非化學專業(yè)大學化學實驗教學改革思考

曹雷剛 楊越 焦志偉 蒙毅 毛潭

摘?要：工程教育專業(yè)認證工作對理工類專業(yè)自然科學類課程有明確的要求，這也促使了大學化學課程在非化學類理工科專業(yè)覆蓋面進一步擴大。課程授課學生人數的增加，給大學化學實驗教學環(huán)節(jié)帶來了壓力。分析了化學實驗的重要性和面臨的問題，討論了新形勢下非化學專業(yè)實驗課程的授課內容和具體授課方式。

關鍵詞：大學化學;實驗教學;虛擬仿真

中圖分類號：G420?文獻標識碼：A

2013年中國加入《華盛頓協(xié)議》，加速了中國工程教育認證的國際化之路。目前，工程教育專業(yè)認證已經在越來越多的高等學校開展，促使國內高等學校相關專業(yè)開始進行合理的教學改革，制定明確的課程體系并能持續(xù)不斷的進行改進，以期培養(yǎng)達到行業(yè)認可的高素質畢業(yè)生[1]。經過多年的不斷推進，工程教育專業(yè)認證工作目前已經聚焦到以面向產出的課程目標和畢業(yè)要求達成的評價機制。北方工業(yè)大學具有以工為主、文理交融、優(yōu)化理、工、文、經、管、法、藝多學科協(xié)調發(fā)展的學科體系，近年來堅持在學校工科各專業(yè)推動工程教育專業(yè)認證工作。專業(yè)認證對各學科專業(yè)在自然科學類課程有明確的要求。其中，大學化學是廣泛開設于高等學校理工類專業(yè)的一門重要基礎課程，其普及性和覆蓋面或將進一步擴大。目前，大學化學作為公共基礎課程，已經逐步在北方工業(yè)大學材料類、機械類和土木類各個專業(yè)開設。大學化學課程包括課堂理論教學和實驗教學兩個環(huán)節(jié)。課程授課學生人數的增加對課程實驗教學提出了極大的挑戰(zhàn)，為此，大學化學課程實驗環(huán)節(jié)內容和授課方式等需要綜合考慮多方面的因素。

1 化學實驗的重要性

首先，化學實驗教學環(huán)節(jié)是高等學?；瘜W課程授課內容的重要組成部分，它可以促進學生對課堂理論教學內容的理解和掌握，培養(yǎng)學生的實踐動手能力和科學素養(yǎng)，還可以激發(fā)學生創(chuàng)新思維和能力。因此，化學課程開設實驗教學環(huán)節(jié)是重要的和必要的。長期以來，化學實驗教學改革關注的內容主要是實驗教學體系、教學方法和內容、運行機制、科學素質培養(yǎng)等方面[2-4]。同時，近年來，隨著計算機技術的發(fā)展及其在教育教學環(huán)節(jié)的應用，虛擬仿真也成為化學實驗教學改革的重點方向之一[5]。

2 化學實驗面臨的問題

隨著大學化學課程授課對象擴大至非化學類各個專業(yè)，授課學生人數會急劇增加，給化學實驗環(huán)節(jié)帶來了較大的壓力。比如，我校最先在材料系開設大學化學基礎課程，每年授課兩個班級，約60人左右?？紤]到工程教育專業(yè)認證要求，自2015年起，陸續(xù)在機械類和土木類專業(yè)開設大學化學課程，年均授課人數增加至350人左右。面對課程授課人數的增加，不僅會增加授課教師的壓力，還需要考慮實驗場地和實驗教學質量的問題。

首先，化學實驗必然涉及實驗操作和分析所需的化學試劑和儀器設備，在實際實驗過程中存在較大風險，主要考慮到學生的人身安全?，F階段全國范圍內對化學試劑的購買、存放、使用和廢液的存放及處理等進行嚴格的管控。因此，在實驗過程中，要考慮減少甚至避免化學試劑使用的數量和頻次。

其次，正常情況下，單次參與實驗的組數和每組人數越少，越有利于保證良好的教學質量。然而，由于學生基數較大，在實際過程中，單次組數和小組人數極難維持在較低水平。如若學校條件允許，擴大實驗場地可以提高單次實驗學生容量，但需要更多的實驗輔助人員和更多的儀器設備，經費投入也將成為一個較大的問題。

