新工科視域下模塊化無機化學實驗體系探索*

王炎英，李襄宏，趙燕熹，張炳廣，莊 媛，李春涯**

(1.中南民族大學 實驗教學與工程訓練中心，湖北 武漢 430074；2.中南民族大學 化學與材料科學學院，湖北 武漢 430074)

2017年，教育部發(fā)布《關于開展新工科研究與實踐的通知》，首次提出新工科建設并積極推進，希望形成具有中國特色的工程教育模式。新工科的主要內涵是：以需求為導向，開放辦學，培養(yǎng)應用型復合人才，即面向服務，突出特色，培養(yǎng)出滿足未來新產業(yè)需要的、有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、動態(tài)適應能力、高素質的各類交叉復合型“卓越工程”科技人才[1-3]。傳統(tǒng)工科教學，強調“基礎性、知識性、理論性”，培養(yǎng)的工科學生常常與工業(yè)企業(yè)及科學研究實際需求脫鉤。新工科建設強調更注重“實用性、交叉性和創(chuàng)新性”，重視相關的職業(yè)能力和素質培養(yǎng)，重視理論與實際相結合，重視各學科交叉融合，重視創(chuàng)新理念，強化科研素養(yǎng)，使學生綜合素質全面提升，與企事業(yè)單位實際需求及科研能力更相匹配。

無機化學實驗，作為部分工科類專業(yè)(如化學化工、環(huán)境工程、生物工程、藥物制劑等)基礎課程體系中的重要組成部分，它的教學內容和教學效果直接影響到后續(xù)專業(yè)基礎實驗課的學習。無機化學實驗除了培養(yǎng)學生的實驗技能，奠定后續(xù)化學實驗課程基礎外，還是培養(yǎng)大學生動手能力、增強科學素養(yǎng)、培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力的重要手段。其在夯實理論基礎，培養(yǎng)學生基本實驗技能、工程實踐、創(chuàng)新思維、科研素養(yǎng)、組織協(xié)調能力等綜合素質方面具有不可替代的作用。以新工科建設為改革發(fā)展契機，加強無機化學實驗教學的創(chuàng)新和升級，強化學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提升，可推進新工科背景下人才培養(yǎng)模式探索。目前，國內各高校已啟動無機化學實驗教學改革，但尚處于探索初期，未形成最優(yōu)化范式，仍存在以下問題[4-6]：

1)沿用經典無機化學實驗教材，部分實驗內容老舊，實驗項目單調，多屬驗證性實驗，缺乏綜合性、探索性實驗，更難覓專業(yè)特色型實驗；學生照方抓藥，遵循實驗原理、實驗步驟機械操作，缺乏自主思考的主觀能動性。

2)實驗教學模式多以教師講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗操作，學生再照單抓藥完成實驗，按部就班，缺乏深層次思考，缺少探究過程，同時也會導致學生實驗操作基本功不扎實。

3)理論知識與實驗內容缺乏關聯(lián)性，二者學習時段不能有效協(xié)同，易致學生難以用理論知識駕馭實驗原理，盲目實驗，不求甚解，事倍功半，達不到學以致用之目的。

4)考核形式單一。課程考核多側重于實驗報告，而報告中的實驗目的、原理和步驟僅照搬課本，不求甚解，實驗數據及結果解析也不甚明確，教師僅能依據報告及操作粗略評估，難以切實體現學生的實驗水平。

5)經典無機化學實驗常與科學研究前沿、行業(yè)特色需求脫鉤，與專業(yè)背景分離，難以適應新工科建設目標需求。

針對無機化學實驗現存的問題，需在保存經典知識體系完整的先決條件下，結合行業(yè)及專業(yè)特色對無機化學實驗體系中的部分內容進行調整重構，去蕪存菁，將無機化學領域最新的科研成果、熱點問題引入無機化學實驗教學；以學生專業(yè)為背景，構建具有專業(yè)特色的、模塊化無機化學實驗課程新體系，同時轉換教學模式、考核評價機制，切實增強學生的專業(yè)歸屬感，提升實踐動手能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識。在新工科視域指導下的無機化學實驗體系，需完成實驗內容重構，避免傳統(tǒng)課程實驗內容陳舊、學用分離、教學模式及考核形式單一等缺陷；探討以行業(yè)應用領域為目標、專業(yè)特色為引導、學科創(chuàng)新為先導、產學研協(xié)同的無機化學實驗教學方案；改進教學模式及評價機制，提高教學質量，獲取可滿足行業(yè)需求、專業(yè)特色明顯、且與新工科建設吻合的模塊化無機化學實驗課程新體系。

1 構建模塊化實驗內容體系

無機化學實驗課程歷史悠久，大多是以驗證性實驗為主導的經典實驗，與當前的生產實踐及科學研究脫離，難以激發(fā)學生創(chuàng)新思維。面對這種現狀，可以圍繞無機化學實驗課程目標，革新實驗內容，構建模塊化實驗內容體系，弱化驗證性實驗占比，增加創(chuàng)新性、綜合性、科研引導性實驗，有助于激發(fā)學生自主學習、勤于思考、敢于創(chuàng)新、樂于實踐的熱情。針對實驗體系內容，擬構建以下五個實驗模塊：

模塊一，基本操作訓練

基本操作訓練模塊主要以訓練學生的無機化學實驗基本技能為目標。比如，溶液的配制，氯化鈉的提純，訓練內容包括藥品的稱量、反應的加熱、濃縮結晶，固液分離等基本操作。

模塊二，經典驗證性實驗

主要是元素化合物性質的實驗，用于驗證元素及其化合物的相關知識。如p區(qū)元素一、p區(qū)元素二、ds區(qū)元素的性質。結合理論課程的知識驗證各類元素的鑒定方法、特征反應等。

