化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)與示范

郭玉鵬+徐家寧

摘 要：以“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”為背景，對(duì)吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院本科多層次培養(yǎng)體系、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)、資源共享、示范輻射等方面的改革和建設(shè)情況進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)體系；人才培養(yǎng)；示范輻射

一、多層次的本科學(xué)生創(chuàng)新培養(yǎng)體系

“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”是教育部為回應(yīng)“錢學(xué)森之問”而出臺(tái)的一項(xiàng)人才培養(yǎng)計(jì)劃，由教育部聯(lián)合中組部、財(cái)政部于2009年啟動(dòng)，目的就是培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才。吉林大學(xué)作為首批入選的學(xué)校進(jìn)行了試點(diǎn)改革?；瘜W(xué)學(xué)院作為培養(yǎng)方向之一，制訂了完整獨(dú)立的培養(yǎng)方案。至此，化學(xué)學(xué)院原有的理科基地班和“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”唐敖慶班，以及材料化學(xué)專業(yè)、高分子材料與工程專業(yè)、化學(xué)工程與工藝專業(yè)、應(yīng)用化學(xué)專業(yè)共同構(gòu)成了吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院多層次的本科學(xué)生創(chuàng)新培養(yǎng)體系，相關(guān)培養(yǎng)方案也在實(shí)踐中不斷完善。因此，構(gòu)建一個(gè)完整的具有基礎(chǔ)性、交叉性、綜合性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)當(dāng)前乃至未來的工作重點(diǎn)。

1998年，吉林大學(xué)化學(xué)系正式成立了吉林大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，歷經(jīng)2000年的合校，2003年化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的整合，以及近年來的“質(zhì)量工程”項(xiàng)目建設(shè)，正式成為國家級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。中心總面積1.14萬平方米，負(fù)責(zé)全校63個(gè)專業(yè)共1.1萬學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，年教學(xué)工作量55萬人學(xué)時(shí)數(shù)。多年來，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革、實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)、實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)等方面積極拓展工作思路，使教學(xué)與實(shí)驗(yàn)條件得到極大改觀。中心通過提高實(shí)驗(yàn)開出率、增加實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、豐富實(shí)驗(yàn)類型等方式，為學(xué)生提供一流的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

2009年，中心的“創(chuàng)新型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)”項(xiàng)目獲省級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目通過整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，建設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，建立新型實(shí)驗(yàn)課成績(jī)考核機(jī)制，鼓勵(lì)科研精英參與指導(dǎo)本科實(shí)驗(yàn)和科技實(shí)踐活動(dòng)等，有效提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體水平。2010年化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)被評(píng)為國家級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)。依托吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)科優(yōu)勢(shì)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)吸引了科研精英承擔(dān)學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)，有效提升教學(xué)質(zhì)量，并帶動(dòng)了青年教師的成長(zhǎng)。2011年開始實(shí)施吉林大學(xué)教育教學(xué)改革重大項(xiàng)目“構(gòu)建化學(xué)專業(yè)本科生科研訓(xùn)練體系和模式”。該項(xiàng)目的實(shí)施，促進(jìn)了本科生科研訓(xùn)練體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)與科研互動(dòng)，建立了適合本科生科研能力培養(yǎng)的創(chuàng)新教育模式。此外，在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面，2009年中心開始實(shí)施“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”項(xiàng)目，2011年實(shí)施“化學(xué)拔尖學(xué)生專業(yè)課程體系設(shè)計(jì)與教學(xué)內(nèi)容整合”項(xiàng)目，4年間完成了在原有化學(xué)專業(yè)本科生科研訓(xùn)練體系和模式下，對(duì)拔尖學(xué)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和整合。2013年中心又有多個(gè)項(xiàng)目獲批吉林大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目，為今后中心的教學(xué)體系建設(shè)提供了有力支持。

二、深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革，構(gòu)建具有特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的建設(shè)緊緊圍繞學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，根據(jù)化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，結(jié)合人才培養(yǎng)目標(biāo)，統(tǒng)籌規(guī)劃實(shí)驗(yàn)課程，在內(nèi)容設(shè)計(jì)方面建立模塊化、分層次、各具特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

目前，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置、內(nèi)容安排上，仍需不斷完善以達(dá)到強(qiáng)化基本技能、培養(yǎng)創(chuàng)新思維、提升綜合運(yùn)用及創(chuàng)新能力的要求。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心已建立“兩階段、三層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，即按基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)兩個(gè)階段開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次設(shè)計(jì)。

