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化学实验双创教育改革探讨

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摘要:改革传统分析化学实验教学体系,融基础应用型实验于综合型双创实验中。通过作为活动主体的学生自主设计实验方案和教师反馈,学生综合运用理论知识分析问题、解决问题的能力和合作交流能力获得提升,积累了活学活用的创业知识与技能;通过因材施教、启发引导学生学习掌握基本分析技能,在此基础之上鼓励学生自主完成综合型双创实验,学生学会了辩证思维方法,锻炼了独立自主、勇于实践、创新技术和理论的能力。

关键词:创新创业;教学改革;分析化学;实验

目前创新创业教育已经成为经济增长的引擎之一,成为推进高等教育综合改革的重要工具,在各大学全面展开创新创业教育,对于促进高等教育的健康发展、经济进步与社会就业具有重大的现实意义[1]。我院传统的分析化学实验教学设置一般为水样中单项指标的分析实验,虽然能够帮助学生加强和巩固理论教学知识,但是不能让学生充分认识、体会到各种分析指标之间的联系和影响,缺乏处理和分析实际工程中复杂样品的能力,不懂得未知样品的分析结果如何校核准确性,实践学习中盲目性较大,只是为了学习而学习,机械性地按照实验讲义中的方法步骤完成实验操作,限制了学生主观能动性的发挥,不能激发学生学习的积极性、主动性和创造性;各个单项指标实验虽然可以培养学生的操作技能,但是不利于学生综合实践技能和应变能力的培养。综合性、设计性实验是一种开放式、学生主动参与程度更高的实验教学模式,对于培养学生的自主意识、实践能力和创新思维,提高学生综合素质具有极其重要的意义[2]。因此,我院分析化学实验教学体系进行了改革,将传统应用型实验融入综合型实验中,通过开设集方案设计、基本分析实验和综合型双创实验于一体的综合型实验,设法解决传统教育方法的弊端,培养和提升学生的综合实验技能、应变能力、创新能力和创业技能,调动学生的学习热情。

1实验方案设计

1.1教师拟定题目

作为一种功能性技能,专业技能虽然是大学生创新和创业必须具备的基本能力,但是这项技能的有效应用的前提是发展大学生的行为性技能,即应对在创业过程中越来越复杂以及不确定环境的技能,而这项技能比功能性技能更难以发展和提升[3]。传统的分析化学实验仅强调了对学生基本分析技能的培养,忽视了学生应对复杂环境开发新技术、新方法的创新能力和创业技能的培养。因此,为了培养和提高学生的创新能力和创业技能,分析化学实验教学体系以创新创业为出发点和落脚点,改革实验教学体系,使学生的实验课从接受不确定性的任务开始,以解决工程中的实际问题为终点。技术创新是一种具有探索性、创造性的技术经济活动。在技术创新过程中,技术创新主体不可避免地会遇到各种各样的不确定性。不确定性正是技术创新的机会、源泉和发展动力[4]。不确定性的任务是激发学生创新能力和创业技能的必要条件。因此学生的实验题目由教师结合近年来的发展现状指定,具有发展性、不成形性、不确定性,同时也注重学生基本分析技能的培养。基本分析技能培训属于确定性的实验教学内容,教师在拟定题目的过程中兼顾不确定性内容和基本分析技能,合理控制好不确定性内容的占比,即题目的难度系数,使题目具有可操作性。我国大型电站燃煤锅炉存在着较严重的高温腐蚀和锅炉尾部受热面的低温烟气腐蚀现象[5-7],研究腐蚀机理方面一般采用的是SEM、EDS和XRD等表面分析技术,很少有腐蚀产物的定量分析及其对腐蚀速率的表征,因此,锅炉高温腐蚀产物的定量分析方法尚有待于深入研究,尤其是样品的预处理非常重要。因此,以锅炉高温腐蚀产物定量分析为题目既能给予学生一定的实际发展空间,接近学生今后工作的工程实际,又能培养提升学生的专业技能,达到将学习的课程与实际项目相结合的目的。

