设计实验



首页>>特色教学>>设计实验设计实验 — 设计实验基本情况

        随着科学技术的快速发展,在大学化学教学中传统的化学实验教体系、内容和方法均不能满足时代对化学实验教学的需要。因此,近年来我国将《大学化学实验》教学改革列入高等教育的重要改革项目之一。《大学化学实验》教学立足于培养和训练学生的智能,注重培养他们的开拓创新能力,从素质教育着眼进行大学化学实验教学的改革。大学化学实验已形成了基本实验—综合实验(含设计实验)—研究型实验的教学模式。通过教学实践,证明了这种教学模式能够达到培养化学专业的本科生的实验技能和创新能力的目的。基本实验主要是对学生进行基本知识基本操作和技能的训练,这部分化学实验主要是以验证性实验为主,实验教材中实验原理、实验操作步骤等内容叙述的比较清楚,大部分学生都积极认真地完成了实验教学的内容,规范和熟练了基本操作和技能,但学生仍处于被动学习的状态,学习的主动性和创造性不够。设计性实验是一种能够培养学生综合应用知识和创新能力的很好方法和途径。设计性实验不仅可以培养和检验学生应用理论知识、掌握实验原理、选择与操作实验仪器、确定实验条件和选择实验方法等方面的能力,也给学生一个较宽阔的思考空间和选择余地,可以发挥各自的思维与想象力,使学生的创新意识和能力受到启发与锻炼,而且可以培养学生科学思维和科学素养。
        我院从1991年开始在化学基地班开设设计实验,在教学实践中,我们发现教师在以验证性实验为主的实验教学中形成的实验教学思想、体系和方法,已不适用于设计性实验教学。因此我们把“《大学化学设计实验》的内容和教学方法的研究与实践”作为重点项目来研究,不断的探索适应设计实验的教学思想、教学内容和教学方法,并且在教学实践中不断的完善,现在设计实验的教学体系已经基本形成,开出了一系列新颖的设计实验,逐渐加大了设计实验的学时,并且不断研究设计实验的教学方法,争取在教学实践过程中逐渐转变实验教学思想,以利提高大学化学实验教学水平。 本文主要介绍武汉大学化学实验教学中心大学化学设计实验教学内容和教学方法的研究与实践情况。
1. 设计实验教学计划和教学安排
  按照国家理科化学基地人才培养目标,我们在各门实验课程中都按教学计划对化学基地班开设综合设计实验,综合设计实验占总实验学时50%,其中综合实验占总实验学时20%;设计实验占总实验学时30%。除规定的实验学时外对学生实行开放实验室制度,为设计实验提供了更加宽松研究场所。实验室对学生开出的药品和仪器进行审查后做好实验前的准备工作。设计实验一般安排在实验课程的后半学期或者第二学期,但是在该课程绪论或者第一学期末必须告诉学生如何进行设计实验的学习,设计实验的要求和设计实验的安排,以及基础理论、基本操作技能对设计实验的重要性。使学生认识到将用自己学习到的基础理论、基本操作技能和发挥自己的智慧来研究和解决实际问题。
2. 设计实验内容
教学内容的选择是教师提供选题范围和学生自选相结合。《大学化学设计实验》提供实验选题,根据该课程的特点,选择设计实验的内容。有的课程由老师命题,学生设计方案,全班一起做,统一考核;有的则让学生自己查阅文献资料,自己选题设计方案,组成2-3人的研究小组来进行实验,有的则让学生选择教师的科研课题中的内容等。设计实验的内容涉及的以下几个方面:(1)利用所学过的基础知识、基本操作技能和合成方法,自行设计制备比较简单的化合物。(2)设计物质的分离、提纯、鉴定、分析和表征的方法等。(3)对已开出的化学实验中出现的问题,进行分析提出解决问题的方法,并通过实验加以证实。(4)对化学实验中废弃物进行回收和处理。(5)对新的实验技术和新开实验进行探索性研究。(6)工业生产和企业中的实际问题;(7)教师的科研项目等。
3. 设计实验教学方法
