新思维》发表在《商品与价值》2011年，第4期(任新宇、潘亚芬)，《开放式实验教学研究》发表在《哈尔滨职业技术学院学报》2008年第3期(任新宇)，《优化化学实验设计，培养少数民族学生创新能力的研究》发表在，《哈尔滨职业技术学报》2010年第5期(任新宇)。《优化化学实验设计培养少数民族学生创新能力》发表在《中国科技信息》2010年第23期(包国民)，《精心设计化学实验，努力培养少数民族学生的创新能力》发表在《黑龙江科技信息》2010年第29期(崔德三)，《化学实验设计的优化与培养少数民族学生创新型人才的研究与思考》发表在《价值工程》2011年第1期(任新宇)。

7.3 制定了开放实验教学学生管理办法。

7.4 制定《优化化学实验设培养，创新型人才的教学实验》教学大纲。

[1]研究报告——潘亚芬．开放式实验教学的研究[R].黑龙江省教育厅课题，2010-8.

[2]刘知新.化学实验论[M].广西教育出版社，2011:11.

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[4]张经纬.化学教学要促进学生科学素质的育成[J].广州教育研究，2010:10.

[5]周延波，郭兴全.创新思维与能力[M].北京：北京科技出版社，2010:134-140.

[6]冯守华，谭持恒.化学的黄金时代[J].化学通报，2010，(7).

[7]石敬珠.基于学生的微型化学实验课程资源的整体构建[J].现代教育科学(中学教师)2011:3.

[责任编辑 李顺子]

2016-12-21

黑龙江省教育厅科研项目(11535028)

任新宇，1964-，女，黑龙江哈尔滨人，副教授，化学教学研究。