面向本科生的開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與探索

柏玲　黃鎮(zhèn)東

【摘 要】開放實(shí)驗(yàn)是大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要補(bǔ)充部分，承載著激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生過(guò)度到實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，提升實(shí)驗(yàn)操作、思考設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，培養(yǎng)探索精神的重大任務(wù)。本文從開放實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原則、軟硬件支持、教學(xué)體系設(shè)計(jì)三個(gè)方面探討了我院在開放性實(shí)驗(yàn)方面所做的探索。

【關(guān)鍵詞】開放實(shí)驗(yàn);趣味性和實(shí)用性;教學(xué)模式設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）01-0246-003

化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程作為化學(xué)專業(yè)理論課的重要支撐，有不可取代的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)課程將理論課上的知識(shí)點(diǎn)生動(dòng)形象的體現(xiàn)在學(xué)生動(dòng)手過(guò)程中，激發(fā)學(xué)生體驗(yàn)枯燥專業(yè)知識(shí)的興趣，加強(qiáng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，鼓勵(lì)學(xué)生積極探索，啟迪科學(xué)思維和創(chuàng)新能力，達(dá)到全面培養(yǎng)綜合素質(zhì)的教育目標(biāo)。

隨著社會(huì)對(duì)化學(xué)專業(yè)畢業(yè)生的要求越來(lái)越高，基本實(shí)驗(yàn)技能在繼續(xù)加強(qiáng)的基礎(chǔ)上，學(xué)生的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新精神的培養(yǎng)越來(lái)越被重視。現(xiàn)階段的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)多是傳統(tǒng)的驗(yàn)證式教學(xué)模式，已經(jīng)不能滿足對(duì)學(xué)生綜合能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。開放實(shí)驗(yàn)作為課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的重要補(bǔ)充形式，彌補(bǔ)課內(nèi)實(shí)驗(yàn)在探索性、創(chuàng)新性、綜合性能力培養(yǎng)的不足。

1 設(shè)計(jì)原則

1.1 趣味性

化學(xué)與人們生活中衣、食、住、行息息相關(guān)。與生活相關(guān)的化學(xué)知識(shí)，容易和學(xué)生產(chǎn)生共鳴，引發(fā)學(xué)生的興趣，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解生活中的化學(xué)現(xiàn)象，并在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)際的結(jié)合。通過(guò)認(rèn)識(shí)、理解社會(huì)熱點(diǎn)現(xiàn)象和生活中的常見化學(xué)問(wèn)題，能夠?qū)W以致用，可以使得學(xué)生獲得探尋知識(shí)的成就感，培養(yǎng)對(duì)化學(xué)學(xué)科的興趣，為以后持續(xù)探索化學(xué)奧秘提供動(dòng)力。

1.2 實(shí)用性

化學(xué)專業(yè)畢業(yè)生的兩種主要去向：一是從事本行業(yè)相關(guān)工作，需要扎實(shí)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能，有初步的研發(fā)能力;二是考取研究生，進(jìn)行科研型實(shí)驗(yàn)，需要在細(xì)分方向上深入。以上兩種去向的畢業(yè)生，在本科階段除了需要扎實(shí)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能，還需要進(jìn)行科研實(shí)驗(yàn)的啟蒙。因此我們需要設(shè)計(jì)相關(guān)的開放實(shí)驗(yàn)，在加強(qiáng)基礎(chǔ)操作實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，兼顧開放性、探索性。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)如能得到與生活相關(guān)的有實(shí)際應(yīng)用的材料，或者通過(guò)配方設(shè)計(jì)、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，獲得某種產(chǎn)品，而不是單純的驗(yàn)證知識(shí)點(diǎn)，這樣實(shí)用性的產(chǎn)品會(huì)極大滿足學(xué)生的成就感。成就感會(huì)推動(dòng)學(xué)生思考，活躍思維，對(duì)企業(yè)里的研發(fā)不陌生，同時(shí)也可以完成科研實(shí)驗(yàn)的啟蒙。

1.3 互聯(lián)網(wǎng)+信息化

借助互聯(lián)網(wǎng)信息化平臺(tái)可以使本科生快速了解學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心、可以在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前獲得儀器操作的培訓(xùn)、安全知識(shí)的培訓(xùn)，大大提升了效率，又能獲得較好的管理效果。我們建設(shè)了學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心網(wǎng)站，能夠發(fā)布開放實(shí)驗(yàn)信息，展示實(shí)驗(yàn)環(huán)境、管理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在線學(xué)習(xí)大型儀器使用等功能，并根據(jù)中心功能新建儀器預(yù)約共享平臺(tái)、安全考試培訓(xùn)網(wǎng)站、化學(xué)品管理網(wǎng)站，形成具有中心特色的全方位、立體化信息共享平臺(tái)。

