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大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)體系研究論文
摘要：在充分了解我國大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)改革的背景下，構(gòu)建綜合性與創(chuàng)新性并重的新型大學(xué)化學(xué)實驗課程教學(xué)體系。根據(jù)揚州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院的專業(yè)性質(zhì)和學(xué)生特點，自主探索出版大學(xué)化學(xué)實驗綜合性教材，倡導(dǎo)綠色化學(xué)環(huán)保主義理念，同時引入“導(dǎo)師制”，通過學(xué)生自主探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新意識，使學(xué)生真正成為實驗教學(xué)的中心者和受益者。
關(guān)鍵詞：大學(xué)化學(xué)實驗;教學(xué)改革;綜合性;導(dǎo)師制
大學(xué)實驗教學(xué)是大學(xué)化學(xué)教學(xué)理論與實踐結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生探究能力、創(chuàng)新能力、實踐能力的重要環(huán)節(jié)［1－4］�；仡櫸覈叩冉逃龤v史，在啟動本輪教學(xué)改革前，我國高等院校的實驗教學(xué)多為學(xué)生提供傳統(tǒng)的填鴨式“菜譜”實驗手冊，教師依據(jù)實驗手冊對實驗步驟進行詳細演示，學(xué)生依據(jù)“菜譜”按部就班地實驗操作，這些“菜譜”實驗大多為驗證式實驗，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。進入上世紀末，隨著教學(xué)質(zhì)量工程的啟動，掀起了一輪教學(xué)改革熱潮，大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)也隨之展開了徹底的改革工作，其基本思路是依據(jù)化學(xué)實驗的認知規(guī)律，自成體系，單獨設(shè)課，并將實驗分成三個層次:基礎(chǔ)實驗、綜合實驗和探究實驗，也取得了許多有建設(shè)性的成功經(jīng)驗。
1我國大學(xué)實驗改革背景
20世紀90年代起，尤其是1999年教育部在第三次教育工作會議上發(fā)出“推進素質(zhì)教育，培養(yǎng)創(chuàng)新人才”號召以來，國內(nèi)諸多高校掀起實驗改革熱潮，改革的基本思路為:一是實驗課單獨設(shè)課;二是將實驗課程劃分為:基礎(chǔ)實驗、綜合試驗、探究性實驗，以適應(yīng)新形勢下社會對化學(xué)人才的需求［5］。
2揚州大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)體系介紹
以揚州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院為例，從1999年以來嘗試實驗教學(xué)改革，于2011年在探索和實踐中建立一套獨特的實驗教學(xué)體系，并編寫出《大學(xué)實驗講義》，經(jīng)過多年實踐教學(xué)驗證，《大學(xué)化學(xué)實驗》和《新編大學(xué)化學(xué)實驗》兩套教材先后出版。改革初期，學(xué)院通過走訪調(diào)研，尤其是到全國兄弟院校參觀、學(xué)習(xí)，結(jié)合自身實際，對原實驗教學(xué)體系進行了全方位的改革，形成了一套新型的、行之有效的實驗教學(xué)方案，具體做法如下:
2.1實驗中心簡介
我院實驗中心依托揚州大學(xué)測試中心和省級化學(xué)實驗中心平臺，對大型儀器進行集中管理，促進教學(xué)和科研資源的互補共享，提高資源利用率。中心主要承擔(dān)化學(xué)化工學(xué)院五個專業(yè)即化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、高分子材料與工程、化學(xué)工程與工藝、制藥工程的基礎(chǔ)化學(xué)實驗和專業(yè)化學(xué)實驗的教學(xué)任務(wù)，同時還承擔(dān)全校工、農(nóng)、醫(yī)科等各類專業(yè)的公共化學(xué)實驗教學(xué)工作。
2.2實驗室管理
