基礎化學系列實驗課程體系優化*

付穎 葉非

(東北農業大學理學院 黑龍江哈爾濱150030)

高等農業院校中的基礎化學系列實驗課程是基礎化學課程體系的重要組成部分，開設目的是加深學生對于所學化學知識的理解，培養學生的動手能力、觀察能力及研究能力，并為后續專業課程的學習打好基礎。

1 基礎化學系列實驗課程體系中存在的問題

目前東北農業大學基礎化學系列實驗課程主要包括:大學化學實驗、普通化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗、儀器分析實驗等。由于學科分支的關系，在內容上存在不同程度的重復、脫節以及系統性差等問題。在教學內容上，基本操作訓練、化學物理量測定及驗證性實驗比重大，而綜合性、設計性實驗比重小，這樣雖然可以強化對學生實驗基本技能的培養，但對于學生邏輯思維、創新能力的培養都略顯不足。這些問題的存在削弱了化學實驗作為一門學科的整體效應，而且也不符合知識經濟時代對創新人才的要求。

2 基礎化學系列實驗課程體系的優化

我們針對目前基礎化學系列實驗課程中的問題，對6門基礎化學實驗課程進行整合，確定了以基本能力訓練為基礎、以綜合素質培養為核心、以開放實驗為拓展的目標，優化實驗教學內容和體系，將現代網絡技術融于實驗教學之中，建立了基礎化學系列實驗課程的網絡教學平臺和電子課件資源，構建了“一體化、多層次，開放式”的基礎化學系列實驗課程教學新體系和立體化教學模式。

2.1 模塊式教學模式

基礎化學系列實驗(包括大學化學實驗、普通化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗、儀器分析實驗)是面向全校開設的化學類實驗課程。基礎化學實驗課程內容改革以“加強基礎、培養能力、突出創新、重視應用”的實驗教學理念為指導，依據實驗教學的自身規律，構建了基礎化學實驗“三模塊”(公共模塊、技術應用模塊、拓展開放模塊)體系。實驗項目設置充分考慮不同專業的差異，力求體現化學實驗技術在不同學科或不同專業中的具體應用;同時還優化整合了實驗內容，提高了綜合性、設計性實驗項目數量。模塊化課程中的實驗項目按照是否達到化學實驗教學要求進行設計和篩選;并根據前期教學改革效果，對實驗內容進行了補充，強化了基本操作，更加注重對學生基本實驗技能及綜合能力的培養。我們所做的主要工作有:(1)增加了基本操作訓練難度;(2)將單一的基本操作訓練更改為訓練內容與小綜合實驗相結合;(3)刪除了與后續實驗重復的內容。在新的實驗教學內容中，注重將單一化合物的合成實驗更新為綜合性的多步合成實驗，涵蓋了有機化學的基本操作;將單一驗證性的性質實驗及部分單一的基本操作技能訓練實驗更新為包含多個基本操作技能訓練的綜合性驗證實驗。例如，在乙酸丁酯的制備實驗中，綜合了回流分水、蒸餾、萃取、干燥等多個有機化學基本操作實驗;在煙堿的提取實驗中，除了訓練水蒸氣蒸餾這個基本操作外，還加入了煙堿熔點測定，煙堿性質及主要官能團驗證等內容，刪除了以往單純為了學習熔點方法的實驗;又如硫酸亞鐵銨的合成實驗原來為單一的制備實驗，整合后，在(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O制備實驗后安排了氧化還原法測定(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O中鐵含量及分光光度法測定鐵含量。通過這樣的整合，增加了實驗的綜合性、延續性及實踐性，可使學生學會用不同的方法測定鐵含量。

(1)公共模塊:面向全校近化學類專業本科生開設。開設的實驗課為“大學化學實驗”和“基礎化學實驗”。年受益學生在5000人次以上。實驗內容包括驗證性實驗、基本技能訓練實驗及綜合設計性實驗，目的是循序漸進地培養學生的化學實驗技能。