(1)编写设计实验教材,在陆续出版的大学化学系列教材中都编写了综合设计实验,设计试验内容包括:进行科学研究方法、科学思维和科学精神的教育;明确计实验的意义和要求;大学化学设计实验教学方法和安全实验问题;目的要求、选题范围、教学安排和教学指导(实验选题参考、设计实验教学举例和推荐参考资料等)。
(2)必须对学生讲述计实验的意义,如何进行科学研究、科学思维以及发扬科学精神的重要性。
(3)提前二周将设计实验的题目、实验设计方案和所需要的试剂、仪器交给指导教师。得到指导教师同意方可进行。
(4)教师根据学生实验进展情况及时给予指导。
(5)设计实验时间除规定的实验教学学时外,必须对学生开放实验室。
(6)制定设计实验成绩评定标准,包括查阅资料、方案设计、实验方法、环境保护、实验操作、实验结果、协作精神、实验安排、创新内容、清洁安全和实验报告
(7)设计实验实验报告按发表论文的格式书写,要求交电子版。
(8)设计实验结束后以班级为单位进行交流。
(9)好的设计实验报告可在学院内部刊物《大学生化学学报》上发表。
4. 典型教案
以2000 -2001年第二学期《无机化学设计实验》教学安排为例,实验学时为18~24学时,安排在 第二学期的下半学期,规定对化学专业学生为必修, 应化专业学生为选修。设计实验题目范围:(1) 无机净水剂的研究、制备与应用; (2)实验室中废水的处理。设计实验准备及要求:用寒假和第二学期上半学期的时间, 查阅资料(校图书馆、系资料室和实验中心网络信息室 )收集信息,了解我国水资源状况,研究净水剂重要性以及净水剂的制备方法与应用情况。以研究小组(二人以上)为单位确定本组研究题目,写出此项工作的意义、实验原理、 试剂、仪器和实验设计方案。提前二周交给指导教师。 通过实验制备出一种无机净水剂,应用于东湖水、长江水或实验室工业废水处理。要求制备出的无机净水剂在制备方法或性能上有创新性。应用实验要按国家标准(GB13200-91)进行实验效果分析。应用效果好的净水剂可以进行结构分析。实验报告要以论文格式打印。设计实验结束后将全班进行论文报告。
5.设计实验教学的特色和教学效果
A.设计实验教学方法的特色:
(1)体现了《大学化学实验》教学思想的新思路;
(2)体现了绿色化学合成的重要性;
(3)注意对学生进行科学研究方法、科学思维和科学精神的培养 ;
(4)实验内容涉及面比较宽,体现了各实验课程和各学科之间的渗透;
(5)教学环节完善,并能充分利用教学资源 ;
(6)教师、学生和教学管理人员配合默契。
B.设计实验教学效果
       学生对设计实验教学形式是肯定的,赞扬的,教学调查结果几乎100%的学生赞同开设设计实验。在历次教学效果调查中,学生对《大学化学基础实验》的各门课程都有比较深的体会,有的学生在实验报告后面附上自己做设计实验的感想,例如有的学生写到“这一次实验是我们第一次自己查资料,自己摸索实验的条件来做的。…虽然在实验的过程中,我们遇到了很多的意料之外的困难,我们没有灰心,继续查找,继续实验,最终都一一解决了,我们的自信也随着实验的进行而增强,我们能力也提高了。…我们认为设计实验应当多开,同时要增加实验室的开放的时间,让我们能尽情的享受实验的乐趣。”另外一组学生写到:
      “通过这次实验,我们培养了自己独立思考,独立设计实验,独立动手做实验,自己动手查资料的能力,为以后的学习打下了基础。我们还接触到了绿色化学,增强了自己的环境意识。另外,我们还学会了如何分工合作,团结精神在实验中得到充分体现。通过实验,我们从中收益匪浅。… ”
       设计实验教学促使学生必须熟练的掌握基本操作技能,提高了实验教学质量,在历届全国大学生化学实验竞赛和业余科研中,化学人才基地班的学生均取得很好的成绩。激励了学生在化学领域里进行科学研究的积极性 ,申报业余科研项目的人数逐年增加,培养了学生的创新能力。在2000-2002年基地班本科生获得武汉大学业余科研基金资助63项;获武汉大学大学生优秀科研成果特等奖2项;武汉大学“自强杯”学生科技成果竞赛一等奖1项;学生共发表论文20余篇。