我院實驗中心實行校院兩級管理:學(xué)校實驗室與設(shè)備管理處在實驗室建設(shè)、管理和實驗隊伍建設(shè)上起指導(dǎo)作用�；瘜W(xué)化工學(xué)院對實驗中心直接領(lǐng)導(dǎo)與管理，職責(zé)明確。中心資源實行“一體化”管理，對實驗課教師、技術(shù)人員、實驗室、實驗儀器、設(shè)備及實驗經(jīng)費在中心范圍內(nèi)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)配，實現(xiàn)資源共享。在日常管理中，我們發(fā)現(xiàn)以下問題有待整改，例如:實驗室管理人員與實驗教師溝通不到位;實驗員與實驗教師對接不緊密，實驗員只著手準備實驗儀器，不參與整個實驗過程，造成有些實驗儀器使用較頻繁，出現(xiàn)了儀器損壞后未及時維修現(xiàn)象，可能影響到實驗教學(xué)正常進度等。針對以上問題，我院切實加強實驗室管理，要求院領(lǐng)導(dǎo)和督導(dǎo)聽課查課時，不少于20%的課程為實驗課;基礎(chǔ)化學(xué)實驗室主任和副主任不定期抽查實驗教學(xué)和裝置情況，對教學(xué)執(zhí)行不到位、儀器維護不合理現(xiàn)象及時督促整改維修，安全隱患第一時間進行處理，對不整改、不落實的實驗室進行院內(nèi)通報批評;為鼓勵教師從事實驗教學(xué)工作，學(xué)院從職稱評聘、工作量計算等方面對從事實驗教學(xué)的教師傾斜;給予實驗專任教師充分的科學(xué)研究空間，請其根據(jù)個人方向，有機篩選部分研究內(nèi)容，請學(xué)生自主選擇并進行自主實驗，將該類創(chuàng)新實驗作為基礎(chǔ)化學(xué)實驗的拓展內(nèi)容，同時將學(xué)生成績納入基礎(chǔ)化學(xué)實驗最終考核成績［6］。
2.3師資隊伍
我院從事實驗教學(xué)的教師近80%具有副高及以上職稱。為進一步加強實驗技術(shù)隊伍建設(shè)，在實驗中心13名實驗人員的配備基礎(chǔ)上，2017年我院又引起了3名專職實驗員，其中1名為博士學(xué)歷，2名為碩士學(xué)歷;為提升實驗技術(shù)隊伍綜合素質(zhì)，我院加大實驗中心人員專業(yè)培訓(xùn)力度，提升其業(yè)務(wù)能力水平，鼓勵在職攻讀碩士、博士學(xué)位，采用“走出去、請進來”的原則，即定期聘請國內(nèi)實驗管理領(lǐng)域?qū)＜医淌趤碓洪_設(shè)實驗技能與管理培訓(xùn)講座，還組織實驗中心人員赴兄弟院校參觀交流，學(xué)習(xí)實驗教學(xué)管理模式與先進經(jīng)驗。
2.4實驗室安全
在提升綠色化學(xué)環(huán)保主義的同時，實驗室安全管理也是實驗教學(xué)工作中的關(guān)鍵［7］，我院每學(xué)期都組織學(xué)生統(tǒng)一進行實驗室安全培訓(xùn)，詳細介紹各種實驗儀器的使用方法，特別針對實驗時易發(fā)生的安全隱患，進行細致分析，提出合理應(yīng)對措施，增強學(xué)生對突發(fā)性事件的預(yù)防與抵御能力，例如:進實驗室必須穿實驗服、戴護目鏡，并在實際教學(xué)中落實;請消防員對學(xué)生進行滅火器使用培訓(xùn)，并進行模擬練習(xí)，確保學(xué)生能正確使用滅火器;學(xué)院定期舉行安全逃生演練，合理規(guī)劃逃生路線，增強學(xué)生對突發(fā)事件的自救能力;儀器使用落實責(zé)任到人，使用前后需簽名并寫明用途及注意事項。我院還選聘了一批責(zé)任感強烈、工作嚴謹?shù)难芯可螌嶒炇野踩珕T，配合做好實驗室安全管理，建立安全員QQ和微信群，確保溝通暢通無阻。安全員的聘任對學(xué)生來說既是榮譽，又是責(zé)任，有利于學(xué)生自我加強安全意識，讓學(xué)生充分參與到實驗室安全管理工作中［8］。
2.5實驗教材
我院以“厚基礎(chǔ)、寬口徑、求創(chuàng)新”的理念為學(xué)科中心，開放多學(xué)科交匯式化學(xué)實驗平臺，構(gòu)建多層次化學(xué)實驗教學(xué)課程體系，依據(jù)以上理念，由揚州大學(xué)牽頭，八校合編的《新編大學(xué)化學(xué)實驗》教材應(yīng)運而生，本教材共4冊，分為基礎(chǔ)知識與儀器、基本操作、儀器與參數(shù)測量、綜合與探究。此教材體現(xiàn)“齊全、細致、創(chuàng)新”。全書囊括了214個教學(xué)實驗，涵蓋基礎(chǔ)類綜合類探究類各項實驗內(nèi)容，為反映實驗教學(xué)的發(fā)展歷史，適當增加基礎(chǔ)實驗量，安排了部分自動化程度相對較低的儀器進行測量實驗，既確保各校根據(jù)自身實驗裝置和人才培養(yǎng)情況自主選擇教學(xué)內(nèi)容，又有利于加深學(xué)生對實驗測量基本原理的認識程度;考慮到現(xiàn)代分析技術(shù)發(fā)展迅速，特別在儀器介紹部分增設(shè)了目前科學(xué)研究中經(jīng)常使用的先進儀器介紹，以適應(yīng)不同教學(xué)需要，也可供相關(guān)專業(yè)人員參考。教材利用我院教師自身的科研優(yōu)勢，將其可轉(zhuǎn)化的最新科研成果演變成實驗案例，使實驗訓(xùn)練即接近科學(xué)前沿，又接近生產(chǎn)實際;一切從實驗教學(xué)出發(fā)，本著“化繁為簡、精益求精”的原則，將基本實驗技能盡量全面體現(xiàn)在不同實驗中，將原本單一的化學(xué)實驗進行整合，強調(diào)實驗之間的相互關(guān)聯(lián)性，由淺入深、循序漸進，并注重加強綜合性，部分實驗提供了多個實驗方案，一方面供各校結(jié)合自身情況自行選擇，另一方面拓寬了學(xué)生的知識視野［9］。2.6TA制站在安全、環(huán)保、綠色的化學(xué)實驗教學(xué)改革舞臺上，我們力求讓學(xué)生真正成為主角。