《化學綜合實驗》教學實踐對本科生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

葉能勝 郭長彬 左 霞

(首都師范大學化學系, 北京 100048)

為了適應社會發(fā)展對高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才的需求，首都師范大學化學實驗教學中心積極推進實驗教學體系改革，在化學一級學科平臺上獨立設置實驗課程，形成了“一體化、四層次、開放式”符合學生發(fā)展規(guī)律、有利于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的化學實驗教學新體系[1].其中《化學綜合實驗》是實驗教學體系重要組成部分，在學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)和綜合思維能力培養(yǎng)中起著重要作用，國內(nèi)高校相關專業(yè)都在探索此類課程的教學改革[2-3].在我校教學體系中，該課程面向三年級學生開設，既是對化學基礎實驗課程教學效果的檢驗，也是專業(yè)實習和畢業(yè)設計工作的前期訓練.本文結合我?；瘜W實驗教學中心近年來在課程建設中的實踐情況，從教學內(nèi)容、教學實踐和實驗特色等方面對《化學綜合實驗》加以介紹.

1 教學內(nèi)容

《化學綜合實驗》系列課程在我系兩個專業(yè)中根據(jù)專業(yè)特色不同各有側(cè)重，其中面向師范專業(yè)分為《化學綜合實驗-1》和《化學綜合實驗-2》兩門課程；面向應化專業(yè)則是《化學綜合實驗》和《應用化學綜合實驗》.在課程建設過程中，《化學綜合實驗-1》與應用專業(yè)的《化學綜合實驗》合并建設，主要在原來《中級無機化學實驗》《中級有機化學實驗》和《分離富集實驗》等課程教學內(nèi)容中遴選了9個具有代表性實驗，詳見表1；《化學綜合實驗-2》與《應用化學綜合實驗》則是面向全系教師進行征集，以實驗教學項目的形式進行實驗設計教學研究，實驗內(nèi)容多數(shù)是教師們結合自己的研究內(nèi)容，將具有前沿性和綜合性的研究成果轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容，實驗教學內(nèi)容分別見表2及表3.

表1 《化學綜合實驗-1》實驗內(nèi)容

2 教學安排

在我?；瘜W教育專業(yè)培養(yǎng)方案中，《化學綜合實驗-1》和《化學綜合實驗-2》均為專業(yè)必修實踐教學類課程，其中《化學綜合實驗-1》與應化專業(yè)的《化學綜合實驗》共開設9個實驗，每個實驗為6學時，分組教學，每組約為18人，在基礎實驗室完成實驗教學內(nèi)容，每名學生需要完成全部9個實驗，實驗指導教師根據(jù)學生每個實驗完成情況評定成績.《化學綜合實驗-2》共開設21個項目，每個實驗項目所需學時為18學時，分三周完成，選修該課程學生根據(jù)自己的興趣愛好任選其中3個項目完成即可，每個實驗教學過程中根據(jù)選修學生人數(shù)設置每個實驗的開設次數(shù)，同時每組約5～6人，協(xié)同完成實驗內(nèi)容，實驗指導教師根據(jù)每個學生在實驗小組中的表現(xiàn)評定成績；對應于師范專業(yè)的《化學綜合實驗-2》， 應用化學專業(yè)則開設《應用化學綜合實驗》，此課程開設8個不同于《化學綜合實驗-2》的實驗項目，其教學模式與師范專業(yè)相同，實驗項目更貼切應用化學專業(yè).

表2 《化學綜合實驗-2》實驗內(nèi)容

表3 《應用化學綜合實驗》教學內(nèi)容

3 教學特色

從近年來《化學綜合實驗》系列課程教學實踐來看，該課程在人才培養(yǎng)中起到了進一步提升學生實踐能力，特別是綜合運用所學專業(yè)知識解決實際問題的能力[4].綜合來看，課程教學特色主要表現(xiàn)在以下幾個方面.

3.1 實驗內(nèi)容設計新穎，激發(fā)學生實踐興趣

如前所述，《化學綜合實驗》多數(shù)教學內(nèi)容來自院系教師的科研成果，通過教師精心設計轉(zhuǎn)化為適合課堂教學的學生實驗，而且實驗內(nèi)容涉及各個學科多個研究領域，如新型納米材料的制備及其表征、修飾電極的制備及其應用和高靈敏生物傳感器的設計及其應用等[5].在實驗教學實踐中，該課程的教學內(nèi)容是動態(tài)調(diào)整，每學期課程結束后會廣泛征集學生和實驗指導教師的意見，對每個實現(xiàn)項目的實施情況進行評價，并對每個實驗項目進行適當?shù)恼{(diào)整.學生興趣不大或者無人選修的實驗項目將暫停開設，同時遴選其他更好的實驗項目予以補充，新增實驗項目需要經(jīng)院系教學指導委員會審核后方能開設.本課程相關實驗內(nèi)容已經(jīng)在科學出版社出版了《化學綜合實驗》教材[6].

