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简析新课程改革背景下高师物理化学实验教学改革探索

  随着我国基础教育课程改革在实践中不断深化,2012年广西普通高中新课程改革全面启动,新课程理念也随之从理论层面进入实践层面,新的教育观念、教学理念逐渐深入教育者的心中,并直接影响着中学教师教学行为、课堂形态、学生学习方式的改变。新课程要求中学教师要更新教学观念,传统的教学不能适应新课程改革的要求,在课堂中教师如何优化教学策略,如何引导学生自主、合作、探究性学习,以实现高效的教学是当前中学教学改革急需解决的一个重要问题,而如何培养出能够适应新课程改革,具有新的教学理念、能够进行课堂有效教学、能够正确引导学生进行有效学习的师范生则是高等师范院校面临的重要课题。实验教学在培养高素质的探究性、创新型人才过程中又起着至关重要的作用。物理化学实验是高等师范院校必开科目之一,物化实验的综合性及动手能力决定了它在培养师范生探究性学习过程中的重要地位。
  一、物理化学实验教学在研究性实践型人才培养中的地位及价值
  实验教学是整个教学活动的重要环节,物化实验不仅仅是动手的过程,更是动脑思维的过程,是将抽象的理论思维与形象思维相结合的过程;是物化课堂教学知识在实践中具体体现的过程,其所起的作用是理论教学所不能代替的;是大学生实践教育的重要组成部分;是促进学生知行统一、学以致用、创新创造,将知识转化为能力、智慧的基本途径;也是激励、引导学生学习和掌握知识的动力源泉;是提高学生学科素质、培养学生动手操作能力和协作精神、落实素质教育必不可少的过程。通过物理化学实验教学,可以培养学生理论联系实际的作风、严谨求实的科学态度和熟练的实验能力等,从而增强其探究力和发展力。相对于物化理论教学,可以认为物理化学实验教学更有利于突出学生主体,更有利于突出研究探索,培养创新意识、创新精神和创新能力,提高科学素质;更有利于引导学生素质能力的全面发展。物理化学学习若离开了实验,就成了无源之水,无本之木,纸上谈兵。因此,提高物理化学实验教学效果,通过实验教学改进学生的学习方式,培养师范生创新能力,是实施新课程计划,推进教育改革的必经之路。
  二、传统物理化学实验教学已不适应高中新课改的要求和满足研究性实践型人才培养的需要
  目前师范院校的物理化学实验教学现状是:在实验课上讲解实验原理、实验步骤,之后学生按照讲解的实验步骤或实验指导书的详细步骤开始进行实验,结束后,再把书中的实验目的和实验原理及实验操作步骤照搬到实验报告册上,照猫画虎地进行数据处理上交实验报告即可。如此一来,学生完成实验的过程就变成了参加体力劳动的过程,很难明白其中的实验原理、实验设计的思路,一旦在实验过程中遇到问题,根本无法灵活解决,更达不到实验的目的,甚至连数据处理的依据和目的都弄不清楚。另外,实验成绩往往只根据出勤和实验报告情况,学生实际操作能力无法体现,从而造成学生不重视实验,课后不认真总结思考,实验报告抄袭等非正常现象。因此,这种实验教学模式已经不能适应高中新课改的要求和满足研究性实践型人才培养的需要,必须加强对物理化学实验教学改革。
  三、构建以学生为主体的研究性实践型的物理化学实验教学模式
  培养适应高中新课改要求和满足研究性实践型人才需要,必须加大实验教学改革力度,转变传统实验教学中知识性学习的教育观,实现从单向传授知识的实验教学模式向构建以学生为本的研究性实践型的物理化学实验教学模式转变。
  1.改革传统实验教学方法,确立以学生为主体的实验教学方法。
  传统的物理化学实验教学模式老师是主体,老师怎么讲,学生怎么做,学生是被动的受体,不利于培养学生在实验中的创造性和探究性。随着新课程改革的全面实施,必须转变继承性教育思想,树立创新性教育观念。在实验教学中,老师应把学生当作学习的主体,把学生置于教学的中心,而老师应成为学生实验过程中的引导者,协助者,正确引导学生思考问题、解决问题,以确保实验的正常进行。
