基础化学实验教学改革的探索与实践

柳一鸣,阎建辉,聂东宋,王国祥,何斌鸿

(湖南理工学院 化学化工学院,湖南 岳阳 414006)

基础化学实验教学改革的探索与实践

柳一鸣,阎建辉,聂东宋,王国祥,何斌鸿

(湖南理工学院 化学化工学院,湖南 岳阳 414006)

湖南理工学院化学化工学院通过多年来对基础化学实验教学改革的探索与实践,形成了有利于培养学生综合实践能力和研究创新思维的三层次实验教学体系和实验室管理运行机制,不但使教学质量大幅度提高,也极大地促进了学科和专业建设,为地方院校化学化工专业实验教学改革提供了一些有益的经验.

基础化学实验;教学改革

高等学校在实施教育过程中,实验(实习)教学是一个非常重要的组成部分,它与课堂(理论)教学、毕业设计(论文)组成了一个“三足鼎立”且相互缺一不可的有机整体.尤其是化学学科,实验是它的灵魂与精髓所在.实验教学不但在激发学习兴趣、传授化学知识和技能、掌握科学方法和思维、培养创新精神和能力等方面有着重要的作用,而且在培养严谨求实的科学态度、锲而不舍的崇高品质品德、全面实施素质教育等方面也有着独特功能和作用,这些都是其它教育环节所无法替代的.

因此,从 2001年开始,我们在学院领导的大力支持下,以“改革基础化学实验教学体系”课题为契机,以培养学生创新意识、创新思维和创新能力为目标,对基础化学实验教学进行了深入的研究和全方位的改革,并取得了良好的教学效果,其具体做法如下.

1 改革实验教学体系、优化实验课程结构

长期以来,在“重理论、轻实验”的指导思想下,将实验教学建立在“学科为中心”课程观上,实验教学严格以本学科的知识为体系,以学生获得专业知识为主要发展目的,使基础实验教学长期处于一个从属地位.从课程设置看:其基础实验内容分别从属于无机、有机、分析和物化理论教学,并强调实验内容与教材同步,紧跟教学进度;强调理论课程教材的唯一性和考试目标、评判标准的唯一性.将它作为各理论课程的尾巴,长期处于依赖和附属位置.从内容来说:陈旧、重复且验证的多、综合设计的少.从方式来讲:学生被动做的多、主动探索的少;观察现象多、独立思维少.从功能来看:实验教学所具有的和谐、民主、平等的教学氛围和培养创新意识和创新思维的作用等方面的优势都没有得到充分的显示和发挥.这种以“获取知识”为培养目标、按照二级学科的层次构建起来的基础化学实验教学体系,虽然曾经在化学科学和教育的发展过程中起过重大作用,但面对科学技术和教育走向现代化的今天,其存在的弊端严重地阻碍了高等化学教育的发展,既不利于充分发挥实验教学的功能,造成资源浪费,更不能调动广大师生的教、学积极性,不利于培养学生的创新思维和创新能力,不能适应现代科学发展和社会的需要.

基于以上思考和认识,运用现代教育理论,并根据我国高等教育“学科交叉化、内容综合化、方法多样化、时间终生化、空间国际化”的发展趋势,以培养学生创新意识和能力为目标,从系统工程的角度在一级学科平台上重新建立了一个一体化的基础化学实验教学体系(如图1所示).

图1

从基础化学实验、综合性化学实验和设计性化学实验三个层次实施实验教学.基础实验是以基本操作和技能训练为目的,注重学生对基础实验知识的积累、突出实验原理与方法,强化规范化操作和养成良好的实验习惯.要求学生掌握物质的称量、分离、提纯、制备、测定等方法和技术,提高其实验观测、数据处理、文字表达能力.综合性实验是以制备—分离提纯—理化性能测试—结构表征为主线,以若干简单实验为基础,至少是跨越两个二级学科以上的综合实验,其目的是要求学生把已学过的实验方法和手段融会贯通,培养学生对基础实验内容、实验知识、实验技能的综合应用能力.设计性实验是以科学研究为模式,解决具体的化学问题,采用以“学生为主体,教师为主导”的开放式实验教学新模式,分为课程内研究性实验、非课程研究性学习和课外创新实践等形式.实践过程注重方法论、创造性科学思维的培养.引导学生“发现—思考—创新”,其目的是培养学生的思维能力、分析能力、动手能力和创新能力.培养和提高其独立工作的能力,为创新潜质的发掘作准备,从而实现课程体系的整体优化.研究创新性实验体系给学生留有自主思考的余地,从而在根本上摆脱以教师为中心,按部就班的教学模式,提高了学生的综合实践能力和创新精神.其课程名为《基础化学实验》,学分为18,总学时为338学时,化学基础实验项目总数由原来的75个增加到114个,使理论课与实验课时的比例达到了1:1.2,其中综合性、设计性实验数量达81个,占总实验数量的71%,

