中美高校基礎化學實驗課程教學比較

邱會東, 蘇小東, 原金海, 龍彥輝, 熊 偉

(重慶科技學院 化學化工學院, 重慶 401331)

中美高校基礎化學實驗課程教學比較

邱會東, 蘇小東, 原金海, 龍彥輝, 熊 偉

(重慶科技學院 化學化工學院, 重慶 401331)

介紹了中美兩國基礎化學實驗課程教學的異同點,結合我國高校基礎化學實驗教學情況,發現美國高校的一些做法與經驗值得借鑒,對于充分調動學生學習主動性有重要作用,有利于培養學生的動手能力和獨立工作能力,有利于改進基礎化學實驗課程教學中存在的不足。

基礎化學實驗； 中美高校； 教學比較

隨著社會對應用型高素質人才需求的不斷增長,以及企事業單位對畢業生實踐能力不滿意度的增加,說明國內許多高校在加強素質教育、創建創新人才培養體系、培養具有社會競爭力的高素質應用型人才方面還存在許多不足之處[1-3]。美國是世界上高等教育發達的國家之一,其各類高校對實驗類課程都非常重視,由于國情的差異,我國與美國的實驗課程教學方面存在或多或少的異同點。結合部分參考文獻[4-12]與筆者在美國密西西比州立大學為期一年多的訪學過程中,對美國綜合性大學化學類實驗課程的全面了解,相對于國內化學類實驗課程在教學理念、教學方式、教學資源等方面存在諸多異同點,在此與同行分享國外化學實驗課程教學在培養學生實踐能力方面值得借鑒的經驗,彌補我國本科化學實驗課程中存在的不足,更好地激發學生的學習積極主動性,培養出適合社會需要的綜合素質強的化學化工人才。

1 中美高校基礎化學實驗課程相似部分

1.1 教學目的

中美高校基礎化學實驗課程的教學目的基本一致,都是使學生通過實驗過程進一步理解相關理論知識,學會觀察實驗現象,掌握基礎化學的基本操作技術、物質理化性質的測量及結構的分析測定,理解現代儀器的原理和操作，并親自動手使用儀器解決化學問題,培養學生具有使用計算機進行實驗數據分析處理的能力。

1.2 實驗課程設置及教學內容

由于化學是自然科學中的基礎學科,非常重視基礎實驗知識能力的培養,所以中美高校基礎化學實驗課程設置基本上都是按照普通化學實驗、無機化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗、儀器分析實驗等開設實驗教學,教學內容與國內大體上相似,雖有些實驗內容設置在理論課程中,與國內強調的單獨設課有所區別,但僅僅是形式上的差別,本質無區別。教學內容和層次都非常豐富,課時較多。另外,在扣除國內18個學分的畢業論文(國外大部分高校本科生未單獨設置畢業論文)實踐教學環節后,兩國高校基礎化學實驗教學內容所占本科教學內容的比例(約12%～15%)也基本相當。

2 中美高校基礎化學實驗課程的差異

2.1 實驗教材及實驗報告

美國是非常注重知識產權的一個國家,高校學生使用的教材非常昂貴,大多數高校僅僅給學生推薦教材,學生根據自身經濟實力決定是否購買,學校一般不會強迫學生購買教材。上課時許多教師可以為學生提供講義。針對實驗類課程,美國高校自己的書店中均有每學期開設實驗課程的實驗講義,每本講義價格比較便宜,均為活頁紙包裝形式，紙張通常用3種不同顏色區別。白色紙張一般是問題形式的實驗預習內容；淡藍色紙張為實驗內容及操作規程等內容；淡綠色紙張則是實驗報告紙張,根據實驗課程性質及要求不同,實驗報告紙格式也不近相同,如普通化學實驗是印好的格式,并且注明每項內容的分值,便于評閱；而如儀器分析實驗報告紙則是空白紙張。完成這些實驗課程的實驗報告需要查閱一些期刊文獻,根據自己喜歡的一些格式撰寫實驗報告。實驗報告完成的難度較大。不管哪種格式的實驗報告,學生只需將報告紙部分拆卸下來交給指導教師即可。

國內高校基礎化學實驗基本上都有正規實驗教材,教師從教材中選擇有代表性內容進行實驗,當然國內許多高校也有自己的實驗指導書,但是根據學校教務部門的要求,希望教師選用國家級規劃教材給學生上課。有教材固然有好的方面,但是根據多年的實驗教學分析,學生對所持有的實驗教材僅僅關注所做的實驗內容,而實驗教材中非常有用的常識性內容,如安全使用知識、附錄內容等基本上不會翻閱。并且國內各高校的實驗報告紙相互參照,格式上基本一致,甚至可以說是千篇一律,完成報告相對而言較容易。