  在实验教学课程中,根据不同的实验教学内容,针对不同的教学仪器对象,可采用不同的教学方法,比如采取启发式、提问式、演示式、自学式等教学方法。通过老师提问、引导、师生的讨论让学生来回答实验的原理和实验设计的思路,一旦明白了原理和思路,实验的操作就变得顺理成章,数据处理的问题也就自然而然解决了。实验过程中若出现问题,老师可有针对性地提出问题引导学生思考,并进一步解决问题。
  以仪器使用和功能简介为例。物化中涉及到的仪器非常多。对于一般常用的小型仪器,传统的教学方式是老师介绍完仪器的功能和操作后,亲自演示,手把手地教学生使用,结果很多学生对仪器的使用没有任何印象,最明显的就是在实验报告中记录的仪器名称和型号与实际用到的仪器名称和型号均对应不上,足见教学效果一点都不理想。在新的教学理念影响下,让学生自己先通过网络或说明书了解仪器的功能和使用,实验时学生自己调试仪器,老师只在一旁起监督引导作用,结果最大程度地调动了学生的积极性、互动性、参与性,大家争相了解仪器的使用和功能,实验态度也大大转变,动手能力也得到相应增强,与之伴随的是开始提出相应的各种问题。此种教学方式大大减少了老师上课讲的时间,增加了学生自己讨论的时间,也锻炼了学生的自学能力,并使学生养成良好的仪器使用和维护的习惯,同时学生在做实验报告时,能自觉、正确记录仪器的型号和名称,为将来完成毕业论文的写作打下了一定基础。对于一些大型仪器,老师重点介绍仪器在科研领域的应用,然后将实验演示给学生,让学生了解仪器设备在科研中的重要性以及老师的科研工作,激发学生参与业余科研活动的兴趣,这样既保证大型仪器的正常使用也进一步拓宽学生的知识面。
  2.深化物理化学实验教学内容改革,实现从验证性实验向探究性、创新性实验转变。
  传统物理化学实验大多是验证性实验,而验证实验很难培养学生的创新能力和探究能力。我们根据实验内容的不同采用了分层次、分阶段的教学方式进行,由验证、认知型实验逐渐向培养探究能力、创新能力、实践动手能力培养为主的设计性、综合性、研究性实验转变。这样才能以学生为主体,因材施教,激励和培养学生的探究能力和创造力,充分发挥学生的个性和特长。比如在教学过程中,将理论转化成实验,开出探究性试验。《物理化学》第八章电解质溶液中提到,可以利用滴定过程中电导的变化的转折来确定滴定终点。根据此理论依据,组织学生来设计利用电导法进行酸碱滴定,得出实验的相关结论,如电导滴定的可行条件:对酸碱浓度有无限制,溶液的体积有无限制等;并进一步与传统的酸碱滴定的结果作对比,比较两种不同方法的优缺点。由于实验结论是需要经过反复试验和摸索才能完成,课本上没有固定的结论,学生的认真程度以及实验设计的灵活程度大大增加,组内同学之间的讨论很是热烈,组与组之间通过协商,分别考察不同的因素对实验的影响,大大提高了学生对实验的探究性及同学之间的合作性。又如:将乙酸乙酯的制备及皂化反应设计成综合实验。乙酸乙酯的制备虽然在有机实验中做过,为培养学生的探究能力,让学生在此实验装置基础上利用物化知识对其改进,以提高反应物的转化率,并将得到的产品用于乙酸乙酯的皂化反应。该实验让学生明白了实验离不开理论的指导,实验每一步的重要性及关联性,同时也改变了学生对待实验的态度;再如双氧水分解实验,完全由学生自己设计实验来验证温度对反应速率的影响;为了进一步培养师范生的自主、合作、探究能力,让学生通过自己组队,利用现有的仪器,设计新的实验,成功的作为范例,不成功的则找出失败的原因,再进一步探究。
  3.转变传统实验教学方式,实现单元知识性的封闭式的实验教学向开放式的科技创新性实验教学方式转变。
