大學(xué)通識課“實用化學(xué)實驗”課程的教學(xué)探索與實踐

邢肖肖，李萌萌，高洪苓，全迎萍

天津大學(xué)理學(xué)院，化學(xué)化工國家級實驗教學(xué)示范中心(天津大學(xué))，化學(xué)化工國家級虛擬仿真實驗教學(xué)中心(天津大學(xué))，天津 300354

在“新工科”建設(shè)的背景下，為深化教育教學(xué)改革，貫徹落實新時代全國教育工作會議、全國高等學(xué)校本科教育工作會議和天津大學(xué)教學(xué)會議精神，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人，天津大學(xué)制定了“三全育人、五育并舉”的人才綜合改革培養(yǎng)方案，開展了多項新工科通識課課程項目，由此“實用化學(xué)實驗”通識課依托國家級化學(xué)化工國家級實驗教學(xué)示范中心(天津大學(xué))平臺應(yīng)運而生，受到我校學(xué)生的廣泛關(guān)注和青睞。結(jié)合一年來的教學(xué)實踐，總結(jié)介紹“實用化學(xué)實驗”通識課程的開設(shè)意義、教學(xué)內(nèi)容、考核方式及教學(xué)效果，為同類型高校的化學(xué)實驗類通識課教學(xué)提供借鑒。

1 課程開設(shè)的意義

化學(xué)是自然科學(xué)的中心學(xué)科，它起到橋梁作用，能夠把其他基礎(chǔ)科學(xué)的各個領(lǐng)域聯(lián)系起來，因此它最適合作為通識教育課程培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[1]。相對非涉化學(xué)專業(yè)學(xué)生來說，僅有初高中的化學(xué)知識，對大學(xué)化學(xué)知識了解不多，使得他們對化學(xué)理論類的通識課望而卻步，也使通識課程的教學(xué)初衷大打折扣，而化學(xué)實驗類的通識課，更能夠吸引學(xué)生的興趣，增加選修人數(shù)，達(dá)到通識課的開課初衷?！皩嵱没瘜W(xué)實驗”是一門以教授化學(xué)知識和實驗技能、鍛煉動手操作能力、傳播化學(xué)實際應(yīng)用為目標(biāo)的課程，對學(xué)科知識拓展、科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識的提高有重要且獨特的作用。

我校已開設(shè)的通識課中，科學(xué)實驗及實踐類課程很少，“實用化學(xué)實驗”可以豐富學(xué)校的通識課程種類及內(nèi)容，彌補許多對化學(xué)有濃厚興趣的非涉化類專業(yè)學(xué)生沒有機會進(jìn)入專業(yè)的化學(xué)實驗室動手操作的遺憾；此外，對于學(xué)習(xí)四大化學(xué)的化學(xué)類專業(yè)學(xué)生來說，專業(yè)性且難度大的實驗可以增強他們的探索求知欲和專業(yè)技能，而“實用化學(xué)實驗”能讓他們感受到不一樣的化學(xué)實驗，輕松有趣，從難到簡更全面地了解化學(xué)專業(yè)，有助于增強他們的學(xué)習(xí)積極性和專業(yè)認(rèn)同感。通過本課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解化學(xué)與日常生活密不可分，學(xué)會化學(xué)基本原理，鍛煉動手實踐能力，加深化學(xué)學(xué)科對社會發(fā)展重要性的理解；尤其對主修社會科學(xué)的學(xué)生來說，更有助于他們了解自然科學(xué)的奧秘，對生活中的日用品、環(huán)境、醫(yī)藥衛(wèi)生等問題有科學(xué)的判斷，避免出現(xiàn)常識性錯誤；與此同時，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實踐的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，增強學(xué)生的主動探究能力。

2 課程建設(shè)

2.1 課程開設(shè)情況

“實用化學(xué)實驗”課程為天津大學(xué)第一門化學(xué)實驗類的全校性新工科通識選修課，課程修習(xí)對象是包含非化類專業(yè)在內(nèi)的所有本科生，在2021年春季學(xué)期首次開課，課程設(shè)置24學(xué)時，1學(xué)分，每周4學(xué)時，開設(shè)6周。課程采用小班授課，每班不超過32人。本課程使用自編講義，一經(jīng)開設(shè)，立即受到了學(xué)生的熱烈歡迎和關(guān)注，一年來課程共開設(shè)10個教學(xué)班，全部被“秒選”，被學(xué)生稱為“熱門課程”“神仙課程”，需要“蹲點搶課”才能選上的課程。

