基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)課程體系優(yōu)化*

付穎 葉非

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院 黑龍江哈爾濱150030)

高等農(nóng)業(yè)院校中的基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)課程是基礎(chǔ)化學(xué)課程體系的重要組成部分，開設(shè)目的是加深學(xué)生對(duì)于所學(xué)化學(xué)知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力及研究能力，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

1 基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)課程體系中存在的問題

目前東北農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)課程主要包括:大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)、儀器分析實(shí)驗(yàn)等。由于學(xué)科分支的關(guān)系，在內(nèi)容上存在不同程度的重復(fù)、脫節(jié)以及系統(tǒng)性差等問題。在教學(xué)內(nèi)容上，基本操作訓(xùn)練、化學(xué)物理量測(cè)定及驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比重大，而綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)比重小，這樣雖然可以強(qiáng)化對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本技能的培養(yǎng)，但對(duì)于學(xué)生邏輯思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都略顯不足。這些問題的存在削弱了化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一門學(xué)科的整體效應(yīng)，而且也不符合知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代對(duì)創(chuàng)新人才的要求。

2 基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)課程體系的優(yōu)化

我們針對(duì)目前基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)課程中的問題，對(duì)6門基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行整合，確定了以基本能力訓(xùn)練為基礎(chǔ)、以綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心、以開放實(shí)驗(yàn)為拓展的目標(biāo)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和體系，將現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融于實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，建立了基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)和電子課件資源，構(gòu)建了“一體化、多層次，開放式”的基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)新體系和立體化教學(xué)模式。

2.1 模塊式教學(xué)模式

基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)(包括大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)、儀器分析實(shí)驗(yàn))是面向全校開設(shè)的化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程?；A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容改革以“加強(qiáng)基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、突出創(chuàng)新、重視應(yīng)用”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念為指導(dǎo)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的自身規(guī)律，構(gòu)建了基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)“三模塊”(公共模塊、技術(shù)應(yīng)用模塊、拓展開放模塊)體系。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置充分考慮不同專業(yè)的差異，力求體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)在不同學(xué)科或不同專業(yè)中的具體應(yīng)用;同時(shí)還優(yōu)化整合了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量。模塊化課程中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按照是否達(dá)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和篩選;并根據(jù)前期教學(xué)改革效果，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了補(bǔ)充，強(qiáng)化了基本操作，更加注重對(duì)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能及綜合能力的培養(yǎng)。我們所做的主要工作有:(1)增加了基本操作訓(xùn)練難度;(2)將單一的基本操作訓(xùn)練更改為訓(xùn)練內(nèi)容與小綜合實(shí)驗(yàn)相結(jié)合;(3)刪除了與后續(xù)實(shí)驗(yàn)重復(fù)的內(nèi)容。在新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中，注重將單一化合物的合成實(shí)驗(yàn)更新為綜合性的多步合成實(shí)驗(yàn)，涵蓋了有機(jī)化學(xué)的基本操作;將單一驗(yàn)證性的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)及部分單一的基本操作技能訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)更新為包含多個(gè)基本操作技能訓(xùn)練的綜合性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。例如，在乙酸丁酯的制備實(shí)驗(yàn)中，綜合了回流分水、蒸餾、萃取、干燥等多個(gè)有機(jī)化學(xué)基本操作實(shí)驗(yàn);在煙堿的提取實(shí)驗(yàn)中，除了訓(xùn)練水蒸氣蒸餾這個(gè)基本操作外，還加入了煙堿熔點(diǎn)測(cè)定，煙堿性質(zhì)及主要官能團(tuán)驗(yàn)證等內(nèi)容，刪除了以往單純?yōu)榱藢W(xué)習(xí)熔點(diǎn)方法的實(shí)驗(yàn);又如硫酸亞鐵銨的合成實(shí)驗(yàn)原來為單一的制備實(shí)驗(yàn)，整合后，在(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O制備實(shí)驗(yàn)后安排了氧化還原法測(cè)定(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O中鐵含量及分光光度法測(cè)定鐵含量。通過這樣的整合，增加了實(shí)驗(yàn)的綜合性、延續(xù)性及實(shí)踐性，可使學(xué)生學(xué)會(huì)用不同的方法測(cè)定鐵含量。

(1)公共模塊:面向全校近化學(xué)類專業(yè)本科生開設(shè)。開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課為“大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”和“基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”。年受益學(xué)生在5000人次以上。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、基本技能訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)及綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，目的是循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能。

