獨立學院基礎化學實驗的探索與實踐

王月欣, 莒曉艷, 王麗華, 張　穎, 蘇偉怡, 張西慧, 張　倩

(河北工業大學 化工學院, 天津　300130)

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獨立學院基礎化學實驗的探索與實踐

王月欣, 莒曉艷, 王麗華, 張穎, 蘇偉怡, 張西慧, 張倩

(河北工業大學 化工學院, 天津300130)

針對獨立學院基礎化學實驗人才培養模式的現狀與存在的問題,立足于培養具有創新精神和實踐能力的高級應用型人才,在基礎化學實驗課程體系和教學模式方面進行了探索,取得了較好的效果,學生的動手能力、知識的遷移應用能力得到了普遍的提高。

基礎化學實驗; 實驗人才; 培養模式; 實踐能力

獨立學院作為高等學校辦學機制創新與模式改革的一項突破,已經成為我國高等教育的重要組成部分。獨立學院辦學的特殊性在于它是面向“三本”群體的人才培養實體。作為實施本科學歷教育的高等學校,獨立學院的人才培養目標定位于培養“理論基礎扎實、實踐能力突出的高級應用型人才”。因而以大學生實踐能力培養為目標的實驗教學自然成為獨立學院建設、發展的一個重要環節。

基礎化學實驗包括無機化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗及物理化學實驗四大基礎化學實驗,是化學化工類及近化學類各專業本科生必修的一門重要基礎課,也是一門實踐性、應用性很強的課程[1-2]。對培養學生實踐能力、科學態度和職業素養具有十分重要的作用。綜觀目前獨立學院基礎化學實驗人才培養模式,可以概括為以下幾種情況：一是克隆母體模式,教學計劃、教學大綱、課程安排等照搬所依托的母體做法；二是局部改良模式,基本沿襲所依托的母體人才培養模式的基本結構和要求,只是在局部稍許做些改造；三是降格培養,降低本科人才培養的基本要求,按照高等職業人才培養模式,將獨立學院學生培養成職業技能型人才,尤其突出的是對獨立學院學生的創新意識重視不夠[3-4]。一直以來,人們或多或少地認為獨立學院的學生基礎差,創新教育和獨立學院的學生關系不大,因此上述無論哪種模式,都忽視了獨立學院的特殊性,致使獨立學院人才培養目標迷失,在這些模式下,要培養出具有創新精神的高級應用型人才無疑是困難的。因此,構建適合獨立學院特點的基礎化學實驗課程體系與教學模式,是其持續發展的基礎和保障[5-6]。為此,近年來,我們立足于培養具有創新精神和實踐能力的高級應用型人才,在基礎化學實驗課程體系和教學模式方面進行了許多探索,取得了較好的效果。

1　調整實驗教學體系

針對“三本”學生的特點,結合高素質應用型人才的培養目標和社會對應用型、創新型人才的需求[7],我們在四大基礎化學實驗課程體系和內容上進行了一系列的調整：刪除不同課程重復出現的內容；對實驗步驟繁瑣,涉及理論、技能較多的實驗進行改動、拆分；增加與實際應用相結合的實驗內容,降低實驗的理論深度,增加解決工程實際問題的實驗內容。在此基礎上,對分屬于無機化學實驗、有機化學實驗、分析化學實驗、物理化學實驗的基本操作、技能訓練、合成制備、性質測定等實驗內容與實驗方法進行精選與重整,把整個基礎化學實驗教學環節分為基礎訓練型、提高型、綜合設計型3個層次。

(1) 基礎訓練型實驗重點訓練學生的基本實驗操作和基本技能。在此學習過程中,學生應該掌握如電子天平、酸度計、紫外-可見分光光度計、電導率儀等儀器的使用,同時也應該對稱量、分離、提純、結晶、溶液的配制、滴定和玻璃工操作等基本技能熟練運用,這部分實驗開出47個。

(2) 提高型實驗著重培養學生的綜合實驗能力和研究興趣。在此學習過程中,學生能夠綜合運用理論知識和實驗操作技能解決實際問題。提高型實驗優化改組的原則是實驗內容一定要具有典型性和應用上的代表性。按此原則,篩選出17個實驗作為綜合實驗,如表1所示。

