地方院校基础化学实验教学改革的探索

郭庆君, 王明峰, 张海峰

(济宁学院化学化工与材料学院, 山东 曲阜 273155)

学校的根本任务就是培养人才, 作为地方高校, 应培养适应基础教育和地方经济社会发展需要的、 专业基础扎实、 知识面宽、 综合素质高、 具有创新精神的高级专门人才[1]。 化学院系是实施化学教育的主体, 作为学校教学部门, 基本任务就是化学教学, 它分为理论、 实验二部分。 化学是一门以实验为基础的自然学科, 化学中的定律和学说都源于实验, 同时又为实验所检验。 早期的化学也被称为实验化学[2], 化学教育家戴安邦曾专门撰文 “化学实验教学是实施全面化学教育的有效形式”[3], 可见化学实验教学在化学教学中的重要地位, 所以化学实验教学就应该是教学研究的重要课题。

1 基础化学实验教学的目标任务

基础化学实验教学在学校化学教育中承担培育化学专才的目标任务, 可具体分解落实在以下四个部分: ①所谓的 “专业基础扎实”, 是指掌握实验基本原理、 基本知识和基本操作,对实验能规范操作并得出正确的数据和结论, 现行的专业基础课对应的基础实验都担负着这样一个任务; ② “知识面宽、 综合素质高”, 则指通过较为复杂的综合实验, 熟练掌握上述“三基”, 并在实验过程中加进一些综合性、 开拓性知识经验,以锻炼学生综合技能及拓展思维; ③通过某些综合实验及其模仿实验逐步为设计实验, 创新实验铺路引导, 以培养学生 “解决问题的能力和创新能力”; ④在设计实验、 创新实验里精选出好的题目, 作为毕业论文题目, 从而构建出一个 “完整的实验教学模式”, 也为化学系有 “50%以上的毕业论文在实验室中完成” 的目标贡献份额。 总而言之, 化学实验教学的目标和任务就是通过基础实验、 综合实验、 设计实验、 创新实验、 毕业论文(优选的创新实验)一套化学实验教学运行模式来完成培养化学专才的任务。

2 基础化学实验教学存在的问题

地方院校传统的基础实验教学模式, 重视化学理论教学,一般是教授理论主课的老师制定实验教学计划, 下意识地把实验教学变成了理论教学的一部分, 使得实验教学体系变得不够完善, 忽视了综合性、 设计性、 创新性实验的开设, 严重地制约了学生关键素质—能力的培养, 加之实验教学人员非专技所长, 致使实验教学质量难以得到保障。 如果学校实验管理顶层设计不理顺, 那么实验教学四个基本要素 “内容”、 “人”、“财”、 “物” 就无法协调安排; 如果实验教学的内容、 考核、激励不合理, 书面考试完全代替, 那么真正需要考察的 “能力” 和 “素质” 就容易出现得不到训练、 体现和考核等表象问题[4]。

3 基础化学实验教学改革的实施

3.1 以基础实验教学目的为导向, 确立 “能力” 是关键

在教育部为本科教学质量评估和保证实验教学质量而设计的一套体系中, 明确要求应以培养学生关键素质— “能力” 为目的, 采取增加综合性和设计性实验比例, 加强创新型实验教学项目建设, 最大可能性改善实验条件, 加强实验教师队伍的建设等措施。 这是基础化学实验教学应该坚决实施的措施, 具体是使学生掌握实验基本原理、 基本知识, 加深对化学理论的理解, 熟练地进行规范操作, 进而得出正确的结论。 为培育学生的知识和经验获得的能力、 查阅资料能力、 实验动手能力、完成实验的观察能力、 协调合作能力、 运用多学科知识解决问题的能力、 预见和判断能力、 数据处理能力、 总结和评价能力、 文字报告能力等设计好路线, 这是人才培养更深层次必然要求, 是人才培育精髓实质[2]。 为了这个根本目标, 我们必须积极推进化学实验教学改革。