2.2 實驗指導教師

美國是一個非常善于管理與使用人才的國度,在美國的綜合性和研究性大學中,化學實驗課程非常多,教師基本上不帶基礎化學實驗課,指導基礎化學實驗的基本上都是化學專業的研究生。作為剛入學的研究生,申請TA(teaching assistant,助教),在開學前或學期期間,經過幾個星期的助教培訓班培訓,培訓如何當老師、實驗課堂教學如何處理問題、美國社會和文化等之類,最后通過指定或自選課程的presentation(教學演示),就可以指導本科生的相關實驗課程。尤其是普通化學實驗課程是面向全校選課,任務非常繁重,性質相近的實驗課程學院配備一名教師管理,實驗所需試劑的配置、儀器的擺放(由該教師安排未選上TA但需要助學金的學生完成)以及TA的實驗安排等均由該教師調遣。如此,研究生既可以得到鍛煉、還可以得到助學金,作為學校而言還解決了教師不足的問題。

國內高校通常都是講師以上資格的教師指導實驗課程,每門實驗課程一名實驗準備教師、一名指導教師共同帶一門實驗課程。這種情況和國情有關。在當前的高校績效工資改革過程中,教師的績效是定量化指標,大部分教師在完成一定科研工作量的同時還必須完成大量的理論教學工作和實驗教學工作,單獨依靠科研而達到指標的教師在高校中僅僅占很少一部分。有必要提及的是,在美國，基礎化學實驗課程都可以由具有一定能力的研究生承擔,國內許多高校一定也具備這些條件,但遲遲沒有邁出這一步。發揮研究生的作用可以減輕教師的負擔,讓教師投入更多精力和時間從事理論課程的備課或從事自由的科研活動。

2.3 實驗教學環境

進入美國的化學實驗室之前,所有實驗人員基本上都要進行安全培訓或安全考試,否則不準進入實驗室,這些都是為保障所有實驗人員擁有一個良好的實驗環境而做的實驗安全準備工作。由于實驗大樓基本上都是采用中央空調控制系統,一年四季基本上都是恒溫設置,所以美國化學實驗室通風系統、安全預警系統、安全防護系統、安全檢查程序、廢棄物處理處置系統等方面都非常完備。由于通風系統良好,甚至在有機化學實驗過程中也基本上不會有異味在實驗室內殘留。學生第一次進入實驗室后到指導教師處領取一套實驗安全裝備,包含工作服(本科生與研究生的工作服顏色通常不同,本科生通常為草綠色,研究生的通常為藍色)、防護鏡等,一次性手套放置在實驗臺上,學生可以隨時取用。另外,學生實驗過程中實驗室秩序井然有序,并且非常安靜。學生基本上獨自或兩人協作完成實驗,即使討論都是用非常小的聲音交流。再者就是實驗室中的化學安全手冊、緊急淋洗裝置、急救包、消防器材、安全標示等都放置(或粘貼)在非常醒目的位置。

國內高校學生進入化學實驗室之前,指導教師第一次課雖然也會講實驗室安全知識,但那種說教式教育在學生的安全意識中沒有發揮安全教育的目的。學生實驗室守則雖然醒目地掛在墻上,但是從學生進入到實驗室中的著裝的不統一性、實驗過程中的喧嘩、實驗過程中儀器及試劑的歸位性等方面可以看出,真正完整閱讀過一遍學生實驗室守則的學生寥寥無幾。現在新建的高校化學實驗室通風系統雖有改善,但與國外相比仍存在很大差距,教師及學生的自我安全防護裝備都很難保證,廢物處理處置系統通常是應付檢查時才使用。

2.4 實驗成績評定

美國的本科生不論是理論課程,還是實驗課程,小測驗(quiz)都非常多,學生每天都處于忙碌的學習過程之中。在美國高校基礎化學實驗課中,對實驗課程大部分都要求考試。考試形式多種多樣,例如分析化學實驗課程,每次實驗前15 min之內完成一次小測試,測驗題目通常為選擇題,考試目的是檢查學生對上次實驗的掌握程度和本次實驗的預習情況,采取閉卷形式。學生交完試卷后,指導教師簡單講解實驗過程及注意事項,然后學生開始各自的實驗。簡單的實驗要求學生現場處理實驗數據后交實驗報告,涉及到復雜的數據分析及數據處理的報告可以第二天交報告。實驗課程結束后,針對實驗內容進行一次全面考試,考試基本上為選擇題、判斷題。實驗課程成績由平時小測驗成績、實驗報告成績、實驗全面考試成績3部分按照一定權重綜合評定。該門實驗課程若有3次實驗無故缺席,即判斷為不及格。