表1　綜合實驗一覽表

(3) 綜合設計型實驗重點培養學生的思維能力和創新能力。這一階段以提高學生綜合素質為核心,選擇有代表性的實驗項目,讓學生通過查閱相關文獻,獨立設計初步實驗方案,實現從知識技能向研究能力的轉化過程,具體做法如下：設計型實驗內容不必每年都一樣,可根據實際情況變動實驗內容。設計型實驗通常只給出實驗標題和基本要求,學生按照自己的興趣選擇合適的題目,設計合理的路線來完成。如：苯甲酸的制備,傳統的方法是采用高錳酸鉀在水溶液中氧化甲苯,然后酸化得苯甲酸,這種方法反應時間長(8 h),而且還會產生大量的污染物二氧化錳；通過查找資料,對多種合成方法篩選,最佳的合成方法是無溶劑催化氧化法制備苯甲酸。這種方法是以苯甲醇為原料,在銅催化劑作用下制備苯甲酸,整個實驗過程沒有有害廢物排放,而且銅催化劑還可以重復使用。該實驗方法還向學生引入了綠色化學概念。

2　改革實驗教學模式

針對不同層次的教學內容和教學目標的要求,我們采取不同的方法與手段,如表2所示。

表2　不同層次的教學內容與教學模式

2.1第一層次：基礎訓練型

基礎操作實驗的特點是突出操作訓練,通過實驗培養學生規范化的操作,這是基礎化學實驗必需的和最基本的要求。在以往的教學中,基礎操作主要是實驗前教師的示范講解,但由于學生人數多,只有前面的學生看得較清楚,后面的學生一般就心不在焉了；另外操作要點比較多,學生聽完后往往記不全面。所有這些都會導致學生的操作是順其自然,很難做到規范。為解決這一問題,我們將每一個基本操作都做成視頻文件,放在實驗教學網站和實驗室的教學屏幕上,學生可以隨時觀看。為引起學生的重視,保證教學效果,我們在實驗考核中,更是突出基礎操作規范性的比重,占總分的30%。

2.2第二層次：提高型

這一層次的實驗著重培養學生的綜合實驗能力,即觀察能力、動手能力和思維能力。“三本”學生最常見的問題有以下幾個方面：

(1) 對實驗現象,只觀不察。學生的實驗報告往往呈現的就是簡單的、走馬觀花式的、碎片式的記錄,很少將反應原理、生成物的種類、特性和實驗現象結合進行深刻的思考。

(2) 動手能力明顯不足。在一般的實驗講義中,每個實驗都有明確的實驗裝置示意圖,學生可以比葫蘆畫瓢組裝實驗裝置,一旦換一個實驗場合便不知如何使用。導致這一現象的根源是學生沒有全面了解儀器的特征、原理及其用途。

(3) 思維能力差。從實驗原理—實驗各個步驟—產物,在整個過程中,學生是看一步做一步,實驗完成后,頭腦中幾乎是一片空白,沒有留下什么印象,主要原因就是沒有將實驗原理、物質物性和實驗過程中采用的方法及相應使用的儀器有機的結合起來。如何培養學生實現實驗原理與操作過程的有機的、具體的結合,從抽象的反應式得到具體的產物是實驗教學的關鍵。

針對上述問題,我們從預習報告、實驗報告等環節入手,進行了以下嘗試。

(1) 預習報告。為了幫助學生加深對實驗內容及相關知識點的理解和掌握,提高理論知識與解決實際問題相結合的能力,對每個實驗制訂實驗預習報告樣本,如有機化學實驗,采用填空題、問答題、畫框圖等方法,規范學生預習情況，預習報告樣本見圖1。實驗步驟采用畫框圖的方法,流程框圖由教師給出,操作要點讓學生總結,重要操作步驟要求寫明其理論依據。實驗注意事項采用問答題的方式。預習報告規范化的結果使學習重點一目了然,另外通過填空題、問答題的形式刺激學生思考,達到理論與實際的有機融合,這種改革方式有效地提高了學生的綜合實驗能力,并且提高了學習效率。另外建立了預習測試系統,我們將每個實驗中的知識點設計成測試題,發布到網上,學生可以方便地檢測預習效果。

圖1　預習報告樣本

(2) 實驗報告。一改傳統的實驗報告按照實驗順序描述的方式,重點集中在結果與討論部分,引導學生將實驗現象和實驗原理結合,在課本及相關文獻中尋求理論支持。這種改革方式有效地實現了原理與過程的結合、方法與儀器的結合,最終達到表象與本質的結合,使學生綜合能力明顯提升[8-9]。

2.3第三層次：綜合設計型

在基礎化學實驗教學中,更多關注的是培養動手能力,事實上,任何層次的學生都需要創新精神的培養。創新能力的培養僅靠幾個創新實驗是遠遠不夠的,還需要化學思想的滲透及前沿科技成果的支持，如圖2所示。只有這幾方面的結合,才能啟迪學生的創新意識。