3.2 推进实验教学内容的改革

化学教育培养的人才目标是: 基础知识扎实、 基本技能出色、 创新能力强, 能独立解决实际问题化学专门人才。 落实到基础化学实验教学中, 可分解成4 个单项: ①理论验证、 基本操作的实验, 我们可以优选一些现行实验, 验证性的诸如 《羧酸及其衍生物的性质》、 《氧化还与电化学》、 《环己酮、 糠醛与氨基脲的竞争反应》 实验等等, 基本操作的诸如 《常用玻璃仪器使用及玻璃管的简单加工》、 《五水硫酸铜结晶水的测定》、《物质熔点沸点测定》 实验等等; ②培养一般研究方法的开拓知识面的实验, 我们设计成综合实验, 包括运用多种实验技术, 需要理论宽泛的 《4-苯基-2-丁酮的制备》, 《配合物键合异构体的红外光谱测定》 综合性实验等, 旨在培养学生的规范操作及分析、 推理、 归纳、 总结并形成报告的能力, 它能培养学生解决问题的能力, 比例应当加大; ③培养创新能力的实验, 如: 《苹果中钙的提取及测定》、 《四苯基异二醇光化学合成及表征》 的实验……设置成设计实验, 在教师的引导下, 相对独立地提出问题、 查阅资料、 设计方案、 完成实验、 分析数据、 得出结论和成果, 充分发挥学生的主观能动性, 综合运用所学的理论知识和实验技能, 来完成设计实验, 进而培养兴趣、 探索未知、 发展个性、 解决问题, 从而真正提高素质, 这种真正培养学生核心素质—能力设计实验应该增加; ④培养学生的创新能力, 写出逻辑严谨、 情理并茂而又科学的毕业论文, 通过2 ~3 年实验训练和增多的专业理论知识, 学生掌握了基本操作、 基础知识及实验报告和小论文等科研性文章的写作技巧, 懂得了文献调研、 确定实验方案工艺、 实施物质合成、 分离纯化、 物质表征, 进而弄清组成、 结构、 性质及相互关系等科学研究的基本流程, 这样基本化学科研范式, 结合具体课题(学生自选, 导师命题), 就自然而然地写出好的毕业论文(因为上述环节涵盖了论文所有过程), 再加上学生按自己的个性意向, 选择导师, 导师又以自己的优势方向指导学生, 导师优势学术与学生志趣双向耦合, 既调动了指导教师发挥优势才干的积极性, 又利用了他们掌握的研究项目、 实验室、 资金、 物质设备、 数据信息等方面的优势。 学生按兴趣选择, 他们学习研究的积极性高、 思维活跃、 动力强劲, 那么师生的优势叠加自然会产生施教者希冀的效果, 高质量的毕业论文或成果便会不断涌出。 事实上, 2018-2020 年学生的论文质量比起往年有大幅度提升(教育部专家对教学质量评估的结论)。 所以, 应推广 “化学基础实验—综合实验—设计实验—毕业论文实验(导师的科研项目实验、 自选或命题实验)” 一条龙式的独立实验教学模式。 这样便可将 “学习知识和技能”、 培养 “能力” 贯穿于整个实验教学之中。

3.3 加强创新型实验和项目建设

创新型实验能培养学生的创新精神和能力, 可独立地设置成实验教学环节, 也可列入选修课或课外科学技术活动的实践环节。 创新实验项目从查阅文献、 收集资料, 到提出课题、 设计方案、 确立方法、 选用仪器, 完成实验, 到分析结果等, 都完全由学生自行确定。 这种由想法到结果的实验, 是一种设计性创新实验, 难度较大, 为增加成功概率, 我们一定要选择适当的时机进行, 在做好基础实验、 练习综合实验、 实践设计实验的基础上, 具备了深厚的实验功底后, 经学生、 老师、 项目及经费四项匹配后实施, 万万不可流于形式。 课题的内容和形式不限, 可使学生感受科研工作的全部内涵和乐趣, 掌握科学研究的基本规律和科学的思维方法, 培养学生钻研、 探索、 创新精神, 以达到学生自我发展能力的目的[5]。 经过多方努力,成果也较为显著: 各科研课题组(每个组2-7 名)中都有同学积极参加, 不同课题组除了完成本项目外, 自己又开创了一些实验, 三年累计16 项 “大学生研究性学习与创新性实验计划项目” 均结题或完成, 参加 “山东省大学生化学实验大赛” (省科协、 省教育厅、 省共青团、 省发改委及省人社厅共同主办),近三年都获得了好成绩, 袁兆朔 《有机模板剂导向的金属卤化物低维钙钛矿材料的发光性能研究》、 李正进 《有机卤代小分子给体材料的设计、 合成及光伏性能研究》 等7 个项目在 “学生科创大赛” 中分别获得省级一、 二或三等奖, 曹晓雨 《酯交换法制异丙醇》、 吴玉芳 《低维钙钛矿新型白光LED 发光材料的研究与应用》 等3 个项目被推荐为 “省青创” 项目, 并获得获中国化工学会、 中国化工教育学会表彰奖励。

