從提高科技競爭力視角思考本科生實驗教學內涵建設

饒震紅， 杜鳳沛

(中國農業大學 理學院, 北京 100083)

從提高科技競爭力視角思考本科生實驗教學內涵建設

饒震紅， 杜鳳沛

(中國農業大學 理學院, 北京 100083)

在當今高校總體規模穩定的狀態下,內涵式發展是提高教學質量的必經之路。通過對國外一些知名農業院校化學實驗課教學理念、教學形式、教學過程和要求的考察,比較我國農業人才在基礎實驗教學培養方面存在的不同點,在教學方法和教學手段上采取了有效的措施，提高了實驗教學的實效,增強了學生的競爭力。

實驗教學； 內涵建設； 科技競爭力

科技競爭力反映了一個國家的科技總量和經濟實力,它是社會發展的核心因素,不僅對國家整體經濟發展起推動作用,對可持續發展也起協調作用。如今面對全球化的經濟生活,國家和地區間的競爭日益激烈。世界經濟論壇公布的《2014—2015年全球競爭力報告》顯示,中國在144個經濟實體中排名第28位[1]。如何提高科技競爭力,提升我國在全球經濟中的地位是首要問題。高等教育孕育了科技競爭力,在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》中特別指出：“加快建設一批世界知名的高水平研究大學,是加快科技創新的需要”。然而,據調查分析,制約提高科技競爭力的因素不是科技工作者的從業人數,而是從業者的能力能否適應全球化競爭的要求[2]。因此,高等教育怎樣跟進全球化的步伐,怎樣提高科技競爭力,怎樣培養具有競爭力的人才,值得教育工作者認真思考。借鑒世界一些一流高校的先進經驗,采取跳躍式發展戰略,盡快縮短與發達國家間的教育差距,是提高人才競爭力的一條途徑。

我國高等教育的發展已由外延式的擴張向內涵式發展轉變,實驗教學作為能力培養的重要手段,其內涵建設再度被人們所重視。

1 國際著名農業院校本科生化學實驗教學考察

據2015 US News世界高校農業科學排名前三甲的是荷蘭瓦赫寧根大學、美國加州大學戴維斯分校和康奈爾大學。全球化進程中涉及的食品、能源與環境問題都與化學相關,考察這3所學校的化學實驗教學,并與之比較,找出差距,對高等農業教育有積極的借鑒意義。

1.1 實驗教學理念

瓦赫寧根大學是傳統的農業院校,關注食品健康和人們生活的環境質量。該校告訴學生：“世界是你的工作場所”,目標是培養有助于世界可持續發展的高素質創新人才。加州戴維斯分校在保持傳統優勢的基礎上,追求對新技術的挑戰,雖屬于農業院校,但本科化學教育理科特色非常鮮明。康奈爾大學始終堅守“任何人在任何學習領域都能受到教育”的校訓,適應社會發展變化,提倡實用教育,滿足社會對實用型人才的需求[3]。

1.2 實驗教學體系的設置

瓦赫寧根大學的化學課程是基于學科模式的通識教育,包括理論和實驗兩部分,實驗部分占的學時高于理論課程部分,比如:PCC-12303 General Chemistry1學分3分,總學時42學時,實驗24學時[4]，要求在規定時間內完成全部的實驗才能獲得課程成績。

加州戴維斯分校的基礎化學實驗與理論部分共屬于同一門課[5],不單獨記學分,如CHE2A General Chemistry 1,每周講課3學時,實驗4學時；進入到高級主題的課程,實驗課獨立設課,單獨記學分,如CHE124L Laboratory Methods in Inorganic Chemistry,每周實驗6學時。對于有機化學實驗課,不僅單獨設課而且采取遞進式的教學模塊,在一學年之內依次完成關于有機化學內容的3個序列的實驗課程CHE129A,CHE129B,CHE129C。成績優異的學生還可以選讀帶有H編號的榮譽課程,如CHE2AH Honors General Chemistry。

康奈爾大學奉行多樣化的學習,注重個性化發展,針對不同的學習對象開設多層次的課程,如表1所示。除少數高級別課程(如Chem 2510 Introductory Experimental Organic Chemistry)實驗課單獨設課外,其余均不單獨記學分,理論課里都包含相關實驗內容[6]。

