新工科背景下應(yīng)用型本科高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討
——以《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程為例*

李 政，王樹軍，陳 鈺，周雪鳳

(廊坊師范學(xué)院 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，河北 廊坊 065000)

新工科(Emerging Engineering Education，3E)是根據(jù)我國(guó)當(dāng)前發(fā)展階段需要，在立德樹人新要求下提出的我國(guó)新時(shí)代工科教育發(fā)展的方向[1]。新工科建設(shè)是適應(yīng)新工業(yè)革命發(fā)展及以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)為特征的新經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的必然要求[2-3],是深入實(shí)施國(guó)家重大戰(zhàn)略、提升我國(guó)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和提高國(guó)家硬實(shí)力的必然選擇。實(shí)踐是工程的本質(zhì)和創(chuàng)新的源泉，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)工程實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)[4]。因此，新工科的建設(shè)過程中，實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)質(zhì)量對(duì)于高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升起著至關(guān)重要的作用[5]。

教育部明確要求應(yīng)用型本科院校應(yīng)當(dāng)實(shí)施工程教育改革，不斷促進(jìn)產(chǎn)教融合，推進(jìn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)方式的革新，提高學(xué)生的工程實(shí)踐技能[6,7]。新工科建設(shè)為高校帶來新機(jī)遇的同時(shí)也帶來了新挑戰(zhàn)，若不進(jìn)行改革則難以適應(yīng)新形勢(shì)甚至難以生存。與研究型大學(xué)相比，應(yīng)用型本科高校的人才培養(yǎng)方式和目標(biāo)應(yīng)當(dāng)有很大的區(qū)別。在應(yīng)用型本科高校中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要課程，是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐技能的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，拓寬理論知識(shí)的應(yīng)用邊界。還可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用，加強(qiáng)分析問題和解決問題的能力[8]。

應(yīng)用型本科高校以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為己任，應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需要改革當(dāng)前的課程教學(xué)體系，特別是實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系[9]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的重要環(huán)節(jié)，是應(yīng)用型本科高校實(shí)施人才培養(yǎng)方式改革的重要內(nèi)容。以筆者所在單位的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理、教學(xué)設(shè)備不足、教學(xué)方式有待改善、學(xué)生不夠重視以及教師隊(duì)伍建設(shè)難以適應(yīng)新工科教育對(duì)教師能力的要求等問題[10,11]。新工科教育要求培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型的應(yīng)用型人才，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已無法適應(yīng)新形勢(shì)的要求，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革迫在眉睫[12]。

1 普通高?！队袡C(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)置不合理

高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,以有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例,講義一直延續(xù)前幾年的版本，盡管每年都稍有改進(jìn)，但主要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及操作方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)備變化不大。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的要求。以學(xué)?；膶W(xué)院的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為例，具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下表1所示。

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，有些重要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)偏少，比如薄板層析和柱色譜作為有機(jī)實(shí)驗(yàn)中最重要的實(shí)驗(yàn)操作，僅在“偶氮苯的光異構(gòu)化和薄板層析”一章中涉及，很多學(xué)生在做畢業(yè)論文時(shí)早已忘記具體操作了。然而，常壓蒸餾、減壓蒸餾及水蒸氣蒸餾卻作為3次實(shí)驗(yàn)分別教學(xué)，這完全可以合并到一次，將多余的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)放在重要的實(shí)驗(yàn)操作上。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇上，涵蓋了重要的實(shí)驗(yàn)操作和有機(jī)反應(yīng)，卻忽視了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的與時(shí)俱進(jìn)，比如在天然產(chǎn)物的提取方面引入青蒿素等。

表1 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)具體教學(xué)內(nèi)容

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足

當(dāng)前很多地方應(yīng)用型本科高校普遍存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)投入不足的問題。因此，對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中花費(fèi)較大的儀器設(shè)備，要么不更新，要么因?yàn)轭A(yù)算限制購(gòu)置一些簡(jiǎn)單便宜的設(shè)備。比如，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀作為有機(jī)合成中必不可少的儀器，在有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中竟然沒有涉及到，盡管有減壓蒸餾的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理也一樣，但畢竟跟旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的結(jié)構(gòu)差別較大，導(dǎo)致學(xué)生在做畢業(yè)論文時(shí)都不會(huì)操作。另外，為了節(jié)省實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，本來應(yīng)該獨(dú)自操作的實(shí)驗(yàn)，安排幾個(gè)人一起做，導(dǎo)致許多學(xué)生實(shí)際上無法參與實(shí)驗(yàn)，無法鍛煉實(shí)驗(yàn)操作技能。新工科背景下，需要國(guó)家加大對(duì)應(yīng)用型本科高校的支持力度，大力加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，為培養(yǎng)技能型人才創(chuàng)造良好的條件。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式有待改善

