着眼于素质和创新精神.doc

着眼于素质和创新精神，构建实验教学新体系厦门大学化学化工学院郭祥群 胡荣宗 穆纪千摘要：本文从化学学科自身的发展和社会、经济发展对高层次化学人才的需求的角度，分析了理科化学实验教学改革的必要性，并结合厦门大学化学学科基础实验教学改革的实践，对着眼于素质和创新精神培养建设实验教学新体系进行了论述。关键词：基础化学实验 教学改革 创新人才培养New Model of Experiment-Chemistry Education for Creative PersonnelGUO Xiang-qun, HU Rong-zong and MU Ji-qian(College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen,361005, China) Abstract: The rapid development of chemistry science and the fast grow of economy have set new criterions for high level personnel needed by modern society. Accordingly, herein, the imperative to reform the teaching strategy of experiment-chemistry are discussed from this point of view. The Xiamen Universitys practice in building a new model of basic experiment-chemistry education in pursuing quality and creativity are set forth. Key Words: basic experiment chemistry; reform; creative personnel cultivation化学作为自然科学的重要基础学科之一，从一开始就是一门实验性科学。化学实验是化学学科赖以建立和发展的直接基础。同化学科学同步发展起来的化学教育，从一开始就与实验密不可分。英国著名科学家波义耳（R. Boyle）认为实验是最好的老师，只有实验和观察才是形成科学思维的基础。世界著名的化学家和化学教育家，如霍夫曼（A. W. Hofmann）、凯库勒（F. A. Kekule）、齐宁（N. N. Zinin）武慈（A. Wurtz）等在化学领域的成功都得益于他们受过良好的实验室教育。随着20世纪化学学科的迅猛发展，化学已不再是一门纯实验科学。随着数学、物理、计算机科学的持续发展及其在化学中的应用的不断深入，20世纪初形成的量子化学持续发展，化学已从描述性学科发展成为推理性学科。然而，化学学科的发展对化学实验的需求并不因此而削弱，相反则因为化学学科从定性研究发展到定量研究，从宏观深入到微观，从静态发展到动态，从单一学科发展到综合学科以及边缘化学学科的兴起，现代化学科学对化学实验提出了更高的要求。理科化学实验教学改革的必要性长期以来，我国高等化学教育的课程体系基本上是沿用五十年代的体系，即以专业和专门化需要为逻辑的专门化课、专业课、专业基础课、基础课等倒推式的窄、专、深的课程体系。这一课程体系以培养各种“专门家”为目标，将学生培养成具备某个二级或三级学科（如无机、有机、分析、物化、催化、结构与量化）知识的专门人才。国内传统的理科化学实验教学依附于理论课程，随理论课程设课，分属不同的教研室，教学要求重在通过实验加深对理论知识的理解和实验技能的训练。这一课程体系在历史上与当时的学科发展和社会经济发展对人才培养的要求是基本相符合的，为高层次化学人才的培养发挥过重要作用。但近年来，随着化学学科自身的蓬勃发展、随着新的经济时代对人才要求的巨大变化，这一实验教学体系已难以适应21世纪对人才的要求了。这一旧实验教学体系的局限大体可以归纳为以下四个方面：1实验教学课程体系以各理论课程为主线设置，各自形成细而全的小系统，内容重复多，教学效率低。尤其是将化学实验局限在传统的二级学科范围内，不合理地割断了化学学科内在的联系，难以适应学科综合发展和学科交叉渗透对人才思维方式综合化、多样化培养的要求。