(2)技術(shù)應(yīng)用模塊:面向我校與化學(xué)學(xué)科密切相關(guān)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)，包括“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)”和“儀器分析實(shí)驗(yàn)”。根據(jù)各專業(yè)對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)要求的程度不同，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與專業(yè)方向相結(jié)合，突顯化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)在不同學(xué)科專業(yè)中的具體應(yīng)用，便于學(xué)生后繼課程的學(xué)習(xí)。例如，儀器分析實(shí)驗(yàn)課程只對(duì)環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、生物工程、糧食、制藥、應(yīng)用化學(xué)等20個(gè)專業(yè)開設(shè)。按照各專業(yè)對(duì)儀器分析課程內(nèi)容的不同要求，我們分別開設(shè)了20、32、56學(xué)時(shí)的儀器分析實(shí)驗(yàn)課程。對(duì)于同種儀器的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合各專業(yè)特點(diǎn)開設(shè)不同的實(shí)驗(yàn)。例如，同樣是紫外分光光度計(jì)的使用，對(duì)于生物工程及環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生，我們開設(shè)“紫外分光光度法測(cè)定水中苯酚含量”;而對(duì)于食品專業(yè)的學(xué)生，則開設(shè)“用雙波長(zhǎng)法同時(shí)測(cè)定維生素C和維生素E的含量”。又如原子吸收實(shí)驗(yàn)，對(duì)于動(dòng)物科學(xué)專業(yè)，因硫酸銅是水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的藥物之一，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)為“用原子吸收法測(cè)定水中的銅”;而對(duì)環(huán)境科學(xué)和食品科學(xué)專業(yè)則開設(shè)的實(shí)驗(yàn)為“不同水質(zhì)中鎂含量的測(cè)定”。

(3)拓展開放模塊:面向全校開設(shè)的開放實(shí)驗(yàn)及大學(xué)生創(chuàng)新課題。根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)，為學(xué)生開設(shè)與生產(chǎn)實(shí)踐密切聯(lián)系的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。如為食品學(xué)院開設(shè)“大豆皂苷提取的純化”，“稠李子色素提取及穩(wěn)定性”;為資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院開設(shè)“不同來源生活用水幾種指標(biāo)的檢測(cè)”;為農(nóng)學(xué)院開設(shè)“除草劑安全劑的生物活性測(cè)定”，“解草酮系列安全劑的生物活性研究”等。

2.2 基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)

目前，大學(xué)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、實(shí)驗(yàn)化學(xué)3門基礎(chǔ)課程被評(píng)為黑龍江省精品課程;儀器分析、物理化學(xué)、分析化學(xué)課程被評(píng)為東北農(nóng)業(yè)大學(xué)校級(jí)精品課程。這些課程在探索人才培養(yǎng)新模式、深化教學(xué)改革等方面已取得了一些經(jīng)驗(yàn)。為了將現(xiàn)有的成果與資源加以整合，實(shí)現(xiàn)有效共享，發(fā)揮更大作用，我們建設(shè)了基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。建設(shè)基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)一方面可更新教學(xué)手段，改革教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量;另一方面可提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)效果，拓寬學(xué)生的視野，使學(xué)生在良好的學(xué)習(xí)環(huán)境中完成化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了兩套基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)行了基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)課程數(shù)字化資源的建設(shè)(http://lxy.neau.edu.cn/syhx/index.htm)?；A(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)集指導(dǎo)系統(tǒng)、預(yù)習(xí)系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)、答疑系統(tǒng)于一體，交互性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)?；谠撈脚_(tái)構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)多媒體教學(xué)資源中心和化學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真模擬室可使學(xué)生從網(wǎng)上感受虛擬實(shí)驗(yàn)的效果。學(xué)生可以在該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)通過鼠標(biāo)與可視化實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行交互，完成虛擬實(shí)驗(yàn)，達(dá)到預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)的目的?；?dòng)虛擬實(shí)驗(yàn)室不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能提高學(xué)生的動(dòng)手能力。如:實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師能明顯感到學(xué)生安裝實(shí)驗(yàn)裝置的速度快了，實(shí)驗(yàn)基本操作方面的問題少了，動(dòng)手能力增強(qiáng)了。基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的開發(fā)打破了時(shí)間和空間的限制，突破了以往只能在課堂單調(diào)聽講學(xué)習(xí)的束縛;留言板、論壇等形式使學(xué)生與教師的溝通更及時(shí)、自然;在線考試、在線答疑、實(shí)驗(yàn)?zāi)M、報(bào)告上傳系統(tǒng)有效地實(shí)現(xiàn)了資源共享，達(dá)到了助學(xué)、助教、考試自測(cè)的目的［1］。

2.3 綠色實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)

以綠色化學(xué)的原則為指導(dǎo)，結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)自身的特點(diǎn)，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段，更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化進(jìn)程［2］。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，其經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益和教學(xué)效果顯著。在保證學(xué)生掌握實(shí)踐理論知識(shí)、提高動(dòng)手操作能力的前提下，我們盡可能地選擇無毒無害實(shí)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)有的一些合成實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。如將污染較大的鄰硝基苯酚制備及分離實(shí)驗(yàn)改為從煙草中提取煙堿的實(shí)驗(yàn);通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)次序，將上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物作為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物，構(gòu)成一個(gè)實(shí)驗(yàn)序列，由此達(dá)到循環(huán)使用和重新利用的目的;開展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，將常量滴定分析改為半微量滴定分析;將現(xiàn)代儀器引入基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)等?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化新體系的建立和完善，有利于學(xué)生建立綠色化學(xué)的觀念和環(huán)保意識(shí)，為將來自覺地遵循綠色化學(xué)的理念打下較為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化使得實(shí)驗(yàn)更新率達(dá)到15%。