3.2 學生自主選課，凸顯專業(yè)興趣

《化學綜合實驗-2》課程開設多個實驗項目，學生任選其中三個實驗項目完成即可獲得相應的學分.此課程的開設時間為第六學期，很多學生已經(jīng)初步選定了自己畢業(yè)設計乃至考研專業(yè)方向，那么就愿意提前接觸該專業(yè)的前沿內(nèi)容，通過綜合實驗教學，對專業(yè)研究有初步的了解，也能起到進一步鞏固其專業(yè)意愿的作用.實驗教學表明，學生對自己感興趣的實驗內(nèi)容更愿意投入更多的時間和精力，甚至有的實驗小組在實驗課程結束后要求繼續(xù)參與到實驗指導教師的相關項目研究.很多同學在后續(xù)的研究工作中取得較好的成果，多項研究成果發(fā)表在國際權威期刊上[7-12]，以本科生為第一作者發(fā)表的論文在數(shù)量和質(zhì)量上都有明顯的提升.

3.3 教學方式多樣化

《化學綜合實驗-1》在實驗教學中心基礎實驗室完成，中心遴選教學經(jīng)驗豐富的教師作為實驗指導教師；而《化學綜合實驗-2》多在綜合實驗室和科研室完成，而且是由教授領銜組成綜合實驗教學團隊，合理分工協(xié)同完成三周的教學任務.在綜合實驗教學過程中，結合實驗特色，各個教學團隊靈活采用不同的教學方式，如小組討論來確定實驗方案；實驗過程中發(fā)揮學生的自主性，通過文獻調(diào)研來解決實驗中出現(xiàn)的問題；每周由學生匯報實驗數(shù)據(jù)并加以分析；實驗結束后以小組匯報的形式交流實驗收獲和體會.實驗指導教師在實驗過程中全面掌握學生的實驗情況，充分發(fā)揮每個學生的能動性，積極參與到實驗教學中來，鼓勵實驗小組同學協(xié)作完成研究型的綜合實驗.

3.4 全面考核學生成績

《化學綜合實驗》課程成績考核覆蓋整個實驗教學過程：其中《化學綜合實驗-1》評定成績與基礎實驗相似；而《化學綜合實驗-2》則包括多個環(huán)節(jié)：實驗指導教師提前布置文獻檢索和閱讀工作；實驗方案設計過程中指導教師關注學生參與討論的積極性；實驗過程中學生操作的規(guī)范性；數(shù)據(jù)分析及問題討論的合理性以及實驗報告(以研究論文的形式)的科學性.最終實驗教學指導教師團隊會綜合評定學生在實驗過程中的表現(xiàn)，并給出該項目的最終成績.每個學生將會獲得三個對應實驗項目的成績，取平均成績作為該課程的總評成績.

3.5 初現(xiàn)教學成效

從近年來《化學綜合實驗》系列課程教學實踐情況來看，教學成效初步呈現(xiàn).首先，通過該課程的學習，學生們在后續(xù)畢業(yè)設計實踐環(huán)節(jié)能夠很快進入到科學研究的角色，除了在國際期刊上發(fā)表學術論文外，還能夠在有限的時間內(nèi)完成高質(zhì)量的畢業(yè)論文.其次，《化學綜合實驗》系列課程提升了學生對知識的綜合運用能力，特別是對實驗過程中出現(xiàn)的問題能夠合理分析并尋找解決方案，體現(xiàn)在我校學生近年來在各級實驗類競賽中屢獲佳績，如在第四屆和第五屆全國高等師范院校大學生化學實驗邀請賽中獲得一等獎3項、二等獎2項和三等獎1項，位于參賽高校前列.此外，我校學生在近三屆北京市大學生創(chuàng)新實驗設計大賽中獲一等獎6項，二等獎8項和三等獎7項.

4 存在的問題及改進策略

自從《化學綜合實驗》系列課程運行以來，學生創(chuàng)新能力得到鍛煉和提升，但也存在一些有待改進的問題.一是實驗難度的均衡性問題.如前所述，實驗內(nèi)容多為教師科研成果轉(zhuǎn)化而來，其難易程度各不相同，從而導致學生對不同實驗完成情況大相徑庭.針對這一情況，后續(xù)在實驗內(nèi)容設計上要體現(xiàn)出教學層次，根據(jù)學生完成情況決定是否加大后續(xù)實驗難度，在保護學生學術研究成就感的同時提升他們對科研的敬畏之心.二是實驗考核標準的問題.不同學生自主選擇的實驗內(nèi)容不同，實驗教學指導團隊也不一樣，必然導致不同實驗有著不同的考核意見，出現(xiàn)了由于學生選擇實驗項目的不同而最終成績懸殊較大的現(xiàn)象.在后續(xù)課程建設中，化學實驗教學中心將結合前期運行情況和成績評定結果進一步探索建立該課程的考核標準，減少不同實驗項目間成績上的較大差異.