2.2 課程團隊及講義建設(shè)

課程教師團隊均由多年講授無機化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗的一線教師組成，發(fā)表教改論文數(shù)十篇，承擔(dān)或參與多項校級、市級和國家級項目，完成線上課程“無機化學(xué)實驗”在中國大學(xué)MOOC網(wǎng)的上線工作。多年的實驗教學(xué)經(jīng)驗有助于課程教師很好地把控學(xué)生的求知需求、實驗過程的重難點、實驗操作要點等，使得課程順利進(jìn)行。課程團隊在反復(fù)實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)實踐和成果，編寫了實驗講義，包括前言、實驗安全、實驗內(nèi)容、附錄等，其中每個實驗項目包括背景介紹、原理、步驟、注意事項、思考題等內(nèi)容，課前在微信群推送給學(xué)生，便于預(yù)習(xí)和討論[2]。

2.3 課程內(nèi)容與勞動教育相融合

基于全方位育人的目的，該課程開設(shè)的實驗項目適合多個專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)，而且操作要求難度適中。因此，在實驗中心原有資源基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生的興趣、專業(yè)以及實驗項目本身的趣味性、實用性及安全性，課程教師篩選出10個實驗項目，其中6個實驗項目正式開設(shè)，且實驗項目內(nèi)容完全不同于原有化學(xué)專業(yè)學(xué)生所學(xué)的化學(xué)實驗項目，操作難度低但更注重趣味性和實用性，使化學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程不會覺得乏味、重復(fù)，但在實驗安全方面的要求與化學(xué)專業(yè)完全一致。6個實驗項目必須包含能夠鍛煉學(xué)生化學(xué)實驗基本操作的實驗，因此選擇“膽礬的純化與晶體培養(yǎng)”作為第一個實驗，以鍛煉學(xué)生溶解、過濾、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶等基本操作，而且美麗的藍(lán)色晶體也能吸引學(xué)生的動手熱情；其他5個實驗項目均注重其“實用性”，選擇具有貼近日常生活、簡單易行、趣味性強、所用化學(xué)試劑綠色環(huán)保等特點的實驗項目。實驗項目具體如表1所示。

表1 已開和備選實驗項目

實驗室是大學(xué)生最佳的勞動教育基地。隨著“三全育人、五育并舉”的人才培養(yǎng)綜合改革的實施，化學(xué)實驗室在發(fā)揮通識教育職能的同時，更應(yīng)承擔(dān)起勞動教育的責(zé)任。在實際教學(xué)中，指導(dǎo)教師講解實驗室安全知識、實驗的安全隱患和注意事項，全程指導(dǎo)確保學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)且安全地開展實驗操作。傳統(tǒng)實驗教學(xué)中，學(xué)生主要負(fù)責(zé)完成實驗、清洗整理實驗儀器、實驗結(jié)束打掃實驗室衛(wèi)生等勞動，無法了解與體會完成一堂實驗課前期和后期同樣需要投入大量基礎(chǔ)但又必不可少的勞動。本課程的不同之處在于將勞動教育貫穿整個實驗過程，包括：實驗準(zhǔn)備、實驗操作、實驗物品歸位整理、打掃實驗臺、實驗室衛(wèi)生、廢舊試劑的回收預(yù)處理等。尤其是實驗準(zhǔn)備階段，每個實驗選擇不同的學(xué)生與教師一起配制試劑、準(zhǔn)備及檢查儀器性能、再進(jìn)行實驗預(yù)做，實驗結(jié)束后整理儀器、處理易變質(zhì)藥品、將廢液分類回收等。期間保證所有選課學(xué)生都有機會參與其中，使其體會完成一堂課或一個項目前期、后期工作的同等重要性，以及勞動教育“實踐性”的重要特征。學(xué)生需要經(jīng)過一系列勞動才能得到屬于自己的產(chǎn)品，達(dá)到腦力與體力勞動的有機結(jié)合；同時課程提供學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)意的機會，設(shè)計制作色、香、型各異的手工藝品，如手工皂、綠色無塵創(chuàng)意粉筆、護(hù)手霜等，學(xué)生自發(fā)將實驗成果發(fā)送到朋友圈或送給親友。親自動手的創(chuàng)意產(chǎn)品極大地增強了學(xué)生的成就感，使其充分體會勞動和分享帶來的成就和喜悅，以此來培養(yǎng)學(xué)生的勞動品質(zhì)，以勞樹德、以勞增智、以勞促技、以勞強體、以勞育美、以勞創(chuàng)新。

