農(nóng)林院校基礎化學實驗立體化教學模式

董先明， 倪春林， 羅志剛， 楊樂敏， 黃 鶴

(華南農(nóng)業(yè)大學理學院應用化學系，廣東廣州510642)

0 引言

實驗教學是培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力和科學素質(zhì)的重要途徑［1］。基礎化學實驗是農(nóng)林院校最重要的基礎課程之一，隨著社會對創(chuàng)新性人才要求的提高，不同學科和專業(yè)對基礎化學實驗要求的不同，目前的實驗教學體系和教學模式存在一些問題，主要表現(xiàn)在:實驗教學體系中基本操作實驗、驗證性實驗的比例偏大，學生按部就班或“照方抓藥”進行操作的實驗項目較多，學生學習的主動性不夠;實驗教學體系中盡管增加了部分設計性和綜合性實驗內(nèi)容，但缺乏研究性實驗內(nèi)容，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力［2］;實驗教學模式相對單一，主要開展課堂教學，時間和場所相對固定，缺乏一種開放式、立體化教學模式，不利于培養(yǎng)學生的科研能力和科學素質(zhì)。目前，針對這些存在的問題，大部分研究側(cè)重在實驗課程體系的改革、實驗教學內(nèi)容和方法的更新、教學方法和教學手段的改進、評價體系和考核方式的優(yōu)化等方面［3-8］。對于基礎化學實驗教學模式的研究，主要集中在綜合性、探究性等教學模式方面［9-11］。

基礎化學實驗是華南農(nóng)業(yè)大學最重要的公共基礎課之一，2005年立項為校級精品課程，2011年被評選為廣東省精品課程。目前每年有農(nóng)學、林學、資源環(huán)境、園藝、生命科學、獸醫(yī)學、動物科學、食品科學等10個學院共30多個專業(yè)(方向)4000名以上學生修讀此課程。基礎化學實驗教學團隊通過多年的共同努力，在實驗教學平臺、特色實驗教材、實驗教學新體系、立體化實驗教學模式、多元化考試模式、課程網(wǎng)絡平臺等方面取得了明顯的成效，培養(yǎng)了學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和科學素質(zhì)，為農(nóng)林類專業(yè)學生后續(xù)課程的學習奠定了堅實的基礎［12-14］。本文以華南農(nóng)業(yè)大學基礎化學實驗教學模式的改革與實踐為例，重點探討農(nóng)林院校基礎化學實驗立體化教學模式的構(gòu)建，總結(jié)實踐中的應用效果和取得的成績，為建立有農(nóng)林特色的、開放式基礎化學實驗教學模式打下基礎。

圖1 基礎化學實驗立體化教學模式示意圖

1 立體化教學模式的構(gòu)建

華南農(nóng)業(yè)大學基礎化學實驗教學團隊提出的教學理念是:體現(xiàn)以學生為主體，教師為主導，以素質(zhì)教育和能力培養(yǎng)為出發(fā)點，突出實踐性，促進學生知識、能力、思維和素質(zhì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展，切實解決好人才培養(yǎng)的科學發(fā)展問題。基礎化學實驗教學模式的構(gòu)建需要考慮農(nóng)林院校不同學科、不同專業(yè)、不同層次學生的特點，并結(jié)合學生的實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標，因此，對基礎化學實驗教學模式的要求是:利于全面培養(yǎng)學生是化學實驗技能，使其扎實地掌握實驗的基本操作、基本技能和基本知識，具有綜合分析和解決問題的能力，同時努力培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力。為此，華南農(nóng)業(yè)大學基礎化學實驗教學團隊提出了“三模塊、三層次、五結(jié)合”的立體化教學模式(見圖1)。

2007年，根據(jù)近年華南農(nóng)業(yè)大學招生規(guī)模擴大的現(xiàn)實需要，考慮到不同學科和專業(yè)對基礎化學實驗的不同需求，基礎化學實驗開展了分模塊教學［15］，即分成了基礎化學實驗A(理科和食品科學、環(huán)境科學、生命科學類)、基礎化學實驗B(農(nóng)科類)和基礎化學實驗C(工科和藝術(shù)類)三個模塊。基礎化學實驗A學時數(shù)為90學時，共開設21個實驗項目，教學對象為生物科學、生物技術(shù)、生物工程、動物科學、動物醫(yī)學、水產(chǎn)養(yǎng)殖、食品工程、食品安全、食品營養(yǎng)、環(huán)境工程、植物保護、制藥工程等20多個本科專業(yè);基礎化學實驗B學時數(shù)為70學時，共開設16個實驗項目，教學對象為農(nóng)學、農(nóng)學貿(mào)易、農(nóng)學生物、生態(tài)學、林學、城市林業(yè)、園藝、園藝花卉、茶學、茶學加工等10多個本科專業(yè);基礎化學實驗C學時數(shù)為18學時，共開設6個實驗項目，教學對象為工程、藝術(shù)等學院的本科專業(yè)。

