地方高师院校新型实验教学模式的构建与应用

武 海，凡素华，金晓艳，盛良全，张 宏，黄德乾

（阜阳师范学院 化学与材料工程学院，安徽 阜阳 236037）

地方高师院校新型实验教学模式的构建与应用

武 海，凡素华，金晓艳，盛良全，张 宏，黄德乾

（阜阳师范学院 化学与材料工程学院，安徽 阜阳 236037）

通过在传统教育模式和现代教育模式下的一项电化学实验为例，阐述了传统本科实验教学的弊端和地方高师院校转型期构建新型实验模式的策略。以培养学生实验操作能力和创新能力为主导方向，建立基础性、设计性和综合性研究型的新型实验教学模式，必将有利于高师院校学科发展的科学转型。

高师院校；教学改革；化学实验；实验教学

地方高师院校长期向当地输送了大量的师资力量，极大地满足了地方教育需求。但是，由于采用了单一封闭定向的人才培养模式，地方高师院校与人才需求形成了固定的供求关系。尤其在国家鼓励综合性高等学校参与培养和培训中小学教师工作的背景下，地方高师院校不仅难以适应教育资源多样化竞争格局，而且令地方高师院校培养的人才知识范围狭窄、素养底下，相对社会需求滞后[1-3]。因此，地方高师院校人才培养模式需建立科学的转型方法，以适应现代教育需求。

高校实验课是提高本科生的实践能力、培养学生创新素质的重要教育途径，是课本理论知识和实践应用的纽带，是培养学生观察、分析、解决问题的关键课程[4]。然而，地方高师院校实验课程的设计开展仍然侧重理论知识的浅显验证、基本操作的循环重复、实验结果的简单处理；实验教学目标仍停留在实验基本原理、基本知识和基本操作的“三基”层面的掌握，这极大限制了学生的思维，阻碍了师范生的素质培养。而先进的实验教学目的应建立在“三基”的基础上，强调对学生的信息获取和加工能力、实验设计能力、预见和判断能力、分析和评价能力、协调合作等综合能力的培养[5]。实验课应缩减验证性的基础实验，并将基础性实验融合在综合性实验之中，以达到训练和提高学生素质的教学目的[6]。

本文将利用在高校本科生开展的一个电化学实验“循环伏安法判断电极过程”为例，阐述地方高师院校如何在战略转型期，实现化学学科实验教学模式的转变、构建与实施新型实验教学模式。

1 电化学实验背景介绍

仪器分析课中，为掌握电化学伏安分析法，在本科生实验课中开设了一个电化学实验，题目为：循环伏安法判断电极过程。实验目的是使学生掌握循环伏安法判断电极过程的方法、原理和实验过程。实验以1.00×10-3mol L-1K3Fe(CN)6为研究对象，分析其实验过程。实验利用传统三电极体系（玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，铂丝电极为辅助电极），在0.6和-0.2 V电位范围内循环伏安扫描。实验结果需对K3Fe(CN)6电极过程进行分析，并对不同浓度的铁氰化钾溶液伏安扫描，测浓度与电流之间的关系。

2 从实验设置看高校实验教学模式弊端

针对此实验，绝大部分传统教学模式的实验课分为四个步骤：(1)教师用四十分钟甚至更多时间讲解实验原理、如何判断电极过程；（2）教师演示电极如何处理、如何操作电化学工作站，并演示实验过程；（3）学生按照实验步骤配溶液、按照老师演示，进行不同扫速循环伏安扫描；（4）学生用坐标纸绘制电流和浓度之间的标准曲线图，书写实验报告。这样的传统教学模式具有如下弊端。

第一，重理论轻实验、实验课定位滞后。高校化学实验教学仍以验证实验为主，依附于理论课教学。教师仍需利用大量时间讲解循环伏安法的理论知识、电化学工作站仪器的操作、溶液的配置等内容。而学生在固定的实验教材上进行模式化的操作与结果分析。实验课定位滞后于教育发展需求，不能将实验课从理论课中独立出来，不能建立一个完整的实验教学体系，仅仅将实验教学定位于理论课的补充性内容，较难实现综合素质的培养。

