“分析化学”研究型课堂教学模式设计

“分析化学”研究型课堂教学模式设计
摘要：在知识日益更新的时代，教育面临着巨大的挑战，也对本科生的课堂教学模式提出了更高的要求。

如何在有限的课堂时间里激发学生主动学习和创新探索，赋予学生终生受益的学习方法?本文针对这个问题，从教与学两个方面，以传统基础课程“分析化学”的教学为背景，初步探讨了研究性课堂教学模式设计方案。

关键词：研究性教学；课堂教学模式；主动学习；创新探索
课堂教学是学生获取知识的关键环节，也是教育的核心组成部分之一，它既是培养学生综合能力的舞台也是铸造学生崇高人格的摇篮。

在知识日新月异的今天，学科不断发展，新的交叉学科也不断涌现，然而课堂教学时间是有限的，如何在有限的时间里实现高效的“传道、授业、解惑”?如何将知识的传授与人的培养有机地融合贯穿每一堂课中，并延续到学生漫长的职业生涯?这些都是研究性课堂教学模式所探讨的内容。

因此，积极的课堂教学互动既要是一门视听的艺术，更是一个以智慧、思维、人格的提升为宗旨的科学设计。

“分析化学”是化学学科的四大基础课程之一，也是许多高校本科生一年级入门课程之一。

“分析化学”的主要教学内容包括四大化学平衡相关计算及如何应用数学统计方法评价分析实验数据。

可见，从内容上“分析化学”体现的是“量”的化学、“量”的测试以及“量”的评价，大量繁琐复杂的数学运算、严谨的逻辑推理和认真细致的实验操作是“分析化学”留给许多学生的普遍印象。

“分析化学”的这些固有特点决定了它既是培养学生综合能力又是塑造崇高人格的特色平台。

然而，正如其他学科所面临的挑战一样，学什么?怎么学?教什么?怎么教?这些问题都是目前化学教学研究的热点。

教学有法，教无定法，实践是最好的指导，教学模式应随环境和时代的变化而变化。

目前，我们正处在知识日新月异的时代，学生的综合能力不仅只反映在对一道题或一个公式的解析，在掌握基本概念、基本理论和基本技能的基础上，培养学生高层次思考问题的能力、自主学习获得新知识的能力、解决未知问题的能力、创新探索意识、团队合作精神，以及对科学真知的崇尚和热爱等都成为当代研究性课堂教学的重要内容。

照本宣科或填鸭式的“满堂灌”难以实现研究性教学的宗旨，钟鸿英，华中师范大学化学学院教授。

这种教学模式在新时代面临巨大的挑战。

下面重点结合“分析化学”课堂教学的实践，探讨研究性课堂教学模式的设计。

一、“从一般到特殊”和“从特殊到一般”的互动：强化基本概念、基本理论和基本技能的掌握
扎实牢固的基本功训练是“开拓创新”得以实现的源泉和保障。

以“分析化学”为例，其所涉及的四大化学平衡包括酸碱平衡、络合平衡、氧化还原平衡和沉淀溶解平衡，实际上学生从高中时代就已开始接触这些化学现象，而作为大学的入门课程当然不是高中内容的简单重复，而是这些化学现象的理论提升并凝练为实际应用的能力。

同时，在课程教学中要让学生切身体会到在知识爆炸的时代，通过自主学习而获得新知识能力的培养不是死记硬背公式和定理，而是如何学会超越和发现，这才会实现对基本理论的透彻理解。

第一个提出“酸碱平衡理论”的科学家是没有学过“酸碱平衡理论”的，可是他的老师赋予了他实现超越和发现的能力。

“从一般到特殊”的课堂教学模式设计将四大平衡统一起来，首先让学生对化学平衡的共性有一个完整的理解，再推导每一种特殊化学平衡的个性特点。

这样将学生的简单学习过程变为一种融会贯通的探索过程，从被动的接受变为主动的获得，既能活跃课堂气氛又能在课堂上使学生的注意力集中。

比如化学平衡通式和平衡常数可以写为：
aA+bB=cC+dD
K=[C]c[D]d/[A]a[B]b
基于这个热力学平衡方程式，我们设计了“提问式”教学方案来引导学生发现化学平衡的共性特点：从平衡常数表达式我们可以获得什么信息?平衡常数的大小能告诉我们反应速度的快慢吗?温度和离子强度对化学平衡有什么影响?等等。

同时，从化学平衡通式，我们设计让学生在课堂上推导特殊化学平衡的性质和特点，教学方式仍然为提问式，比如：离子浓度对平衡常数的影响?另外一种离子的加入对化学平衡的影响?等等。

特别是加强各化学平衡之间的联系，我们设计了“扰动响应”教学方案，比如：
1.首先研究水的pH值；
2.加入弱酸以后水溶液的pH变化；
3.在弱酸溶液中加入强酸后pH变化；
4.弱酸溶液中加入另外一种弱酸后溶液pH变化；
5.弱酸溶液中加入强碱后溶液pH变化；
6.弱酸溶液中加入弱碱后溶液pH变化。