表1 康奈爾大學普通化學多層次設置

1.3 實驗教材及課程內容特點

動態教學是實驗課教學的顯著特點，體現在每學期的實驗教材都會根據人才培養的需求和科技前沿的變化而做適當調整。實驗教材不是定型的書,只是實驗指導手冊,可以直接從網上下載。在上課之前，教師還可以根據具體變化隨時印發單頁紙提供給學生。

由于大多數的理論課包含實驗課,實驗內容與理論教學內容有效結合,避免了實驗的盲目性。除有機化學內容外,基礎化學實驗融合了無機、分析、物化內容,主題范圍廣泛,根據所設課程的層次,在深度和難度上存在差別。這種方式在設置遞進式教學模塊的戴維斯分校體現的尤為突出[7]。比如CHE2C General Chemistry 3 ,既有氧化還原和配位滴定,又有合成化合物的實驗,既有動力學實驗又有光譜學實驗。瓦赫寧根大學的實驗內容在經典的基礎上更與現實結合,如ORC-13303課程將農藥和二惡英等內容引入實驗[4]。康奈爾大學對于不同層次的同一課程也根據授課對象選取不同的內容,不是實驗的簡單合并取舍。

1.4 實驗教學方式與教學要求

上述3所學校的實驗教學充分利用網絡信息傳遞和交流的功能,學生在上課之前需要在網上進行電子注冊。康奈爾大學為此建立了一個電子排隊系統,實驗課優先選擇,學生需提前一學期注冊登記,根據實驗課的時間再確定其他課程的計劃安排[8]。

戴維斯分校將安全知識教育和實驗課的預習制作成視頻和幻燈片,放在指定的網頁上,要求學生在熟讀實驗指南并完成預習報告后,對這2部分內容在線考試,規定同一個實驗有2次考試機會,只有合格才可以進實驗室[7]。

對于非獨立設課的實驗,比如戴維斯的CHE2B General Chemistry 2，通常是2位學生1組進行實驗,并不是受限于儀器設備數量,而是他們認為不同的人在一起,對問題有不同的看法,比單獨解決問題效果更好。

實驗報告要寫3份。比如康奈爾大學的CHE2090 General Chemistry[6]。第一份是預習報告,預習思考題會在實驗前的一周在網上發布；第二份是實驗數據和觀察記錄本,要求用墨水筆記錄,在學期開始將記錄本按順序編好頁碼,在實驗課結束后,當場復制一份交給實驗TA；第三份是完整的實驗報告,需要在下次上課之前上交,如果遲交報告,實驗TA將要按照晚交的時間每天扣除一定的實驗點數(影響實驗課成績)。戴維斯分校在實驗結束后還要在線回答相關問題。

實驗成績評定不以報告的最后數據為標準,而是依據同一原則打分,注重實驗參與過程，見表2。學生對最終成績可以當面提出質疑,即使因某種原因不能在規定的期限內返回學校,也可以通過郵件陳述理由,申請重新核定成績。

表2 康奈爾大學CHE2510課程成績評定

2 國內外農業院校化學實驗教學比較

(1) 發揮化學實驗教學通識教育的作用效果不同。通識教育是為了使世界不同區域的人們在相互溝通中具有共同的語言。瓦赫寧根大學將化學教育作為通識類課程,突出了化學教學開闊視野、拓寬知識面的功能,說明化學教學具有傳遞社會經驗、培養人獨立性的社會職能,具有社會性。我們的化學實驗教學面向理科和農科學生,而工科和文科學生很少學習,減弱了實驗教學通識教育的效果。

(2) 實驗課設置方式不同。為了提高學生解決問題的能力,我們強調實驗教學的重要性,大部分實驗課獨立設課,強調實驗內容的系統化[9]。而國外的實驗課,尤其是基礎實驗課與理論課教學相協調,結合理論課而開，強調實驗內容的廣泛和綜合。

(3) 學生的發展空間不同。國外的實驗課在嚴格的制度規范上,有著靈活的個性化發展。我們的實驗教學留給學生思考的空間小,教師怕實驗不成功，不停地指點,學生怕出錯謹小慎微,導致學生不敢大膽想和做,剝奪了學生從失敗和犯錯中尋求正確答案的機會,影響了批判性思維的發展。