再者，目前對于非化學專業(yè)的大學化學實驗教學環(huán)節(jié)，普遍存在實驗學時數較少的情況。即使是在授課教師事先有安排好實驗預習環(huán)節(jié)的前提下，對于較為復雜的化學實驗，學生很難在較短的時間內完成，即使是完成了學生，也很難完全理解實驗內容，這就有可能導致部分學生把參與實驗環(huán)節(jié)和完成實驗報告等同看待。

3 建議解決方案

如若實驗條件允許、實驗過程安全，可以通過真實的化學實驗最大程度的提升學生的實驗技能和綜合素養(yǎng)。但若是遇到以上問題，非化學類專業(yè)化學實驗環(huán)節(jié)可以考慮修改實驗教學內容和實驗實施方法。

首先，大學化學是非化學類專業(yè)本科人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)的公共基礎課，化學課程和今后的其他專業(yè)課程相對較弱。因此，對于非化學專業(yè)的學生可以側重于基本化學實驗操作和實驗室安全方面的教育，重點是培養(yǎng)本科生的基本化學素養(yǎng)。例如進入實驗室需要佩戴實驗服和手套等、進入實驗室?guī)胧澄锘蝻嬈?、通風廚、洗眼器、滅火器和滅火沙等的應用。

其次，如若實驗室條件確實不能滿足，也可以選擇其他渠道，比如說視頻教學和虛擬仿真教學。視頻教學主要指將相關實驗內容制作成視頻，在實驗環(huán)節(jié)播放給學生并輔以現場講解，實驗內容可以包括實驗室基本制度、安全注意事項和簡單的化學實驗。虛擬仿真實驗教學是目前高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，且已經在部分化學類和非化學類專業(yè)的大學化學課程實驗教學環(huán)節(jié)[6，7]。例如，王巖等[8]開發(fā)建設的針對分光光度法和電位滴定法的虛擬仿真實驗平臺。虛擬仿真實驗介于視頻教學和真實實驗之間，它打破了人們對化學實驗的認知，具有便捷靈活、安全操作、節(jié)約成本等優(yōu)勢，不僅可以作為學生實驗操作前的有效輔助，還可以取代復雜或有危險性的真實實驗[9]。對于實驗平臺薄弱的高校，虛擬仿真可以取得有效的補充。

4 結語

實驗教學環(huán)節(jié)是大學化學課程的重要組成部分，可以幫助學生理解和掌握理論知識，利于培養(yǎng)學生的動手能力和科學素養(yǎng)。隨著大學化學在非化學類專業(yè)覆蓋面的擴大，授課學生人數必然增加，對實驗條件也提出了較高的要求。為了保證教學質量，可以考慮降低大學化學實驗教學內容的難度，同時采用視頻教學和虛擬仿真實驗等教學方式。

參考文獻：

[1]方崢.中國工程教育認證國際化之路——成為《華盛頓協(xié)議》預備成員之后.高等工程教育研究，2013（06）：72-76+175.

[2]李海艷.提升大學化學實驗教學質量的幾點體會.廣東化工，2016，43（15）：253-254.

[3]姜海燕，尹彥冰，張宏波.淺談非化學專業(yè)有機化學的教學方法和教學手段.化學時刊，2012，26（07）：69-70.

[4]嚴華玉.大學化學實驗教學中科學素質的培養(yǎng)策略.科技創(chuàng)新導報，2013（29）：210.

[5]郭軍紅，崔錦峰，楊保平.新工科背景下虛實結合虛擬仿真實驗項目的建設.實驗技術與管理，2019，36（08）：119-122.

[6]費婷虹，尹守春.化學實驗教學中虛擬仿真的建設探究.廣東化工，2018，45（06）：240-241+244.

[7]張京玉，劉雅敏.虛擬仿真技術在有機化學實驗教學中的應用.教育現代化，2019，6（44）：125-127.

[8]王巖，荊明偉，閆保樺，李國寶，耿金靈，朱志偉.分光光度法和電位滴定法虛擬仿真實驗的開發(fā)與探索.實驗技術與管理，2019，36（08）：190-194.

[9]鄭革.虛擬仿真實訓系統(tǒng)在分析化學實驗中的應用.廣州化工，2017，45（15）：222-223.

基金項目：北方工業(yè)大學教育教學改革項目資助（108051360019XN141/035）

作者簡介：曹雷剛（1985-），男，漢族，河南洛陽人，博士研究生，北方工業(yè)大學機械與材料工程學院講師，研究方向：高熵合金。