1.2学生自主设计方案

确定实验题目之后,教师在实验开始前数周将任务布置给学生,所有学生根据自己的兴趣和爱好自由组合成若干小组,每小组6~8人,以小组团队决策的形式完成实验课程任务。学生在完成这一没有确定方案的现实任务时,首先必须查阅文献资料,利用已经掌握的理论知识和实验技术手段,讨论构思可行性实验方案。拟定技术路线图,并制订详细的实验实施方案和具体实验操作步骤。在设计腐蚀产物分析实验方案时,学生结合无机化学和分析化学知识设计了水溶、不同酸溶等溶样方式,溶出的碱性组分采用酸碱滴定法测定、钙镁采用容量分析、铁采用光度分析和氧化还原滴定分析等多种实验方案,并制定了详细的实施步骤。与改革之前相比,这种自主设计实验方案的教学模式摈弃了传统的应用或验证实验模式,更加强调学生的主观能动性和创造性;教师给学生提供更大的思维空间和选择余地,学生作为实验活动的主体,综合运用专业理论知识分析问题、解决问题的能力和合作交流能力都得以同步提升;不确定性、创造性实践元素的置入更有利于帮助学生在创业知识和创业行动之间获得平衡。这种创业学习模式不仅使学生通过自我学习、社会学习和战略学习等多维学习模式消化理解信息与知识,嵌入行为和发展适当行为性技能,真正实现理论与实际的有机结合,积累活学活用的创业知识与技能,而且也是有效解决创业教育课程设计和社会需求脱节问题的一种有效方式。

1.3教师反馈

由于学生科研经验的缺乏及其专业知识的局限,设计的实验方案并不完善,因此在开始实验之前教师应当对学生的实验方案仔细审查,基于教师的经验和学生设计方案的可行性对于学生的实验方案提出整改意见,以增加方案的可行性;鼓励学生大胆构思,勇于尝试。这种反馈大大激发了学生的学习兴趣和动力。例如有些小组设计了用硝酸溶解样品的实验方案,由于硝酸是氧化性酸,溶解样品中会破坏亚铁和一些还原性组分的存在形态,有些小组溶解样品碱度测定的实验方案不够合理,因此反馈给学生修改实验方案;另外有些组对于实验试剂、装置及其实验步骤阐述不够具体,因此反馈给学生加以补充完善。反馈采用小组用PPT讲述、教师提问反馈意见、小组讨论的方式进行。学生对教师的反馈可选择性地接受。学生在接受了教师的反馈建议后,对实验方案进行修改完善。这种反馈不仅使学生从中受到教益和激励,增强了自信心,主动学习的兴趣增强,而且巩固强化了所学知识和提升了文献查阅和合作沟通的能力,激发了学生们进一步进行实践学习的兴趣和斗志。

2实验实施

2.1学习基本分析技能

由于分析项目较多,所用试剂很多,为了节省实验时间,试剂由实验员根据学生的设计方案购买、补充和配制。实验员完成实验的准备工作后,教师与学生协商好实验时间,学生按预约时间进入实验室进行实验。尽管学生已经做过无机分析中的定性分析实验,但是大部分学生没有做过定量分析实验,定量分析基本操作不规范;另外对于分光光度计缺乏实际使用经验,因此,学生在进入实验室后,教师应当首先检查学生们的预习报告,简明扼要讲解测定原理方法、演示操作步骤,讲解实验的难点和重点,提醒学生在实验中应该要注意的事项,使学生理解测定的方法原理、明确仪器的构造、掌握仪器的使用方法。然后,学生通过自主完成实验,在实践中领悟各应用型分析实验测定原理、学会仪器的使用。创新教育是依据人的个性发展,通过教育过程,以启发诱导的教育方式为手段,以激发和开拓人的创新意识为核心,以提高人的创新精神、创新能力为重点,以提高人的整体素质为目的,全面落实创新人才的培养目标[8]。在基本分析技能实践教学期间,我们采用启发式教育手段通过问题引导学生积极主动思考,鼓励学生多提问题,将理论知识应用于实践过程、分析实验现象和问题,学会用理论来指导实践。例如学生在测定标定高锰酸钾溶液浓度时,高锰酸钾刚滴入草酸溶液中后溶液就变红了,于是就问是否到达了终点。我让他们从酸性条件下高锰酸钾的氧化性质和还原过程、催化等理论知识方面进行分析,引导他们主动分析,最终明白了颜色没有很快褪去的原因,真正理解了滴定没有达到终点的原因。通过启发式教学使学生更加充分地消化理解所学知识,提高实验课的效率和质量;同时注重不同学生在实践中的接受程度的差异,因材施教,促进学生的共同发展。这一实践学习过程不仅为学生进行锅炉腐蚀产物分析综合实验奠定了技术基础,也为培养学生的创新创业技能奠定了基础。