(4) 培養學生的理解力不同。表現在國內學生獲取知識途徑單一,查閱實驗文獻資料全面性不足,實驗報告的設計和撰寫缺乏精度和深度。標準化的實驗教學程序和長期的應試教育使學生對突發事件應變能力弱,對新生事物敏感性差。

3 面向國際競爭培養農業特色人才

3.1 跨越學科發揮通識教育的作用，擴大國際視野

讓化學這種自然科學知識為眾人樂于接受,愿意聽下去,做下去,實驗教學必然要與現實生活聯系,預見問題的存在。而且時代的發展進步促使不同學科間融合滲透,不斷地給人們帶來新知識、新思維。為此,實驗內容選擇時跨越學科界限,不僅可以擴大知識視野,帶來“新”,而且以解決問題為中心,帶來“變”,改變人的思維,改變人的能力[10-11]。比如,我們在本科實驗教學中測量牛奶中鈣的含量、提取菠菜葉中的葉綠素并做光譜分析、空氣污染物的獲取及檢測、還有牛乳中酪蛋白和乳糖的分離、花生殼中提取糠醛、菜籽油中制備生物柴油等,這些具有農業特色的實驗將分析化學、有機化學、物理化學、生物科學等學科交織在一起,極大地拓展了學生的知識視野,鍛煉了綜合思維,增強了人才的潛質。

3.2 以實驗課英語教學為載體,提高國際理解力

在國際任何領域，有效的表達與溝通都是最重要的技能,對于實驗課用英語教學有2種形式,全英語教學和雙語教學[12]。

全英語教學模式是指在教材的使用,授課過程、開展討論和總結考核等方面用英語開展教學活動,是一種全浸式的學習方式。它不僅提供了國際交流的氛圍,使學生語言應用能力得到加強,而且由于教學方式的參與互動性,要求參與者的思維要適應異域文化的要求而不斷地變化,在有效地提高學生語言表達能力之時,也提高了學生的國際理解力水平。從2012年開始，我們聘請來自美國的Alan Szeto博士，以全英語模式教學為國際學院農林管理類學生開設“普通化學及實驗”課程，這為在文科生中開展自然科學教育積累了經驗。

我們做得更多的是實驗課的雙語教學,形式是教材英語、板書英語、講解英漢、實驗報告英語。特別是撰寫英文實驗報告,學生寫實驗報告把太多的重點放在了實驗中發生了什么,但對這件事情如何發生、為什么發生探求的不充分。我們要求學生通過圖書館、網頁查閱相關英文文獻,了解實驗背景,對實驗過程和現象有獨到的見解,不再簡單地完成實驗數據處理。因此撰寫合格的英文實驗報告需要花費大量的時間,但經過潛移默化的影響積累,切實形成了學生科學的思維習慣,提高了學生利于溝通的國際表達能力。

3.3 利用翻轉課堂教學手段，提高教學實效

信息技術的發展為豐富教學手段提供了可能。利用視頻教學,借助在線網絡,將學習的空間和時間翻轉,形成翻轉課堂,對實驗教學也是良好的方式[13]。戴維斯分校將實驗教學內容制成幻燈片用于學生的預習就是翻轉課堂的一種形式[7]。我們自制了關于實驗教學的視頻短片,包括實驗操作技術和儀器教學實驗。將教學短片放在網上,讓學生提前觀看視頻,然后帶著問題進實驗室,通過與教師討論,在實驗過程中將知識內化。翻轉課堂拓展了教學空間,強調學生學習的自主性,何時學,怎樣學,學到什么程度,都由學習主體來確定,從而給予學生最大范圍的個性發展空間,提高了教學實效,也增進了學生勇于探索的進取動力。