于是，我院設(shè)立TA(TeachingAssistant)制，即選聘一批優(yōu)秀的研究生擔(dān)任實驗助教，協(xié)助教師進行實驗教學(xué)，確保在安全第一的前提下，學(xué)生能獲得即時的指導(dǎo)和幫助，TA的設(shè)立既減輕了實驗教師的工作壓力，又提供給研究生一個良好的鍛煉平臺。TA在每次實驗前進行預(yù)實驗，熟練掌握操作流程，做好備課工作，以保證實驗的順利開展。對實驗中可能出現(xiàn)的問題進行預(yù)設(shè)，查找相關(guān)文獻，提前準備好解決方案。在指導(dǎo)本科生進行實驗時，針對出現(xiàn)問題，進行適當引導(dǎo)點撥，并鼓勵其自主探究，尋找問題癥結(jié)。在我院綜合性化學(xué)實驗中，主要以案例和情境教學(xué)為主:教師根據(jù)實驗教材內(nèi)容，放手讓學(xué)生自主設(shè)計實驗，將學(xué)生分為幾個小組，請每個小組實驗前通過各種方式進行資料搜集和實驗預(yù)習(xí)，自主設(shè)計預(yù)習(xí)報告和實驗方案，經(jīng)指導(dǎo)教師或TA檢查合格后，學(xué)生開始自主進行探究性實驗，鼓勵學(xué)生對實驗中產(chǎn)生的問題存疑存異，即使實驗沒有呈現(xiàn)預(yù)設(shè)結(jié)果，也請學(xué)生進行書面性的總結(jié)，鼓勵學(xué)生在教師和TA的點撥下抽絲剝繭、自主找出實驗中存在的疑難雜癥［10］。例如:在“納米多孔材料ZIF－8合成與表征”的探究性實驗中，通過介紹當今世界前沿研究熱點金屬有機框架(Metal－organicframeworks，MOFs)的研究背景、發(fā)展歷史及應(yīng)用領(lǐng)域，將同學(xué)們帶入了多彩斑斕的MOFs世界，以設(shè)問形式進行情境導(dǎo)入，比如:MOFs中類沸石骨架結(jié)構(gòu)材料的ZIF－8的形貌和尺寸可控制備。首先，請學(xué)生搜集查找相關(guān)文獻，自主了解ZIF－8的結(jié)構(gòu)特征、制備條件、以及使用掃描電子顯微鏡(Scanningelectronmicroscope，SEM)、透射電子顯微鏡(Transmissionelectronmicroscope，TEM)、粉末X射線衍射(PowderX－raydiffraction，PXRD)等分析表征手段，最后自行設(shè)計實驗方案。引導(dǎo)學(xué)生自主探究，小組合作完成實驗。在實驗報告的寫作上，改變千篇一律的填寫報告紙，引導(dǎo)學(xué)生多自主查閱文獻，了解并閱讀中外專業(yè)雜志，嘗試以發(fā)表論文的格式來撰寫實驗報告，既開拓了學(xué)生視野，又為學(xué)生今后自主撰寫論文打下了堅實的基礎(chǔ)。TA制的設(shè)立從課上延伸到課外，研究生充分發(fā)揮科研經(jīng)驗方面的優(yōu)勢，幫助本科生樹立學(xué)術(shù)科技創(chuàng)新觀念，打造學(xué)習(xí)共同體，指導(dǎo)他們進入實驗室開展科技創(chuàng)新活動，建立了大學(xué)生創(chuàng)新實驗平臺。2016年，我院本科生參與江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃收獲頗豐，有178名本科生參與其中，有6個項目被評為國省項目、18個項目被評為校重點項目，多名本科生以第一作者身份在CoordinationChemistryReviews、AdvancedScience、Small、Nanoscale等國際高水平雜志上發(fā)表論文。
3結(jié)語
以上介紹了揚州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院及部分高校聯(lián)合開展化學(xué)實驗教學(xué)改革的現(xiàn)狀，雖然不能以偏概全，代表全國教學(xué)改革之現(xiàn)狀，但也反應(yīng)了我國整體化學(xué)實驗教學(xué)改革之方向。還有許多需要進一步學(xué)習(xí)和推進的地方，例如在實驗教材方面，我們習(xí)慣于使用正規(guī)出版的教材，而不是講義，前者的優(yōu)點是保證了教材的科學(xué)性、嚴謹性，但不利于及時引入創(chuàng)新的研究成果，難以跟上學(xué)科發(fā)展的步伐;同時在如何提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動性方面也是我們今后需要進一步探討的課題，總之，盡管我們在過去的一個階段，在化學(xué)實驗教學(xué)中已經(jīng)采取了一系列改革措施，也取得了不錯的教學(xué)效果。但化學(xué)實驗教學(xué)改革任重道遠，需要不斷引進新的教學(xué)理念和教學(xué)方法與技術(shù)，不斷提升化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量，才能真正成為高水平、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中不可或缺的重要一環(huán)。
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