國內許多高校雖然對實驗課程成績評定做出了要求,分別從預習、實驗過程、實驗報告及實驗考試等方面綜合評定,但是有些環節操作可行性不是那么理想,如學生是否預習的評分,目前很多教師是通過提問的方式抽查學生預習情況,看實驗報告紙上的實驗目的、原理等內容是否完成來給打分,這種評分存在不公平性；另外每位指導教師同時指導20多位學生實驗,讓指導教師對每個學生對號入座進行實驗過程打分也是不現實的做法。國內學生的實驗報告基本上是千篇一律的格式,除了實驗數據外,其他部分基本上都是從指導書上抄下來的,歸納總結的都比較少,所以將實驗報告作為對實驗課程成績的主要判斷依據，顯然也存在不合理性。國內的實驗考試重點從所做實驗中選取一個實驗進行操作考試,與國外的考試方式也存在很大區別。總而言之,根據國情的區別,國內高校針對如何合理評價學生實驗課程成績的方式一直處于研究探索階段,如何選擇性地借鑒國外高校實驗課程成績評定值得商榷。

2.5 實驗講授方式與教學效果

美國高校學生預習實驗要查閱相關理論知識,由于基礎化學實驗開始較簡單,所以指導教師講授的內容非常少,以致學生在實驗過程中會出現很多問題,甚至實驗失敗。學生不斷從小錯誤和失敗中學習到的內容,印象更加深刻。或者撰寫部分實驗報告按照期刊論文格式等逐級逐層次地訓練，通過一系列的訓練后,逐漸培養了學生如何獲取知識與技能的能力,遇到問題如何查閱文獻、如何與教師溝通、與同學交流討論。通過幾個學期的良好學習習慣訓練,學生會享受實驗課程對自己發現問題、分析問題及解決問題等方面能力提高帶來的便利與好處。若教師講解的內容過多,學生會有依賴性,缺乏學習的主動性,雖能避免很多錯誤,但是許多問題可能不會被發現,對實驗的認識可能就不深刻。

國內高校的學生普遍為獲得學分而應付實驗,實驗學分得到便萬事大吉,對基礎化學實驗知識及技能方面的重視程度不夠。學生做完實驗相隔一個學期后,教師在課堂上問及是否記得曾經做過相關實驗時,學生的表情及回答均為基本上忘記了,在專業實驗課中再用到基本技能時仍需要借助實驗書或教師的講解才能進行下一步實驗。當然這些與國內教師講授過于細致等授課方式有關,害怕學生實驗時出現問題、實驗出現危險或實驗失敗等。如此教授方式,給學生帶來的訓練效果與國外相比恰恰得到相反效果,不利于學生實踐能力的培養。

3 對我國基礎化學實驗課程的思考與建議

希望借鑒美國實驗教學方面成功的經驗,探索一套適合我國國情的基礎化學實驗課程的教學方式方法,現提出一點淺薄的建議:

第一,在實驗教學過程中給學生更多主動學習的機會,不要過分強調實驗教材的作用,要加強學生自主學習的能力和獨立工作能力；

第二,實驗成績評定要有切實可行性,改革實驗考試方式、改革千篇一律的實驗報告格式,加強學生閱讀文獻與實驗報告的寫作能力；

第三,改變實驗課程講授的方式方法,具備條件的高校建立研究生擔任實驗課程指導教師的機制,給不同層次的高等教育人才一個鍛煉的機會。

4 結束語

美國高校經歷了漫長的發展歷程,已經積累了豐富的實驗教學經驗,通過比較后也體會到存在的差距。中美高校在基礎化學實驗課程的教學目的、教學內容等大的方面基本相同,但是學生綜合能力鍛煉效果卻大相徑庭。中美高校之間在實驗教學方面存在的不同點雖然體現在很小的細節,但是要注意人的良好習慣都是從細小的環節中逐漸形成與培養而成。良好的實驗習慣對培養學生的良好科研習慣、良好生活習慣,甚至正確的價值觀、人生觀都有益處。

References)

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Comparison of teaching of basic chemistry experiment courses between colleges and universities in China and USA

Qiu Huidong, Su Xiaodong, Yuan Jinhai, Long Yanhui, Xiong Wei

(Department of Chemistry and Chemical engineering,Chongqing University of Science and Technology,Chongqing 401331, China)

This article introduces the main differences and similarities of basic chemistry experimental teaching between the colleges and universities of China and USA. Combined with the actual situation of domestic university chemical experimental teaching, it is found that there are significant differences between the two counties,and some good experience is worth learning. It is important for students to promote students’ initiative in study,and it is helpful in training their operation ability and the ability to work independently. It will be useful for improving domestic basic chemistry experiment teaching.

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2015- 03- 02 修改日期：2015- 04- 30

重慶市教育委員會高等教育教學改革研究項目(133030/142012)；重慶科技學院本科教育教學改革項目(201512/201501)

邱會東(1975—),男,山東聊城,碩士,副教授,從事分析化學的教學與實驗室的管理工作.

E-mail：qhd324@163.com

G642.4；O6.33

A

1002-4956(2015)9- 0215- 03