大學化學實驗課程體系的改革與實踐

張國林 韓瑩 薛懷國刁國旺

(揚州大學化學化工學院 江蘇揚州225002)

大學化學實驗課程體系的改革與實踐

張國林 韓瑩 薛懷國*刁國旺

(揚州大學化學化工學院 江蘇揚州225002)

結合揚州大學實驗教學改革的現(xiàn)狀，闡述了“三層次、多模塊”的大學化學實驗課程體系構建的思路和框架，以及該課程體系的運行模式。

教育質(zhì)量的評判標準，是看培養(yǎng)的人才質(zhì)量的高低。有資料顯示，盡管我國每年在雜志上公開發(fā)表的論文數(shù)量在世界上處于領先水平，但反映創(chuàng)新能力的發(fā)明專利的數(shù)量卻非常低，從一個側面反映我國教育方法與教育理念上的不足。如何從單純的應試教育模式，轉(zhuǎn)化到在注重理論教學的同時，加強實驗與實踐教學，將培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新能力以及解決實際問題的能力作為教學工作的重要環(huán)節(jié)，這對于化學教學尤為重要［1－3］。因為化學是一門實驗性很強的學科，教育部化學教學指導委員會以及國家級實驗示范中心建設標準均要求化學學科的實驗課與理論課教學時數(shù)之比應達到1.2:1，并要求增加綜合性與探索性實驗的比例。揚州大學化學化工學院化學教學實驗中心作為江蘇省級化學教學實驗中心，在實驗教學體系改革方面也做了一些工作，取得了一些成果。

1 構建“三層次、多模塊”的實驗教學體系

從實驗教學的基本規(guī)律入手，對原注重驗證性的四大基礎化學實驗(無機化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗)和儀器分析實驗進行整合，在化學一級學科層面上將實驗內(nèi)容重新分類，建立了獨立于理論課程的新的實驗教學體系，即按照“基礎性—綜合性—探究性”三層次和根據(jù)各專業(yè)特點而設置的“多模塊”實驗教學體系(圖1)。

第一層次為基礎性實驗，主要訓練學生掌握化學實驗的基本操作、基本儀器的操作方法以及基本理論等?；A性實驗包含化學化工類專業(yè)、理農(nóng)專業(yè)、醫(yī)學專業(yè)、工學專業(yè)、文科選修5個模塊，供不同專業(yè)、不同興趣的學生選擇。以化學化工學院的各專業(yè)為例，化學化工專業(yè)基礎實驗模塊開設基礎化學實驗一和基礎化學實驗二兩門課程(共10.5學分，336學時)，分別在大學一、二年級開設;基礎化學實驗一主要訓練學生在大學本科階段必須掌握的化學基本實驗技能以及物質(zhì)的分析、分離與提純等方法，基礎化學實驗二主要訓練學生了解常用儀器的性能、基本原理，掌握其操作方法，熟悉常規(guī)物理量和參數(shù)的測量，并進行相應的數(shù)據(jù)處理等。理農(nóng)專業(yè)基礎實驗模塊(3.5學分)主要面向理學、農(nóng)學以及化學實驗基礎要求較高的各專業(yè)學生。醫(yī)學專業(yè)基礎實驗模塊(2.5學分)主要面向醫(yī)學、動物科學以及對化學實驗基礎有一定要求的各專業(yè)學生。工學專業(yè)基礎實驗模塊(1.5～2學分)主要面向工學和對化學實驗基礎要求不高的各專業(yè)學生。文科選修基礎實驗模塊(1學分以下)主要面向?qū)瘜W實驗有興趣的文科學生。理農(nóng)專業(yè)、醫(yī)學專業(yè)、工學專業(yè)、文科選修4個基礎實驗模塊所對應的課程統(tǒng)稱為公共化學實驗。

