综合化学实验对学生创新能力培养的探索与实践

摘 要：应用化学是一门要求解决现实生活中实际问题的学科。提高学生的综合素质和创新能力是培养本专业教学中一个的重要环节。本文介绍了应用化学专业探索开展综合化学实验这门课程，通过对课题的设计和具体实施步骤的实施，来提高学生的综合运用所学知识来分析问题，解决问题的创新意识和创新能力，实际效果是显著的。

关键词：综合化学实验 设计 探索 创新能力

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1673-9795（2012）09（b）-0022-02

应用化学专业是一门实用性学科，它不仅要求学生掌握书本知识，而且要求学生掌握娴熟的实验技能，并在此基础上能把所学的知识运用于实践，解决现实生活中的实际问题。因此，具有创新特征的综合能力的锻炼和提高就显得尤其重要。多年以来，应用化学的教学通常采用的方法是，教授无机化学，分析化学，物理化学，有机化学以及相关专业课程的每一门课程时，都会进行相关课程的实验教学，这些实验教学都是对本门课程中书本理论知识的验证，而且通常在老师的指导下完成，直白地说，这些实验仍然是灌输式的验证实验。这样的教学本质上仍然只是“模仿学习”的一部分。因此，这理论知识和实验技能的学习和掌握仍然没有锻炼学生综合运用知识的能力。实际上，经过三年多的学习，学生缺少一个把所学的上述各门课的理论知识和实践能力进行融会贯通的综合运用的学习过程，所以当学生进入大四的毕业论文阶段，面对自己的毕业论文课题时仍然无从下手。那么如何让学生把各门独立的书本知识和表面上互不相关的实验操作能力进行综合运用提高，使之成为学生实实在在解决实际问题的能力，并进而提高学生的实际创新技能，则是培养新世纪具有创新思维和创新能力人才所真正面临的问题[1～2]。为此，我们在本专业的三年级下学期为学生设立了综合化学实验这门课程。

1 综合化学实验课程设计的目的

在学生入学经过两年半的学习，已经掌握了无机化学，分析化学，物理化学，有机化学和化工原理等专业课或专业基础课的基本原理和基本实验，但是他们对这些知识的掌握仍然处于各门功课知识的互不相关的或者是各门学科知识的截然分开的状态。如何打破学生头脑中这些基础学科知识之间的孤立、分离的界限，使各科知识之间形成有机的相互贯通和融合，使学生所掌握的各门不同学科知识形成一个初步完整的知识体系，这是我们设立的综合化学实验课程的目的之一。兴趣的培养是本课程的目的之二。任何领域的科学巨匠之所以能获得让世人赞叹的成果，皆归功于他对自己所研究领域的奇妙兴趣，正是这种兴趣驱使他花费很多的时间和精力在他所研究的领域[3]。所以兴趣的培养显得尤为重要。如何让学生明白尽管所学的书本知识看起来是枯燥和乏味的，但确实与现实生活中的应用紧密结合的，是能够解决现实生活中的诸多问题，并能带来实实在在的经济利益。通过这些实际问题的解决来培养学生的对所学学科的兴趣。最重要的是目的之三，为解决实际科研问题，在老师的引导和帮助下，让学生利用自己所掌握书本知识和实验技能来设计多个实验方案。然后结合经济因素和现实条件选出最优的方案和一到两个备选方案，让学生主导自己的实验，从而培养他们的创新意识，创新思维和创新能力。

2 综合化学实验的实施

为了实现上述的目的，如何实施就成了关键。结合我们的经验，有这样几个步骤是老师必须严格把关和控制的：（1）选题。（2）引导学生运用所学知识设计实验方案。（3）结合各方因素对学生方案进行优选和修正。（4）实验过程的监控与分析总结。现在分别对这样的几个步骤的实施进行说明。

2.1 选题和分组

选题是上述整个过程最重要的一步，它既要难度适中，又要能涉及学生已经学过的几大基础学科的知识，而且必须有一定的现实应用。既然是综合化学实验，那么所选课题就应该是能结合有机化学、无机化学、分离纯化、化工原理或者分析测试等尽可能多方面的学科知识。其次，工作量不能太大，学生在大三下学期这一阶段仍然有繁重的功课要完成，所以课题的工作量以学生能在累计两周内完成为宜。当然课题最为关键的因素是有一定的现实应用，因为它直接关系到能否引起学生对它的兴趣，并通过这种兴趣认识到所学专业的现实意义。鉴于此，我们在安排该门课程时候，选择让科研经验丰富的，并且有正在研究的课题老师来上综合化学实验这门课。这样老师就很方便的选择自己正在研究的课题中一个合适的部分作为综合化学实验课题。当然考虑到学生的兴趣，可以在老师给出课题并简要介绍课题的背景知识以及该课题所重点涉及那方面的知识后，让学生自由选择感兴趣的课题加入其中。如果出现有多数学生选择同一个课题，则需要相关负责老师应该做好适当的分组工作，目的是保证实验过程中每位学生都能得到充分的锻炼机会。根据我们近两年的组织经验以每个课题有6～9个学生参加较为合适。

