學(xué)時(shí)縮減背景下應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

紀(jì)利春，吳瑞鳳，杜玉英，王威(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

0 引言

應(yīng)用化學(xué)是介于化學(xué)與化學(xué)工藝之間的一個(gè)應(yīng)用理科專業(yè)[1]。與化學(xué)專業(yè)相比，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生應(yīng)當(dāng)接受更多的應(yīng)用性、實(shí)踐性的知識教育[2]。應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具備良好的自然科學(xué)素養(yǎng)以及扎實(shí)的化學(xué)基本理論和專業(yè)實(shí)踐能力，能在化工、能源、新材料和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域從事產(chǎn)品檢驗(yàn)與質(zhì)量監(jiān)督、生產(chǎn)操作與管理、環(huán)境監(jiān)測與分析、技術(shù)開發(fā)與科學(xué)研究等工作的應(yīng)用研究型人才。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]。應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)是面向本專業(yè)高年級學(xué)生開設(shè)的專業(yè)必修實(shí)踐課。其課程目標(biāo)是學(xué)生通過提高型、綜合型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的訓(xùn)練，進(jìn)一步鞏固化學(xué)的基本理論知識和基本實(shí)驗(yàn)技能；訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)專業(yè)知識，利用所掌握的現(xiàn)代化學(xué)研究方法與實(shí)驗(yàn)手段，獨(dú)立思考、分析和解決問題，促進(jìn)綜合實(shí)踐能力和素質(zhì)的提高。

文章以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為研究對象，從課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方式等方面，探討了應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐。

1 調(diào)整課程設(shè)置

學(xué)校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)由專業(yè)實(shí)驗(yàn)和綜合實(shí)訓(xùn)兩部分組成，分別在第六和第七學(xué)期開課。多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，第六學(xué)期的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量好于第七學(xué)期。究其原因，第七學(xué)期學(xué)生處在大四的上半年，幾乎所有學(xué)生都面臨著研究生、公務(wù)員考試以及就業(yè)的壓力，尤其近幾年嚴(yán)峻的就業(yè)形勢促使班級中半數(shù)以上的學(xué)生投入到考研學(xué)習(xí)中，多數(shù)學(xué)生對本學(xué)期的課程持著考核過了就行的態(tài)度，對待實(shí)驗(yàn)課更是如此。學(xué)生的課程學(xué)習(xí)時(shí)間被擠占，學(xué)習(xí)動力和積極性不足，直接影響到教學(xué)質(zhì)量。2020年學(xué)校修訂了培養(yǎng)方案，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)由96學(xué)時(shí)縮減為48學(xué)時(shí)，在本次修訂中將兩門課程合并，并將課程安排在第六學(xué)期，同時(shí)在學(xué)期教學(xué)周的安排上也盡可能靠前，這樣的調(diào)整解決了學(xué)生考研、就業(yè)與課程學(xué)習(xí)的沖突，即保障了實(shí)驗(yàn)課的正常教學(xué)，又可減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

2 精選教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)學(xué)時(shí)的縮減意味著學(xué)生動手時(shí)間的減少，原有教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)容陳舊并有重復(fù)、范圍狹窄、實(shí)驗(yàn)類型單一、缺乏先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法和手段的弊端，限制了學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣摺Ｐ滦蝿菹?，科學(xué)設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，就成為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程改革的重點(diǎn)。應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生具備了基本實(shí)驗(yàn)技能基礎(chǔ)上的再提高，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇上，即要體現(xiàn)化學(xué)知識的綜合應(yīng)用和知識面的拓展，又要考慮有適當(dāng)?shù)牟僮麟y度[4]，突出綜合性、設(shè)計(jì)性和地方特色，著重培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及分析和解決問題的能力。

2.1 經(jīng)典實(shí)驗(yàn)