第二，理论和实践脱节，知识与能力不等。该教学模式使培养出来的大多数学生缺乏创造性、分析和解决问题的综合能力。实验过程中，学生只是按标准的电脑程序验证原理和定律，实验教材对所需的仪器设备、仪器连接、电极处理步骤、铁氰化钾溶液的配制等均已详细说明，这样的实验，很难达到培养综合能力和创新意识的目的。

第三，实验设置不合理，教学方法陈旧。四大化学（无机化学、有机化学、分析化学和物理化学）各自设置与本学科相关的实验课程，限制了知识的交叉融合，阻碍了课程的横向联系。教师的教学方法也相对陈旧，仅利用讲解理论、演示过程的教学方法很难提高学生兴趣、激发学生探索精神。

第四，教师缺乏先进教学理念。地方高校从师范院校向综合高校转型，教师的教育理念及教师素养需要更新。传统教学模式培养本科生，只能适应低端需求市场，从而导致很多毕业生不能适应市场需求，出现毕业就失业的人才浪费现象。

3 新型实验教学模式的构建与策略

3.1 综合实验课的设置

仍然以上述电化学实验为例，改进后的综合实验题目为：过氧化氢电化学传感器的构建及检测（约10个学时）。实验过程概括为：（1）实验简介，介绍构建过氧化氢传感器的意义和主要方法；（2）利用富勒烯（C60）和四辛基溴化铵（TOAB）修饰于玻碳电极（GCE）表面构建电化学传感器（TOAB/C60/GCE）；（3）传感器的电化学性质表征；（4）传感器对过氧化氢的检测

实验要求：（1）查阅文献书写出过氧化氢现有的检测方法；（2）综述电化学传感器的构建方法；（3）参阅并简要写出富勒烯的性质及其应用于电化学传感器的意义；（4）拟定详细实验过程；（5）利用origin软件绘制实验图形，并以研究论文格式书写实验报告及分析讨论结果。

3.2 构建新型实验模式的策略

实验课程设置应定位于提升学生综合素质。无论是师范生还是理工科学生，都应以学生的综合能力的提高为目标。基础性实验固然重要，但是综合性研究型实验能极大提高学生的积极性和创新能力。如上述实验，通过查阅文献，可以使学生了解电化学传感器的构建方法和检测过氧化氢的方法，使其掌握查阅参考文献的能力、增强围绕一个问题如何去发现并解决问题的能力。同时，上述综合实验拓宽本科生知识眼界，了解仪器分析电化学部分的知识前言，这是一般验证实验不能实现的效果。无疑，把实验课程定位于综合素质的提升，有利于优秀人才的培养。

应打破学科界限，构建多学科交叉型实验教学体系。以培养学生实验操作能力和创新能力为主导方向，建立基础性实验、设计性实验和综合性研究型实验相结合的新型实验模式。所有综合性实验不应为单一学科的简单实验，而是尽可能多的涉及材料、生命、环境、信息等学科之间的交叉，增强知识运用能力[7]。图1为上述实验的部分结果。图1（A）为构建的电化学传感器（TOAB/C60/GCE）的表征图，学生需要对出现的三对氧化还原峰进行分析，归属峰 I、II、III分别为 C60/C60-，C60-/C602-，C602-/C603-电对的氧化还原，这让其学会了传统教学方法中的判断电极过程的知识，并学会复杂体系的电极过程的判断。图1（B）是不同扫速时的循环伏安曲线叠加图，插图为峰I的峰电流和扫速之间的关系，由此学生学会利用其掌握扩散电流的形成和应用。

图1 TOAB/C60/GCE在0.5 mol L-1KCl溶液中循环伏安图(A)扫速为0.1 V/s；(B)不同扫速时的循环伏安图，插图为峰I的峰电流和扫速的平方根线性关系图，扫速为0.1、0.15、0.20、0.25、0.30、0.40、0.50、0.60 V/s

