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中学生实验设计论文

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学生实验设计能力是指学生能够综合、灵活地运用所学的知识和实验技能设计出实验新方案,去验证知识、获得知识和进行探索性研究的能力[1],表现出较强的综合性、创造性和灵活性[2]。实验设计能力是科学探究能力在实验教学中的具体化,是学生创造能力、创新思维和综合素质发展程度的重要体现和标志[3],对培养适应新形势的高素质人才具有非常重要的意义。近年来,尽管教育研究者们不断致力于实验教学的改革,学生的整体实验设计能力仍较为匮乏,在实验过程中太依赖教材和教师的教学,习惯性地“接受学习”,依葫芦画瓢,非常不利于学生综合素质的提高及创造能力的发展[4-5]。高分子精细化工实验课程是高分子材料与工程及相关专业学生的专业课,主要研究高性能高分子及功能高分子的合成、结构与性能,是一门与日常生活、工农业生产联系非常紧密的实验课程。本文以高分子精细化工实验为背景,探讨培养学生整体实验设计能力的策略。

1优化验证性实验项目,全面激发学生实验兴趣,渗透实验设计思想

高分子精细化工实验课程相关实验教材极少且不完善,实验时间较长且内容多为验证性实验,学生在实验教学过程中不重视对实验现象及过程的描述和分析,依葫芦画瓢,缺乏实验的目的性和能动性,不利于学生实验设计能力的培养。为此,一方面可从实验选材入手,将一些形象、有趣的与日常生活密切相关的元素融入到实验项目中,紧密联系实际,做到知识性、趣味性与实用性相结合,充分调动学生的积极性,激发学生的学习热情。如在“高分子材料阻燃性的测定”、“高分子材料导电性的测定”等实验中,可由学生自由选择生活中常见的一些材料如塑料瓶、快餐盒、塑料袋等作为样品进行测试,让学生在较高的实验热情和兴趣下轻松地掌握阻燃高分子材料及导电高分子材料的表征方法。另一方面,精心设计实验教学,优化验证性实验,通过提问、讨论等方式,发散学生思维,激发学生实验设计意识和动机。如在讲解“聚芳酰胺的溶液缩聚”实验项目的实验原理时,可从单体二酰氯非常活泼在常温下就能与二胺单体反应,但酰氯遇水很不稳定等这些性质来启发学生对反应条件的思考,从被动的“接受学习”转向“发现学习”、“探究学习”。联系生活实际挖掘实验素材,激发学生学习热情;结合多元化的教学方式,发散学生思维,渗透实验设计思想,是培养学生实验设计能力的一条有效途径。

2开展综合、设计性实验,提高实验设计思维品质

高分子精细化工实验设计能力,主要体现在学生能否正确理解实验原理并在不同情境下灵活迁移,运用高分子化学与高分子物理等专业基础知识和实验技能,设计出实验新方案的能力。综合、设计性实验着眼于学生掌握一定的实验理论原理和操作技能的基础上,学生自己设计完成实验项目。该实验教学模式可充分激发学生形成实验设计的观念和意识,能够有效增强学生对知识的掌握,培养学生较强的实际动手能力、分析解决问题的能力。例如,在讲到高分子精细化工课程中高吸水性树脂章节内容时,可提供不同的实验原料和条件,要求学生通过所学的影响吸水性性能的结构因素知识,设计合成不同的高吸水性树脂。学生通过设计性实验的过程加深了对吸水性树脂的合成方法及影响因素的理解和认识,同时也促进了学生对实验设计的过程的进一步了解。