結(jié)合學(xué)校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的精細(xì)化工培養(yǎng)方向，精心挑選了精細(xì)化學(xué)品化學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，如“十二烷基硫酸鈉的合成、乳化型化妝品的配制、聚醋酸乙烯酯乳膠漆的制備”，這些實(shí)驗(yàn)的開展是對精細(xì)化學(xué)品化學(xué)、精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)與工藝學(xué)等專業(yè)理論課程的有益補(bǔ)充，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的基礎(chǔ)上進(jìn)一步鞏固了專業(yè)理論知識。

2.2 應(yīng)用綜合性實(shí)驗(yàn)

開設(shè)貼近生活的綜合性實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。中國人飲茶歷史悠久，喝茶具有抗輻射、降血壓、提高免疫力等保健功能。因?yàn)椴枞~是生活中最熟悉的飲品，開設(shè)“茶多酚提取、分離、鑒定、含量測定及抗氧化作用研究”實(shí)驗(yàn)，極大地引起學(xué)生的探知興趣。在預(yù)習(xí)階段學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)了解茶多酚的組成、性質(zhì)及用途，在實(shí)驗(yàn)中通過茶多酚提取、含量測定以及茶多酚清除自由基的抗氧化性研究，進(jìn)一步了解了茶多酚的相關(guān)知識。茶多酚的提取采取了常溫水提和微波水提兩種方法，通過實(shí)驗(yàn)比較了兩種提取方法的效率以及微波提取的原理。通過比色法測定茶多酚提取率和抗氧化性，同學(xué)們再一次復(fù)習(xí)了721分光光度計(jì)的工作原理及使用；應(yīng)用柱層析分離提純和薄層檢測茶多酚，同學(xué)們在學(xué)習(xí)了理論知識的基礎(chǔ)上接受提取、減壓濃縮、真空干燥、裝柱、過柱、鋪板、活化、點(diǎn)樣、爬板等操作訓(xùn)練，理論和實(shí)驗(yàn)技能得到提升。同時(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)也讓同學(xué)們清晰地意識到生活中可以多飲茶，改變不良的生活習(xí)慣。這種貼近生活的綜合實(shí)驗(yàn)的開展，學(xué)生在興趣的驅(qū)動下獲取知識技能的同時(shí)，也培養(yǎng)了科學(xué)思維能力。

2.3 地方特色實(shí)驗(yàn)

內(nèi)蒙古稀土儲量最大，稀土化工企業(yè)多，每年這些企業(yè)的人才需求量很大。結(jié)合地方產(chǎn)業(yè)特色，更好地滿足地方企業(yè)的人才需求，有必要設(shè)置相關(guān)實(shí)驗(yàn)，如：“稀土有機(jī)配合物的合成及紫外、熒光性質(zhì)測定”實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，學(xué)生在學(xué)習(xí)稀土知識的同時(shí)，綜合運(yùn)用了合成、分離、分析、表征等各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)和無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、稀土化學(xué)、儀器分析等理論知識，其中紅外光譜、紫外光譜、熒光光譜等現(xiàn)代儀器的使用，增強(qiáng)了學(xué)生的譜圖儀器使用技能和譜圖數(shù)據(jù)分析能力，將科研的手段、技能和方法融入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，為今后在稀土企業(yè)工作和開展相關(guān)科學(xué)研究奠定良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

2.4 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，通過查閱文獻(xiàn)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選定實(shí)驗(yàn)儀器，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行產(chǎn)物性質(zhì)的檢驗(yàn)以及定量分析，總結(jié)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)合我院實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備條件和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可實(shí)施性，提供了“微波輻射法硫代硫酸鈉的制備及性質(zhì)檢驗(yàn)，鎳的陽極極化曲線的影響因素研究，凝膠法制備尖晶石型LiMn2O4納米顆粒，水熱法制備SnO2納米粉”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供同學(xué)們選擇。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中教師起輔導(dǎo)和管理作用，是學(xué)生為主體的主動學(xué)習(xí)，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)的過程就是文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)組織與操作能力，分析和解決問題的能力進(jìn)行有效訓(xùn)練的過程。