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂上經(jīng)常出現(xiàn)：教師們汗流浹背，但實(shí)際上學(xué)生卻沒有興趣聽，很難調(diào)節(jié)好教學(xué)氣氛。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，前期準(zhǔn)備工作由實(shí)驗(yàn)教師完成，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室按照老師的講解和實(shí)驗(yàn)步驟完成教學(xué)，教師做的很多，學(xué)生自己參與的機(jī)會(huì)很少，學(xué)生難以在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中發(fā)現(xiàn)并思考問題，這樣的教學(xué)方式不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和職業(yè)能力。教學(xué)與社會(huì)需求脫節(jié)，培養(yǎng)的人才不適應(yīng)企業(yè)的要求，這嚴(yán)重背離新工科對(duì)應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)的定位。因此，當(dāng)前的應(yīng)試教育方式亟需改革，要調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性，注重培養(yǎng)學(xué)生的操作技和職業(yè)能力，以適應(yīng)社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的要求。

1.4 學(xué)生不夠重視

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)盡管是一門單獨(dú)的必修課程，但學(xué)生的最終成績(jī)區(qū)分度卻不大，基本都是80分上下，只要學(xué)生順利完成所有的實(shí)驗(yàn)課程，基本上學(xué)生最終的學(xué)業(yè)成績(jī)?cè)谥械纫陨希瑢?dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重視程度一般。實(shí)驗(yàn)設(shè)備受限以及考慮到實(shí)驗(yàn)的安全問題，很多實(shí)驗(yàn)都是一些簡(jiǎn)單的基本操作，難以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[13]。另外，由于學(xué)生的課業(yè)任務(wù)比較重，每天的課都排滿了，學(xué)生也很難抽出課外時(shí)間在實(shí)驗(yàn)課的復(fù)習(xí)上。

1.5 教師隊(duì)伍建設(shè)難以適應(yīng)新工科教育對(duì)教師能力的要求

新工科建設(shè)以來，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍是由校內(nèi)在崗的實(shí)驗(yàn)教師承擔(dān)，盡管這批教師具有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，然而這些教師基本上沒有在工業(yè)企業(yè)學(xué)習(xí)工作過，在工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面存在明顯的短板，這樣一來，不熟悉企業(yè)運(yùn)作過程的教師自然也難以培養(yǎng)出具有良好工程實(shí)踐能力的學(xué)生。這明顯不能滿足新工科教育對(duì)教師能力的要求，不夸張地說，這是當(dāng)前新工科教育最大的短板。

2 應(yīng)用型本科高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

在應(yīng)用型本科高校中，我們以廊坊師范學(xué)院化學(xué)專業(yè)為例,針對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，結(jié)合課程組長(zhǎng)期的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出如下的改革舉措：

2.1 改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

根據(jù)新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)來確定課程的目標(biāo)，根據(jù)課程目標(biāo)提出問題，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，面向產(chǎn)業(yè)需求，培養(yǎng)創(chuàng)新型工程技術(shù)人才。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)以問題為導(dǎo)向，將“研究性學(xué)習(xí)的理念”滲透到課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探索、大膽創(chuàng)新。以實(shí)驗(yàn)教學(xué)“從茶葉中提取咖啡因”為例，可以在課前就提出問題,如何從天然產(chǎn)物中提取咖啡因？引發(fā)思考：①咖啡因存在于哪些天然產(chǎn)物中？②在這些天然產(chǎn)物當(dāng)中，哪些是我們可以方便獲取的？③從天然產(chǎn)物中提取有效組分有哪些手段？④索氏提取的原理是什么，結(jié)合原理實(shí)驗(yàn)過程中要注意的問題是什么？這些循序漸進(jìn)的提問，可以引發(fā)學(xué)生的不斷思考，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

2.2 引入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段

隨著信息化時(shí)代的到來，為提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，可在教學(xué)過程中引入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段。在課前，學(xué)生可以提前了解與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的中外文獻(xiàn)，例如進(jìn)行偶氮苯的制備方法及其光化異構(gòu)化實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以通過鼓勵(lì)讓學(xué)生上知網(wǎng)對(duì)光化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，達(dá)到更深入地了解。在課中，可以播放實(shí)驗(yàn)演示視頻，并實(shí)時(shí)講解過程中的一些具體操作，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的熟悉和理解。針對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象，如有疑惑也可以借助于網(wǎng)絡(luò)。課后，針對(duì)課上沒有解開的困惑，也可以觀看網(wǎng)上的教學(xué)視頻，看看別人是如何操作的，糾正自己的不規(guī)范的操作。