2.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)中心根據(jù)學(xué)科前沿、科研成果、企業(yè)難題設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，依托理論課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)性和綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。此外，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類型設(shè)計(jì)方面實(shí)行高于學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱的標(biāo)準(zhǔn)，綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)的比例更高、調(diào)整速度更快。例如，吉林大學(xué)要求從2013年開始綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比例應(yīng)達(dá)到30%，化學(xué)為30%～35%；新增和改造實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不少于5%/兩年，化學(xué)為15%～20%/兩年。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的編排上注意深入淺出，循序漸進(jìn)。增加系列合成實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)更多貼近生活、聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，利于激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。例如2013年中心新開設(shè)的部分設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)如下：

無機(jī)實(shí)驗(yàn)開設(shè)了“廢舊鋅錳干電池的綜合處理與利用”和“二氧化鈦納米顆粒/微球的制備與光催化分解性能實(shí)驗(yàn)”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)以社會(huì)所關(guān)注的污染物治理為切入點(diǎn)，讓學(xué)生掌握相關(guān)化學(xué)知識(shí)與技能，提高社會(huì)責(zé)任意識(shí)。學(xué)生將所學(xué)技能綜合利用，完成相對(duì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)涉及學(xué)生沒有接觸過的多個(gè)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有助于學(xué)生綜合練習(xí)各個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作，提高實(shí)驗(yàn)技能，掌握相關(guān)無機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，初步了解科研的基本步驟。分析實(shí)驗(yàn)開設(shè)了“腌制食品中的亞硝酸鹽含量測(cè)定和數(shù)據(jù)處理”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容貼近食品安全的熱點(diǎn)問題，有助于學(xué)生能正確地掌握更多的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作、知識(shí)和分析方法。有機(jī)實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)了“外消旋α-苯乙胺的制備與拆分”實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生能正確地掌握更多的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理、目的、操作和分析方法。綜合實(shí)驗(yàn)中，開設(shè)了“乳液聚合制備單分散的聚苯乙烯納米微球及其膠體晶體的組裝”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容貼近納米材料制備與構(gòu)筑的熱點(diǎn)問題，涉及學(xué)生沒有接觸過的多個(gè)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有助于學(xué)生正確掌握高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作、基本原理和表征方法。在物理化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)方面，以當(dāng)前能源領(lǐng)域的電容器、鋰離子電池為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建系列電極材料的制備、電容器組裝、充放電性質(zhì)測(cè)試等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

此外，努力做到因材施教，利用少而精的實(shí)驗(yàn)解決部分實(shí)驗(yàn)壓縮課時(shí)帶來的影響，并且利用實(shí)驗(yàn)知識(shí)的交叉和融合，努力將灌輸式的教學(xué)模式向主動(dòng)式和探究式發(fā)展。通過這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的逐步開展與深化，有利于進(jìn)一步完善學(xué)院實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)。實(shí)驗(yàn)新內(nèi)容設(shè)計(jì)以“拔尖人才培養(yǎng)試驗(yàn)班—化學(xué)學(xué)院普通班—全校其他專業(yè)學(xué)生”的模式漸進(jìn)推廣。通過全方位細(xì)化工作，進(jìn)一步完善化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)。

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，堅(jiān)持以“學(xué)生能力培養(yǎng)為宗旨”的原則，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，要求學(xué)生自行查閱相關(guān)文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)具體實(shí)驗(yàn)步驟、優(yōu)化方法、操作儀器、處理數(shù)據(jù)并撰寫報(bào)告，教師僅負(fù)責(zé)原理介紹、技術(shù)答疑、方案審核和操作監(jiān)督。通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，有利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，培養(yǎng)良好的科學(xué)作風(fēng)、創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作精神，為學(xué)生日后的科研與工作打下良好的基礎(chǔ)。

3.實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)

目前中心有完整的教材體系。其中《基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》（上、中、下）于2006年由高等教育出版社作為“十五”國家級(jí)規(guī)劃教材出版，現(xiàn)已評(píng)為國家“十二五”規(guī)劃教材，目前中心正組織精干的教材編寫隊(duì)伍進(jìn)行編寫，將綜合型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編入新教材，計(jì)劃于2014年出版。同時(shí)，“十五”國家級(jí)規(guī)劃教材《綜合和設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》的修訂工作與《基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》修訂工作正同時(shí)進(jìn)行?！痘A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》、《綜合和設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》和《新大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》自出版以來，發(fā)行總數(shù)近6萬余冊(cè)，為國內(nèi)許多院校采用。教材應(yīng)用范圍廣，教材建設(shè)影響大。中心將借助“十二五”規(guī)劃教材建設(shè)的契機(jī)，進(jìn)一步豐富、錘煉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

