基礎化學開放實驗室建設中“同質(zhì)異形”教學法運用探索

【摘 要】基礎化學實驗涵蓋常見化學實驗基本操作技術(shù)，是化學相關(guān)學科發(fā)展的堅實物質(zhì)基礎。河南大學基礎化學實驗分中心承擔學校七個學院二十多個專業(yè)基礎化學實驗教學任務，在開放實驗室進一步優(yōu)化建設中，探索運用“同質(zhì)異形”教學法，強化基本實驗操作技能訓練，強調(diào)結(jié)合不同學科專業(yè)實際創(chuàng)新應用。

【關(guān)鍵詞】開放實驗室；“同質(zhì)化”訓練；“異形化”應用

中圖分類號： G642.0 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0130-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.057

高等教育是一個國家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦酥?。從?guī)模擴張轉(zhuǎn)向注重質(zhì)量提升和效益增長，走內(nèi)涵式發(fā)展道路是我國高等教育發(fā)展的必由之路。近年來，教育部、財政部在“本科教學工程”中特別要求：在大學生實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等薄弱環(huán)節(jié)，建設開放共享的大學生實驗、實踐教學平臺，培養(yǎng)適應社會發(fā)展需要的應用型、研究型和創(chuàng)新型人才[1]。實驗課程是高校實踐育人的重要形式，高校實驗室在高校教學科研、培訓培養(yǎng)環(huán)節(jié)居于重要地位；“開放、共享、協(xié)作、互動”的開放實驗室建設成為高校實踐教學體系改革研究焦點內(nèi)容[1-6]。國內(nèi)很多高校進行開放實驗室建設探索和嘗試，針對建設過程出現(xiàn)的問題，認為制度建設完善、團隊培育提升、場地儀器保障、經(jīng)費籌措使用、獎懲考核激勵是開放實驗室建設、運行機制有效關(guān)鍵組成[7-11]。隨著開放實驗室建設深入，有些高校將實驗創(chuàng)新項目、大學生科研訓練計劃有機結(jié)合[12-15]；借鑒國外開放實驗室建設經(jīng)驗，在開放實驗室管理中引入導師制[3-17]；開發(fā)利用信息技術(shù)，提升開放實驗室運行管理水平[17-20]。

大學基礎化學實驗一般基于傳統(tǒng)無機、有機、分析、物化實驗整合優(yōu)化，是化學、化工、材料、生物科學、醫(yī)藥食品、環(huán)境科學等專業(yè)的基礎必修課程；開設對象主要面向一、二年級學生；注重學生實驗基本技能和基本方法培養(yǎng)?；A化學實驗教學存在的主要問題：生師比高、學生動手能力和自主創(chuàng)新意識薄弱、教學管理機構(gòu)重視程度不夠、實驗內(nèi)容“經(jīng)典”但是陳舊等[21-24]。以“教師引導、學生為本”為主要教學理念的開放實驗，可以為學生提供更為廣闊的自由空間，使學生主動探究、自主創(chuàng)新等綜合能力得到更為良好鍛煉[1-22]。河南大學基礎化學實驗室在學校整合本科課程、縮減理論課堂教學和試驗計劃教學課時以還學生學習自主權(quán)及主動權(quán)的大環(huán)境中，通過開放實驗室建設，激發(fā)學生試驗實踐和科研興趣，促進學生個性發(fā)展和創(chuàng)新能力培養(yǎng)；在基礎化學開放實驗室進一步建設優(yōu)化中，結(jié)合教學服務對象實際和專業(yè)大類特點，探索形成“同質(zhì)異形”教學法，具有明顯的教學實踐正向效果。