3开发开放型研究性实验,形成实验设计能力

开放型研究性实验通常是以科研实践为主题,让学生自由支配时间进行新实验的创新设计或是传统实验的更新和改造。教师可结合自己的科研工作,开发开放型研究性实验项目,以课题组为组织形式,让学生查阅资料确定实验方案,自行地进行实验设计。这彻底打破了学生实验“照方抓药”的传统模式,激发了学生的学习兴趣,使学生从被动学习变为主动学习,进一步掌握进行科学研究的方法,充分锻炼学生的创新思维、创造能力和独立科研能力,从而促进学生实验设计能力的自主发展,使教学质量不断提高。例如,聚酰亚胺类材料具有高强、高膜及本质阻燃等特性,是本课程中的一类非常重要的高性能材料,让学生掌握该材料的制备方法是非常有必要的。然而该材料的制备周期长,从聚酰亚胺的预聚体聚酰胺酸的合成、铺膜到膜的热环化需近3天的时间。为此可充分利用实验室资源,开发“聚酰亚胺类高性能材料的制备及性能研究”开放型研究性实验项目,让学生自己查资料确定实验方案和实验计划安排,进行相关实验。这种研究性实验项目不仅能充分锻炼学生自行设计实验的能力,还可激发学生的学习兴趣和热情。

4将现代仿真技术引入实验教学,开拓实验设计思路

一方面高分子精细化工实验中功能高分子的合成实验耗时长,而实验教学课时有限;另一方面由于实验条件以及学生实验能力的限制,对设备及技术要求较高的实验项目无法开展。针对这一现象,可将现代仿真技术引入高分子精细化工实验教学中。学生可以在仿真机上模拟高分子精细化工产品的生产状态,感受实验室操作与工业化大生产的差异,拓宽学生视野,培养和提高其分析问题的能力和创新思维。例如高强高模纤维产品的制备,首先要通过聚合反应合成相应的聚合物,再经过纺丝及一系列的后成型阶段才能制成,整个过程对设备和技术都有很高的要求,实验室很难重现整个加工过程。可用仿真技术展现高强高模纤维的合成及纺丝技术,可使学生亲身感受高分子精细化工实验技术和实用价值,能强烈激发学生的创造动机。

5构建科学的能力评价体系,促进实验设计能力的培养

建立科学完整的实验成绩评价体系,直接影响学生的学业成绩和实验能力的培养和提高,是促进学生实验设计能力的培养的行之有效的手段之一。目前,高分子精细化工实验成绩的考核主要以实验报告为主,这种考核办法重实验报告,轻实验过程、操作技能及创新能力等,缺乏全面、客观的考察。为此,我们建立了一套符合高分子精细化工实验特点的评价体系,采用平时考查和期末考查相结合的方式来综合评定学生的实验成绩和能力。其中平时考查又分为课堂实验和开放型实验两部分,分别占总分的50%和30%。课堂实验的考查主要是通过预习报告(占总成绩的10%)、实验过程(占总成绩的30%)、实验报告(占总成绩的10%)等形式对学生的实验态度、实验观察能力、操作能力、合作能力、分析实验现象和数据处理等能力进行考查。开放性探究实验主要考查学生的分析能力、设计能力、创作能力以及实验效果等。期末成绩占总成绩的20%,主要分为实验操作和笔试两部分。这种考核体系侧重于实验过程和学生综合能力的培养,较为公正、客观地反映了学生的实验能力和成绩,可有效地促进学生实验设计能力的培养。

6结语

实验设计能力的培养并非一蹴而就的,需遵循学生的认知规律,循序渐进,在实践中逐步培养而成。本文通过优化验证性实验项目,激发学生实验兴趣,渗透实验设计思想;继而通过开发综合、研究性实验及开放性探究性实验逐步形成学生的整体实验设计能力,再通过引入仿真实验及构建合理的实验能力评价体系来促进实验设计能力的培养。这彻底打破了传统的“照方抓药”式的实验教学模式,充分调动了学生的学习热情和发挥其主观能动性,培养了学生的实验知识技能,启发了其创造性思维和创新意识,提高其自主设计、探究能力及分析解决问题的能力等综合能力。培养学生实验整体设计能力,为学生以后的毕业设计和就业创造条件,为社会培养更多的知识型、创新型、复合型人才。

作者:吴丹 肖谷清 贺国文 单位:湖南城市学院化学与环境工程学院

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