三、發(fā)揮示范輻射作用，引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

中心在精品課程建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室開放、社會(huì)化服務(wù)以及會(huì)議、培訓(xùn)與經(jīng)驗(yàn)交流等方面不斷強(qiáng)化，取得了系列成果，充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的示范輻射作用。

1.網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)

中心網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下學(xué)習(xí)模式的研究始于2011年吉林大學(xué)教育教學(xué)改革重大項(xiàng)目“網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下儀器分析實(shí)驗(yàn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)模式的設(shè)計(jì)研究”。首先以化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心網(wǎng)站和學(xué)生網(wǎng)上選課系統(tǒng)為基礎(chǔ)，利用豐富的網(wǎng)上輔導(dǎo)資源、完善的選課系統(tǒng)，探索學(xué)生心理特征及自主學(xué)習(xí)能力的發(fā)展規(guī)律，并根據(jù)具體情況調(diào)整和完善學(xué)生自主學(xué)習(xí)的模式和過程?，F(xiàn)已經(jīng)逐步推廣到其他基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中。

依托信息技術(shù)的發(fā)展，可以有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，其方法是通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)—示范觀摩—具體操作?！盎瘜W(xué)基礎(chǔ)和綜合實(shí)驗(yàn)”已經(jīng)成為第三批國家級(jí)精品資源共享課立項(xiàng)項(xiàng)目，在2014年繼續(xù)建設(shè)。持續(xù)更新和完善課程教學(xué)資源，充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行課程資源建設(shè)和教學(xué)方法及教學(xué)手段改革。課程資源系統(tǒng)做到內(nèi)容完整、豐富多樣、特色鮮明、實(shí)用性強(qiáng)、適合網(wǎng)絡(luò)公開傳播共享。學(xué)生完全可以通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和操作方法進(jìn)行初步的預(yù)習(xí)，進(jìn)而在具體實(shí)驗(yàn)操作過程中，強(qiáng)化基本操作技能，加深實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)以及創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

2.實(shí)驗(yàn)室開放制度

為提高實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備的利用率，充分挖掘?qū)嶒?yàn)室資源，更好地為教學(xué)、科研和社會(huì)服務(wù)，中心在保證正常教學(xué)工作的前提下，部分實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開放。以多種方式吸引學(xué)生利用課余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在實(shí)施素質(zhì)教育以及高新技術(shù)開發(fā)和科技成果轉(zhuǎn)化中的重要作用，推動(dòng)學(xué)生素質(zhì)教育的深入開展。例如：以化學(xué)基地為依托，一方面教師提出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，另一方面是學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，經(jīng)審批通過后可以在開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行獨(dú)立實(shí)驗(yàn)工作。此外，學(xué)院也鼓勵(lì)學(xué)生利用校內(nèi)的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和各科研課題組的實(shí)驗(yàn)資源，完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過各種實(shí)踐平臺(tái)，為學(xué)生的個(gè)性發(fā)展創(chuàng)造條件，讓學(xué)生充分發(fā)揮聰明才智。

目前，中心不斷加大實(shí)驗(yàn)室校內(nèi)外開放力度，向非化學(xué)類學(xué)生開放。同時(shí)將實(shí)驗(yàn)室向高中學(xué)生開放，普及化學(xué)知識(shí)，并且積極參與中國化學(xué)會(huì)組織的活動(dòng)。

總之，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。從基本操作技能的練習(xí)開始，讓學(xué)生初步具備從事科研的基本能力；再通過綜合實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生逐步參與科學(xué)研究，分層次培養(yǎng)學(xué)生的能力。在課程安排上，依據(jù)前導(dǎo)課程與后續(xù)實(shí)驗(yàn)先后銜接的邏輯關(guān)系，合理調(diào)整理論課和實(shí)驗(yàn)課的橫向關(guān)系和縱向次序。實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要環(huán)節(jié)，要充分利用學(xué)科的優(yōu)勢(shì)，鞏固現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)成果，進(jìn)一步提高師資隊(duì)伍規(guī)模和水平，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和管理水平，更好地為基礎(chǔ)學(xué)科人才培養(yǎng)服務(wù)。

[吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院宋志光副教授、魏士剛高級(jí)工程師為本文的撰寫做了大量工作，在此向他們致謝]

[責(zé)任編輯：余大品]