新工科背景下基礎化學實驗對大學生創新能力培養的研究*

梁小玉，劉小花，路朝陽，金顯春，范彩玲

（河南農業大學 理學院，河南 鄭州 450002）

為了形成新技術、新產業、新業態、新模式，推進農業院校“三全育人”綜合改革目標，以及國家一系列重大戰略深入實施，在新工科背景下，應將落實“立德樹人”作為根本任務，將鄉村振興戰略、培養知農愛農新型人才作為促進農業院校質量提升的重要途徑。實施新工科建設將對人才的需求量大幅增加，對學生能力提升提出了更嚴格的要求，應大力培養適應基礎教育發展需要、具有專業基礎知識扎實、綜合素質高的高級專門人才［1］。

基礎化學實驗課程是高等農林院校農科專業非常重要的基礎課程，是非化學專業學生的第一門基礎實踐課程。該課程涉及到有機化學實驗、物理化學實驗、分析化學實驗和無機化學實驗等四門實驗課程的內容，知識點和操作點涉及面廣，并且該課程的學習也會對農科專業其他后續專業課或選修課的學習產生重大的影響［2-3］。對于該課程的教學體系應該打破原有的傳統教學模式，將知識與專業能力綜合，針對不同學科要求設計不同層次實驗項目。因此，基礎化學實驗作為一門以實驗為基礎的科學，立足于化學學科，強調化學實驗的系統性，內容上突出院校的學科特點，實施過程中盡量做到典型、實用、先進，力爭培養農林專業的學生對化學基本理論和概念的理解，提高他們運用化學知識解決專業實際問題的能力。

1 新工科背景下對人才培養的要求

由于對大學生授課大多還是傳統的課堂授課，這就導致師生在課下的交流非常少，學生缺乏動手能力，學生的精力主要集中在理論知識的學習與復習，不能把理論知識運用到實踐應用中，對學科的基礎知識的綜合運用能力還有待提高［4-6］。新工科背景建設下，對大學生人才培養的要求發生了改變，主要要求如下：

1）實用性要求。學生在掌握好理論知識的同時，還要注重集中目標，將理論和實踐相結合，不能只會紙上談兵，應靈活運用自己的理論知識在實踐中發揮重要作用。

2）交叉性要求。學生在掌握好自己專業課程的基礎上，還要積極與其他相關專業構建聯系，學會知識的融會貫通，在形成自己的知識體系后，遇到實際問題能更加全面的分析并解決。

3）綜合性要求。學生要德智體美勞全面發展，一方面需要掌握好專業知識，另一方面應多加鍛煉擁有良好的體格，還要在保持積極、樂觀、向上的生活態度的時候能夠擁有良好的品格，及具有遇事靈活變通的能力。

2 基礎化學實驗對人才培養的要求

傳統的大學化學實驗包含四門實驗課程，分別是有機化學實驗、無機化學實驗、分析化學實驗和物理化學實驗，即傳統的四大化學實驗的相關理論和實驗內容。四大化學的每門實驗課程單獨開設，學時分散，不能緊跟對應的理論課程；另外，實驗教學大都放在了基礎操作、技能訓練、及驗證實驗上，導致學生動手能力和創新能力較為薄弱［7-9］。

基礎化學實驗作為高等農林院校相關專業的專業基礎必修課，是培養創新型綜合新農林高素質人才的重要組成部分。基礎化學實驗不僅是學生學習大學化學綜合化的基礎，同時也是學習農林專業知識的基礎，所以在大學農林等專業化學實驗教學中占據著重要地位。但是，傳統農林專業基礎化學實驗在教學過程中存在諸多問題。比如學生生源不同、教學目標分散、教學地位和相應課時不匹配、學生的基礎化學實驗無法與理論課同步進行、就無法調動學生的學習積極性；受學時限制教學方法和教學過程單一、專業分散而教學資源有待增多、有的實驗內容與學生所學專業知識脫節、導致學生無法用所學知識解決實際中遇到的問題等。