2.2自主完成综合型双创实验

学习并完成了分析化学中的基本应用型实验之后,各小组学生可按预约时间进入实验室进行实验,实验室对学生完全开放,学生可以在自己有空和实验室没有其他教学实验的时间段预约合适的实验时间。依据自己设计的实验方案溶解样品中的各待测组分,然后依据自己设计的实验步骤、应用上述学习掌握的基本实验技能、自行分工合作自主完成腐蚀样品中各待测成分的测定,认真观察与记录实验现象。在这一双创实践教学过程中,应用启发式教育手段进行教学时学生拥有完全的自主权,教师仅对探索过程和最后的分析结果做客观的评价;对于实验过程中产生的硬件问题,教师给予及时的解决;对于碰到的一些科学性问题,鼓励学生多观察,勤思考,既要善于应用理论来指导实践,又要明白理论来自于实践,实践才是理论的出发点和落脚点,实践才是检验真理的唯一标准,对于实践中形成的观点要善于用数据“说话”、论证这些观点,使学生学会辩证思维方法,进一步明确“人的思维是否具有客观的真理性,这不是一个理论的问题,而是一个实践的问题。人应该在实践中证明自己思维的真理性,即自己思维的现实性和力量,自己思维的此岸性”[9],锻炼学生独立自主、勇于实践、创新技术和理论的能力。完成综合型双创实验的各待测组分分析之后,学生依据理论课程中的校核方法和相关参考书籍,自主确定校核项目并完成分析结果的校核,依据误差的大小判断腐蚀样品预处理和分析过程的可靠性,分析误差来源,总结经验教训,对实验方案中存在的问题提出改进建议。腐蚀样品成分分析综合型双创实验虽然校核误差越小,准确度越高,但由于时间的局限性、预处理技术的不确定性和分析的不全面性,误差不符合要求的情况既是不可避免的,也是允许的。无论误差是否满足要求,实验结束后学生都要以课题论文的形式提交这一综合型实验的实验报告,总结实验结论和存在的不足。通过学生自主设计、自主实践的学习创新过程,培养学生形成批判性学习知识和创造性思考问题的习惯,将其逐步培养成为综合性、应用型及实践型的高素质双创人才。

3结语

分析化学实验教学体系改革后首先由教师结合工程实际抛出问题,学生在理论课程学习阶段自主完成实验方案的设计;然后在实验教学环节,教师指导学生学习掌握基本分析实验技能,最后学生根据设计方案依次自主完成实验、校核实验结果并进行总结。这种新模式通过学生自主设计实验方案,培养学生的创新精神;在基本分析实验技能学习过程中采用启发式教学方法引导学生学会用理论指导实践;在综合创新创业技能实践过程中通过学生主动实践、学会依靠实验数据客观地分析问题、论证新观点或实验结论,以及依靠校核误差评价分析方法可靠性的方法;培养和提升学生的辩证思维方法和创业技能。学生通过基于项目的学习,主动学习,主动实验,取得了前所未有的实践效果,普遍认为自己的科技创新能力、合作沟通能力和创业技能大大增强,对这种实践学习方式产生了浓厚的兴趣。

参考文献

[1]马永斌,柏?.大学创新创业教育的实践模式研究与探索[J].清华大学教育研究,2015,36(6):99-103.

[2]韩宏岩,许维岸.基于综合实验设计与实践的生物类本科生创新技能提升研究[J].安徽农业科学,2013,41(15):7011-7013.

[3]曾尔雷.基于二维结构的大学生创业技能提升的创业教育策略[J].教育发展研究,2013(11):63-68.

[4]夏天,郭炜.技术创新的不确定性、风险及其管理模式选择[J].科技管理研究,2005(6):145-147.

[5]万丛,王恩禄,徐煦,等.锅炉受热面高温腐蚀类型及其机理分析研究[J].锅炉技术,2017,48(2):1-4.

[6]刘昕昶,鄢晓忠,敬佩,等.660MW超临界对冲火焰锅炉水冷壁高温腐蚀原因探究[J].中国电力,2017,50(5):7-13.

[7]边乐永.电站锅炉回转式空气预热器低温腐蚀研究[J].锅炉技术,2017,48(2):1-4.

[8]杨曼英.创新教育导论[M].长沙:湖南师范大学出版社,2009:2-10.

[9]唐正东.马克思主义辩证思维方法的一般特点和基本规律—兼论习近平同志的辩证思想[J].南京工业大学学报(社会科学版),2015,14(3):13-20.

作者:薛金凤1;张翔2 单位:1武汉大学动力与机械学院,2武汉大学水利水电学院

化学实验双创教育改革探讨责任编辑:张雨    阅读:人次