新工科視域下模塊化無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系探索*

王炎英，李襄宏，趙燕熹，張炳廣，莊 媛，李春涯**

(1.中南民族大學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與工程訓(xùn)練中心，湖北 武漢 430074；2.中南民族大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

2017年，教育部發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》，首次提出新工科建設(shè)并積極推進(jìn)，希望形成具有中國特色的工程教育模式。新工科的主要內(nèi)涵是：以需求為導(dǎo)向，開放辦學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用型復(fù)合人才，即面向服務(wù)，突出特色，培養(yǎng)出滿足未來新產(chǎn)業(yè)需要的、有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力、高素質(zhì)的各類交叉復(fù)合型“卓越工程”科技人才[1-3]。傳統(tǒng)工科教學(xué)，強(qiáng)調(diào)“基礎(chǔ)性、知識(shí)性、理論性”，培養(yǎng)的工科學(xué)生常常與工業(yè)企業(yè)及科學(xué)研究實(shí)際需求脫鉤。新工科建設(shè)強(qiáng)調(diào)更注重“實(shí)用性、交叉性和創(chuàng)新性”，重視相關(guān)的職業(yè)能力和素質(zhì)培養(yǎng)，重視理論與實(shí)際相結(jié)合，重視各學(xué)科交叉融合，重視創(chuàng)新理念，強(qiáng)化科研素養(yǎng)，使學(xué)生綜合素質(zhì)全面提升，與企事業(yè)單位實(shí)際需求及科研能力更相匹配。

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，作為部分工科類專業(yè)(如化學(xué)化工、環(huán)境工程、生物工程、藥物制劑等)基礎(chǔ)課程體系中的重要組成部分，它的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)效果直接影響到后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)。無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)除了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，奠定后續(xù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程基礎(chǔ)外，還是培養(yǎng)大學(xué)生動(dòng)手能力、增強(qiáng)科學(xué)素養(yǎng)、培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力的重要手段。其在夯實(shí)理論基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能、工程實(shí)踐、創(chuàng)新思維、科研素養(yǎng)、組織協(xié)調(diào)能力等綜合素質(zhì)方面具有不可替代的作用。以新工科建設(shè)為改革發(fā)展契機(jī)，加強(qiáng)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新和升級(jí)，強(qiáng)化學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提升，可推進(jìn)新工科背景下人才培養(yǎng)模式探索。目前，國內(nèi)各高校已啟動(dòng)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，但尚處于探索初期，未形成最優(yōu)化范式，仍存在以下問題[4-6]：

1)沿用經(jīng)典無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材，部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容老舊，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目單調(diào)，多屬驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏綜合性、探索性實(shí)驗(yàn)，更難覓專業(yè)特色型實(shí)驗(yàn)；學(xué)生照方抓藥，遵循實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟機(jī)械操作，缺乏自主思考的主觀能動(dòng)性。

2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式多以教師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生再照單抓藥完成實(shí)驗(yàn)，按部就班，缺乏深層次思考，缺少探究過程，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作基本功不扎實(shí)。

3)理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏關(guān)聯(lián)性，二者學(xué)習(xí)時(shí)段不能有效協(xié)同，易致學(xué)生難以用理論知識(shí)駕馭實(shí)驗(yàn)原理，盲目實(shí)驗(yàn)，不求甚解，事倍功半，達(dá)不到學(xué)以致用之目的。

4)考核形式單一。課程考核多側(cè)重于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，而報(bào)告中的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砗筒襟E僅照搬課本，不求甚解，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果解析也不甚明確，教師僅能依據(jù)報(bào)告及操作粗略評(píng)估，難以切實(shí)體現(xiàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平。

5)經(jīng)典無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)常與科學(xué)研究前沿、行業(yè)特色需求脫鉤，與專業(yè)背景分離，難以適應(yīng)新工科建設(shè)目標(biāo)需求。

