“一體化，三層次”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與實(shí)踐探討*

李 沅，譚鳳芝，劉兆麗，蔡偉杰，曹亞峰，崔 勵(lì)

(大連工業(yè)大學(xué)輕工與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 大連 116034)

應(yīng)用化學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，對(duì)于從事此行業(yè)的研究人員的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ兄^高的要求。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，影響著學(xué)生在知識(shí)能力、思維和素質(zhì)方面的協(xié)調(diào)發(fā)展。科學(xué)和高效的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，提高研究創(chuàng)新實(shí)踐的能力。本項(xiàng)目改革以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)方針“強(qiáng)化基礎(chǔ)、突出實(shí)踐、重在素質(zhì)、面向創(chuàng)新”作為改革指導(dǎo)思想，將應(yīng)用化學(xué)專業(yè)作為改革試點(diǎn)，構(gòu)建“一體化，三層次”實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，全方位提高本科生的思維能力、創(chuàng)新能力與社會(huì)適應(yīng)能力，為學(xué)校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)教學(xué)的進(jìn)一步建設(shè)提供支撐。本改革的實(shí)施具有以下三點(diǎn)重要意義：第一，與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，本改革以全面推行素質(zhì)教育為指導(dǎo)思想，在項(xiàng)目選擇和教學(xué)模式上注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、科學(xué)思維與方法、創(chuàng)新意識(shí)與能力；第二，為優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室資源利用，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理對(duì)實(shí)際情況有更好的適應(yīng)性，改革提出面向本科生開放實(shí)驗(yàn)室，為強(qiáng)化本科生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提供支持，有利于驅(qū)動(dòng)人才培養(yǎng)模式的根本轉(zhuǎn)變，也為進(jìn)一步完善應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和思路；第三，為達(dá)到教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)的一致，對(duì)課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式進(jìn)行改革，從而全面提高教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)水平，為國(guó)家建設(shè)培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

在對(duì)學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查的過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)較為重視，但對(duì)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的重要性還缺乏相應(yīng)的認(rèn)識(shí)；現(xiàn)階段教學(xué)中，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和求知欲因?yàn)轵?yàn)證性實(shí)驗(yàn)占比較多而較難被調(diào)動(dòng)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果往往難以達(dá)到預(yù)期設(shè)定的目標(biāo)。在社會(huì)調(diào)研中還發(fā)現(xiàn)，用人單位認(rèn)為學(xué)生在基礎(chǔ)知識(shí)方面的應(yīng)用能力有欠缺，學(xué)生對(duì)于目前企業(yè)中較為先進(jìn)的儀器實(shí)際操作不甚熟悉，不利于本科畢業(yè)生的就業(yè)。

針對(duì)類似的局面，國(guó)內(nèi)外各高校積極作出改革。海南大學(xué)的肖厚貞等提出了云班課為教學(xué)平臺(tái)的模式，將主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，以學(xué)生為主體，老師加以指導(dǎo)的方式融入物理化學(xué)開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅鼓勵(lì)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力，同時(shí)使得實(shí)驗(yàn)室資源的利用率有所提高[1]。西南大學(xué)的陳貴華以有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，探討了教學(xué)與科研相融合的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，并闡述了從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、成績(jī)考核體系三方面進(jìn)行改革的實(shí)施策略[2]。上海交通大學(xué)的蔡玉興等在醫(yī)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，利用學(xué)科內(nèi)容知識(shí)(CK)、教學(xué)法知識(shí)(PK)和技術(shù)知識(shí)(TK)為核心的TPACK框架，通過整合思政教學(xué)內(nèi)容知識(shí)、教學(xué)法知識(shí)、醫(yī)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容知識(shí)，探索醫(yī)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中全過程“浸潤(rùn)式”的多層次互補(bǔ)教學(xué)模式[3]。KwaZulu-Natal大學(xué)的Veale Clinton等為大學(xué)三年級(jí)有機(jī)化學(xué)教學(xué)模塊設(shè)計(jì)了一系列的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)實(shí)驗(yàn)室中的觀察結(jié)果對(duì)本科生進(jìn)行評(píng)分，以期為本科生的實(shí)踐能力提升提供即時(shí)的反饋與指導(dǎo)[4]。Farley等在普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中引入探究式教學(xué)，通過開放實(shí)驗(yàn)室，改變傳統(tǒng)的專題手冊(cè)式(cookbook-style)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，讓?shí)驗(yàn)教學(xué)變得更具有挑戰(zhàn)性。其實(shí)施的為期兩周的設(shè)計(jì)-評(píng)估-修改-實(shí)施(Design-Evaluate-Revise-Implement)探究式教學(xué)，收到了良好的反饋效果[5]。