2实验教学内容以验证式实验为主，学生进行教材以外的实验训练不够，甚至没有，这种以“标准方法”的模式，按部就班进行的实验教学，难以激发学生对化学的兴趣，更难激活学生的创新思维。3实验教学以教研室划分的管理体制，导致重复建设，人员、用房与仪器设备使用率低。随着化学实验仪器的现代化程度的日益提高，这一管理体制造成的教育资源浪费以及其与资金短缺的矛盾等弊端已日显突出。4观念上将实验教学作为附设课程，对实验教学研究成果评价不足，缺乏激励机制，难以推陈出新，尤其是缺乏对实验化学本身的教学和认知规律的研究与认识，已严重阻碍了实验教学内容的更新和实验教学质量的提高。随着高等教育改革的深入，化学教育界人士越来越深刻地认识到旧的实验教学体系不利于培养知识、能力、素质综合发展型人才，已难适应21世纪化学学科发展和社会经济发展对高层次化学人才的要求。在上世纪末，国家教育部主持的“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的实施，有力地推进了我国高等学校理科化学实验教学和管理体系的改革。乘着全国实验教学改革的强劲势头，我院自1991年化学人才基地建立以来，就不断加大实验室建设和实验教学改革的力度，着眼于理科化学本科基础实验教学现代化实验室建设和实验教学内容的改革；于1997年秋季启动了理科化学综合化学实验教学改革项目，着眼于改革长期以来形成的知识面窄、内容陈旧、设备落后的专门化实验；于1999年全面启动了新一轮本科基础实验教学改革，着眼于以素质与创新精神培养为重点的新的实验教学体系的构建；自2001年起，又启动了创建“国家基础课实验教学示范中心”的建设项目。这些教学改革项目的相继启动，使我院化学基础实验教学在教学观念更新、教师队伍建设、教学资源优化配置、教学内容建设以及教学质量评价等多方面都得到了跨越式的发展。着眼于素质和创新精神培养，构建实验教学新体系根据化学学科自身的发展与认知规律，打破旧有实验教学体系附属于理论课设课所形成的细而全的小系统，按实验教学基本内容整合实验教学，构建新的教学体系是我院理科化学本科基础实验教学改革的重点之一。在全面启动新一轮的基础实验教学改革之初，我们进行了全系范围内的教学思想大讨论，并进行了广泛深入的调查研究：一是组织各类座谈会，请国外归来的博士交流比较中外本科实验教学的课程体系、教学目标、教学内容、人才培养效果等；二是召开离退休老教师座谈会，请老教授们结合自己多年教学科研的体会和离退休后在为社会咨询服务过程中所了解到的社会对化学人才培养的要求的各类信息，为我院化学实验教学的改革出谋划策；三是学院主管教学和实验室建设的院长与基础实验教学的骨干教师分赴北京大学、南京大学等十余兄弟院校学习调研。在广泛学习、调研、讨论的基础上，形成了“三整合”的化学实验教学改革的思路。一是以突出基础、能力、素质的新的课程体系的构建为目标的实验教学课程体系的整合；二是以优化实验教学资源配置，加快实验室建设的现代化为目标的实验室整合；三是以规范实验教学管理，提高教学质量为目标的实验工程技术及管理人员的整合。（1）整合教学内容，更新实验选题，构建新的课程体系实验教学内容的整合和实验选题的更新就是在研究基础化学实验自身的教学与认知规律的基础上，删除陈旧重复的实验内容，更新实验选题，形成由“基础化学实验、综合化学实验、研究式实验”构成的新的实验教学课程体系，统一组织实验教学。基础化学实验是以教育部理科化学教学指导委员会制定的“化学专业化学实验教学基本内容”为依据，在原有无机化学实验、定量分析实验、有机化学实验、仪器分析实验、物理化学实验的基础上重组形成基础化学实验一、基础化学实验二和基础化学实验三，分别负责无机与分析、有机与无机制备、仪器与物理化学测量的实验教学。在这一重组过程中，力求根据化学学科自身发展的规律，打破传统的二级学科障碍，结合实验教学的认知规律，在一级学科层面上整合基础实验教学。以利于培养学生接受学科交叉所产生的新的科学原理、新的技术、新的研究领域的挑战的能力，也更有利于培养学生的创新思维。这一新的教学体系已经从2001级学生开始实施。综合化学实验是在对原有专门化实验教学改革的基础上形成的，分为综合化学实验一和综合化学实验二。综合化学实验一是在原有的反映我校化学学科特色的专门化实验中精选、整合、更新形成的。综合化学实验二则大多从我校化学学科的科研成果中转化而来的。