工科“多體系、三層次”基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索

郎愛花，閻果蘭，靳利娥，謝鮮梅，常 瑜

(太原理工大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山西 太原 030024)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)合格人才的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是使學(xué)生理解和鞏固理論知識(shí)，培養(yǎng)其在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，和提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑[1-3]。我們針對(duì)工科院?；A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，進(jìn)行了教學(xué)模式的改革[4-5]，逐步形成了以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)為主的、與基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和開放性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的“多體系、三層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

一、工科基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)“多體系、三層次”教學(xué)模式的構(gòu)建

隨著我校學(xué)生人數(shù)的增加，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的不斷擴(kuò)大，精密儀器數(shù)量的增加，如何合理利用好這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量是擺在我們面前的主要任務(wù)。從我們長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可知：學(xué)生大多對(duì)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)感興趣，也感到新鮮，能認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)的重要性。針對(duì)目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，為了發(fā)揮學(xué)生的主體作用，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生多動(dòng)手、多觀察、多思考，加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。

我校開設(shè)基礎(chǔ)化學(xué)課程的有十六個(gè)專業(yè)，我們依據(jù)工科院校的專業(yè)性質(zhì)、教學(xué)任務(wù)進(jìn)行了分類，并建立了多個(gè)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。第一是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；第二是化工類專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；第三是與化學(xué)密切相關(guān)的材料物理、材料化學(xué)等專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；第四是與化學(xué)聯(lián)系較少的其他非化工專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；第五是針對(duì)高年級(jí)學(xué)有余力的優(yōu)秀生及研究生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。實(shí)行“基礎(chǔ)技術(shù)實(shí)驗(yàn)”與“綜合性實(shí)驗(yàn)”、“開放性實(shí)驗(yàn)”結(jié)合的“三層次”實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?如圖1)，在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理、觀察能力、分析能力、表達(dá)能力的全面訓(xùn)練，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，讓他們自行擬定和設(shè)計(jì)方案，獨(dú)立解決問(wèn)題，為學(xué)生提供良好的多渠道的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和訓(xùn)練創(chuàng)造性的思維空間，強(qiáng)化學(xué)生的參與意識(shí)。在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐、研究、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)學(xué)校制定的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)等方面有著其他教學(xué)環(huán)節(jié)所不可替代的獨(dú)特作用。

圖1 “多體系、三層次”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

二、工科基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)內(nèi)容的完善

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課有無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、普通化學(xué)、生物化學(xué)等，以往在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課中，實(shí)驗(yàn)教師是傳授知識(shí)和技能的主體，實(shí)驗(yàn)課題的選擇，實(shí)驗(yàn)步驟的制定和儀器設(shè)備的組織準(zhǔn)備等均由實(shí)驗(yàn)教師來(lái)完成。在原有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中，有許多是中學(xué)就學(xué)過(guò)的，在課程內(nèi)容壓縮，課時(shí)減少的情況下，不允許單獨(dú)開設(shè)這些內(nèi)容，我們針對(duì)這種情況，重新調(diào)整課程內(nèi)容，合并和減少一些不必要的實(shí)驗(yàn)，比如天平的使用可以和其他的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合在一起，普通蒸餾實(shí)驗(yàn)和其他有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)結(jié)合，葉綠素的提取和生物化學(xué)紫外分光光度計(jì)的使用結(jié)合，老師上課時(shí)先和學(xué)生一起回顧相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和操作步驟，并強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)。這樣既對(duì)學(xué)生以前學(xué)過(guò)的內(nèi)容進(jìn)行了復(fù)習(xí)也提高了教學(xué)效率。除此之外，我們還精煉了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，突出重點(diǎn)。各門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課一般占8～20 學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)數(shù)較少，于是我們將各專業(yè)后續(xù)課程內(nèi)容做相應(yīng)調(diào)整，以便基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課更好地與專業(yè)課相聯(lián)系。例如對(duì)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)氧化還原滴定——重鉻酸鉀法測(cè)；對(duì)生物工程專業(yè)的學(xué)生的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)碘量法測(cè)葡萄糖含量等?？紤]工科院校的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇還應(yīng)和生產(chǎn)實(shí)踐相聯(lián)系，以有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，用制酒工業(yè)中的雜醇油代替試劑級(jí)酒精進(jìn)行蒸餾、分餾及乙醇沸點(diǎn)的測(cè)定，收集甲醇、乙醇、異戊醇。在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中將蛋白質(zhì)的純化手段與酶的提純相結(jié)合，這樣既完成了教學(xué)任務(wù)，又培養(yǎng)了學(xué)生解決問(wèn)題的能力。具體模式如圖2。