2.4 開放性綜合實(shí)驗(yàn)的開設(shè)

開放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式是以學(xué)生獨(dú)立操作為核心，教師指導(dǎo)為輔助，將教學(xué)重點(diǎn)放在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和方法上［3］。學(xué)生通過開放實(shí)驗(yàn)，將學(xué)過的書本知識(shí)、研究方法和實(shí)驗(yàn)技巧等融會(huì)貫通，舉一反三，靈活應(yīng)用，能在較短的時(shí)間內(nèi)取得較大的收獲。學(xué)生通過開放式實(shí)驗(yàn)參與科學(xué)研究，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時(shí)也能使學(xué)生得到科研訓(xùn)練，為學(xué)生的素質(zhì)教育開辟了一條有效途徑。通過開放實(shí)驗(yàn)，在使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中了解科學(xué)研究的前沿進(jìn)展，領(lǐng)悟科學(xué)探索和研究的方法，提高綜合實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的同時(shí)，也進(jìn)一步提高了教學(xué)質(zhì)量［4］。近年來，我們面向全校學(xué)生開設(shè)的開放實(shí)驗(yàn)有:不同來源生活用水幾種指標(biāo)的檢測(cè)，雙水相法萃取食用色素的研究，苦參堿的提取及分析，除草劑安全劑MON13900的安全作用機(jī)理研究，沙棘多糖的制備，南瓜中生物堿提取及純化研究等，共45項(xiàng)。例如環(huán)境分析專業(yè)的學(xué)生可以通過選擇土壤中除草劑殘留的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)對(duì)于現(xiàn)代化學(xué)儀器分析技術(shù)的掌握;食品科學(xué)專業(yè)的學(xué)生可以選擇食品中番茄紅素的制備、沙棘多糖的制備、南瓜中生物堿提取及純化等實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行天然產(chǎn)物的制備探索。應(yīng)化專業(yè)的幾名學(xué)生通過參加除草劑安全劑MON13900的安全作用機(jī)理研究這個(gè)開放實(shí)驗(yàn)，對(duì)除草劑安全劑這個(gè)研究方向產(chǎn)生了興趣，在完成開放實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，申請(qǐng)了“苯并噁嗪類除草劑安全劑的合成”大學(xué)生創(chuàng)新課題的研究工作，自主合成出新的化合物，并進(jìn)行了生物活性測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果已公開發(fā)表［5］。

近年來，我院應(yīng)用化學(xué)系面向全校開設(shè)了45項(xiàng)開發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，進(jìn)行了32項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新課題研究，發(fā)表了相關(guān)教學(xué)改革論文2篇;學(xué)生通過開放實(shí)驗(yàn)，發(fā)表了科研論文11篇，其中2篇論文被SCI收錄，2篇論文被EI收錄。

3 基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的推廣應(yīng)用效果

經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，我?；A(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革取得了豐碩成果，獲得了2011年黑龍江省教學(xué)成果一等獎(jiǎng)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果良好，本校受益學(xué)生達(dá)6000人次/年以上。課題組編著的《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》、《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》和《儀器分析實(shí)驗(yàn)》教材在國(guó)內(nèi)農(nóng)林院校廣泛使用，受到高等農(nóng)業(yè)院校師生的好評(píng)。我校設(shè)計(jì)開發(fā)的實(shí)驗(yàn)化學(xué)多媒體課件及基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)被南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等多所院校使用，并輻射到國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)院校。課題組自主研發(fā)的《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)多媒體課件》在高等教育出版社出版;“實(shí)驗(yàn)化學(xué)網(wǎng)絡(luò)課件”獲黑龍江省多媒體教學(xué)課件一等獎(jiǎng);“大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課件”獲黑龍江省教學(xué)課件二等獎(jiǎng);“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)多媒體教學(xué)輔助軟件”獲第7屆全國(guó)多媒體課件大賽高教理科組三等獎(jiǎng);“有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)——單元操作多媒體課件”獲第6屆全國(guó)多媒體課件大賽高教理科組二等獎(jiǎng)。

4 結(jié)束語

多年的教學(xué)實(shí)踐表明，通過對(duì)基礎(chǔ)化學(xué)系列實(shí)驗(yàn)課程體系的優(yōu)化與網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，大幅度提高了本校本科化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，學(xué)生的知識(shí)面得以擴(kuò)展，解決問題的能力得到提高，學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和動(dòng)手能力得到加強(qiáng)。

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［2］歐陽玉祝，陳小東，彭曉春，等.化工高等教育，2010(2):64

［3］倪春林，周家容，羅志剛，等.理工高教研究，2010，29(1):108

［4］付穎，葉非，徐雅琴.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27(3):79

［5］邵明雪，付穎，葉非.農(nóng)藥科學(xué)與管理，2011，32(6):22