1 基礎化學開放實驗室建設現(xiàn)狀

河南大學基礎化學試驗分中心于2006年8月由原化學化工學院、醫(yī)學院、藥學院等基礎化學實驗室合并組建，承擔七個學院二十多個專業(yè)的基礎化學實驗教學任務。2007，承擔校級教改項目：《分析化學開放性實驗的實施》，2009，承擔校級教改項目：《基礎化學開放性實驗平臺建設》。通過項目開展，完善開放實驗室管理規(guī)章制度；依據(jù)基礎化學試驗教學大綱、結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標整合優(yōu)化試驗項目和開發(fā)試驗教材；逐步實現(xiàn)實驗時間、實驗內(nèi)容、實驗對象三大開放功能，提高場地和儀器設備利用率，促進教學科研質(zhì)量水平提升；在開放實驗室內(nèi)部，舉辦實驗創(chuàng)新競賽，釋放學生創(chuàng)新熱情，錘煉學生創(chuàng)新能力，參與學生在校級和省級大學生“挑戰(zhàn)杯”大賽中取得優(yōu)異成績；進行“個性化服務的高校實驗室開放模式的構(gòu)建”研究實施，對實驗項目進行“多層次、多樣化、遞進式”劃分，采用不同開放模式，優(yōu)化完善開放實驗室建設[25-26]。

2 “同質(zhì)異形”教學法運用探索

2.1 “同質(zhì)”-實驗基本操作技能和方法相同、培養(yǎng)目標相通

基礎化學實驗主要是一級教育實驗即基本操作和基本技能訓練實驗，涵蓋儀器的洗滌干燥、藥品的取用、加熱方法、攪拌、過濾、蒸發(fā)、蒸餾分餾、結(jié)晶重結(jié)晶、基本度量儀器使用、沉淀、萃取、滴定分析、溶液配制等常見和基礎的化學實驗操作技術(shù)；廣泛應用于化學、化工與制藥、醫(yī)學、生物科學、環(huán)境科學等專業(yè)大類科學研究和生產(chǎn)實踐，典型如電子天平使用和試劑配制。

學生通過基礎化學實驗，掌握基本操作技能和試驗技術(shù)，養(yǎng)成嚴謹求實的科學態(tài)度，樹立開拓創(chuàng)新意識；提升文獻調(diào)研、方案設計、現(xiàn)象觀察、數(shù)據(jù)測量、分析判斷、文字表達等綜合科學素質(zhì)。學生內(nèi)化形成的基本實驗操作能力、良好的實驗習慣和意志品質(zhì)，既是不同相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)目標的相通部分，也能有效遷移到專業(yè)課程實驗實踐中，為專業(yè)課程的學習發(fā)展提供堅實的物質(zhì)基礎。

2.2 “異形”-專業(yè)不同，實驗內(nèi)容側(cè)重點和運用形式不完全相同

不同的學科、專業(yè)各有自身特點，內(nèi)容研究著眼點、層次范圍也有差異，決定相同的實驗操作技術(shù)在不同專業(yè)運用形式有一定差異、實驗內(nèi)容側(cè)重點也不一定完全相同。如溶液的配制，基本操作技術(shù)主要有固體藥品稱量、液體藥品量取、溶液體積定容；化學專業(yè)常配制使用準確物質(zhì)的量濃度（mol/L）溶液試劑，藥物分析專業(yè)常配制使用比例濃度（1：X）和質(zhì)量濃度（g/L）溶液試劑。又如pH值的測定，基本操作技術(shù)為試紙和pH計使用，化學專業(yè)側(cè)重于驗證理論知識（如醋酸電離度和電離常數(shù)測定），醫(yī)學專業(yè)側(cè)重于健康診斷和治療基準意義（如尿液、胃液、血液pH值測定），制藥、食品專業(yè)側(cè)重于通過pH值測定控制酶促反應進程和產(chǎn)品儲存條件（如抗生素維生素的生產(chǎn)和儲存、啤酒的釀造和儲存）。

2.3 “同質(zhì)異形”教學法實施過程探索

（1）準備工作。挑選綜合素質(zhì)相對較高學生作為開放實驗室“種子”學員和學習小組負責人，組建班級學習小組qq/微信群。借助基礎化學開放性實驗平臺，實驗指導教師預先發(fā)布實驗室現(xiàn)有藥品及儀器目錄，具體實驗任務、實驗基本操作分解步驟、相關(guān)操作小視頻、所用實驗儀器使用規(guī)范，要求以小組為單位完成實驗預習報告。