2 “一體化，三層次”教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 改革主體框架設(shè)計(jì)

“一體化，三層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，是結(jié)合應(yīng)用化學(xué)學(xué)科方向構(gòu)建的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系。一體化，是指以實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)為指導(dǎo)，將完整的知識(shí)體系融入整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才；三層次，是指將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置為：以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為代表的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)；結(jié)合多門課程知識(shí)的綜合性實(shí)驗(yàn)；強(qiáng)調(diào)自主性和創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次，旨在最終提高學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用與創(chuàng)新能力。

如圖1所示，項(xiàng)目改革的首要重點(diǎn)是，精煉基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使其與理論知識(shí)同步，實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)劃與學(xué)生能力和需求相適應(yīng)。在第五學(xué)期(大三上學(xué)期)主要開設(shè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，穿插簡(jiǎn)單的綜合性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)技能的掌握與應(yīng)用的能力，提高了學(xué)生在治學(xué)中的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。將綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)安排在第七學(xué)期初(大四上學(xué)期)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合了兩門或以上課程，在向?qū)W生展示課程間橫向聯(lián)系的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能與應(yīng)用能力。在扎實(shí)了理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上，考慮到為學(xué)生畢業(yè)論文提供思路和經(jīng)驗(yàn)，以及未來在研究領(lǐng)域的深造和社會(huì)就業(yè)方面的需求，第七學(xué)期增加專業(yè)方向的探索性實(shí)驗(yàn)。該部分要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)完整的實(shí)驗(yàn)方案，以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇上，盡可能結(jié)合專業(yè)教師的科研項(xiàng)目，鼓勵(lì)并引導(dǎo)學(xué)生積極開展自主探索，通過將實(shí)際問題引入課堂提高學(xué)生的求知熱情。例如，“丙烯酰胺聚合及聚丙烯酰胺性質(zhì)測(cè)定” 是大連工業(yè)大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)在第五學(xué)期開設(shè)的一項(xiàng)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，分析問題和實(shí)驗(yàn)操作能力得到了培養(yǎng)。第七學(xué)期專業(yè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們將丙烯酰胺聚合進(jìn)一步拓展，開設(shè)了“淀粉接枝丙烯酰胺共聚反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生要思考反應(yīng)體系無氧環(huán)境的形成及保持、淀粉基材引發(fā)反應(yīng)機(jī)理及實(shí)現(xiàn)、單體轉(zhuǎn)化率的測(cè)定、產(chǎn)品用于污水處理的效果及評(píng)價(jià)等具體問題。從而使學(xué)生的思辨能力、觀察能力、實(shí)驗(yàn)操作技能、數(shù)據(jù)整理、誤差分析、規(guī)律總結(jié)等方面的能力都得到了鍛煉和提高。在第七學(xué)期末的探索性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，直至畢業(yè)設(shè)計(jì)中，這一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目繼續(xù)擴(kuò)展，使聚合體系轉(zhuǎn)移到反相乳液中，設(shè)定題目為“反相乳液中年產(chǎn)2000噸淀粉絮凝劑生產(chǎn)車間設(shè)計(jì)”。這一過程將專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)和探索創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)中的課題研究?jī)?nèi)容向生產(chǎn)實(shí)踐轉(zhuǎn)化。通過聚合反應(yīng)體系解析、工藝流程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作規(guī)程、工藝計(jì)算、車間布置設(shè)計(jì)、非工藝條件設(shè)定等環(huán)節(jié)，將“丙烯酰胺聚合”做深做透，完成典型的課題引領(lǐng)的、漸深漸廣的應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程。