2 軟硬件支持

2.1 學(xué)院本科實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

我院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面積達(dá)550平方米，專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面積達(dá)240平方米，實(shí)踐實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，包括國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，工程中心，和校外實(shí)習(xí)基地。在江蘇省有機(jī)光電子學(xué)優(yōu)勢(shì)學(xué)科二期建設(shè)項(xiàng)目、中央支持地方實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目和校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持下，近幾年購(gòu)買實(shí)踐教學(xué)用儀器設(shè)備千余套，價(jià)值逾7000萬(wàn)元。中心的儀器設(shè)備滿足每年開設(shè)20門課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，60個(gè)班次的教學(xué)任務(wù)，以及20余項(xiàng)的開放項(xiàng)目、近200項(xiàng)大學(xué)生STITP創(chuàng)新項(xiàng)目等。實(shí)現(xiàn)了教學(xué)、綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性、開放性、科研性等多種類別實(shí)驗(yàn)的綜合實(shí)驗(yàn)的使用需求。

2.2 教師團(tuán)隊(duì)

人員隊(duì)伍目前達(dá)到63人，其中專職實(shí)驗(yàn)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)36人（教授14人，副教授10人，講師12人），100%博士學(xué)位;專職實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員共計(jì)15人，其中博士后1人，博士9人，在讀博士3人，平均年齡34歲。承擔(dān)了中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、大型儀器管理、實(shí)驗(yàn)室安全管理和信息化管理，制定了一系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)保障辦法、大型儀器共享辦法、實(shí)驗(yàn)室安全管理辦法等等，鼓勵(lì)開展自主實(shí)驗(yàn)教學(xué)、參與科研活動(dòng)、深挖大型儀器功能、跟蹤最新實(shí)驗(yàn)前沿技術(shù)等等。學(xué)院鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相關(guān)培訓(xùn)會(huì)、交流會(huì)、學(xué)術(shù)討論會(huì)等。以培養(yǎng)國(guó)內(nèi)一流“水平高、專業(yè)精、學(xué)術(shù)尖”的高素質(zhì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)團(tuán)隊(duì)。

2.3 經(jīng)費(fèi)支持

學(xué)校鼓勵(lì)所有教學(xué)實(shí)驗(yàn)室、學(xué)科科研實(shí)驗(yàn)室、各級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（工程中心）在完成正常教學(xué)、科研任務(wù)0的同時(shí)，充分發(fā)掘潛力、優(yōu)化資源配置，創(chuàng)造條件實(shí)施開放。同時(shí)鼓勵(lì)教師積極申報(bào)開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)室開放經(jīng)費(fèi)含實(shí)驗(yàn)耗材費(fèi)和教師個(gè)人工作量補(bǔ)貼。

3 開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)知識(shí)、內(nèi)容設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)原則，開放實(shí)驗(yàn)的主題一是聚焦在化學(xué)與生活，與學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，引起學(xué)生的興趣。二是切入化學(xué)與健康的相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)道德。重點(diǎn)選取“食”和“用”兩個(gè)與日常生活息息相關(guān)的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)4-6個(gè)實(shí)驗(yàn)。化學(xué)基礎(chǔ)包括酸堿知識(shí)、油脂知識(shí)、表面活性劑知識(shí)、食品添加劑知識(shí)、蛋白質(zhì)知識(shí)?；静僮骱w了洗滌、過(guò)濾、攪拌、溶解、加熱、蒸發(fā)、烘干、抽濾，離心等。

開放實(shí)驗(yàn)的教學(xué)體系不僅重視化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)，還要強(qiáng)調(diào)化學(xué)知識(shí)與食品科學(xué)，洗化產(chǎn)品的交叉，彰顯有趣實(shí)用的特色。如圖1所示。