華南農(nóng)業(yè)大學基礎化學實驗教學團隊根據(jù)化學學科的發(fā)展以及各相關(guān)學科和專業(yè)對化學實驗教學的要求，優(yōu)化和重組了原四大化學(無機、有機、分析和物理化學)實驗教學的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)，確立了“三層次”的實驗教學模式［2］:①基礎實驗知識和基本實驗技能的訓練，鞏固基本知識和鍛煉動手能力，主要包括稱量、加熱、干燥、滴定、分離、純化、提取等基本操作和無機化學、有機化學驗證性實驗;②綜合性實驗，掌握化學實驗的思維方法、研究手段和綜合應用能力，主要應用多種實驗技術(shù)和方法來研究化學物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系或化學物質(zhì)的制備、分離、測定，或者化學物質(zhì)的提取、純化、檢驗的全過程;③設計性和創(chuàng)新性實驗，鍛煉學生發(fā)現(xiàn)問題和獨立解決問題的能力，主要是根據(jù)所設立的實驗項目提出實驗目的和原理，讓學生通過查閱資料設計出實驗方案，并經(jīng)過反復實驗來完成實驗。

為了全方位、深層次地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力、科研能力和科學素質(zhì)，充分激發(fā)學生的學習興趣和探索熱情，適應學生個性發(fā)展和潛能發(fā)揮，華南農(nóng)業(yè)大學基礎化學實驗教學團隊在教學過程中實施了“五結(jié)合”的實驗教學模式:①注重化學實驗與農(nóng)業(yè)科學、生命科學、食品科學等結(jié)合，根據(jù)農(nóng)業(yè)院校各學科、各專業(yè)的要求，設計了“從果皮中提取果膠”等多個具有農(nóng)科特色的化學實驗。②注重化學實驗與實際生產(chǎn)和現(xiàn)代生活結(jié)合，開設了“牛奶中含氮量和蛋白質(zhì)含量的測定”等具有趣味性和生活氣息的化學實驗。③注重化學實驗與教師科研課題結(jié)合，將教師的科技創(chuàng)新和實驗教學改革成果轉(zhuǎn)化為實驗項目，如“蠶沙中葉綠素的提取分離和含量測定”等，使化學實驗不僅在量上有增加，而且在質(zhì)上有更新。④注重化學實驗教學與學生科技創(chuàng)新、“挑戰(zhàn)杯”等活動結(jié)合，學生利用自己掌握的化學知識和實驗技能，結(jié)合自己所學專業(yè)申報校級或省級科技創(chuàng)新項目，如食品學院的“地溝油的鑒別與檢測方法研究”，資源環(huán)境學院的“除蟲菊素與印楝素混配對螺旋粉虱的增效作用及其微膠囊的研制”，林學院的“關(guān)于木纖維與甲基丙烯酸甲酯接枝共聚改性的研究”等。⑤注重化學實驗課堂教學與課外科技訓練結(jié)合，通過建立化學開放實驗室，設立化學開放實驗項目，開展化學實驗技能大賽、生物化學實驗技能大賽等方式。

2 實踐應用與效果

在基礎化學實驗教學中貫穿“基礎、綜合、創(chuàng)新”三層次特點。在“基礎”層次階段，著重進行基本知識、基本操作、基本技能的訓練，強調(diào)基礎性;在“綜合”層次階段，強調(diào)化學實驗的綜合性和先進性，突出教學對象的主動性和獨立性;在“創(chuàng)新”層次階段，強調(diào)化學實驗的設計性和研究性，組織學生參加各種技能大賽。通過這樣的課程體系，使實驗教學內(nèi)容能夠相互聯(lián)系、相互滲透，淡化二級學科的界限，使各學科的內(nèi)容更加融合，更高效率地利用了課堂教學時間，擴大了知識面，進一步增強了學生對于化學物質(zhì)的結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—制備—提純—分析—應用的整體認識和全面訓練，提高動手能力和思維能力。這項改革獲得2000年華南農(nóng)業(yè)大學教學成果一等獎和2001年廣東省教學成果二等獎。

在基礎化學實驗教學中注重化學學科與農(nóng)業(yè)科學結(jié)合、課內(nèi)教學與課外訓練結(jié)合、技能訓練與科技創(chuàng)新結(jié)合。在實驗內(nèi)容上，有10多個實驗項目與農(nóng)業(yè)科學、生命科學、食品科學、環(huán)境科學等相關(guān)，學生可以根據(jù)自己所學專業(yè)進行選取。在實驗技能訓練方面，華南農(nóng)業(yè)大學每年舉辦“廣東省大學生生物化學實驗技能大賽”和“華南農(nóng)業(yè)大學化學實驗技能大賽”，其中前者由共青團廣東省委員會、廣東省教育廳、廣東省科學技術(shù)廳、廣東省學生聯(lián)合會聯(lián)合主辦，華南農(nóng)業(yè)大學公共基礎實驗教學中心承辦。通過這些競賽，提高了參賽學生的創(chuàng)新能力和實驗操作能力，對廣東省高校實驗教學改革起了良好的示范和輻射作用。而且，團隊教師開展了多項教學改革與研究項目，如廣東省教改項目“農(nóng)業(yè)院校基礎化學實驗課程培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的研究與實踐”、華南農(nóng)業(yè)大學教學改革與研究重點項目“在基礎化學實驗教學中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力”等。“開展生物學化學實驗技能大賽，促進高素質(zhì)人才培養(yǎng)”獲得2008年華南農(nóng)業(yè)大學教學成果二等獎。為方便學生進行課外學習和實驗技能訓練，開通了基礎化學實驗學習網(wǎng)站，對實驗進行詳細講解和答疑。建立并實施了以新編實驗教材為主，以視頻、多媒體以及網(wǎng)絡模擬等教學手段為輔的實驗教學模式。基礎化學實驗教學團隊電視片《基礎化學實驗基本操作》，獲得2007年中國教育技術(shù)協(xié)會第六屆全國高等農(nóng)業(yè)院校電視教材二等獎。

