面向科學教育專業(yè)的《大學化學實驗》課程改革探索與實踐*

周碩林，李家其

(長沙師范學院初等教育學院，湖南 長沙 410100)

大學化學實驗是面向理、工、醫(yī)等學科開設的基礎課程，在人才培養(yǎng)中發(fā)揮重要作用。近年來，圍繞大學化學實驗課程進行改革，取得了一些積極進展[1-3]。但科學教育專業(yè)不同于化學、制藥、材料等理、工科專業(yè)，其主要培養(yǎng)能夠在小學或其他教育機構從事小學科學或綜合實踐活動等課程的教學與研究工作，能夠開展青少年科技活動指導與科學普及教育和管理工作的高素質專業(yè)化科學教育人才?？茖W教育專業(yè)人才培養(yǎng)體系中涵蓋物理、化學、生物、地理、教育學等多個學科，根據(jù)科學教育專業(yè)特點，適應理科綜合化，強化實踐動手能力，開設獨立的大學化學實驗課程很有必要。因此，大學化學實驗作為科學教育專業(yè)非常重要的先期課程，是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新思維能力的重要途徑，其教學目的是訓練學生化學實驗的基本技能，其教學目標是進一步培養(yǎng)學生的科學思維能力、實驗操作及實驗設計能力。然而，面向非化學專業(yè)的理工科而開設的大學化學實驗室國內也有一些探索和實踐[4-5]，但面向科學教育專業(yè)的大學化學實驗課程改革案例還相對缺乏。

學校重視實驗教學，持續(xù)推進實驗教學改革力度，注重實驗教學對學生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。開設大學化學實驗這一課程，既要符合科學教育專業(yè)人才培養(yǎng)目標，又要在有限的課時條件下取得較好的預期效果，特別是在師范生專業(yè)認證背景下，強調成果產出導向，因此對大學化學實驗課程進行深入改革很有必要。近年來，我校科學教育專業(yè)依托中央支持地方高校共建的科學教育綜合實驗室為實驗教學平臺，持續(xù)推進大學化學實驗課程教學內容、教學模式和教學方法等方面改革，不斷融于綠色化學、可持續(xù)發(fā)展、課程思政及相關領域科研成果，大學化學實驗課程初步形成了教學理念不落后，教學內容不重舊，教學方法有創(chuàng)新的特點，為培養(yǎng)應用型科學教育人才創(chuàng)造了良好條件。

1 精選教學內容，融合專業(yè)特點

緊扣科學教育專業(yè)特點，對實驗項目進行精心篩選和設置，除基本操作和技能外，打破原有專業(yè)實驗條塊分割的教學格局，將分析化學和無機化學實驗項目進行整合，同時增強本課程內實驗項目之間的聯(lián)系，使實驗項目的設置更加科學合理。為加強科學教育專業(yè)與化學學科發(fā)展的融合、理論化學與大學化學實驗的聯(lián)系，近年來，新建有機化學實驗室、無機化學實驗室、分析檢測實驗室，新增氣相色譜儀、高效液相色譜儀、紫外可見分光光度計、傅里葉紅外光譜儀、高速離心機、阿貝折射儀等儀器設備，使本課程具有了良好硬件基礎。在此基礎上更新了實驗項目，延伸了實驗內容，保證了教學內容的先進性。

為進一步契合專業(yè)特點，在保持化學學科實驗的基礎上，又能聯(lián)系科學教育專業(yè)實際。在實驗內容或實驗設置上進行了調整，如表1所示，這些調整為后續(xù)科學教育專業(yè)課程的學習打下基礎，同時將化學實驗項目與其他學科知識、日常生活事物或現(xiàn)象等有機結合，將不同學科進行融合，不斷豐富實驗項目內容，賦予實驗項目新內涵。因此在課程保持了化學的學科性，同時又能體現(xiàn)出鮮明的專業(yè)特色。

表1 課程改革前后部分實驗項目對比Table 1 Comparison of experimental projects before and after the curriculum reform

依托教師科研項目等資源，注重科研成果向實驗項目的轉化，把反映化學學科與科學教育專業(yè)多學科交叉領域前沿的學科知識和科研成果(物理、生物等)充實到實驗教學中。如傳統(tǒng)的實驗項目“乙酸乙酯的制備”更新為以生物質為來源的乙酰丙酸與正丁醇的酯化反應，得到生物質平臺分子乙酰丙酸正丁酯。通過對實驗項目的優(yōu)化和整合，讓課程更緊扣專業(yè)特點，同時也注重了多學科交叉融合對人才思維方式綜合化、多樣化的培養(yǎng)。

2 建設線上資源，構建全程導學

科學教育專業(yè)開設大學化學實驗，課時有限，為進一步發(fā)揮課程意義，讓學生“忙起來”，達到課程預期目標。大學化學實驗在多年開設的經驗基礎上，結合科學教育專業(yè)特點，進一步修改并完善了教學大綱、進度、考核內容和標準，形成了較為完善的多媒體課件，建立了安全教育線上考核試題庫，制作了多個實驗基本操作視頻等課程資源。在以學習通線上平臺上建設線上資源，并增加線上預習任務、交流互動等模塊，一方面有效地解決了課程課時不足的問題，另一方面，充分調動學生參與實驗教學的積極性和主動性。