四個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分別為油脂的性質(zhì)及肥皂的制備，表面活性劑的性質(zhì)及洗手液的制備，飲料DIY，從牛奶中分離鑒定酪蛋白。脂化反應(yīng)為高三化學(xué)的內(nèi)容，學(xué)生往往基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)，細(xì)節(jié)清晰。能在動(dòng)手實(shí)操的過(guò)程中自主完成對(duì)知識(shí)的驗(yàn)證，作為第一次從理論知識(shí)過(guò)度到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)課會(huì)讓學(xué)生更加形象直觀地認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義，成就感會(huì)讓他們順利完成實(shí)驗(yàn)課的心理建設(shè)。在此基礎(chǔ)上對(duì)于學(xué)生的知識(shí)進(jìn)行提升，從肥皂的成分過(guò)度到表面活性劑這一大學(xué)化學(xué)的重要知識(shí)點(diǎn)，完成知識(shí)的過(guò)渡和深化，并自己按照簡(jiǎn)單的配方來(lái)配置洗手液，結(jié)合消費(fèi)者市場(chǎng)認(rèn)可度，來(lái)設(shè)計(jì)洗手液的細(xì)微成分，開發(fā)新型賣點(diǎn)的洗手液，完成從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證知識(shí)到探索，從重復(fù)模仿到科研啟蒙的過(guò)渡。飲料DIY的實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)是認(rèn)識(shí)各種食品添加劑，包括色素、香精、增稠劑、防腐劑，酸度調(diào)節(jié)劑等。食品添加劑大大促進(jìn)了食品工業(yè)的發(fā)展，并被譽(yù)為現(xiàn)代食品工業(yè)的靈魂。但是社會(huì)上爆出各種化工品充斥在食品行業(yè)，或者過(guò)量過(guò)度添加食品添加劑，甚至于奶昔產(chǎn)品中根本沒(méi)有牛奶成分全是靠調(diào)制。這些嚴(yán)重危化消費(fèi)者的身體健康。作為一名化學(xué)從業(yè)者，我們需要正確認(rèn)識(shí)食品添加劑的作業(yè)和過(guò)度，非法使用的危害，加強(qiáng)職業(yè)操守和道德。關(guān)愛自己的健康，減少飲料類產(chǎn)品的攝入，關(guān)注公眾健康，堅(jiān)決抵制各種非法行為?；瘜W(xué)還可以幫助我們認(rèn)識(shí)各類天然物質(zhì)，酪蛋白是牛奶中主要的蛋白質(zhì)，其濃度約為35g/L，是含磷蛋白質(zhì)的復(fù)雜結(jié)合物。根據(jù)簡(jiǎn)單的蛋白質(zhì)遇酸變性的特點(diǎn)，我們可以收集到牛奶中的蛋白質(zhì)，給學(xué)生一個(gè)形象直觀的展示。對(duì)于以后走上分析測(cè)試崗位的畢業(yè)生是大有裨益的。

肥皂、洗手液、調(diào)制飲料都是學(xué)生可以直觀得到的產(chǎn)品，還可以自己設(shè)計(jì)包裝logo，做成類似商業(yè)化的成品外觀。這些產(chǎn)品都是和生活息息相關(guān)，能實(shí)用的化學(xué)產(chǎn)物。這是本開放實(shí)驗(yàn)的特色。

3.2 教學(xué)方法、過(guò)程設(shè)計(jì)

開放實(shí)驗(yàn)是以知識(shí)為基礎(chǔ)，以能力為中心，綜合素質(zhì)為培養(yǎng)目標(biāo)的三位一體的運(yùn)行模式。在知識(shí)提升的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)動(dòng)手操作的能力和思考的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，進(jìn)而形成科學(xué)素養(yǎng)。

“學(xué)”“知識(shí)”主要是通過(guò)講解法，能夠使學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)獲得大量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)，以便能快速理解實(shí)驗(yàn)原理，開展實(shí)驗(yàn)操作?！爱a(chǎn)”“能力”主要是通過(guò)動(dòng)手操作等生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，提升理解實(shí)驗(yàn)原理的能力，驗(yàn)證理論知識(shí)的能力，并通過(guò)分析獲得產(chǎn)物的過(guò)程反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程?？梢酝ㄟ^(guò)演示法和慕課法來(lái)實(shí)現(xiàn)這部分的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，如演示儀器設(shè)備的操作要點(diǎn)，而慕課法可以讓學(xué)生利用課余時(shí)間，自主學(xué)習(xí)。“研”“素質(zhì)”，是通過(guò)開放性、探索性實(shí)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生達(dá)到更高層次的思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

3.3 教學(xué)結(jié)果評(píng)價(jià)、反饋

學(xué)生需要在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后一周內(nèi)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包含實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、試劑、實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示（實(shí)驗(yàn)成品的圖片打印出來(lái)后黏貼）。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及相關(guān)社會(huì)現(xiàn)象，就一個(gè)方面或者某些方面寫一篇小文章，可以是科普文也可以是自己的感想，800字以上，文體不限。

4 結(jié)語(yǔ)

興趣是最好的老師，開放性實(shí)驗(yàn)重在激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，將理論自覺(jué)應(yīng)用到生活中，會(huì)解釋生活中碰到的實(shí)際問(wèn)題，在分析后能提出建設(shè)性意見、甚至初步解決問(wèn)題。開放性實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容設(shè)置方面可以更靈活，側(cè)重知識(shí)點(diǎn)的前后聯(lián)系和對(duì)比，建設(shè)成模塊化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系。

【參考文獻(xiàn)】

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