2.4 課程考核方式

科學(xué)的評價體系是檢驗課程教學(xué)效果的重要依據(jù)，傳統(tǒng)的紙筆考試會降低學(xué)生的選課積極性，重過程、重參與、重收獲，鼓勵學(xué)生的批判思維方式、運用現(xiàn)代化工具等多元化考核方式更為重要[3]。

本課程不設(shè)置期末考試，最后成績由3項組成：操作部分40%+出勤20%+實驗報告40%。其中實驗操作部分，指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生回答問題、操作正確與否、儀器清洗和歸位、課堂紀(jì)律等給出操作分，要求每節(jié)課的產(chǎn)品與學(xué)生簽名一起拍照發(fā)到班級群里；出勤部分根據(jù)學(xué)生遲到、早退情況給分；實驗報告區(qū)別于傳統(tǒng)的化學(xué)實驗報告，給學(xué)生充足的發(fā)揮空間，要求報告無錯誤知識內(nèi)容即可，不做其他學(xué)術(shù)要求。

傳統(tǒng)化學(xué)實驗報告為紙質(zhì)手寫，包括實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟、實驗結(jié)果等內(nèi)容。作為77%非化學(xué)類專業(yè)學(xué)生選修的實驗通識課，不再拘泥于傳統(tǒng)的報告格式，采用電子化報告，可以采用WORD、PPT、視頻等形式，鍛煉學(xué)生使用辦公軟件這一必備技能，其中報告內(nèi)容要求必須包含有產(chǎn)品及簽名的照片、關(guān)鍵實驗步驟和現(xiàn)象的照片或視頻，并添加適當(dāng)?shù)奈淖终f明，也可包含有解釋結(jié)論及感想建議等，但不僅限于此，學(xué)生們可發(fā)揮自身優(yōu)勢，自行設(shè)計實驗報告格式和內(nèi)容，表現(xiàn)形式豐富多樣，富于美感，圖1分別為學(xué)生不同形式的報告示例。教師根據(jù)學(xué)生報告內(nèi)容的豐富程度、認(rèn)真程度、付出精力程度將報告分為A、B、C三等，其中只是將講義內(nèi)容復(fù)制粘貼并附上產(chǎn)品圖片的報告定為C類，將WORD或PDF內(nèi)容突出、有趣、PPT精美、視頻內(nèi)容豐富的定為A類，其他中間部分定為B類，再結(jié)合報告的字體格式等的整體美觀度給予合理的加分或減分。另外，對于該課程提出合理的新增實驗項目和改進(jìn)建議的報告給予加分。教師針對每組學(xué)生的實際情況，給出電子版批語，從而給出更加合理的成績。此外，學(xué)生們利用自己的強項來完成報告，避免了傳統(tǒng)考試及報告給學(xué)生帶來的壓力及焦慮，使其能在放松身心的同時，感受課程的樂趣，提升化學(xué)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)化學(xué)知識技能。

圖1 學(xué)生的不同形式的報告示例

3 課程反饋

為了更準(zhǔn)確掌握課程開設(shè)的效果，通過問卷形式隨機對兩個教學(xué)班(選課學(xué)生63人)學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查，問卷采用無記名方式[4]，問卷包括6個單選、3個多選和1個問答內(nèi)容，回收有效問卷共63份，其中部分問題調(diào)查結(jié)果見表2。由表2可知：選修該課程的非化學(xué)專業(yè)類學(xué)生占總?cè)藬?shù)的77%以上，98.41%的學(xué)生對該課程很感興趣，總體評價優(yōu)，大約半數(shù)學(xué)生很想?yún)⑴c到實驗項目的開發(fā)中，尤其是對魔術(shù)類和貼近生活的化學(xué)實驗更感興趣，全部學(xué)生均表示會向?qū)W弟、學(xué)妹推薦選修該課程。由此看出，化學(xué)實驗類通識選修課在本科生中受到廣泛關(guān)注和喜愛。此外，學(xué)生們還為該課程建言獻(xiàn)策，提出增加實驗室安全教育課時，增加碘鐘、藍(lán)瓶子、紅綠燈、黃金雨等著名的趣味實驗項目，將硫酸銅的純化改為制作硫酸銅玫瑰等，都為課程的后續(xù)建設(shè)提供了思路。在后續(xù)的實用化學(xué)實驗課程教學(xué)中，會一直注重學(xué)生反饋的信息，充分考慮學(xué)生建議的可行性，以此作為改進(jìn)教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量的依據(jù)。