在基礎化學實驗教學中堅持科學性、先進性、開放性三原則。在理論研究方面，團隊教師開展了廣東省高等教育本科教學改革立項項目“農(nóng)科化學教學中研究性實驗的探索與設計”、華南農(nóng)業(yè)大學教學改革與研究重點項目“開放式農(nóng)科化學實驗中心的建設與實踐”等研究工作。通過將教師的科研成果轉(zhuǎn)化為教學實驗，形成適應學科特點及自身系統(tǒng)性和科學性的、完整的課程體系。化學實驗中心建立了化學開放實驗室，并開通網(wǎng)上預約系統(tǒng)，設立了30多個化學開放實驗項目，學生可以通過網(wǎng)上預約申請，對感興趣的化學實驗或者科技創(chuàng)新項目進行實驗室操作，通過這種方式，不僅調(diào)動了學生學習化學的熱情和興趣，而且促進了學生的個性發(fā)展，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神［12］。這項實踐教學改革的成果“開放式農(nóng)科化學實驗教學中心的建設與實踐”和“構(gòu)建以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為取向的基礎化學實驗課程新體系的研究與實踐”分別獲得2008年華南農(nóng)業(yè)大學教學成果一等獎和二等獎。

3 結(jié)語

華南農(nóng)業(yè)大學基礎化學實驗教學團隊通過十多年來對“三模塊、三層次、五結(jié)合”立體化實驗教學模式的不斷改革和完善，形成了以教師為主導、學生為中心、實現(xiàn)以學生自我訓練為主的教學理念，由淺到深、由簡單到綜合的教學體系，充分調(diào)動了學生學習的主動性和積極性，培養(yǎng)了學生的實驗操作能力和創(chuàng)新能力，促進了學生的個性發(fā)展和潛能發(fā)揮，取得了良好效果。

［1］ 李巧云，徐肖邢，楊高文，等.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.

［2］ 倪春林，周家容，羅志剛，等.農(nóng)科基礎化學教學中研究性實驗的探索［J］.理工高教研究，2010，29(1):108-110.

［3］ 趙鵬英，閆宗蘭.高校實驗化學教學改革的設想［J］.天津農(nóng)學院學報，2007(14)(增刊):42-45.

［4］ 徐雅琴，葉 非，李冬梅.農(nóng)業(yè)院校化學實驗改革模式的研究［J］.實驗室科學，2008，11(4):22-24.

［5］ 周立亞，龔福忠，秦 偉，等.基礎化學實驗課程建設及實驗教學改革［J］.實驗技術(shù)與管理，2009，26(3):148-149.

［6］ 周建國，吳邊鵬，李艷霞，等.基礎化學實驗教學改革探索［J］.實驗科學與技術(shù)，2008，6(3):81-83.

［7］ 徐翠蓮，蘇同福，黨玉麗，等.農(nóng)業(yè)院校基礎化學實驗改革的探索與實踐［J］.河南教育學院學報(自然科學版)，2011，20(4):59-61.

［8］ 羅志剛，谷文祥，趙 穎，等.基礎化學實驗課程的改革及考核模式的探討［J］.廣東化工，2006，33(9):65-66.

［9］ 夏靜芬，林建原，唐 力，等.基礎化學實驗教學模式改革［J］.實驗科學與技術(shù)，2008，6(3):87-89.

［10］ 楊春龍，楊 紅，蘭葉青，等.農(nóng)科院校基礎化學系列課程教學新模式的研究與實踐［J］.高等農(nóng)業(yè)教育，2008(8):54-56.

［11］ 張麗萍，李秋玉.探究性實驗教學模式在高校基礎化學實驗教學中的應用［J］.華章，2012(4):143.

［12］ 李 鑫，羅志剛，劉曉瑭，等.淺談如何在基礎化學實驗教學中培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)［J］.廣東化工，2009，36(7):294-295.

［13］ 陳 敏，羅志剛，盧其明，等.農(nóng)業(yè)院校公共基礎化學實驗室開放的探索與實踐［J］.廣東化工，2009，36(6):231-232.

［14］ 倪春林，劉英菊，羅志剛，等.農(nóng)業(yè)院校基礎化學實驗精品課程的建設與實踐［J］.實驗室科學，2012，15(3):167-169.

［15］ 羅志剛，倪春林，陳 敏，等.開放化學實驗室和開放化學實驗項目的實踐［J］.廣州化工，2010，38(8):267-268.