2 改革实验教学方法,优化实验教学过程

“教学有法,教无定法,贵在得法”,所谓教学有法就是指教学过程必须遵循教学规则;教无定法、贵在得法是指根据不同的教学内容、对象、时间、环境和条件可以采用不同的、适当的教学方法.创造是人类智慧的最高表现,教学只有把学生的想像力、创造力充分发挥并尽情地释放出来,才能实现“照料人的心魄”这一教育的永恒使命.因此我们应该充分发挥实验教学的特点和优势,优化教学过程,充分体现情的激发、美的熏陶、理的启迪,实现情感、认知、能力过程的三个转变,让学生真正能掌握基础、发展能力、体验成功、思维创新,使其不但具有扎实的基础知识和合理的能力结构,还具有灵活多变的思维方式和健全的人格特征.真正实现从知识的传授、积累到创新精神和能力培养、发展的转化.基于以上认识和思考,我们在这近八年的教学实践和探索过程中,在教学方法上始终坚持了以下三个教学原则:

1.规范性原则:要求学生严格、规范地遵守实验室的各项安全规则和规章制度,强调规范化操作,如实地记录实验结果和数据,培养实事求是的科学态度和认真观察、独立思考、严谨求实、团结合作等良好地学习工作习惯.

2.主体性原则:按照“以人为本”的教学理念,注重体现学生在实验中的主体地位,让学生独立操作、独立思考、充分调动学生学习的自主性、主动性和创造性.特别是通过综合设计和探索性实验由学生自己查阅资料、设计方案,并通过实验得出结论,变被动学习为主动学习,有利于启迪学生科学思维和创新意识.

3.差异性原则:一是承认学生发展存在的差异性,让每个学生在原有的基础上,在不同起点获得最优发展,要允许学生实验数据的差异甚至结果的失败,但要能认真分析原因,学会从失败中获得成功;二是承认学生发展的独特性,尽可能发现每位学生身上的闪光点,充分发挥学生的兴趣和能力,因材施教,给每个学生提供发展自己潜力的机会.

3 改革实验考核标准、优化实验评价体系

考核是衡量课程教学质量的主要方式,也是教学活动的一个重要环节,从某种意义上讲它左右着“教”与“学”的整个过程,最终对人才培养质量产生重要的影响.所以必须建立一种公正、合理、科学的考核和评价体系.在改革实验课程考核方式和评价体系中,必须注重学习态度、方法和能力的培养,强化学生综合素质和创新能力的考核,促进学生知识、能力、素质协调发展.

基于以上认识,我们设计的考核模式是总评成绩包括平时成绩 (30%)、 操作考核成绩 (40% )和实验理论考试成绩 (30%)三部分.平时成绩来源于教师平时对学生实验预习报告、实验过程的操作规范、原始数据记录、实验结果和报告、学习态度和创新精神等各个方面的观察和记载.实验操作规范考核是按照教学大纲要求,学生必须熟练掌握的基本操作规范,例如称量、定容、移液、滴定、蒸馏、回流、萃取、升华、层析、过滤、抽滤、比色、熔点测定、 沸点测定等,同时制定了评价标准并由学生抽签进行考核.理论考试内容包括化学实验的基础知识、基本原理、方法和技能、实验步骤、现象和结果、数据处理、分析讨论、实验思考题及化学实验室的基本知识等各个方面.

通过采取这样的方式进行考核,大大加强了学生对平时实验整个过程的重视,如学生的预习报告、实验的操作过程、实验数据的处理和实验报告的书写比过去都有了大幅度的提高,学生的学习积极性、自觉性以及动手、动脑能力也明显增强.这正是我们开设基础实验化学实验的目的所在.

4 改善实验教学条件,优化实验管理体制

1.改变原有实验室建制、加强规范化管理.根据上述课程改革体系,我们将原有的无机、有机、分析与物化实验室合并为基础化学实验室,由学院教务处和系部统一管理,既提高了仪器设备的利用率,又加强了实验室的管理.利用计算机网络不但对实验室的仪器和药品进行管理和监控,而且对整个实验教学过程实现电子化管理,如实验教学大纲、计划、任务书、教学进程、成绩和学生预约实验及大型仪器使用网上申报等等.