2.3 科研促進(jìn)教學(xué)

高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，而且都有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)講義，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)講義完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生參與度低，課上思考很少，課后又基本沒有鍛煉的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致學(xué)生很快就忘記了常規(guī)的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。高校應(yīng)當(dāng)開放相關(guān)實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，或者申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和職業(yè)能力。學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，將課上實(shí)驗(yàn)和課下實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)有延續(xù)性，而且與實(shí)驗(yàn)教學(xué)不同的是，科研實(shí)驗(yàn)面臨很大的不確定性，不同的有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)和組成，有不同的性質(zhì)，要用不同的提純方式，這樣可以促使學(xué)生不斷思考，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過程的理解。

2.4 加強(qiáng)校企合作和國(guó)際合作

現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)突出問題是學(xué)校教學(xué)與社會(huì)需求嚴(yán)重脫節(jié)，社會(huì)發(fā)展迅速，但學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容和方式?jīng)]有相應(yīng)變革。應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，很重要的一點(diǎn)就是要緊跟行業(yè)、產(chǎn)業(yè)對(duì)人才的需求和要求，做到“有的放矢”。在新工科教育的大背景下，地方應(yīng)用型本科高校應(yīng)大力加強(qiáng)校企之間的合作，在企業(yè)建立實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，在條件允許的情況下，可以考慮把實(shí)驗(yàn)課的課堂放到工廠的車間中，讓學(xué)生了解車間的實(shí)際生產(chǎn)情況，學(xué)以致用。同時(shí)，學(xué)校還應(yīng)吸取國(guó)外高校在應(yīng)用技能型人才培養(yǎng)方面的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室與國(guó)外應(yīng)用型名校之間的合作，互通有無，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

2.5 強(qiáng)化教師的工程實(shí)踐能力

當(dāng)前的新工科教育面臨的最大短板是缺乏一批具有較強(qiáng)工程實(shí)踐能力的教師，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是應(yīng)用型本科高校培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的基礎(chǔ)，因此應(yīng)用型本科高校應(yīng)當(dāng)注重加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的建設(shè),提高實(shí)驗(yàn)教師的工程實(shí)踐能力，這是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的基礎(chǔ)。盡管一般實(shí)驗(yàn)教師具有較高的理論技術(shù)水平，但基本不具有企業(yè)工作學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)，這樣在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中就無法抓住當(dāng)前企業(yè)的痛點(diǎn)并有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生的相關(guān)技能。學(xué)?？梢钥紤]與企業(yè)合作，將教師送入企業(yè)培訓(xùn)一段時(shí)間，掌握了一定的實(shí)踐技能后再開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這樣也可以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的水平。

2.6 實(shí)驗(yàn)考核方式的改革

目前的實(shí)驗(yàn)課程考核基本以實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主，這種考核方式注重結(jié)果考核，忽視了過程考核，無法判斷學(xué)生是否認(rèn)真、真實(shí)地完成了實(shí)驗(yàn)，缺乏必要的區(qū)分度，會(huì)挫傷學(xué)生的積極性?？己朔绞綉?yīng)當(dāng)改革，可以考慮以閉卷的理論考試、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告相結(jié)合的方式，其中閉卷理論考試、實(shí)驗(yàn)操作考核和實(shí)驗(yàn)報(bào)告各占比25%、50%和25%。大幅提高實(shí)驗(yàn)操作的占比，有利于引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的重視，提高學(xué)生的實(shí)際操作能力，這也符合新工科對(duì)應(yīng)用型本科高校人才培養(yǎng)的要求。加入實(shí)驗(yàn)考試，則是為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、操作的識(shí)記，有利于學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的掌握和理解。

3 結(jié)語

隨著“新工科”建設(shè)的積極推進(jìn)，應(yīng)用型本科高校的機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存，只有做好人才培養(yǎng)體系的改革，才能抓住機(jī)遇獲得更大的發(fā)展。本文以作者所在單位為例，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革包括改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法、引入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段、科研促進(jìn)教學(xué)、加強(qiáng)校企合作和國(guó)際合作、強(qiáng)化教師的工程實(shí)踐能力、實(shí)驗(yàn)考核方式改革等舉措，切實(shí)契合了新工科對(duì)應(yīng)用型本科高校的人才培養(yǎng)定位，對(duì)于其它學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革也有一定的借鑒意義。