針對上述問題，在順應當前新工科建設的背景下，通過不斷優化、有機融合傳統四大化學的課程特點，基礎化學實驗在實驗內容、教學方法、教學手段等方面均發生極大的改革，使得實驗項目具有更強的綜合操作性。根據不同專業、學生的不同背景開展探究性實驗、創新性實驗、驗證性實驗等不同類型、不同層次選修實驗項目，這樣可以解決學生生源地不同帶來的教學學情差異，增強學生的學習信心；同時，也可以充分滿足學校對人才培養時因材施教的要求，為教學改革探索出一條行之有效的新路徑。

在新工科背景下，基礎化學實驗對大學生的培養有如下要求：

1）理論知識要求。新工科背景下，根據學校高素質人才培養要求，農林專業學生既要根據自身專業需要和基礎化學實驗能力的要求，依據設立的對應專業基礎化學實驗充分掌握實驗教學體系，同時還要兼顧相應的理論知識體系。按照實驗教學大綱的內容，保證學生能夠根據自身專業需求和實驗能力的要求，分階段分層次學習。這是由于基礎化學實驗課程設置在大一第一學期，不同生源的學生高中階段的化學知識結構復雜不一，學習背景層次、理解能力等都不同。在實驗前預習教材，結合理論知識寫出完整的實驗預習報告，明確實驗目的、實驗原理和實驗步驟。教師根據學生的預習報告，掌握學生的基礎，做到因材施教，達到既保證教學目標的實現，又能充分照顧到不同學生學習水平的差異，這些對教師來說會是個極大的挑戰［10-11］。

2）邏輯能力要求。在實驗過程中，要注重培養學生的邏輯思維能力。在實驗項目過程中不要采用灌輸式的方式讓學生機械執行規定的實驗步驟，這樣很容易使學生的思維被限制，不能獲得思維創新能力的提高。學生需要將已學理論知識理解掌握，靈活變通。在實驗過程中遇到不常見的問題時，要根據已學知識及腦海中所形成的思維導圖，快速靈活的分析問題，養成良好的實驗觀察能力和思維創造力。

3）實踐能力要求。大學生大部分時間都是在課堂里接受知識，進實驗室的時間極其不足，使大學生對基礎化學實驗的理解大都只停留在書本，導致學生的實踐操作能力減弱［12-13］。在新工科背景下，基礎化學實驗在大學生培養中對實踐能力的要求大大提高。高校在開展基礎化學實驗教學的過程中，還需要了解未來企業對人才的需求標準，選擇采用較強綜合性的實驗項目，大力培養學生的創新性和實用性，真正增強校企的深度融合，把握人才培養方向。

4）總結能力要求。總結是對已學知識的一種歸納。通過歸納總結，可以將膚淺、表面的感性認識上升到系統、全面的理性認識，加深對知識的理解，將已學的知識形成一套比較清晰的知識體系，利用簡潔的語言、清晰的邏輯將實驗的關鍵點和重難點知識描述出來，把復雜的實驗過程變得淺顯易懂。

3 基礎化學實驗對大學生創新能力的培養

我國《高等教育法》明確規定：高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才。因此，在大學生培養過程中，應按照知識、能力、素質三方面同步發展的培養模式，加強對大學生創新知識的傳授，注意培養大學生的創新能力、實踐能力以及嚴謹的科學態度，培養出具有創新精神和實踐能力的高素質大學生。

在新工科背景下，基礎化學實驗對大學生創新能力的培養分為以下四個方面：

1）培養大學生對理論知識的掌握能力。教師在實驗前要求學生充分預習，明確實驗原理、實驗內容和實驗目的，并且在實驗開始之前檢查學生的預習情況，要求學生用自己的語言來概括實驗過程，可以將此作為實驗考核平時成績的一部分，完成較佳適當給予加分。教師講授時可以理論聯系實際，列舉日常生活中碰到的相似的問題，增加學生對實驗內容的積極性和關注度，同時也可以達到舉一反三的效果。實驗過程中，教師還應該注意規范學生的正確操作，只有學會正確操作，才能逐步熟練掌握實驗，才可以在原有基礎上進行創新能力的提升。但是，很多學生受高中灌輸式教學模式的影響，進入大學比較難適應主動式學習，導致學生對老師提出的課前預習的要求，不能引起足夠重視。大多數學生都只是簡單的抄寫一遍實驗內容，等到老師課堂講授演示操作后，學生照搬書本步驟機械的完成實驗。