2.依托学科和专业建设,促进实验室建设.近年来,学校共计投入 1000多万元加强实验室的改造、建设,使现有实验室达到了67间,实验室面积4900多平方米,添置、更新了部分仪器设备,包括高效液相色谱、制备液相色谱、红外光谱、紫外光谱、原子吸收光谱、荧光分光光度仪、气相色谱仪、综合热分析仪、凝胶渗透色谱仪、PCR仪、凝胶成像系统、发酵罐、超临界萃取和膜分离装置等大中型仪器设备.使现有教学设备仪器总值1000多万元,为上述实验教学计划的顺利实施提供了坚实的物质基础.

3.加强教师队伍建设.一方面基础化学的 10名教授、博士都要进验室,重视基础实验教学;另一方面激励教师开展创新性研究,用科研成果促进实验教学.近年来化工学院教师的 12项国家自然科学基金项目的部分科研成果已转化成新的综合性和设计性实验,编写的《综合化学实验》教材中有一半是来源于教师的科研成果,如固体酸催化合成油酸月桂脂、锐钛矿TiO2紫外光催化性能研究、高纯度无水氯化镁制备工艺研究、草酸钙的晶体生长及表征等等,使科研和教学成果成为专业新实验的孵化器,应用于学生实验教学体系中,这不但极大地丰富了实验课的内容和先进性,保障了实验内容随学科的发展而不断更新,更重要的是它对提高学生的科研兴趣和自主创新能力发挥了重要作用.

4.逐步开放实验室,培养学生创新能力.就现有的条件来说,对于大一的学生全面开放实验室虽然有一定的难度,但我们可以增加时间(如第一次实验不成功经申请后可参加下次重做),对于某些同学感兴趣的实验探索,可通过网上申报并经相关教师审查后好可安排时间做;对于大二以后的学生则适当开放实验室,教师的课题室,也是学生科研活动的开放实验室.根据教师的科研课题,开设一些研究和设计性的实验,教师给出题目,学生自由选择,然后通过查找相关资料设计实验方案,经与指导教师商定后进行实验探索;另一方面,我们鼓励基础较好、学有余力的同学积极申报湖南省及学院的大学生课外科研项目,并在相关指导教师的课题室中进行探索,这样做既培养了学生兴趣、充分调动和发挥学生的学习热情和创新能力,又使学生在从教学实验走向毕业论文前,接受较为严格的科研训练,为毕业论文的完成奠定了一个良好的基础.

5 结束语

近八年来,我们通过对基础化学实验课程结构、教学方法、评价标准、实验室建设和管理等方面的教学改革实践与探索,使学生进入基础实验室学习的兴趣大大增加,其态度由敷衍转变成积极参与,其基础实验技能、综合分析问题、解决问题能力和创新意识都大大加强.同时,基础化学实验教学改革实践与探索也大大促进了实验室建设、专业建设和学科建设,基础化学实验室被评为湖南省高等学校基础课教学示范性实验室,应用化学专业被评为国家级特色专业,湖南省高等学校重点建设专业和重点建设学科,2006年在国家教育部组织的全国高校教学质量评估中,我们学校的综合指标在同类院校中名列前茅,2008年化学工程与技术学科被批准为湖南省新增硕士学位授权建设学科,成为学院学科建设的排头兵.

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Exploration and Practice on the Teaching Reform of Fundamental Chemistry Experiment

LIU Yi-ming,YAN Jian-hui,NIE Dong-song,WANG Guo-xiang,HE Bin-hong
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Hunan Institute of Science and Technology,Yueyang 414006,China)

Through years of exploration and practice on fundamental chemistry experiment teaching reform,College of Chemistry and Chemical Engineering,Hunan Institute of Science and Technology has formed three-level experimental teaching system and laboratory management mechanism,which are benefit to cultivate students’ comprehensive ability and innovative thinking for research.Not only it greatly improved the quality of teaching,but also promoted the construction of discipline and profession,which gave some useful experience for local colleges’ teaching reform of chemical engineering.

basic chemistry experiment;teaching reform

G642.423

A

1672-5298(2010)04-0079-04

2010-08-16

湖南省教育厅教改项目(湘教通263号和2002号)

柳一鸣(1958− ),男,湖南平江人,湖南理工学院化学化工学院教授.主要研究方向:生物矿化