針對(duì)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)存的問題，需在保存經(jīng)典知識(shí)體系完整的先決條件下，結(jié)合行業(yè)及專業(yè)特色對(duì)無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系中的部分內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整重構(gòu)，去蕪存菁，將無機(jī)化學(xué)領(lǐng)域最新的科研成果、熱點(diǎn)問題引入無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)；以學(xué)生專業(yè)為背景，構(gòu)建具有專業(yè)特色的、模塊化無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程新體系，同時(shí)轉(zhuǎn)換教學(xué)模式、考核評(píng)價(jià)機(jī)制，切實(shí)增強(qiáng)學(xué)生的專業(yè)歸屬感，提升實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)。在新工科視域指導(dǎo)下的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，需完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重構(gòu)，避免傳統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、學(xué)用分離、教學(xué)模式及考核形式單一等缺陷；探討以行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)、專業(yè)特色為引導(dǎo)、學(xué)科創(chuàng)新為先導(dǎo)、產(chǎn)學(xué)研協(xié)同的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案；改進(jìn)教學(xué)模式及評(píng)價(jià)機(jī)制，提高教學(xué)質(zhì)量，獲取可滿足行業(yè)需求、專業(yè)特色明顯、且與新工科建設(shè)吻合的模塊化無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程新體系。

1 構(gòu)建模塊化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程歷史悠久，大多是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主導(dǎo)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，與當(dāng)前的生產(chǎn)實(shí)踐及科學(xué)研究脫離，難以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。面對(duì)這種現(xiàn)狀，可以圍繞無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)，革新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，構(gòu)建模塊化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系，弱化驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占比，增加創(chuàng)新性、綜合性、科研引導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)，有助于激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、勤于思考、敢于創(chuàng)新、樂于實(shí)踐的熱情。針對(duì)實(shí)驗(yàn)體系內(nèi)容，擬構(gòu)建以下五個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K：

模塊一，基本操作訓(xùn)練

基本操作訓(xùn)練模塊主要以訓(xùn)練學(xué)生的無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能為目標(biāo)。比如，溶液的配制，氯化鈉的提純，訓(xùn)練內(nèi)容包括藥品的稱量、反應(yīng)的加熱、濃縮結(jié)晶，固液分離等基本操作。

模塊二，經(jīng)典驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

主要是元素化合物性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，用于驗(yàn)證元素及其化合物的相關(guān)知識(shí)。如p區(qū)元素一、p區(qū)元素二、ds區(qū)元素的性質(zhì)。結(jié)合理論課程的知識(shí)驗(yàn)證各類元素的鑒定方法、特征反應(yīng)等。

模塊三，綜合性實(shí)驗(yàn)

以無機(jī)化合物的制備及性質(zhì)測試為教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在掌握了無機(jī)實(shí)驗(yàn)的基本操作技能后可以根據(jù)所學(xué)的理論知識(shí)綜合分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問題，提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。比如，硫代硫酸鈉的制備和性質(zhì)、二草酸根合銅酸鉀的制備等。

模塊四，開放創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的有效途徑。比如，化合物的鑒定，給出幾組化學(xué)性質(zhì)相似的化合物，讓學(xué)生利用不同的試劑設(shè)計(jì)出幾種合理的鑒別方法。也可以讓學(xué)生根據(jù)自己感興趣的無機(jī)化學(xué)知識(shí)點(diǎn)，通過師生之間的討論，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，既激發(fā)了學(xué)生自主創(chuàng)新的熱情，也有效增強(qiáng)了他們獨(dú)立設(shè)計(jì)、綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力。

模塊五，科研引導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)

該類實(shí)驗(yàn)以老師近年來的科研成果為導(dǎo)向，將學(xué)術(shù)研究成果引入實(shí)驗(yàn)課程，緊跟科技前沿，由學(xué)生在老師擬定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中自主選擇，經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，再由教師協(xié)助完善，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性、積極性，也培養(yǎng)了學(xué)生科研的思維以及關(guān)注科研動(dòng)態(tài)的好習(xí)慣。

調(diào)整后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，增加了創(chuàng)新性、綜合性、設(shè)計(jì)性及科研引導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)比重，在夯實(shí)理論基礎(chǔ)及基本實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)強(qiáng)化學(xué)生主體地位，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維，養(yǎng)成獨(dú)立思考、自主設(shè)計(jì)、探究完成的科研范式，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，滿足了新工科建設(shè)對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)的要求。