3.4 革新实验教学管理模式

紧扣学校培养人才的中心任务, 化学实验教学应以学生为中心, 不能以教师为中心。 教师是主导, 是服务于学生学习的, 不能为教师而设置实验, 如满足工作量, 满足哪个实验室容量, 这是本末倒置的现象, 学生是教学活动的主体, 应以学生为本, 紧紧围绕中心任务设置实验教学体系及管理模式。 完成学校培养人才的中心任务, 首先采取独立的实验教学体系,兼顾理论知识体系。 可以根据不同的实验培养目的, 设计不同的模块, 和相关课程保持协调一致, 基本原理、 基本知识及基本操作的实验, 规定时间、 地点、 指定教师; 对综合性实验实行预约制, 一天设置多个时段, 使学生根据自己的情况自主选择实验的时间和内容, 增加实验课的灵活性、 选择性等, 尽量向按需教学的方向靠拢, 这是教育大趋势; 对于设计性实验、毕业论文项目的实验, 要开放实验室, 师生互选, 使实验研究及能力兴趣优势叠合, 易出成果及高质论文; 其它实验项目、竞赛要在开放实验室的情况下进行。 其次是实验人员专职化,我们要固定实验教师, 实验人员不一定是全才, 但必须是专才, 因此我们要固定人员, 用其所长, 辅以一定政策及激励措施, 使其在专职领域 “钻研实验教学, 专心实验教学, 服务实验教学”, 培养他们成长为高效完成实验教学的群体[6]。 第三要推行实验中心下的实验课程规划(如若课程附属于教研室,则一定破坏实验技术完整体系, 必不能达到培养人才的目的)、教职、 经费、 实验室、 物质统筹安排, 恰到好处地使其物尽其用, 人尽其才, 协调一致, 化学实验教学效率更高。 一个好的实验教学模式, 可高效率的完成教学目标。

3.5 重视实验教学队伍建设

培养人才是学校中心任务, 主导 “教” 的关键是教师, 实验教师又是培养学生 “能力” 的强有力的依托, 因此建设好实验教师队伍是关键点。 化学实验教学的高质量主要取决于实验教师的能力、 经验、 积极性和责任心, 还取决于对实验教学目的和意义的认识程度, 所以, 建设好一支实验教师队伍至关重要。 措施如下, 第一、 要建设一支稳定的 “教” 有专攻的实验教师队伍, 只有人员专职固定, 才有人专注于研究实验教学问题, 这是提高实验教学基础, 还有实验教师在学校环境、 实验运作、 实验器材上的经验, 能帮助学校提高教学效率。 第二、要培训提高实验教师能力, 实验教师成长需要学校培养扶植,实验教学技能、 实验技术知识、 实验管理等, 可到相关高校考察学习进修或学术交流, 增长本行业知识技能。 大型仪器到有同类仪器设备的学校或科研单位或厂家进行培训。 支持鼓励青年实验教师学业进修, 更新拓展知识结构, 提高实验教学水平和实验技能。 第三、 设计一些项目促进实验教学的深入, 如设立实验技术的研究、 大型仪器设备功能再开发, 增加实验教师技能, 提高教学技艺。 第四、 要采取激励措施, 总结实验教学工作, 开展评比活动, 设立实验技术成果奖等。 专职实验教师与理论课教师要有相同待遇, 实验技术人员的职称评定要着重突出实验技能和实际工作业绩, 让实验教师有期望, 这样才能稳定队伍, 提高积极性。 第五、 用一些特殊人才政策吸引具有博士学位或具有教授职称、 理论知识扎实、 动手能力强的优秀教师或科研能人进入实验教学一线, 这是实现高素质实验教师队伍最简单便捷方式。 总之采取一系列措施, 努力建设一个钻研实验教学, 潜心实验教学, 用心实验教学的教师群体, 这是搞好实验教学前提和保障[7]。

综上分析, 指出实验教学中存在的偏见和不足, 要凝聚认识, 转变思想, 找准关键, 改善实验教学体系、 管理模式, 在不弱化基础实验的情况下, 通过提高设计性和综合性实验的比例, 强化创新型实验的建设, 在专业实验教学队伍教导下, 通过基础实验, 综合实验, 设计创新实验, 毕业论文实验(优选的设计创新实验)教学等, 完成培育高素质人才的终极目的。