图2 传感器对过氧化氢的响应及标准曲线(A)TOAB/C60/GCE对过氧化氢的响应；(B)峰III的还原峰电流对过氧化氢浓度的标准曲线，其中过氧化氢的浓度分别为0,0.704,1.41,2.11,2.82,3.52 mmol L-1

图2（A）和(B)是传感器对过氧化氢的响应及标准曲线，可以使学生掌握电化学分析法应用于实际物质的检测方法和思路，从而对电化学分析产生浓厚兴趣。同时，该实验的传感器的表面还涉及扫描电镜表面表征、origin软件绘制图形、富勒烯纳米材料的特点、过氧化氢在食品、化学和生物等方面的应用等等。该研究型实验充分发挥其主观能动性，拓宽了学生的知识领域。因此，该实验受到学生的好评，并积极报名参加实验。

拓宽培养途径，增加其它创新实验的辅助教学途径。利用教师科研课题、大学生创新训练项目、学生科研立项项目、毕业论文设计等引导学生参加研究型实验。学生在研究课题中，既能感受到前沿研究领域真正创新研究的氛围，又拓宽了视野，提高了分析问题、解决问题的能力，培养良好的心理素质和严谨的做事习惯。

转变实验教学理念，建立实验教学评估和激励机制。只有从根本上转变教师的实验教学思想，提高实验教学的目的和要求，才能真正实现实验教学改革与转型[8]。把教师的教学理念提升到以培养创新而又具有实践能力人才为目标的高度，真正以学生为本。然而，当前的教学评估和激励机制严重束缚了教师的积极主动性。实验教学改革的实现需要教师不仅要具有扎实的教学能力，又要具有肯于奉献、乐于施教的精神。学校既要对教师有教学要求，又要采取必要的保障措施提高教师的待遇，鼓励那些善于教学改革和主动教学改革的教师。建立实验教学质量监控体系、建立学生评教、同行评议、学生技能考评和毕业生回访等制度,努力实现科学化、规范化、制度化、有效化的评估制度，使之有利于促进实验教学队伍转变教学理念，推动实验教学的资金投入和实验教学改革的落实。

4 结论

因此，地方高师院校应通过建立科研型实验课、合理设置综合实验课程体系、突破传统教学模式束缚、转变教学理念，以提高学生综合素质和实践能力，拓宽学生培养途径，激发学生学习能动性为教育核心，并构建具有激励性的保障措施，有目的分层次地实现科学转型。

[1]刘秀艳，王晓亚.试论地方高师院校人才培养模式的弊端[J].学周刊，2013（16）：11-12.

[2]高洪岩.地方高等师范院校人才培养模式改革探究(以沈阳师范大学汉语言文学(师范)专业为例[J].内蒙古师范大学学报（教育科学版），2014，27（7）：31-33.

[3]赖明谷，柳和生，徐和清.同级类差"与"同类级差"视觉中的得放本科高校应用技能型人才培养研究[J].高教探索，2015（7）：15-21.

[4]崔玉民，李慧泉，陶栋梁，等.构建应用化学实验教学体系[J].阜阳师范学院学报(自然科学版)，2016，33（1）：117-120.

[5]张树永，张剑荣，陈六平.大学化学实验教学改革的基本问题和措施初探[J].大学化学，2009，24（4）：24-26.

[6]武 海，凡素华，张 宏，等.研究型实验在本科化学教学中的作用于实践[J].阜阳师范学院学报（自然科学版），2013，30（3）：81-84.

[7]武 海，凡素华，张 宏，等.现代教育技术在大学化学实验教学中的应用[J].化学教育，2016，37（8）：33-36.

[8]张树永，张剑荣，陈六平.化学类专业实验教学改革的进展,趋势与重点[J].大学化学，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

国家自然科学基金项目（21405019,91643113）；安徽省高校优秀青年人才支持计划重点项目（gxyqZD2016193）；安徽省质量工程项目（2016jyxm0749，2014zdjy081）；阜阳师范学院教学团队（2014JXTD03）资助。

武 海（1980- ），男，博士，副教授，研究方向：生物电分析化学。