圖2基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

三、工科基礎(chǔ)化學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)整

我們?cè)谕瓿苫緦?shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容后，對(duì)其他實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，減少驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)性、綜合性、研究性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上打破了課程界線和授課順序的限制，提升實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的先進(jìn)性。綜合性實(shí)驗(yàn)過(guò)程比較復(fù)雜，綜合應(yīng)用多門課程理論知識(shí)和多種實(shí)驗(yàn)操作技能，可以根據(jù)專業(yè)的不同，側(cè)重面不同，分年級(jí)、分專業(yè)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，使他們養(yǎng)成良好的科學(xué)態(tài)度。開出的綜合性實(shí)驗(yàn)有：無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“元素分析實(shí)驗(yàn)”，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“分子篩及多孔材料的吸附性質(zhì)研究”，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“環(huán)己烯的制備、結(jié)構(gòu)鑒定、成分分析、性質(zhì)及燃燒熱的測(cè)定測(cè)試”，生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的“紫外分光光度計(jì)法測(cè)定菜花中的核酸”。開放性實(shí)驗(yàn)中的納米粒子的制備及其粒徑分布測(cè)定，聚堿式氯化鋁的制備及水的凈化處理，差熱分析法測(cè)定分解反應(yīng)溫度、反應(yīng)焓、反應(yīng)級(jí)數(shù)和活化能等。整體提高了實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。實(shí)驗(yàn)中以學(xué)生為主體，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、主動(dòng)性。學(xué)生主動(dòng)去查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)合成步驟，學(xué)會(huì)使用儀器，收到較好的實(shí)驗(yàn)效果。通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)可以使實(shí)驗(yàn)室儀器共享，提升實(shí)驗(yàn)效率。具體模式如圖3。

圖3綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

四、工科基礎(chǔ)化學(xué)開放性實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐

為提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綜合素質(zhì)，解決學(xué)生感興趣的實(shí)際問(wèn)題，幫助和鼓勵(lì)學(xué)生參加科研活動(dòng)，擴(kuò)大學(xué)生發(fā)展空間和發(fā)展機(jī)會(huì)，我們?cè)O(shè)立了開放實(shí)驗(yàn)。開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)把學(xué)生推到實(shí)驗(yàn)的主體位置，培養(yǎng)了學(xué)生的自覺(jué)性、主動(dòng)性和積極向上的探索精神，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)，可以對(duì)學(xué)生因材施教。同時(shí)，我們將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與教師科研有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，進(jìn)行助研活動(dòng)。我們還指導(dǎo)二、三年級(jí)學(xué)生申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新性項(xiàng)目，由學(xué)生親自選定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，選擇儀器設(shè)備，制定實(shí)驗(yàn)步驟，處理和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師解答實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題。學(xué)生也可以和研究生一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，成為研究生的有力助手。我們通過(guò)“實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研結(jié)合”的開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式教學(xué)，取得了多項(xiàng)成果。我院2009年有十項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目得到學(xué)校資助，其中有六項(xiàng)上報(bào)國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。從2003級(jí)到2005級(jí)推研和考研學(xué)生的質(zhì)量看，普遍感到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力有所提高。一些本科生也發(fā)表了高質(zhì)量的科研論文。近幾年學(xué)生獲得山西省大學(xué)生創(chuàng)新“興晉杯”一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)和優(yōu)秀獎(jiǎng)數(shù)項(xiàng)。具體模式如圖4。

圖4開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

五、結(jié)束語(yǔ)

總之，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革正在向縱深方向發(fā)展，它將促進(jìn)化學(xué)人才培養(yǎng)基地的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的進(jìn)程。經(jīng)過(guò)我們不懈的努力，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心在2008年榮獲山西省實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的稱號(hào)，同時(shí)也正在申報(bào)國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范基地。開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，為新時(shí)期“創(chuàng)新型、研究型”人才的培養(yǎng)提供了有力的手段。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)得到加強(qiáng)，動(dòng)手能力得到提高，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力得到訓(xùn)練，整體素質(zhì)得以提高。相信通過(guò)不斷的改革和創(chuàng)新，我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)將會(huì)更好地為人才培養(yǎng)服務(wù)，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室將成為高水平的培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基地。

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