2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)，一般由老師講解實(shí)驗(yàn)基本原理、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作步驟等，然后進(jìn)行儀器操作示范。學(xué)生按照老師的要求完成實(shí)驗(yàn)，整個(gè)教學(xué)過程以教師為中心，學(xué)生缺乏獨(dú)立自主性，缺乏主動(dòng)探究性，不利于提高學(xué)生的積極性。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式包括：

1)更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段。在現(xiàn)代多媒體技術(shù)發(fā)展的今天，各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)也是線上獲取知識(shí)的有效途徑，基于超星學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為每個(gè)實(shí)驗(yàn)提供了課前和課后多個(gè)學(xué)習(xí)模塊。課前模塊主要包含實(shí)驗(yàn)室安全、實(shí)驗(yàn)操作視頻、常用儀器的使用方法、小測驗(yàn)等，測試通過后再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室；課后模塊有實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交，問題討論，實(shí)驗(yàn)過程測試等，這些平臺(tái)的視頻學(xué)習(xí)模塊更加直觀全面，可極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)積極性。對(duì)于一些毒性較大、安全系數(shù)較低的實(shí)驗(yàn)，還可以引進(jìn)虛擬仿真教學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過這種多渠道的線上教學(xué)手段與線下教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，更加有利于學(xué)生全面掌握無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。

2)采用互動(dòng)式線下教學(xué)。課堂上采用課堂提問的方式考察學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)，基本原理的掌握情況，對(duì)儀器操作部分采用對(duì)分課堂的模式，提前讓學(xué)生通過線上圖片、視頻部分自行學(xué)習(xí)；課堂上讓學(xué)生獨(dú)立講解和示范，這使學(xué)生由過去的教學(xué)受體變?yōu)榻虒W(xué)主體，有利于提高學(xué)生的主動(dòng)性。當(dāng)然，學(xué)生在講解和示范過程中難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這時(shí)可以鼓勵(lì)其他同學(xué)進(jìn)行檢驗(yàn)和補(bǔ)充，必要時(shí)老師及時(shí)給予糾正和指導(dǎo)，這樣可以加深學(xué)生的印象，更好地達(dá)到教學(xué)目的。

3 革新考核模式

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程考核模式單一，缺乏綜合評(píng)價(jià)效能，成績?cè)u(píng)定中實(shí)驗(yàn)報(bào)告占比太大，重結(jié)果輕過程，忽視了對(duì)實(shí)驗(yàn)技能、協(xié)作精神，以及分析問題、解決問題等綜合素質(zhì)的考核。為了加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的全面考核，革新實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)機(jī)制，結(jié)合在線學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)記錄及處理、結(jié)果分析、生間協(xié)作、創(chuàng)新思考、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫等進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)由“學(xué)習(xí)-考試”型向“學(xué)習(xí)、研究、思考、創(chuàng)新”型課程評(píng)價(jià)機(jī)制轉(zhuǎn)變。實(shí)驗(yàn)課前，學(xué)生在超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?、方法和步驟，完成預(yù)習(xí)報(bào)告，并通過平臺(tái)提交；老師根據(jù)平臺(tái)記錄的學(xué)習(xí)時(shí)長，預(yù)習(xí)報(bào)告的書寫的情況給出成績。實(shí)驗(yàn)過程中，老師全程考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作過程，生間協(xié)作給出實(shí)驗(yàn)操作過程成績。實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交后，老師會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和結(jié)果給出報(bào)告的成績。為了更好地考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論的掌握程度，可針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)小測驗(yàn)，該測驗(yàn)成績也納入到最后的總成績中。從實(shí)驗(yàn)前到實(shí)驗(yàn)后，全程跟蹤實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程，全面且合理衡量學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)驗(yàn)技能的掌握情況。

4 結(jié)束語

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是相關(guān)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的基石，無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革需持續(xù)推進(jìn)，不斷完善，推陳出新，與新工科建設(shè)目標(biāo)協(xié)同，與行業(yè)需求匹配，與科學(xué)研究發(fā)展同步，從提升學(xué)生科研素養(yǎng)、綜合實(shí)踐技能、自主學(xué)習(xí)能力等方面著手，完善并創(chuàng)新無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系及教學(xué)模式。