  传统的物理化学实验大多是单元知识性的封闭式实验教学方式,大多实验内容也是以教材为本,脱离现实社会生产实践。因此,实验教学方式要适应新课改的要求和满足研究性实践型人才培养的需要,必须实现从传统单元知识性的封闭实验教学方式向开放式的科技创新性实验教学方式转变。科技创新本身就是一个探究性很强的活动,此项活动若开展得好,可以大大增强师范生的探究能力、综合能力及分析处理问题的能力。我们充分利用大学生化学创新实验室,无偿向学生提供教学资源,包括指导教师、实验场地、实验设备、仪器试剂等,提高普及性和开放性,扩大学生受益面,使学生自由地研究学习。比如,部分学生在学习了相知识的相关内容后,主动联系老师,利用水蒸气蒸馏提取柚皮、鸡蛋花中的挥发油;还有学生对纳米材料、发光材料很感兴趣,主动阅读科技文献资料,并付之行动,在老师的指导下成功制备出具有纳米形貌的材料及荧光粉,当在扫描电镜图片中看到纳米管、在紫外灯光下看到自己制备的粉末发出明亮的红光,学生从实验中得到的喜悦溢于言表。不仅增加了自己对实验的兴趣,更带动了一批学生对探究性实验的兴趣。在探究实验的学习过程中,学生思路清晰、活跃,不断提出问题,又不断努力解决问题,真正体现了以学生为中心的自主性学习。当然,开放不等于放任,必须制定与实验有关的规章制度,规范管理,使开放式学生课外创新活动既生动活泼,又井然有序,在实验改革中起到培养学生探究能力的作用。
  4.充分利用现代教育技术手段,建立网上虚拟实验平台,提升学生实验实践能力。
  现代教育技术是对学习过程和学习资源进行设计、开发、利用、管理和评价的理论与实践。针对实验教学仪器,可以采取现代技术与传统技术有机结合的实验模式,开发多媒体实验课件和开放式实验教学仪器网络平台,具有预约、查询实验、成绩登记、实验教学仪器的模拟使用及管理等功能,既减少了管理的运行维护成本,又提高了实验管理和教学仪器的效率。通过此平台,学生可以提前熟悉要操作的仪器,要做的实验,并合理安排自己的时间,也为学生了解本学院的实验仪器配置、自行设计实验提供了有利条件。
  5.优化实验报告内容的设计,提高学生分析和解决问题的科研能力。
  实验教学是高校实践教学中的重要组成部分,学生课内实验是根据理论教学的内容与进度,通过有针对性的训练培养学生的基本观察能力、思考能力及动手能力,是巩固理论知识的重要手段之一。实践教学不只是让学生明白实验的目的、原理、数据处理的方法,更重要的是让学生学到的理论知识得以在实际生产过程中得到验证与运用,同时也拓宽学生的知识面,并进一步培养学生科学的态度和良好的科研习惯。如果采取传统的实验报告写法,几乎所有学生会将书中的实验目的、原理甚至操作步骤原封不动地从课本上照搬到实验报告上,要么就一句话或一个公式,简单得根本反映不出实验的原理、数据处理的依据,体现不出实验的操作过程,既起不到锻炼学生归纳、总结、灵活思考问题的能力,也起不到让所学理论知识来指导实践,而实践又能促进理论知识的理解的作用。为此,我们开展了相关方面的调查研究,并找到了好的解决方法,为避免学生不动脑、照抄书本,采取提问式的实验报告形式。比如:每个实验原理有由老师设计成几个针对性较强问题,学生要在原理部分正确回答出该问题,就需要仔细阅读实验原理,然后用自己的语言归纳出问题的要点,灵活的掌握了实验原理。以恒温槽的组装和性能测试实验为例,提出的问题包括:“恒温槽为什么能够恒温?恒温槽恒温的是某一固定不变的温度吗?恒温槽性能的优劣如何衡量?怎样通过实验来确定两台不同恒温槽的性能的优劣?确定一台恒温槽所包括的主要元件应有哪些?”等等;实验仪器也采取提问的方式,比如“本实验用到的主要仪器是什么?有什么作用?”等等;操作步骤则由学生自己设计出操作顺序并按照真实的操作过程呈现在报告上;数据处理采取灵活的方式,若用到作图,既可以用坐标纸手工作图,也可以用作图软件来处理问题等。同时注重实验数据的原始记录和实验现象,并强调实验报告的严谨性,如在实验报告上附上老师签过名的原始数据,原始数据记录要规范,不能用铅笔记录;实验操作上要注重实验现象的描述,传统的物化实验报告上没有实验现象的记录,让学生产生物化实验只注重结果,不注重过程的错误假象;出现图一定要有完整的图名,仪器一定要有型号等等。通过实践,发现学生实验报告的质量有很大提高,学生对待实验的态度也大有改观。
  总之,实验教学是实现研究性实践型人才培养目标的重要内容,实验教学的效果会影响到人才的培养质量。随着时代的不断发展,实验应该不断转变教学模式,更新实验内容,顺应社会发展的需求。通过实验教学的探索,找出更多的培养学生动手能力、探究能力,进行自主性学习的途径,提高高等师范院校培养师范生的专业能力,培养出高素质的适应于中学新教改的应用型人才。