圖1 實驗教學體系框架

第二層次為綜合性實驗，主要訓練學生綜合解決實際問題的能力。綜合性實驗面向化學、化工類專業(yè)。該層次實驗是在第一層次的基礎上開設的，主要以有機合成、無機合成為主線，輔之以各種分析與測量手段，學生一方面可學到新的合成技術，同時又可以利用在一、二年級掌握的基本實驗技能和儀器操作方法，對合成的產(chǎn)品進行分離提純、分析表征，并測量相關反應的動力學參數(shù)等。這樣一方面可幫助學生復習、強化前面已學過的知識，進一步規(guī)范實驗操作技能和技巧;另一方面也可培養(yǎng)提高學生綜合應用基礎知識和解決實際問題的能力。這一層次的實驗分為兩個模塊，模塊1為綜合必選模塊，含理工科各專業(yè)的必選實驗;模塊2為專業(yè)選修模塊，含有專業(yè)特色明顯的各種實驗項目，學生可根據(jù)自己的專業(yè)和學習興趣選修，使學生在得到系統(tǒng)實驗技能訓練的同時，又使專業(yè)特色得到加強。經(jīng)過以上系統(tǒng)培訓后，學生已經(jīng)有能力開展化學實驗的設計與開發(fā)工作。

第三層次為探究性實驗，主要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。探究性實驗面向化學化工學院各專業(yè)學生，對應于探究性實驗課程，在大學四年級開設。該層次的實驗內(nèi)容主要來自教師的科研成果，學生根據(jù)自己的專業(yè)和興趣自由選擇實驗項目，教材中只給出實驗目的與要求，學生必須通過查閱參考文獻，撰寫實驗方案，經(jīng)指導教師審查通過后獨立開展實驗，對于實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題盡可能自行解決。該類實驗應放手讓學生去設計、思考，獨立自主地解決實際問題，使學生的創(chuàng)新能力得到提高。

通過以上改革，提高了實驗教學效率;強化了基礎，保持了專業(yè)特色;綜合性與設計性實驗、研究性實驗的比例大幅度增加(所占比例達55%);實驗課時數(shù)與理論課時數(shù)之比為1.2:1。

2 實施開放式實驗教學運行模式

在“三層次、多模塊”的實驗教學體系中，由于開設的綜合性、設計性和研究性實驗數(shù)量大幅度提高，客觀上要求實驗教學實行開放式管理。以綜合性實驗為例，學生在綜合性實驗室可完成合成等實驗步驟，對合成產(chǎn)品的進一步表征和參數(shù)測量通常會用到在基礎性實驗中使用的儀器，有些還需在大型儀器室完成，如果實驗室不開放，學生很難完成全部實驗內(nèi)容。

實驗室開放實行兩種形式，一是自由式開放，主要是大型儀器實驗室，學生憑儀器操作證到值班室領取鑰匙上機實驗。大型儀器室除負責管理大型儀器專門人員外，對學生和教師一律實行操作證制度，凡第一次使用某儀器的教師或?qū)W生，均必須接受專業(yè)培訓，并獲得儀器操作證，憑操作證在值班室登記領取鑰匙上機操作。儀器設有專門程序，開機時必須輸入個人密碼，儀器在使用期間將自動記錄運行時間，并記入個人帳戶。通過查閱保存在每臺儀器中計算機內(nèi)的個人帳戶，即可跟蹤儀器的運行情況。如發(fā)現(xiàn)儀器工作不正?；驌p壞，可以比較容易查訪到當時的實驗者，從而為排查原因提供方便。同時，這也是對儀器運行歷史的最好記錄。二是預約式開放(主要針對基礎實驗室和專業(yè)實驗室)，學生可根據(jù)需要，到實驗中心預約登記處登記預約，實驗中心將根據(jù)實驗室使用情況合理安排，同時安排值班人員值班。

為保證實驗室開放工作的有序進行，制定了《化學教學實驗室開放實施辦法及相關規(guī)定》，要求實驗項目和實驗儀器設備向?qū)W生開放，允許學生根據(jù)教學基本要求和個人興趣在一定范圍內(nèi)選擇實驗內(nèi)容和實驗設備，設計實驗方案，在教師的指導下完成實驗，達到預期的實驗教學目的;教學實驗室開放要結合教學條件和學生特點，加強新技術、新方法的引進，實行必修與選修相結合，固定實驗時間與浮動實驗時間相結合，即在學生完成基本技能訓練以及大部分綜合性實驗的基礎上，讓學生根據(jù)專業(yè)要求和學習興趣選做部分綜合性、設計性實驗;開放項目可以是教學計劃要求的課內(nèi)實驗，也可以是課外實驗，如學生的創(chuàng)新性實驗等，以滿足不同層次學生的學習要求。幾年來的實踐表明，現(xiàn)行的實驗室管理模式極大地方便了師生教學與科研工作，同時學生自主學習的能力得到了充分的發(fā)揮。