(2)技術應用模塊:面向我校與化學學科密切相關專業的學生開設，包括“物理化學實驗”和“儀器分析實驗”。根據各專業對化學基礎實驗要求的程度不同，將實驗內容與專業方向相結合，突顯化學實驗技術在不同學科專業中的具體應用，便于學生后繼課程的學習。例如，儀器分析實驗課程只對環境科學、生物學、生物工程、糧食、制藥、應用化學等20個專業開設。按照各專業對儀器分析課程內容的不同要求，我們分別開設了20、32、56學時的儀器分析實驗課程。對于同種儀器的實驗，結合各專業特點開設不同的實驗。例如，同樣是紫外分光光度計的使用，對于生物工程及環境科學專業的學生，我們開設“紫外分光光度法測定水中苯酚含量”;而對于食品專業的學生，則開設“用雙波長法同時測定維生素C和維生素E的含量”。又如原子吸收實驗，對于動物科學專業，因硫酸銅是水產養殖中常用的藥物之一，開設的實驗為“用原子吸收法測定水中的銅”;而對環境科學和食品科學專業則開設的實驗為“不同水質中鎂含量的測定”。

(3)拓展開放模塊:面向全校開設的開放實驗及大學生創新課題。根據學生所學專業，為學生開設與生產實踐密切聯系的化學實驗課程。如為食品學院開設“大豆皂苷提取的純化”，“稠李子色素提取及穩定性”;為資源與環境科學學院開設“不同來源生活用水幾種指標的檢測”;為農學院開設“除草劑安全劑的生物活性測定”，“解草酮系列安全劑的生物活性研究”等。

2.2 基礎化學系列實驗網絡教學平臺的建設

目前，大學化學、有機化學、實驗化學3門基礎課程被評為黑龍江省精品課程;儀器分析、物理化學、分析化學課程被評為東北農業大學校級精品課程。這些課程在探索人才培養新模式、深化教學改革等方面已取得了一些經驗。為了將現有的成果與資源加以整合，實現有效共享，發揮更大作用，我們建設了基礎化學系列實驗網絡教學平臺。建設基礎化學系列實驗網絡教學平臺一方面可更新教學手段，改革教學方法，調動學生的學習積極性，提高學習質量;另一方面可提高學生的自主學習效果，拓寬學生的視野，使學生在良好的學習環境中完成化學知識的學習。為此，我們設計制作了兩套基礎化學系列實驗網絡教學平臺，進行了基礎化學系列實驗課程數字化資源的建設(http://lxy.neau.edu.cn/syhx/index.htm)。基礎化學系列實驗網絡教學平臺集指導系統、預習系統、測試系統、答疑系統于一體，交互性強、實用性強。基于該平臺構建的實驗多媒體教學資源中心和化學實驗仿真模擬室可使學生從網上感受虛擬實驗的效果。學生可以在該網絡平臺通過鼠標與可視化實驗對象進行交互，完成虛擬實驗，達到預習和課后復習的目的。互動虛擬實驗室不僅能激發學生的學習興趣，還能提高學生的動手能力。如:實驗指導教師能明顯感到學生安裝實驗裝置的速度快了，實驗基本操作方面的問題少了，動手能力增強了。基礎化學系列實驗網絡教學平臺的開發打破了時間和空間的限制，突破了以往只能在課堂單調聽講學習的束縛;留言板、論壇等形式使學生與教師的溝通更及時、自然;在線考試、在線答疑、實驗模擬、報告上傳系統有效地實現了資源共享，達到了助學、助教、考試自測的目的［1］。

2.3 綠色實驗的推進

以綠色化學的原則為指導，結合化學實驗自身的特點，通過改進實驗手段，更新實驗內容，實現化學實驗綠色化進程［2］。在化學實驗教學中采用綠色化學實驗，其經濟效益、環保效益和教學效果顯著。在保證學生掌握實踐理論知識、提高動手操作能力的前提下，我們盡可能地選擇無毒無害實驗，對現有的一些合成實驗進行改進。如將污染較大的鄰硝基苯酚制備及分離實驗改為從煙草中提取煙堿的實驗;通過調整實驗次序，將上一個實驗的產物作為下一個實驗的反應物，構成一個實驗序列，由此達到循環使用和重新利用的目的;開展微型化學實驗，將常量滴定分析改為半微量滴定分析;將現代儀器引入基礎化學實驗等。化學實驗綠色化新體系的建立和完善，有利于學生建立綠色化學的觀念和環保意識，為將來自覺地遵循綠色化學的理念打下較為堅實的基礎。基礎化學實驗的綠色化使得實驗更新率達到15%。

