大学化学实验课程体系的改革与实践.pdf

第25卷第1期大学化学2010年2月大学化学实验课程体系的改革与实践张国林韩莹薛怀国3刁国旺(扬州大学化学化工学院江苏扬州225002)摘要结合扬州大学实验教学改革的现状,阐述了“三层次、多模块”的大学化学实验课程体系构建的思路和框架,以及该课程体系的运行模式。教育质量的评判标准,是看培养的人才质量的高低。有资料显示,尽管我国每年在杂志上公开发表的论文数量在世界上处于领先水平,但反映创新能力的发明专利的数量却非常低,从一个侧面反映我国教育方法与教育理念上的不足。如何从单纯的应试教育模式,转化到在注重理论教学的同时,加强实验与实践教学,将培养学生的动手能力、创新能力以及解决实际问题的能力作为教学工作的重要环节,这对于化学教学尤为重要123。因为化学是一门实验性很强的学科,教育部化学教学指导委员会以及国家级实验示范中心建设标准均要求化学学科的实验课与理论课教学时数之比应达到1.2:1,并要求增加综合性与探索性实验的比例。扬州大学化学化工学院化学教学实验中心作为江苏省级化学教学实验中心,在实验教学体系改革方面也做了一些工作,取得了一些成果。1构建“三层次、多模块”的实验教学体系从实验教学的基本规律入手,对原注重验证性的四大基础化学实验(无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验)和仪器分析实验进行整合,在化学一级学科层面上将实验内容重新分类,建立了独立于理论课程的新的实验教学体系,即按照“基础性综合性探究性”三层次和根据各专业特点而设置的“多模块”实验教学体系(图1)。第一层次为基础性实验,主要训练学生掌握化学实验的基本操作、基本仪器的操作方法以及基本理论等。基础性实验包含化学化工类专业、理农专业、医学专业、工学专业、文科选修5个模块,供不同专业、不同兴趣的学生选择。以化学化工学院的各专业为例,化学化工专业基础实验模块开设基础化学实验一和基础化学实验二两门课程(共10.5学分,336学时),分别在大学一、二年级开设；基础化学实验一主要训练学生在大学本科阶段必须掌握的化学基本实验技能以及物质的分析、分离与提纯等方法,基础化学实验二主要训练学生了解常用仪器的性能、基本原理,掌握其操作方法,熟悉常规物理量和参数的测量,并进行相应的数据处理等。理农专业基础实验模块(3.5学分)主要面向理学、农学以及化学实验基础要求较高的各专业学生。医学专业基础实验模块(2.5学分)主要面向医学、动物科学以及对化学实验基础有一定要求的各专业学生。工学专业基础实验模块(1.52学分)主要面向工学和对化学实验基础要求不高的各专业学生。文科选修基础实验模块(1学分以下)主要面向对化学实验有兴趣的32文科学生。理农专业、医学专业、工学专业、文科选修4个基础实验模块所对应的课程统称为公共化学实验。目标层次模块课程教材重创新探究性实验探索创新探究性实验强能力综合性实验专业选修综合必选综合化学实验综合与探索性实验厚基础基础性实验工学专业文科选修理农专业医学专业公共化学实验化学化工专业基础实验二基础化学实验二基础实验一基础化学实验一基础知识与仪器图1实验教学体系框架第二层次为综合性实验,主要训练学生综合解决实际问题的能力。综合性实验面向化学、化工类专业。该层次实验是在第一层次的基础上开设的,主要以有机合成、无机合成为主线,辅之以各种分析与测量手段,学生一方面可学到新的合成技术,同时又可以利用在一、二年级掌握的基本实验技能和仪器操作方法,对合成的产品进行分离提纯、分析表征,并测量相关反应的动力学参数等。这样一方面可帮助学生复习、强化前面已学过的知识,进一步规范实验操作技能和技巧；另一方面也可培养提高学生综合应用基础知识和解决实际问题的能力。这一层次的实验分为两个模块,模块1为综合必选模块,含理工科各专业的必选实验；模块2为专业选修模块,含有专业特色明显的各种实验项目,学生可根据自己的专业和学习兴趣选修,使学生在得到系统实验技能训练的同时,又使专业特色得到加强。经过以上系统培训后,学生已经有能力开展化学实验的设计与开发工作。第三层次为探究性实验,主要培养学生的创新意识和创新能力。探究性实验面向化学化工学院各专业学生,对应于探究性实验课程,在大学四年级开设。该层次的实验内容主要来自教师的科研成果,学生根据自己的专业和兴趣自由选择实验项目,教材中只给出实验目的与要求,学生必须通过查阅参考文献,撰写实验方案,经指导教师审查通过后独立开展实验,对于实验过程中发现的问题尽可能自行解决。该类实验应放手让学生去设计、思考,独立自主地解决实际问题,使学生的创新能力得到提高。通过以上改革,提高了实验教学效率；强化了基础,保持了专业特色；综合性与设计性实验、研究性实验的比例大幅度增加(所占比例达55%)；实验课时数与理论课时数之比为1.2:1。2实施开放式实验教学运行模式在“三层次、多模块”的实验教学体系中,由于开设的综合性、设计性和研究性实验数量大幅度提高,客观上要求实验教学实行开放式管理。以综合性实验为例,学生在综合性实验室可完成合成等实验步骤,对合成产品的进一步表征和参数测量通常会用到在基础性实验中使用的仪器,有些还需在大型仪器室完成,如果实验室不开放,学生很难完成全部实验内容。