（2）“同質(zhì)化”訓練?！巴|(zhì)化”訓練是“異形化”應用練習的基礎，主要利用實驗課時集中訓練。實驗教學過程中，指導教師嚴格要求、認真觀察、耐心指導示范，因材施教，勉勵操作不夠熟練的學生利用實驗室開放時間單獨練習，保證每一位學生熟練規(guī)范掌握相關(guān)實驗基本操作技能。

（3）“異形化”應用練習。學習小組根據(jù)所學專業(yè)特點和興趣關(guān)注點，自主查閱文獻資料，依托實驗室現(xiàn)有藥品儀器和“同質(zhì)化”練習中掌握的實驗基本操作技能，設計富有專業(yè)特色的應用實驗練習方案，報實驗指導教師指導審核后，通過預約，在實驗室開放時間段內(nèi)自主完成。

這一過程中，學生自由度增加、自主權(quán)擴大，無形中滿足求知欲和掌控欲；如果實驗現(xiàn)象、結(jié)果與預期一致，學生的成就感會進一步提升，興趣和主動性會更高，形成良性循環(huán)。這一過程中，實驗指導老師應及時加強交流溝通，幫助學生沖破思維藩籬，釋放學生的主動學習探究熱情。如通過“EDTA標準溶液的配制與標定”實驗項目，完成配位滴定基本操作技能-滴定操作、終點判斷、數(shù)據(jù)分析訓練；大多數(shù)專業(yè)學生都能自主設計相應應用練習實驗方案，如環(huán)境科學專業(yè)的“校園自來水硬度檢測”、藥學專業(yè)的“堿式碳酸鉍片中鉍含量測定”等；但醫(yī)學專業(yè)學生遲遲找不到和專業(yè)知識的結(jié)合點，指導老師指點：臨床血象常規(guī)分析所用真空采血管為抗凝管，其中的抗凝劑是什么？學生思維有了突破口，積極查閱相關(guān)資料，最終設計出“血液模擬液中Ca2+含量檢測”方案。

（4）考核激勵機制。實行“重過程、輕結(jié)果”的全過程分段考核，實驗預習報告、“同質(zhì)化”訓練情況、“異形化”應用實驗方案的設計、“異形化”應用實驗開展情況按不同權(quán)重計入實驗考核成績；實驗報告力求精煉，主要側(cè)重于數(shù)據(jù)分析、實驗結(jié)果和預期結(jié)果偏差原因分析。綜合評定選拔部分責任心強、實驗綜合素質(zhì)好、具有一定創(chuàng)新能力和科研熱情的學生，利用開放實驗基金資助其進行創(chuàng)新實驗研究、參加學科創(chuàng)新項目競賽，或初步納入實驗指導教師負責的科研課題項目組，觸摸科研前沿、提前開展畢業(yè)論文科研活動。

3 結(jié)語

基礎化學實驗中基本操作技能規(guī)范掌握、科學態(tài)度和良好科研習慣養(yǎng)成、協(xié)作創(chuàng)新等科學素質(zhì)培育與相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)目標相通，是學生學習發(fā)展專業(yè)知識技能的堅實物質(zhì)基礎。在基礎化學開放實驗室進一步優(yōu)化建設實踐中，探索運用“同質(zhì)異形”教學法：利用“同質(zhì)化”訓練強化實驗基本操作技能熟練規(guī)范掌握；利用“異形化”應用練習激發(fā)學生主動探究興趣，有效提升綜合運用能力；利用合適的考核激勵機制保持學生的參與熱情和關(guān)注度，有效進行分類多層次個性化教學服務。隨著信息技術(shù)與教學科研活動的深度融合和開放實驗平臺建設的逐漸完善，師師、師生、生生間互動溝通會越加頻繁，同而有異、注重團隊協(xié)作創(chuàng)新應用的“同質(zhì)異形”教學法在基礎化學開放實驗室運行實踐中也許更有生命力。

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