综合化学实验的特色是综合化与现代化。从化学一级学科上整合化学实验教学的发展趋势在这一层次的实验教学中体现在每个实验选题中，“合成制备分析表征实际应用”是综合化学实验设计的基本思路。现已开出的综合性基础与设计性实验，其实验内容既体现了厦门大学化学学科各二级学科专业方向的特色与优势，又涵盖多个二级学科的知识点，将学生从原有专业知识过窄的二级学科领域引导到一个更高的层次，从化学一级学科的高度上学习化学、领略化学、理解化学各专业学科之间的最本质的联系和内在的规律。这些实验强调知识的综合运用，强调创新能力的培养。综合化学实验的教学计划是从1999年实施的，其主要教学内容为综合化学实验二的内容，计划从下一年度一并实施综合化学实验一的教学计划。经过四年的教学实践，综合化学实验已经取得了显著的成果，该课程在2000年先后获得本校的优秀教学成果一等奖和福建省优秀教学成果二等奖。研究式实验是开放式实验教学和科技训练相结合的、融多样化教学形式为一体的教学环节。研究式实验教学重在科研能力的训练和创新思维的培养，大多以开放实验或进入科研实验室结合科研课题的内容进行。学生在课程老师或导师指导下自选研究小课题，并自行设计实验方案，完成研究内容，在培养科研与创新意识的同时，了解学科发展与科技创新的前沿领域，受到良好科技氛围的熏陶。这一实验教学层次又不同于毕业论文的科研训练，其形式较为灵活，不受课时限制，可在不同的年段、或课内或课外完成。研究式实验也包含科技开发内容，称作开发实验。这一类型的实验可以是让学生参与小型的科研成果转化中试，培养学生产学研结合的意识。近年来，我系每年有60多名本科生进入科研实验室，参加各类科技活动。一年级的本科生则以参加开放实验为主，课余时间进入教学实验室，加强实践能力的训练，培养探索精神。这一灵活多样的研究式实验教学环节促进了创新人才的培养，一批优秀学生的个性得到充分的发展。近年来，我系本科生先后获得各类国家和省科技活动竞赛奖26项。（2）整合实验室，优化教学资源配置，加快实验室的现代化建设新的化学实验教学课程体系确定后，教学实验室也应进行相应的整合。教学实验室整合是指突破原有实验教学以教研室划分教学实验室的管理体系，建立新的独立统一的化学实验室体系，形成了以基础实验一实验室、基础实验二实验室、基础实验三实验室、综合化学实验室、仪器中心实验室、计算与信息实验室为主体构成的实验中心。5万元以上的大型仪器统一管理，向基础化学实验、综合化学实验以及研究式化学实验教学开放。自1991年化学人才基地建立以来，我们一直致力于集中主要财力建立管理规范、仪器设备先进的化学实验室。除将基地专款和学校配套经费大部分用于购置教学仪器设备与实验室建设以外，还从“211工程”中拨付基地教学设施专款经费281万元。基础实验室添置了524台（件）仪器设备，用于改善实验条件和更新教学内容，提高实验教学的层次；投入60余万元建设计算与信息实验室、多媒体课件制作室；先后投入200余万元购置必需的仪器设备，建设综合化学实验室。实验室整合后，于2001启动了创建“国家基础课实验教学示范中心”的建设项目，一期投入305万元，建设实验室和更新常规实验设备，二期工程计划投入近1000万。实验教学中心的建设目标着眼于国际先进、国内一流。为此，学校邀请了北京大学、南京大学等六所著名大学的本科化学实验教学与实验室建设专家对创建“示范中心”的二期工程进行了论证，以确保实验室建设的科学性和前瞻性。（3）改革管理体制，整合教学队伍为了提高实验教学的质量，充分发挥实验教学在创新人才培养方面所起的重要作用，有必要建立一支高素质的实验教学队伍。这支教学队伍由教师和实验工程技术与管理人员组成。实验教师队伍的构建充分发挥化学学科的人才优势，实验中心主任由教授承担，实验课程主持人全部由具有副高级以上职称、热心于实验教学、关注实验教学的发展、研究实验教学的规律的教师承担，在全系教学与科研人员中聘任实验指导教师。目前参加实验教学的教师有54人，平均年龄43岁。其中具有副高级以上职称的32人，占59.3%，具有博士、硕士学位的41人，占75.9%。实验教学工程技术和管理人员由实验中心统一管理。从2000年起，实验教学工程技术和管理人员实行双轨管理（即行政编制在教研室，考核聘任在实验中心）；从2002年秋季起，实验教学工程技术和管理人员的行政编制与教研室脱钩，形成独立的行政单位。