大學化學實驗突出學生為主體，以教學大綱為藍本，精心編制全程導學方案，讓學生明白實驗做什么？為什么做？如何做？。在大學化學實驗課程導學部分中，每個實驗項目設置了3-5個有代表性和針對性的問題或知識點，作為背景介紹或思考題，以激發(fā)學習積極性和能動性，發(fā)揮學生在實驗教學中的主體地位。這種形式有效地避免了因開設課時不足、學生預習不到位所導致的實驗預習效果差等問題，能夠起到督促和促進學生主動對實驗項目進行了解的目的，同時讓實驗指導教師對學生在導學過程中的情況有所了解，在實驗教學過程中給予更為清晰和側重的指導。

3 雙重任務驅動，獨立完成實驗

為更好地發(fā)揮大學化學實驗課程功能，鍛煉學生基本的操作能力和創(chuàng)新能力，為此設置了“雙重”任務。一是在實驗預習階段，根據(jù)實驗項目的目的及內容，要求學生在課前要弄清實驗的原理、實驗的方法，學習實驗項目中所涉及的關鍵知識點、操作要點和注意事項。通過自學實驗前的檢測題，檢驗自學成效，完成實驗預習任務。二是在實驗過程中，采取分小班授課的模式，并增加了儀器臺套數(shù)，改變原有兩人一組的實驗教學模式，讓學生獨立完成實驗操作、數(shù)據(jù)處理分析、實驗報告和實驗思考題。這種個人獨立完成整個實驗項目的任務為驅動，較大程度地激發(fā)了學生的潛能，調動了學生學習的自主性和積極性。在實際教學過程中，有效地避免了部分同學依賴的心理，減少了“只看不做”或“做多做少一個樣”的現(xiàn)象，調動了整個課堂氣氛，提高了實驗教學效果。

4 項目進階設計，教學形式多樣

根據(jù)大學化學實驗教學的特點，在實驗預習環(huán)節(jié)，通過問題引發(fā)式、任務驅動模式等方式，鼓勵學生通過查找文獻資源，對實驗目的、內容進行思考與討論，有效地引導了學生積極思考；在講解示范中以討論形式推動學生質疑；實驗過程中設置實驗思考題，對實驗項目的關鍵知識點進行探討，讓學生通過所掌握的理論知識指導實驗，并對實驗過程和結果進行深入反思，并在實驗指導過程中加強學生個性化指導，啟發(fā)學生思考問題。在實驗項目設計上著力改進了基礎驗證實驗，通過改變實驗條件如反應物的量、催化劑用量、種類等，開展分組實驗，對比分析并討論實驗結果。如“碳酸鈉制備及含量”實驗項目中，通過預設混合堿不同配比，指示劑種類等變量設計實驗，個人再獨立完成實驗，最后集體討論出對混合堿分析結果的影響，從而有效實現(xiàn)“個體-集體”的雙重整合，形成了個體與集體的合力。通過對實驗項目條件的探究，引導了學生主動學習，加深了學生對理論知識的理解和應用。通過線上自學、自評，線下面對面地講解、示范，集體研討，多媒體輔助等多樣化教學手段，達到了激發(fā)學習積極性、培養(yǎng)學生基本技能的目的，大大提高了實驗教學質量。

5 強化基礎技能，重視創(chuàng)新訓練

課程強化基礎技能培養(yǎng)，對現(xiàn)有基礎化學實驗教學資源和體系進行整合和調整，借助中央和地方共建的科學教育綜合實驗室，改善了實驗教學條件，學生個人獨立完成實驗項目，強化了學生基本操作訓練，培養(yǎng)了學生的實驗動手能力和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，減少了依賴心理。以培養(yǎng)學生實踐能力與創(chuàng)新能力為主線，通過增設綜合及設計性實驗項目，讓學生通過整合所學的知識和實驗技能，獨立完成實驗任務內容，鍛煉了學生對知識和實驗技能的綜合運用能力。同時設置創(chuàng)新性實驗，將實驗教學項目與日常生活實際、教師科學研究課題等緊密聯(lián)系起來，使學生切實感受到所學知識和實驗技能應用于實際中的具體體現(xiàn)，有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。在課外積極開放實驗室，引導學生參加學科、專業(yè)競賽，以賽促學，結合本課程的學習和訓練，學生對于處理復雜事物的能力有了顯著提升。近年來，學生獲全國科學教育專業(yè)師范生技能創(chuàng)新展示活動特等獎1項、一等獎2項，獲省大學生課外化學化工創(chuàng)新作品競賽一等獎2項，二等獎2項，主持國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目1項，省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目1項，立項校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊1個，實踐能力和創(chuàng)新能力有了明顯提升。

6 結 語

目前，大學化學實驗課程主講教師團隊，均具有博士學位，主講教師和實驗技術人員都主持或參與了國家級、省部級科研項和教學改革項目，積極推進教學與科研深度融合，促進了實驗教學內容的更新，保證了實驗教學內容的前沿性和創(chuàng)新性。課程教師團隊堅持同時講授大學化學理論和大學化學實驗兩門課程，將“理-實”有機結合，更有利于教師依據(jù)學情指導實驗，保障了課程改革的穩(wěn)定性和持續(xù)性。