2.2 引导学生运用所学知识设计实验方案

对于本科三年级的学生而言，这样的综合化学实验是他们首次进行的没有实验原理介绍，没有实验步骤讲解，甚至没有指定仪器设备的实验。这样的实验严格的说只有一个题目或一系列的技术要求。所以如何让学生根据特定的课题或技术要求与头脑中已经学过的基本知识原理、基本实验手段建立某种联系，是从以往的“灌输式”被动学习转为主动学习的关键步骤。因此，老师如何引导学生在特定的课题或技术要求与其所学的基本知识原理之间建立适当的联系就显得至关重要。根据我们的经验，采取这样的做法通常能达到目的。首先，给参加该课题的同学介绍老师正在做的大课题的背景知识，然后告诉同学们他们现在要进行的实验小课题是大课题中哪个部分，此部分涉及到有机化学、无机化学、分离与分析化学、化工原理、物理化学或者高分子化学与物理中那一部分或哪几部分的基本原理，这样可以让学生回忆或回去复习相关部分的教科书的内容。其次，讲授本实验的课题所涉及的参考文献的大致范围，指导他们如何获取有价值的参考文献，阅读文献并进行归纳和总结文献。最后，在掌握上述课题相关部分知识原理和消化了参考文献后，结合特定的课题或者技术要求拿出实验的初步设计方案，此方案要有书本知识的理论依据。对于老师所给的一个实用性课题，一般情况下，是没有完全相同文献可供借鉴的，所以学生要拿出本课题的实验方案就要开动脑筋，运用所学知识主动思考获得方案。此步骤通常是把学生分成三人一组，小组成员之间要分工协作、充分讨论、共同努力拿出至少一套有理论依据初步方案。这个过程可以允许学生在2～3周内，选择自己的课余时间来完成，过程遇到难题，学生可以咨询老师。

2.3 结合各方因素对学生方案进行优选和修正

在各小组学生拿出有理论依据的初步方案的基础上，老师让所有学生集中汇报各组的设计方案，并指出理论依据，在汇报过程中由于各组学生对课题已经比较熟悉，所以经常出现同学之间对其他小组方案的提出有益的建议和意见，所以这个过程不仅仅是汇报的过程，更像是不同实验方案的研讨会，在讨论过程中同学们对课题的理解，对方案制定的细节就更深入一步。应该值得指出的是，尽管同学们拿出了各自的实验初步方案，但是，这些方案也仅是从理论上是可行的，具体到实际可操作性，经济成本和现实实验条件时，尽管很多理论上可行的方案就被现实和经济条件所否决了[4]。所以这个时候就要老师对学生所设计方案进行实验因素和经济因素的评价和比较，优选出可操作和经济性佳的一到两个方案，供大家来进一步的优化和步骤细节化，这更多的涉及到具体实验设备的选择和操作的容易性。经过这样的过程后，各小组根据修正后的实验方案再讨论可操作的实验的步骤。

2.4 实验过程的监控与分析总结

实验过程的监控是实验具体操作阶段的把关，对于大三学生而言，本实验的有些设备可能是学生以前根本没有实际操作过的，或者即使是操作过，但是有些关键步骤操作成功与否直接的关系到实验的成功或者转化率的高低，所以，在学生在进行不熟悉的设备操作时，首先让他们知道设备的使用原理，给他们讲解关键的操作步骤的注意事项，有必要的化对于某些特殊的设备需要手把手的指导，只有这样才能避免实验过程中意外事故的发生。此外，在实验过程中和实验结束后，要求学生对实验的现象和实验的结果进行分析总结。

3 效果

根据近几年我们开设综合化学实验的实际经验，发现学生的实验动手能力有较大提高，尤其是综合运用所学知识解决问题的创新意识和创新能力有了较大提高。对于学生进入后续论文阶段提供了重大帮助。2010年我校应用化学6名学生参加“久吾杯”江苏省首届化学化工实验竞赛，有2人次获得“二等奖”，3人次获得“三等奖”，1人次获得“优胜奖”，我校的应用化学专业还与英国“University of Reading”的化学专业进行“4+1”的科学硕士联合培养项目，首届硕士毕业生已经与2011年秋季毕业。无论是学生的科研水平还是动手能力都得到了英国导师的高度评价。同时，该专业的考研录取率在全校各专业中也是名列前矛的，这相对于过去我们一直招收二本学生的来说，取得这样的成绩是来之不易的。

参考文献

[1] 苗深花，韩庆奎，张雨强.培养高师学生的化学学习能力[J].大学化学，2010，25（5）：24-27.

[2] 魏荣宝.在有机化学教学中培养学生的创新能力[J].大学化学，2007，22（4）：13-17.

[3] Mary M.Kirchh off Chemistry Education：Experiments Worth Running [J].J.C hem.Educ.，2007，84（7）：1090-1092.

[4]罗旭阳，王建辉，刘在群，等.谈有机化学实验中的开放实验模式[J].大学化学，2000，17（5）：13-15.