2.4 開放性綜合實驗的開設

開放性實驗的教學模式是以學生獨立操作為核心，教師指導為輔助，將教學重點放在化學實驗的設計思想和方法上［3］。學生通過開放實驗，將學過的書本知識、研究方法和實驗技巧等融會貫通，舉一反三，靈活應用，能在較短的時間內取得較大的收獲。學生通過開放式實驗參與科學研究，激發了學生的學習興趣及創造性思維，培養了學生的創新能力，同時也能使學生得到科研訓練，為學生的素質教育開辟了一條有效途徑。通過開放實驗，在使學生從實驗中了解科學研究的前沿進展，領悟科學探索和研究的方法，提高綜合實踐能力和創新能力的同時，也進一步提高了教學質量［4］。近年來，我們面向全校學生開設的開放實驗有:不同來源生活用水幾種指標的檢測，雙水相法萃取食用色素的研究，苦參堿的提取及分析，除草劑安全劑MON13900的安全作用機理研究，沙棘多糖的制備，南瓜中生物堿提取及純化研究等，共45項。例如環境分析專業的學生可以通過選擇土壤中除草劑殘留的檢測實驗，加強對于現代化學儀器分析技術的掌握;食品科學專業的學生可以選擇食品中番茄紅素的制備、沙棘多糖的制備、南瓜中生物堿提取及純化等實驗，進行天然產物的制備探索。應化專業的幾名學生通過參加除草劑安全劑MON13900的安全作用機理研究這個開放實驗，對除草劑安全劑這個研究方向產生了興趣，在完成開放實驗的基礎上，申請了“苯并噁嗪類除草劑安全劑的合成”大學生創新課題的研究工作，自主合成出新的化合物，并進行了生物活性測定，實驗結果已公開發表［5］。

近年來，我院應用化學系面向全校開設了45項開發實驗項目，進行了32項大學生創新課題研究，發表了相關教學改革論文2篇;學生通過開放實驗，發表了科研論文11篇，其中2篇論文被SCI收錄，2篇論文被EI收錄。

3 基礎化學系列實驗教學改革的推廣應用效果

經過多年的教學實踐，我校基礎化學系列實驗教學改革取得了豐碩成果，獲得了2011年黑龍江省教學成果一等獎。化學實驗課程教學效果良好，本校受益學生達6000人次/年以上。課題組編著的《實驗化學》、《物理化學實驗》和《儀器分析實驗》教材在國內農林院校廣泛使用，受到高等農業院校師生的好評。我校設計開發的實驗化學多媒體課件及基礎化學系列實驗網絡教學平臺被南京農業大學、華中農業大學等多所院校使用，并輻射到國內大部分地區的農業院校。課題組自主研發的《有機化學實驗多媒體課件》在高等教育出版社出版;“實驗化學網絡課件”獲黑龍江省多媒體教學課件一等獎;“大學化學實驗課件”獲黑龍江省教學課件二等獎;“物理化學實驗多媒體教學輔助軟件”獲第7屆全國多媒體課件大賽高教理科組三等獎;“有機化學實驗——單元操作多媒體課件”獲第6屆全國多媒體課件大賽高教理科組二等獎。

4 結束語

多年的教學實踐表明，通過對基礎化學系列實驗課程體系的優化與網絡實驗教學平臺的建設，大幅度提高了本校本科化學實驗教學水平，學生的知識面得以擴展，解決問題的能力得到提高，學習化學的興趣和動手能力得到加強。

［1］白靖文，徐雅琴，葉非，等.大學化學，2011，26(1):42

［2］歐陽玉祝，陳小東，彭曉春，等.化工高等教育，2010(2):64

［3］倪春林，周家容，羅志剛，等.理工高教研究，2010，29(1):108

［4］付穎，葉非，徐雅琴.實驗室研究與探索，2008，27(3):79

［5］邵明雪，付穎，葉非.農藥科學與管理，2011，32(6):22