優(yōu)化后的教學(xué)內(nèi)容表現(xiàn)為：內(nèi)容豐富，涉及面廣，包括物質(zhì)的制備與合成、分離與提純、檢驗(yàn)與鑒別、定量分析、化學(xué)性質(zhì)的探究、電化學(xué)問題研究等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由低水平重復(fù)向高層次的轉(zhuǎn)變[5]；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)減少，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主；體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)技術(shù)的多樣性，實(shí)驗(yàn)操作難度增加；在進(jìn)行玻璃儀器實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，增加了先進(jìn)儀器設(shè)備的使用。

3 改進(jìn)教學(xué)手段

實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直以來采取的教學(xué)模式是學(xué)生書面預(yù)習(xí)，教師詳細(xì)講解，學(xué)生按照指導(dǎo)書按部就班完成操作，屬于教師主導(dǎo)、學(xué)生被動接受的填鴨式教學(xué)[6]。這種模式存在的問題：(1)教師的實(shí)驗(yàn)講解也只能局限于實(shí)驗(yàn)本身，對與專業(yè)應(yīng)用相關(guān)的問題引申有限，缺乏專業(yè)背景的教學(xué)內(nèi)容；(2)對于儀器使用和復(fù)雜操作，教師需要花費(fèi)較長時(shí)間詳細(xì)講解并演示，在短短的時(shí)間內(nèi)學(xué)生很難完全消化吸收并達(dá)到熟練操作的水平，學(xué)生在模棱兩可、含糊不清的狀態(tài)下做實(shí)驗(yàn)會出現(xiàn)縮手縮腳、避而遠(yuǎn)之的現(xiàn)象。這些因素束縛了學(xué)生主動探知的積極性，教學(xué)效果打折扣。

新課標(biāo)下，教學(xué)學(xué)時(shí)縮短，教學(xué)內(nèi)容的豐富和現(xiàn)代儀器的使用，使問題變得更加突出，教學(xué)手段的改進(jìn)勢在必行。當(dāng)前微視頻、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、虛擬實(shí)驗(yàn)等新的信息技術(shù)的興起為教學(xué)改革提供了新思路。

3.1 微視頻的應(yīng)用

對于精細(xì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作和精密儀器設(shè)備的使用，引入微視頻輔助教學(xué)。將學(xué)習(xí)內(nèi)容通過3～10分鐘的小視頻供學(xué)生課前預(yù)習(xí)或?qū)嶒?yàn)過程中觀看，有效解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中由于學(xué)時(shí)限制，學(xué)生人數(shù)多，教師不能全面覆蓋給予個(gè)體化指導(dǎo)的矛盾。微視頻可以增大教學(xué)信息量，擴(kuò)展學(xué)習(xí)內(nèi)容，將抽象難懂的專業(yè)知識變得生動具體、簡單明了，促進(jìn)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和難點(diǎn)的觀察和掌握，有效地提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。

3.2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的應(yīng)用

近幾年，國內(nèi)知名高校慕課課程的推出，為大學(xué)生學(xué)習(xí)提供了豐富的教學(xué)資源。將慕課應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革具有一定指導(dǎo)意義。免費(fèi)在線教育資源為學(xué)生提供了與名校名師學(xué)習(xí)交流的機(jī)會，學(xué)生可根據(jù)需求選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，是線下教學(xué)的有益補(bǔ)充。學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺處在建設(shè)期，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心購置了多種大型分析儀器仿真軟件、化工原理仿真系統(tǒng)、大學(xué)化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室系列軟件，學(xué)生可以通過校園網(wǎng)隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全知識、儀器和器皿使用的學(xué)習(xí)，進(jìn)行部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的模擬操作訓(xùn)練，這些都有助于學(xué)生預(yù)習(xí)過程中了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，熟悉實(shí)驗(yàn)操作，改變以往預(yù)習(xí)質(zhì)量不高的狀況。

充分利用微視頻、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源和虛擬仿真技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，線上線下融合、虛實(shí)互補(bǔ)，突破了時(shí)空的限制，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)少、沉悶、枯燥、信息有限的不足。