模塊三，綜合性實驗

以無機化合物的制備及性質測試為教學內容，學生在掌握了無機實驗的基本操作技能后可以根據所學的理論知識綜合分析實驗中出現的各種問題，提高學生在實驗過程中獨立分析問題和解決問題的能力。比如，硫代硫酸鈉的制備和性質、二草酸根合銅酸鉀的制備等。

模塊四，開放創(chuàng)新性實驗

創(chuàng)新性實驗是提高學生創(chuàng)新精神和實踐能力的有效途徑。比如，化合物的鑒定，給出幾組化學性質相似的化合物，讓學生利用不同的試劑設計出幾種合理的鑒別方法。也可以讓學生根據自己感興趣的無機化學知識點，通過師生之間的討論，自行設計實驗方案，既激發(fā)了學生自主創(chuàng)新的熱情，也有效增強了他們獨立設計、綜合應用所學知識的能力。

模塊五，科研引導性實驗

該類實驗以老師近年來的科研成果為導向，將學術研究成果引入實驗課程，緊跟科技前沿，由學生在老師擬定的實驗項目中自主選擇，經文獻調研后設計實驗方案，再由教師協(xié)助完善，進入實驗室完成實驗。這類實驗可以充分調動學生主動性、積極性，也培養(yǎng)了學生科研的思維以及關注科研動態(tài)的好習慣。

調整后的實驗教學內容，增加了創(chuàng)新性、綜合性、設計性及科研引導型實驗比重，在夯實理論基礎及基本實驗技能的同時強化學生主體地位，激發(fā)學生創(chuàng)新思維，養(yǎng)成獨立思考、自主設計、探究完成的科研范式，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，滿足了新工科建設對學生能力培養(yǎng)的要求。

2 創(chuàng)新實驗教學模式

傳統(tǒng)的實驗課堂教學，一般由老師講解實驗基本原理、實驗方案、實驗操作步驟等，然后進行儀器操作示范。學生按照老師的要求完成實驗，整個教學過程以教師為中心，學生缺乏獨立自主性，缺乏主動探究性，不利于提高學生的積極性。創(chuàng)新實驗教學模式包括：

1)更新實驗教學手段。在現代多媒體技術發(fā)展的今天，各種網絡教學平臺也是線上獲取知識的有效途徑，基于超星學習通網絡平臺，為每個實驗提供了課前和課后多個學習模塊。課前模塊主要包含實驗室安全、實驗操作視頻、常用儀器的使用方法、小測驗等，測試通過后再進入實驗室；課后模塊有實驗報告的提交，問題討論，實驗過程測試等，這些平臺的視頻學習模塊更加直觀全面，可極大地提高學生的學習效率和學習積極性。對于一些毒性較大、安全系數較低的實驗，還可以引進虛擬仿真教學實驗，通過這種多渠道的線上教學手段與線下教學的有機結合，更加有利于學生全面掌握無機化學實驗的理論知識和實驗技能。

2)采用互動式線下教學。課堂上采用課堂提問的方式考察學生對實驗基礎知識，基本原理的掌握情況，對儀器操作部分采用對分課堂的模式，提前讓學生通過線上圖片、視頻部分自行學習；課堂上讓學生獨立講解和示范，這使學生由過去的教學受體變?yōu)榻虒W主體，有利于提高學生的主動性。當然，學生在講解和示范過程中難免會出現錯誤，這時可以鼓勵其他同學進行檢驗和補充，必要時老師及時給予糾正和指導，這樣可以加深學生的印象，更好地達到教學目的。

3 革新考核模式

傳統(tǒng)的實驗課程考核模式單一，缺乏綜合評價效能，成績評定中實驗報告占比太大，重結果輕過程，忽視了對實驗技能、協(xié)作精神，以及分析問題、解決問題等綜合素質的考核。為了加強對實驗過程的全面考核，革新實驗課程評價機制，結合在線學習、實驗操作、數據記錄及處理、結果分析、生間協(xié)作、創(chuàng)新思考、實驗設計，以及實驗報告撰寫等進行綜合評價，實現由“學習-考試”型向“學習、研究、思考、創(chuàng)新”型課程評價機制轉變。實驗課前，學生在超星學習通平臺預習實驗目的、原理、方法和步驟，完成預習報告，并通過平臺提交；老師根據平臺記錄的學習時長，預習報告的書寫的情況給出成績。實驗過程中，老師全程考察學生的實驗操作過程，生間協(xié)作給出實驗操作過程成績。實驗報告提交后，老師會根據實驗數據的記錄和結果給出報告的成績。為了更好地考查學生對基礎知識、基本理論的掌握程度，可針對每個實驗設計小測驗，該測驗成績也納入到最后的總成績中。從實驗前到實驗后，全程跟蹤實驗的整個過程，全面且合理衡量學生對基礎知識，實驗技能的掌握情況。

4 結束語

無機化學實驗課程是相關專業(yè)學生培養(yǎng)的基石，無機化學實驗課程改革需持續(xù)推進，不斷完善，推陳出新，與新工科建設目標協(xié)同，與行業(yè)需求匹配，與科學研究發(fā)展同步，從提升學生科研素養(yǎng)、綜合實踐技能、自主學習能力等方面著手，完善并創(chuàng)新無機化學實驗課程體系及教學模式。