3 實行多模式的實驗考核

學院十分重視對學生素質(zhì)的培養(yǎng)和考核，對于實驗教學體系的3個不同層次采取了不同模式的考核方法:

基礎性實驗采用操作考試與平時成績綜合評估的評分方式。過去的實驗課成績評定只憑實驗報告或筆試成績，這樣無法客觀地反映學生基本操作和基本技能的掌握情況。中心根據(jù)幾年的實踐，形成了基礎性實驗課程的成績考核標準，即操作考試占30%，平時實驗成績占70%。平時實驗成績根據(jù)學生的實驗預習、操作技能、實驗結果、實驗報告等綜合評分。操作考試在方式上也做了改革，改革前的操作考試只是讓學生進行某個實驗的操作片斷，偶然性很大，難以反映學生的真實水平。為克服這一不足，要求學生從所做的實驗中通過抽簽方式抽出1個實驗，在1小時內(nèi)完成該實驗的所有操作或主要操作步驟，并給出一組或多組實驗數(shù)據(jù)，同時回答監(jiān)考教師提出的相關問題。在考試過程中，監(jiān)考教師根據(jù)學生的操作能力和實驗結果綜合評分。

綜合性實驗采用理論考試、操作考試、平時成績綜合評估的評分方式。綜合性實驗主要目的是強化學生能力的培養(yǎng)，因此對理論知識的要求較基礎性實驗要高。通過實驗理論考試可考察學生基本知識和基本理論的掌握情況，再結合學生平時實驗過程中綜合素質(zhì)和能力的情況，從而得到考核成績。通常情況下，以理論考試20%、操作考試15%，平時成績65%的比例綜合評分。

探究性實驗采用評語式評分方式。對于探究性實驗，要求學生通過文獻資料的閱讀、分析提出實驗方案并組織實施，實驗報告以科學論文的形式提交。在實驗過程中，創(chuàng)新性的觀點和思維是最重要的，同時實驗的結果能反映學生的實踐能力;因此教師的評語和評分主要體現(xiàn)在實驗的創(chuàng)新性思維和實驗結果上。

通過大學化學實驗課程體系和運行模式的改革，學生不但能掌握基本的實驗操作方法，正確使用儀器設備，準確獲取實驗數(shù)據(jù)，正確記錄、處理數(shù)據(jù)和表達實驗結果，而且能獨立設計實驗，準確觀察實驗現(xiàn)象，進行分析判斷和邏輯推理;同時學生的實踐技能和創(chuàng)新能力也得到了有效的提高。截至目前，我院獲全國大學生實驗邀請賽二等獎1項，三等獎5項;全國“挑戰(zhàn)杯”大學生課外科技作品大賽二等獎1項，三等獎2項;全國創(chuàng)業(yè)計劃大賽銅獎1次;江蘇省大學生創(chuàng)業(yè)計劃大賽金獎1次;江蘇省“挑戰(zhàn)杯”大學生課外科技作品大賽二等獎3項，三等獎1項;學生發(fā)表學術論文150多篇。師生對該課程體系給予了一致好評，學生對綜合和探究性實驗表現(xiàn)了濃厚的興趣，有學生在實驗報告中這樣寫道:這樣的實驗模式激發(fā)了我們的興趣，讓我們有了“化學人”的感覺。

［1］ 岳松，馬力，芮光偉，等.高等教育研究，2004，20(4):69

［2］ 黃馳，席美云，程功臻.大學化學，2006，21(6):20

［3］ 蔣榮立，高慶宇.大學化學，2008，23(1):17