实验教学工程技术和管理人员的考核、聘任与管理按“国家基础课实验教学示范中心”建设标准（草案）实施。我们鼓励实验教学工程技术和管理人员在职攻读研究生学位，提高自身素质。现有的18名工程技术和管理人员中，具有高级职称的4名，具有研究生学历的2名，在职研究生1名。教学科研结合，实现实验教学内容的更新近20年来，化学学科迅猛发展，信息量剧增。如何用最先进的理论丰富化学基础实验教学的内容，如何将学科前沿的研究成果转化成基础实验教学的选题，推陈出新，是我院化学学科在创新人才培养过程中关注的另一个重要问题。我们是从两方面着手开展这项工作的。（1）建立激励机制，鼓励新的实验选题的开发在化学学科自身的发展或与相关学科交叉渗透的发展过程中，发展了许多新原理和新技术。科学原理转化为新的生产技术，往往产生巨大的经济效益。新的科学原理、新的科学技术和方法转化为实验教学的资源，这在人才培养方面所产生的影响也将是巨大的。将学科发展的新原理、新技术、新方法转化成本科实验教学选题需要人力和物力投入。从1997年底启动综合化学实验的教改项目起，我们就注重发挥学科优势，鼓励科研一线的中青年教师将自己的科研成果转化为实验教学的选题。这一举措得到了全体教师的积极支持。为了开发新实验，20 多位教师投入了大量的精力和时间。从设计方案、验证实验、编写教材到订购仪器、试剂，进行了充分的准备。在实验教学过程中，还不断思考如何进一步改进实验，提高教学质量。有的教师还将实验中发现的问题作为毕业论文的题目让学生更深入地进行研究，形成了教学科研的良性互动。自2000年以来，我们还从基地建设经费中专门拨款用于开发实验教学新选题，形成了一批教学成果。近十年来，开发设计性、综合性基础实验136个，开发综合化学实验54个，形成了具有我校化学学科特色的实验教材系列。（2）加强教学管理，通过教学科研结合促进教师队伍整体素质的提高 为了促进教学与科研的结合，学院制定了相应的教学管理规定，要求55岁以下的教师必须承担1/3的教学工作量，鼓励科研能力强的中青年教师参加实验教学一线的工作，促使实验指导教师队伍整体素质的提高，使其能够面向学科发展前沿，捕捉学科发展的最新信息，接受并提出新的实验选题，有能力指导学生分析、解决在开放、设计或自选类实验中出现的新问题，以教师自身的创新思维影响和培养学生。实施开放式实验教学，促进创新人才的培养在传统的化学实验教学中，由于大多照实验教科书按部就班地进行，学生按教材上所写的实验步骤做完一遍，交上实验结果，教师通过将学生的实验结果与标准结果比较进行实验成绩评定。这种实验教学模式是建立在相对稳定的教学内容基础上的，实验课时比较固定，所需化学试剂量基本固定，测试所需设备、所耗仪器机时也相对固定，教学易于组织，实验操作能力易于评价，也能够促进学生力求通过认真的实验操作以取得准确的实验结果。几十年来，这种教学方式在化学人才的实验知识和实验技能的培养过程中也发挥过重要作用。但这种教学模式很难做到因材施教，不利于培养学生学习的兴趣，难以激活创新思维。一些在中学经过化学奥校培训的学生，实验技能较好，往往能获得较好的实验成绩，一些偏远的、经济不发达的地区来的学生则往往由于基础较差，而导致实验成绩较差。同时还会出现前一类学生因不满足于正常实验教学的内容，有厌倦感，逐渐失去对实验的兴趣，而后一类学生也容易出现因自卑而导致失去对化学实验的兴趣。兴趣是探索未知与勇于创新的动力。如何激发学生对化学实验的兴趣，是我们考虑的又一个重要问题。我们力求通过开放实验教学来解决这个问题。开放式实验教学可体现为改变实验成绩评定中强调一次性获得准确结果的观念，允许基础差的学生从失败中学习，通过重复实验达到实验教学的要求。有的实验课时长，难以在课内重做，可在课余时间进入实验室训练。对基础好的学生，允许在完成基本实验内容的基础上自选实验。开放式实验教学也体现在实验教学内容方面，如增加设计性实验、小型研究性实验。这类实验将重点放在培养文献调研、实验设计、发现问题、分析问题及解决问题的综合能力与素质方面。开放实验，有利于对学生因材施教，有利于学生个性发展，也有利于培养学生对化学实验的兴趣。几年的实践证明，学生欢迎开放实验的教学方式，有的开放实验室一天接纳的学生达到60余人。开展教学研究，深化教学改革开展教学研究，加深对教学和认知规律的认识，深化教学改革，提高教学的质量，是我们工作的又一重点。我院化