圖1 “一體化，三層次”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式主體框架圖

此外，該改革在實(shí)驗(yàn)室管理方面提倡開放實(shí)驗(yàn)室，針對(duì)設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)，學(xué)期初下達(dá)實(shí)驗(yàn)任務(wù)后，學(xué)生可自行安排時(shí)間，預(yù)約實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器。通過這樣的方式，實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備等物資得到合理統(tǒng)籌安排，實(shí)現(xiàn)利用率最大化，避免了資源有限導(dǎo)致的問題。

2.2 改革中擬解決的關(guān)鍵問題

本教學(xué)模式的改革旨在優(yōu)化傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，建設(shè)開放共享的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。在教學(xué)模式、教學(xué)手段和教學(xué)方法上進(jìn)行多元化探索，把理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)協(xié)調(diào)起來，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型應(yīng)用型人才，以達(dá)到社會(huì)產(chǎn)業(yè)對(duì)學(xué)生能力的要求。同時(shí)開展與“一體化，三層次”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式相適應(yīng)的精品課程建設(shè)，以及與之匹配的實(shí)驗(yàn)教材編寫。通過此次改革，師資隊(duì)伍的“雙師”素質(zhì)得以提高，素質(zhì)結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，從而使更多的教師成為工作一線的內(nèi)行或?qū)＜?，提高解決技術(shù)問題的實(shí)際能力。與此同時(shí)，建立新型的師生關(guān)系，提高教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系的能力，使學(xué)生不再是簡(jiǎn)單地對(duì)課本照搬照抄，而是能夠真正消化和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)于實(shí)際應(yīng)用中。

2.3 改革實(shí)施方案及方法

首先，精心選擇三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在保證必要的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加和強(qiáng)化綜合性實(shí)驗(yàn)，積極開展研究與探索性實(shí)驗(yàn)，將教師的科研項(xiàng)目適度引入設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)中。編寫合理的、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教材也是實(shí)踐中關(guān)鍵一環(huán)。本校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)方向確定為“天然產(chǎn)物資源開發(fā)利用”和“化妝品技術(shù)”，應(yīng)針對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)教學(xué)中使用的《應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱》和《應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)講義》進(jìn)行完善和修訂，從人才培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，體現(xiàn)創(chuàng)新教育觀念、改革精神和素質(zhì)教育的思想，吸收學(xué)科的新知識(shí)、新內(nèi)容和課程體系改革研究成果，更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，增加綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，有效培養(yǎng)和提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。

其次，營(yíng)造適應(yīng)“一體化，三層次”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系所需的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境；建立合理的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，在評(píng)價(jià)體系中體現(xiàn)對(duì)學(xué)生自主性和創(chuàng)新性的鼓勵(lì)。

此外，為開放實(shí)驗(yàn)室做好準(zhǔn)備，創(chuàng)建合理高效的實(shí)驗(yàn)預(yù)約平臺(tái)，方便教師對(duì)儀器和設(shè)備統(tǒng)籌安排，合理共享，解決資源有限問題。

3 結(jié) 語

“一體化，三層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，以服務(wù)地方產(chǎn)業(yè)和適應(yīng)新型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)出發(fā)，以培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新性、應(yīng)用型人才為導(dǎo)向，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，尤其注重理論知識(shí)與實(shí)踐技能的結(jié)合，整合構(gòu)建分層次，有規(guī)劃的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)作為第一層次，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度；第二層次的綜合性實(shí)驗(yàn)，以幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)體系為目標(biāo)，從而提高了學(xué)生實(shí)際解決問題和分析問題的能力；在第三層中，設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)通過解決生產(chǎn)上的實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)生對(duì)本專業(yè)的興趣與熱愛，從而提升自身的科研水平，包括文獻(xiàn)閱讀、獨(dú)立思考、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作等能力。改革中應(yīng)用的新型教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理模式，有利于提高教師整體素質(zhì)水平，推動(dòng)學(xué)校建設(shè)和發(fā)展一流的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。改革實(shí)施中，會(huì)將積累經(jīng)驗(yàn)，吸取各方的建設(shè)性建議與意見作為主要方向，為全面推行“一體化，三層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式做好充分準(zhǔn)備。