42实验室开放实行两种形式,一是自由式开放,主要是大型仪器实验室,学生凭仪器操作证到值班室领取钥匙上机实验。大型仪器室除负责管理大型仪器专门人员外,对学生和教师一律实行操作证制度,凡第一次使用某仪器的教师或学生,均必须接受专业培训,并获得仪器操作证,凭操作证在值班室登记领取钥匙上机操作。仪器设有专门程序,开机时必须输入个人密码,仪器在使用期间将自动记录运行时间,并记入个人帐户。通过查阅保存在每台仪器中计算机内的个人帐户,即可跟踪仪器的运行情况。如发现仪器工作不正常或损坏,可以比较容易查访到当时的实验者,从而为排查原因提供方便。同时,这也是对仪器运行历史的最好记录。二是预约式开放(主要针对基础实验室和专业实验室),学生可根据需要,到实验中心预约登记处登记预约,实验中心将根据实验室使用情况合理安排,同时安排值班人员值班。为保证实验室开放工作的有序进行,制定了化学教学实验室开放实施办法及相关规定,要求实验项目和实验仪器设备向学生开放,允许学生根据教学基本要求和个人兴趣在一定范围内选择实验内容和实验设备,设计实验方案,在教师的指导下完成实验,达到预期的实验教学目的；教学实验室开放要结合教学条件和学生特点,加强新技术、新方法的引进,实行必修与选修相结合,固定实验时间与浮动实验时间相结合,即在学生完成基本技能训练以及大部分综合性实验的基础上,让学生根据专业要求和学习兴趣选做部分综合性、设计性实验；开放项目可以是教学计划要求的课内实验,也可以是课外实验,如学生的创新性实验等,以满足不同层次学生的学习要求。几年来的实践表明,现行的实验室管理模式极大地方便了师生教学与科研工作,同时学生自主学习的能力得到了充分的发挥。3实行多模式的实验考核学院十分重视对学生素质的培养和考核,对于实验教学体系的3个不同层次采取了不同模式的考核方法:基础性实验采用操作考试与平时成绩综合评估的评分方式。过去的实验课成绩评定只凭实验报告或笔试成绩,这样无法客观地反映学生基本操作和基本技能的掌握情况。中心根据几年的实践,形成了基础性实验课程的成绩考核标准,即操作考试占30%,平时实验成绩占70%。平时实验成绩根据学生的实验预习、操作技能、实验结果、实验报告等综合评分。操作考试在方式上也做了改革,改革前的操作考试只是让学生进行某个实验的操作片断,偶然性很大,难以反映学生的真实水平。为克服这一不足,要求学生从所做的实验中通过抽签方式抽出1个实验,在1小时内完成该实验的所有操作或主要操作步骤,并给出一组或多组实验数据,同时回答监考教师提出的相关问题。在考试过程中,监考教师根据学生的操作能力和实验结果综合评分。综合性实验采用理论考试、操作考试、平时成绩综合评估的评分方式。综合性实验主要目的是强化学生能力的培养,因此对理论知识的要求较基础性实验要高。通过实验理论考试可考察学生基本知识和基本理论的掌握情况,再结合学生平时实验过程中综合素质和能力的情况,从而得到考核成绩。通常情况下,以理论考试20%、操作考试15%,平时成绩65%的比例综合评分。探究性实验采用评语式评分方式。对于探究性实验,要求学生通过文献资料的阅读、分析提出实验方案并组织实施,实验报告以科学论文的形式提交。在实验过程中,创新性的观点和(下转第31页)52质量及其他资源的利用必须引起人们的高度重视。课件的内容不应该仅仅是仪器图片的粘贴、仪器工作流程的转载以及一套电子教案使用数年的做法,还应充分利用仪器厂家附赠的模拟软件,同时要不断跟踪国内外专业教学软件开发的最新动态,使用高水平的教学资源。此外,应尽可能多地利用网络课程和虚拟实验室帮助学生理解课程的重点和难点,开设部分虚拟仪器分析实验,以激发学生的求知欲望。(7)改革考核方式。考核方法在一定程度上是学生平日怎么学、怎么做的指挥棒,必须引起教师的重视。传统的考核方式是学生背几天书,教师出一份试卷,闭卷笔试,教师给学生打个分数。这种考核方式并不适合仪器分析课程的考核。如前所述,仪器分析是一门实践性很强的课程,仪器分析课程的考核应适当减少原理部分的内容,而侧重对学生实验能力的评价。原理部分的理论知识可采用口试与笔试相结合的方法,避免学生考前突击、死记硬背。在授课期间,可拟定若干有前沿性或应用性的题目,让学生自主选择,安排学生课余到图书馆或网络上查阅,了解国内外相关仪器及分析方法的发展动态,提出解决方案,撰写小论文,以培养学生独立思考和解决问题的能力,同时巩固课堂教学成果。学生的考核成绩可以是本课程理论部分的笔试与口试成绩、实验成绩及论文成绩的综合。这种考核方法有助于学生重视理论与实践的结合,真正学好仪器分析课程。参考文献1何金兰.湛江师范学院学报,2003(6):1222刘海燕,贾安强,杨旭哲,等.中国现代教育装备,2006(10):122(上接第25页)思维是最重要的,同时实验的结果能反映学生的实践能力；因此教师的评语和评分主要体现在实验的创新性思维和实验结果上。通过大学化学实验课程体系和运行模式的改革,学生不但能掌握基本的实验操作方法,正确使用仪器设备,准确获取实验数据,正确记录、处理数据和表达实验结果,而且能独立设计实验,准确观察实验现象,进行分析判断和逻辑推理；同时学生的实践技能和创新能力也得到了有效的提高。截至目前,我院获全国大学生实验邀请赛二等奖1项,三等奖5项；全国“挑战杯”大学生课外科技作品大赛二等奖1项,三等奖2项；全国创业计划大赛铜奖1次；江苏省大学生创