3.4 借助研究性實驗 提高發散思維與應變能力

發散思維是指處理某一特定問題時,沿著各種不同的途徑、角度去思考。研究性實驗可以提高發散思維,鍛煉學生獨立解決問題的能力。戴維斯分校成立本科生研究中心,讓本科生從跨學科的實踐研究中獲益。他們認為本科生從事研究是順利進入職業生涯的實用工具,包含了思維分析能力、全球視野下的溝通能力的培養。在不斷地摸索中,我們有意將最先進的信息和觀點介紹給學生,開展以農藥合成與生物活性、農藥殘留分析與降解為內容的綜合實驗,鼓勵學生借助先進的實驗技術對傳統實驗方法變革,培育了學生的批判性思維,并且結合教師不同的研究方向,引導學生合理選題,進行研究性實驗。

4 結束語

寬松的研究環境是學生進行研究性實驗的保障。多元化的支撐計劃是進行本科生研究實驗的堅強后盾。通過深化實驗教學內涵,給予學生個性化空間,讓學生從實驗過程中體驗失敗獲取成功,學會反思,學會分析問題解決問題,掌握事物的變通性,鍛煉自身堅守的性格。 在國家和北京市大學生創新性實驗計劃,以及我校本科生的URP計劃中,越來越多的本科生獲得了資金資助,展開工作。還有不少本科學生參加了國內、國際會議,以及在高水平的化學期刊上展示項目成果,極大地提高了學生主動交流溝通的能力。實踐證明,通過本科生實驗教學內涵建設,顯著地提高了學生的科技競爭力。

References)

[1] 張璐晶,陳惟彬. 達沃斯 《2014—2015年全球競爭力報告》解讀 哪些國家(地區)競爭力更高[J].中國經濟周刊,2014(9):43-46.

[2] 張永新,馮海平.國家科技競爭力及創新教育[J]. 遼寧教育研究,2003(7):30-31.

[3] 董澤宇. 美國康奈爾大學辦學理念形成與啟示[J]. 國家教育行政學院學報,2010(3):91-95.

[4] Courses by period[EB/OL].https//ssc.wur.nl/Handbook/2013/Period/Bachelor/1

[5] Courses in Chemistry (CHE)[EB/OL].http://catalog.ucdavis.edu/programs/CHE/CHEcourses.html

[6] Advising Guide to Chemistry Courses[EB/OL].http://chemistry.cornell.edu/courses/advising-guide.cfm

[7] Laboratory[EB/OL].http://chemistry.ucdavis.edu/undergraduate/chemistry_2_series.html

[8] Waiting list for lab courses[EB/OL].http://chemistry.cornell.edu/courses/add-drop.cfm

[9] 池加敏. 實驗獨立設課的優勢與原則[J]. 高等農業教育,1999(10):70-72.

[10] 宋華明,常姝, 董維春. 美國高校推進學科交叉融合的范例探析及啟示[J]. 學位與研究生教育,2014(9):73-77.

[11] 孫爾康, 張劍榮, 邱金恒,等. 化學實驗內容應充分體現三個結合[J]. 實驗技術與管理,2007,24(11):7,19.

[12] 李艷梅, 許麗. 部分高校化學課程雙語教學情況調查分析與思考[J]. 大學化學,2006,21(2):10-15.

[13] 張其亮, 陳永生. 翻轉課堂在操作系統實驗教學中的應用研究[J]. 實驗技術與管理,2014,31(12):173-176.

Thinking on construction of undergraduate experimental teaching content from perspective of improving competitiveness of science and technology

Rao Zhenhong, Du Fengpei

(College of Science ,China Agricultural University ,Beijing 100083,China)

The connotative development is the only way to improve the quality of teaching under the condition of the overall scale of university stability. Through studying the teaching philosophy, teaching form, teaching process and requirements of chemistry experiment course in the world famous agricultural universities,comparing the different points of basic experimental teaching for agricultural talents cultivation, this article takes effective measures in the teaching methods and means to improve the effectiveness of experimental teaching and enhance the students’ competitiveness.

experimental teaching; connotation construction; competitiveness of science and technology

2015- 05- 08

國家基礎科學人才培養基金(J1210064)

饒震紅(1968—)，女，北京,學士，高級實驗師，研究方向為化學實驗教學與管理

杜鳳沛(1968—)，男，山東沂南,博士，教授，副院長，研究方向為化學實驗教學及農藥制劑研究.

E-mail：yuntian@cau.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2015)12- 0013- 03