圖2　創新能力的培養

眾所周知,化學科學的發展是在實驗的基礎上逐步形成的,化學史是化學方法和化學智慧的歷史。在實驗教學中,適時地插入一些化學史的教學內容,講述重大化學反應的發現過程及其產生的重要影響,展示其科學魅力,不僅使學生獲得科學的化學方法和科學研究的思維方式,同時激發學生的好奇心,調動學習的積極性和主動性,啟迪學生的創新思維。因此在實驗教學中,我們特別重視化學史的滲透。

化學的發展突飛猛進,科技成果層出不窮,科技前沿成果的合理滲透能使實驗教學充滿現代化的氣息,有效激發學生探究事物的動力。因此在教學中,我們結合實驗內容及時將相關科技成果介紹給學生。通常是在實驗前就將相關內容發布在教學網站或課程QQ群中,通過圖片或視頻的展示,這種形式在很大程度上激發了學生對探索化學實驗的熱情,使學生更加關注化學及相關領域的新進展[10]。

在教學中,實驗項目不僅是驗證課堂所講授的內容,更重要的是通過實驗教學培養學生的獨立思考能力,讓學生在變化萬千的實驗中激發學習化學的濃厚興趣,開發學生的創新能力。因此在這一層次教學中,一方面由教師結合自身科研成果選定實驗項目,也可通過教師引導學生自己選定[11-12]。

3　結語

獨立學院基礎化學實驗經過幾年的改革與實踐,取得了可喜的成果,事實證明,學生的動手能力、知識的遷移應用能力得到了普遍的提高,尤其在2015年市級大學生化學知識與應用大賽中,獨立學院在由8人組成的實驗競賽中7人獲獎,獨立學院的畢業生考研率明顯提高,企業對我校的畢業生也給予了很高的評價。盡管取得了一些成績,但深化實驗教學改革,為社會培養高素質人才仍是我們今后努力的方向。

References)

[1] 陸廣濃,楊柳.基礎化學實驗在人才培養中的作用[J].高校實驗室工作研究,2015(1):105-106

[2] 邱會東,蘇小東,原金海,等.中美高校基礎化學實驗課程教學比較[J].實驗技術與管理,2015,32(9):215-217.

[3] 李巧云,徐肖邢,楊高文.基礎化學實驗課程改革及建設的探索與實踐[J].中國電力教育,2011(1):115-116.

[4] 王仁國,趙茂俊,張云松.基礎化學實驗改革的反思[J].實驗技術與管理,2010,27(8):132-134.

[5] 楊競鳴,趙芳林,陳融旭.從大學生就業看高校基礎實驗教學改革[J].大學化學,2010,25(4):16-18.

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[7] 陶阿麗,曹殿潔,馮學花.基于應用型人才培養的基礎化學實驗教學改革[J].長江大學學報：自然科學版,2015,12(21):78-80.

[8] 王建華,王建軍,杜光明.基礎化學實驗考核模式改革研究[J].吉林省教育學院學報,2015,31(9):91-92.

[9] 劉天寶,彭艷芬,劉廷國,等.基礎化學實驗考核方法改革初探[J].廣東化工,2015,42(20):170-171.

[10] 王紅,曾秀瓊,劉秋平,等.基礎化學實驗翻轉課堂教學模式的研究和實踐[J].實驗技術與管理,2015,32(5):196-199.

[11] 段江蓮,徐建國,于有偉.實驗室開放管理探索與實踐[J].實驗室科學,2011,14(3):126-128.

[12] 牛煥雙,李宇,杜林,等.科研實驗轉化成綜合化學教學實驗的探索[J].實驗室研究與探索,2014,33(2):150-154.

Exploration and practice of fundamental chemical experiment in independent colleges

Wang Yuexin, Ju Xiaoyan, Wang Lihua, Zhang Ying, Su Weiyi, Zhang Xihui, Zhang Qian

(School of Chemical Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin 300130, China)

Aiming at the actuality and problems on training mode of fundamental chemical experimental talents in independent colleges, this paper presents the exploration of experimental course system and teaching mode based on cultivating advanced application- oriented talents with innovative spirit and practical ability .The students’ capability of doing experiments and their ability of knowledge transfer are improved.

independent college； fundamental chemical experiment； experimental talent； training mode； practical ability

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.05.005

2015- 11- 20修改日期：2016- 01- 02

河北省高等教育教學改革項目“獨立學院基礎化學實驗課程體系與教學模式的改革與實踐”(2012GJJG153)

王月欣(1965—)，女，河北晉州，博士，教授，基礎化學部主任，研究方向為基礎化學實驗教學與科研

E-mail：wyx@hebut.edu.cn

張倩(1982—)，女，石家莊，碩士，實驗師，研究方向為基礎化學實驗課程體系改革.

E-mail：zhangqian@hebut.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2016)5- 0014- 03