表2 學(xué)生問卷調(diào)查與結(jié)果統(tǒng)計

學(xué)生的實驗報告內(nèi)容豐富，不僅有實驗過程、產(chǎn)品及勞動的圖片、視頻等，還有對課程的意見建議，紛紛表達(dá)了對課程的喜愛。圖2為學(xué)生的報告截圖，學(xué)生一：這真的是質(zhì)變！化學(xué)反應(yīng)的神奇之處在這時候被完美詮釋；學(xué)生二：很慶幸自己選了這么好的一門課，掌握了一些基本實驗技能，感受到化學(xué)是如此貼近我們的生活，極大激發(fā)了我對化學(xué)尤其是化學(xué)實驗的興趣。由此可見，學(xué)生對化學(xué)類實驗課程的興趣濃厚，更易接受實驗類型的授課形式，知識收獲更多，從而使通識教育的效果達(dá)到更優(yōu)。因此，將實驗教學(xué)這一高等學(xué)校重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)推廣到通識教育課程中，對于培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和實踐能力的高素質(zhì)人才具有不可替代的作用[5]。

圖2 學(xué)生的報告示例

4 課程成效與改進(jìn)

“實用化學(xué)實驗”課程極大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識的興趣、提高了學(xué)習(xí)積極性和主動性。學(xué)生表示，從課程中理解了化學(xué)對社會生活的巨大貢獻(xiàn)，了解到化學(xué)的美麗和神奇，能客觀地認(rèn)識化學(xué)學(xué)科，不會談“化”色變，重新審視“選擇專業(yè)遠(yuǎn)離‘生化材’”的觀點，不再一味認(rèn)同。

針對學(xué)生的意見和建議，我們通過以下形式進(jìn)行改進(jìn)和完善：

(1) 開設(shè)新的通識課程“科普化學(xué)實驗”和“化學(xué)發(fā)展史中的實驗”，增加觀賞性、趣味性強的實驗項目，例如碘鐘、滴水成冰、晴雨花等實驗項目；(2) 開設(shè)難度稍高的實驗項目，如柑橘皮中果膠的提取和無機顏料鐵黃的制備；(3) 增加pH計、電導(dǎo)率儀等相關(guān)儀器的使用，以此滿足學(xué)生“喂不飽”的需求。(4) 挖掘每個實驗項目的思政元素，客觀對待實驗結(jié)果、數(shù)據(jù)，不篡改、不抄襲，將學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范教育融入實驗教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生誠實勇敢、有擔(dān)當(dāng)、實事求是的科學(xué)態(tài)度。

5 結(jié)語

實用化學(xué)實驗是天津大學(xué)首門面向全校學(xué)生開設(shè)的化學(xué)實驗類課程，獲得了學(xué)生的高度認(rèn)可，取得了良好的教學(xué)效果，并獲評我校優(yōu)秀結(jié)題項目。以化學(xué)化工國家級實驗教學(xué)示范中心(天津大學(xué))為平臺，結(jié)合實驗中心及團隊成員自身的特點，篩選合適的實驗項目、優(yōu)化實驗內(nèi)容及步驟，制定新的考核方案，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，使學(xué)生在輕松愉快的氛圍中達(dá)到學(xué)習(xí)化學(xué)知識技能的目的。通過問卷星小程序進(jìn)行不記名方式調(diào)查，對學(xué)生提出的意見及建議，充分考慮其可行性，再對課程進(jìn)行改進(jìn)，不斷提升學(xué)生的滿意度和教學(xué)效果。