4 完善考核方式

實(shí)驗(yàn)課成績評定是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)?？茖W(xué)合理的考核可以激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。原有實(shí)驗(yàn)課考核主要是根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告確定實(shí)驗(yàn)總成績。雖然實(shí)驗(yàn)操作是考核的一部分，但考核點(diǎn)并不詳細(xì)，會出現(xiàn)任課教師憑感覺或印象“模糊”定分值的情形，難免有偏差，這種“不公平”也會打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在原來的考核基礎(chǔ)上將過程考核細(xì)化，并且增加了理論考試，設(shè)計(jì)新的考核方式為：實(shí)驗(yàn)總成績=平時(shí)考核成績(80%)+實(shí)驗(yàn)理論成績(20%)。

平時(shí)考核成績占實(shí)驗(yàn)總成績的80%，是綜合單個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成績折算而成。單個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的考核又包括預(yù)習(xí)(10%)、實(shí)驗(yàn)過程(50%)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告(40%)三個(gè)內(nèi)容。由于專業(yè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)周期長，實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜，用到較多試劑和貴重的大型儀器，只有充分預(yù)習(xí)才能更好的開展實(shí)驗(yàn)。為了避免預(yù)習(xí)就是將實(shí)驗(yàn)講義從頭到尾機(jī)械照抄一遍，要求學(xué)生在充分了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上言簡意賅的書寫預(yù)習(xí)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理，?shí)驗(yàn)流程圖，反應(yīng)裝置圖，注意事項(xiàng)等。預(yù)習(xí)成績主要根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)課講解過程中的問答，實(shí)驗(yàn)過程中的條理性，來判斷學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。實(shí)驗(yàn)過程考核涉及到學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程，主要從以下幾個(gè)方面考核并分配了各項(xiàng)分值：實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和安全意識 (5分)、實(shí)驗(yàn)態(tài)度 (5分)、實(shí)驗(yàn)操作 (20分)、儀器設(shè)備使用(5分)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察和記錄(5分)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果(5分)、實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力(5分)。在動態(tài)的實(shí)驗(yàn)課中實(shí)驗(yàn)過程的細(xì)化評價(jià)實(shí)施起來似乎有難度，但是因?yàn)閷I(yè)實(shí)驗(yàn)的單個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)比較大，由兩位實(shí)驗(yàn)任課教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的過程中，對每一小組及時(shí)進(jìn)行過程的細(xì)節(jié)評價(jià)是可以做到的。實(shí)驗(yàn)報(bào)告是衡量實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的重要依據(jù)，綜合反映了學(xué)生分析、研究和解決問題的能力[7]。實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績從文字表達(dá)、圖表制作、數(shù)據(jù)分析處理、討論深度以及創(chuàng)新能力等方面判定報(bào)告的質(zhì)量并給出相應(yīng)的評價(jià)。

實(shí)驗(yàn)理論成績占總成績的20%，主要考察學(xué)生對本課程所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識、理論知識、儀器設(shè)備使用等內(nèi)容的掌握。一直以來，認(rèn)為理論考試并不適合實(shí)踐性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課的考核，但在多年教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)總成績中增加一定比例的理論考核，學(xué)生考試的復(fù)習(xí)過程就是對實(shí)驗(yàn)知識的梳理、歸納、總結(jié)的過程，也是實(shí)驗(yàn)操作在大腦中回放、鞏固的過程，是實(shí)驗(yàn)課程的期末總結(jié)，對提高學(xué)生的專業(yè)理論知識和實(shí)驗(yàn)操作技能具有非常好的促進(jìn)作用。

新的考核方式中考核標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)化使教師的評價(jià)有的放矢，督促學(xué)生認(rèn)真對待并完成實(shí)驗(yàn)中各個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。這種重在過程、能力為主，兼顧理論的考核方式，能夠比較客觀、公正、全面的評價(jià)學(xué)生，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自主性。

5 結(jié)語

新時(shí)期高校要“著重培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型人才”。專業(yè)實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力有著重要的作用。適應(yīng)新形勢，以提高應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)的教學(xué)改革和實(shí)踐，必將推動學(xué)生綜合實(shí)踐能力、分析和解決問題能力、創(chuàng)新能力的提高。