2）培養大學生的邏輯思維能力。無論是在傳授理論知識還是在講述實驗操作時，教師可以先導入問題，以啟發式教學方式進行傳授，促進學生對實驗的思考，有助于提高學生的邏輯思維能力。在日常理論教學中也可以有意的引導學生對知識有一個串聯。在實驗操作時不應呆板的一味照搬書上的實驗步驟、操作，可以讓學生在此基礎上提出自己的想法，當想法不合適時不應全盤否定，應給出相應的建議，指出問題所在，引導學生朝著正確的目標前進；或者課前預習后讓學生自己設計一個不同的實驗方案來完成實驗項目，這樣的過程需要學生獨立查閱資料、改變實驗條件，激發學生的自主學習、自主探索和相互交流，由此達到培養學生的學習和動手興趣、增進學生的發散思維、擴大知識面。

3）培養大學生實踐能力。大學生接受知識大部分是在課堂上，所以實踐能力相對薄弱。教師除了實驗課上演示規范操作外，針對每一次實驗課中的每一個基本操作都應該明確相應的操作要點或注意事項，在實驗課堂上巡回檢查時，及時糾正學生在實驗過程中出現的操作錯誤，對于普遍出現的錯誤操作，可以集中再一次進行示范操作講解［14］。此外，教師在“小班化”的實驗教學過程中，可以采用翻轉課堂教學模式，讓學生通過預習掌握知識要點，在課堂上自己演示一些自認比較重要的操作步驟或實驗裝置的安裝，增強學生自主學習的能力和實驗動手能力［15］。另外，老師應該盡可能的增加學生進實驗室的機會，讓他們在自己動手的過程中提高自身的實踐動手能力；課下還可以適當布置一些和生活相關的實踐作業，以此去培養學生的實踐應用能力［16-17］。對于在實驗平臺相對不足的情況下，利用現代化的多媒體教學手段，可以建立虛擬仿真實驗教學平臺。學生利用虛擬仿真實驗教學平臺中的虛擬仿真實驗庫，在多次重復練習操作的情況下，實現虛實完美融合；教師根據平臺后臺記錄，也可以更全面的掌握學生實際情況，有針對性的調整線下課程內容［18］。

4）培養大學生的總結能力。在理論知識教學時，每章結束時讓學生用簡潔、總結性的語句，或者邏輯比較清晰的思維導圖去概括，以培養學生的總結能力［19］。另外，每次基礎化學實驗后，學生根據所學知識、實驗操作和實驗數據，借助于軟件作圖，整理實驗結果進行組內分析討論，針對實驗過程中出現的問題進行相應分析，最后總結實驗經驗、撰寫一份完整的實驗報告，這部分工作是整個實驗的關鍵環節。實驗老師根據學生的實驗報告指出學生相對應的問題，同時針對具體的問題教師也應該進行教學反思及完善教學方法的改進，真正改變師生關系，做到以學生為中心的教學。

作為教師，在基礎化學實驗課的教學過程中始終要堅持訓練學生的基本技能、重視學生實驗能力的提高、激發學生的創新意識，不斷改進實驗教學方法，達到不斷推動基礎化學實驗教學的發展的目的［20-21］。

4 結束語

基礎化學實驗教學是高等農林院校本科專業人才培養的重要組成部分，是理論聯系實際的一個非常重要的環節。在新工科背景下，基礎化學實驗對大學生的要求，以及該如何對大學生進行基礎化學實驗創新能力的培養是我們教學改革刻不容緩的事情。教師是基礎化學實驗教學過程中的引導者，需要在講授教學內容時立足學生實際，以多元化的課堂來引導學生主動參與，幫助學生養成比較好的歸納總結能力，為后續的綜合能力的提高奠定堅實的基礎；同時，教師也需要充分了解到創新能力在基礎化學實驗中的重要性，在以后的教學中要更加注重創新能力的培養。在基礎化學實驗的教學過程中，時刻關注對學生動手能力、學習能力、科研能力、協作能力的培養，對學生學習興趣的激發等。緊跟當前教學改革的大方向，通過利用基礎化學實驗的綜合性特點，體現出學生掌握四大化學知識與個人能力的綜合性和完整性的表現，提高基礎化學實驗教學效果在高等農林院校不同專業中的重要作用。