通过这些互动，学生能更好地掌握基本概念，我们因此可以引导学生作进一步的探索和思考，发现酸碱体系更深的应用。

为此，我们设计了20分钟的课程，
让学生在课堂上制作pH对滴定剂体积的曲线，从而自然地引入“缓冲体系”，学生就会为自己的科学发现而鼓舞。

同样的道理，我们设计了络合滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定等体系。

“从一般到特殊”的教学设计，可以有效地帮助学生系统地掌握基本原理，将各大平衡融会贯通。

与此同时，我们还设计了“从特殊到一般”的教学路线，这条方案从特定实验事实出发，推导一般原理。

如前所述，从pH对滴定剂体积的曲线我们可以发现在滴加一定体积范围的试液时，溶液的pH值无明显变化，这个发现自然地引入了“缓冲体系”概念，然后进一步探讨缓冲能力、缓冲体系pH值的计算、缓冲体系的应用等。

“从特殊到一般”的教学路线可以培养学生的综合能力和分析问题能力，两条教学路线的交叉互动是激发学生学习主动性、活跃课堂气氛的有效方法。

二、启发与创新：基于问题的教与学
在知识爆炸的时代，教学面临更加巨大的挑战，也对本科生的课程设置提出了更高的要求，除基本原理及技能的掌握外，培养学生主动学习和获得新知识的能力成为化学教学的重点之一。

针对“分析化学”的特点，我们设计了“WWW”策略以满足学生的智力需求，帮助学生理解掌握。

以前面所论述的滴定曲线为例，我们设计的WWW策略即：
1.What does this curve tell you?这条曲线说明了什么问题?你能告诉我这条曲线的潜在用处吗?当然，滴定法测定酸碱的浓度是常见的用处之一，学生就会很投入地进一步寻求滴定终点指示剂，结合实验教学，使学生在每一堂课上都有新的发现。

2.What disadvantages does this method have?这种方法有什么不足之处?结合理论课堂教学和实验教学。

我们设计了一个教学环节进一步激励学生去主动探讨现有方法的不足之处，比如：滴定管读数的误差，指示剂终点颜色的变化难以判断，接近滴定终点时难以控制滴定管以获得小体积，等等。

3.What to do in order to improve the situation?找出不足之处后，我们进一步激励学生寻求新的途径。

不用指示剂而改用pH计测定终点、拐点法、格氏作图法等等，课程教学气氛就活跃起来了。

WWW策略给学生提供了另外一种平台，鼓励学生从多种角度思考问题，促进基本概念、基本理论的透彻掌握，培养学生自主学习的能力，激发学生创新意识。

三、将科学研究融入本科教学：基于课题的教与学模式
如前所述，本科教学比上一年代面临更加严峻的挑战，随着人类知识积累的不断增加，“超越课本”本身要求学生具有更高层次思考问题和逻辑推理能力。

在培养学生智力的同时，学生人格的塑造如学术交流能力、团队合作精神、吃苦耐劳的毅力、学科交叉能力培养等也日益重要。

因此，课程教学中将学生放在一种反映现实生活的环境可以帮助学生获得解决未知问题的能力。

针对这个问题，我们设计了基于课题的教与学模式，该设计思想旨在赋予学生能使他们终生受益的学习方法，培养学生如何将学到的知识凝练为实际应用的能力。

我们成立了“探索小组”，每组大约10名学生，结合课程教学的内容和现实生活需求，我们设计了一些课题要求学生根据所学的内容开展小组研究。

比如关于数学统计方法及分析实验数据评价，我们从临床诊断、工业质量控制、环境监测等领域设计了数个课题，“探索小组”开展的调研内容包括：What is the problem?Where to get clues?What i8 the hypothesis?How Can We test the hypothesis?Is there any significance among the data acquired by different team members?等等，小组研究的成果在课堂上以答辩的形式或小话剧的形式展示。

“分析化学”涉及大量繁琐的计算，在以往的教学中，学生一般要求使用计算器，随着计算机的普及，各类计算软件的使用给科研和教学带来极大方便。

因此，本课程将EXCEL纳入教学环节，给他们今后的科研工作奠定基础。

四、介绍老一辈科学家人生经历：了解历史、启迪人生
大学本科阶段对学生来说是非常重要的人生里程，在这期间既要实现知识的积累，又面临许多不可回避的成长的烦恼。

在课程设计上，我们采纳了Skoog 教材的部分内容，将分析化学领域的杰出科学家搬入课堂，分别占5～10分钟课时，讲述他们职业生涯的选择、科研立项的背景、事业的发展等。

比如对斯坦福大学教授Richard N.Zare(美国科学院院士，终身成就奖获得者)，我们介绍了他是如何进入化学领域，如何开展激光化学研究，如何将激光应用于分析化学，如何处理教学与科研等等；对美籍华人科学家钱永键(2008年诺贝尔奖获得者，美国科学院院士)，我们介绍了他如何发现绿色荧光蛋白，如何应用到生物体系等等。

课堂教学既是教师的舞台，也应是学生人生起飞的机场。

短暂的45分钟是知识的传授与凝练，也是学生人格的培养与铸造。

研究性课堂教学模式旨在强化学生基本功的训练，又重在引导启迪学生从多层次、多角度思考问题，将被动学习过程变为自主探索过程，使每一次课堂学习都成为一次难忘的探索之旅。