大學(xué)通識(shí)課“實(shí)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)探索與實(shí)踐

邢肖肖，李萌萌，高洪苓，全迎萍

天津大學(xué)理學(xué)院，化學(xué)化工國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(天津大學(xué))，化學(xué)化工國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(天津大學(xué))，天津 300354

在“新工科”建設(shè)的背景下，為深化教育教學(xué)改革，貫徹落實(shí)新時(shí)代全國(guó)教育工作會(huì)議、全國(guó)高等學(xué)校本科教育工作會(huì)議和天津大學(xué)教學(xué)會(huì)議精神，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人，天津大學(xué)制定了“三全育人、五育并舉”的人才綜合改革培養(yǎng)方案，開(kāi)展了多項(xiàng)新工科通識(shí)課課程項(xiàng)目，由此“實(shí)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)”通識(shí)課依托國(guó)家級(jí)化學(xué)化工國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(天津大學(xué))平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，受到我校學(xué)生的廣泛關(guān)注和青睞。結(jié)合一年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)介紹“實(shí)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)”通識(shí)課程的開(kāi)設(shè)意義、教學(xué)內(nèi)容、考核方式及教學(xué)效果，為同類型高校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)類通識(shí)課教學(xué)提供借鑒。

1 課程開(kāi)設(shè)的意義

化學(xué)是自然科學(xué)的中心學(xué)科，它起到橋梁作用，能夠把其他基礎(chǔ)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域聯(lián)系起來(lái)，因此它最適合作為通識(shí)教育課程培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[1]。相對(duì)非涉化學(xué)專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，僅有初高中的化學(xué)知識(shí)，對(duì)大學(xué)化學(xué)知識(shí)了解不多，使得他們對(duì)化學(xué)理論類的通識(shí)課望而卻步，也使通識(shí)課程的教學(xué)初衷大打折扣，而化學(xué)實(shí)驗(yàn)類的通識(shí)課，更能夠吸引學(xué)生的興趣，增加選修人數(shù)，達(dá)到通識(shí)課的開(kāi)課初衷?！皩?shí)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)”是一門(mén)以教授化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能、鍛煉動(dòng)手操作能力、傳播化學(xué)實(shí)際應(yīng)用為目標(biāo)的課程，對(duì)學(xué)科知識(shí)拓展、科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)的提高有重要且獨(dú)特的作用。

我校已開(kāi)設(shè)的通識(shí)課中，科學(xué)實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐類課程很少，“實(shí)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)”可以豐富學(xué)校的通識(shí)課程種類及內(nèi)容，彌補(bǔ)許多對(duì)化學(xué)有濃厚興趣的非涉化類專業(yè)學(xué)生沒(méi)有機(jī)會(huì)進(jìn)入專業(yè)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)手操作的遺憾；此外，對(duì)于學(xué)習(xí)四大化學(xué)的化學(xué)類專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，專業(yè)性且難度大的實(shí)驗(yàn)可以增強(qiáng)他們的探索求知欲和專業(yè)技能，而“實(shí)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)”能讓他們感受到不一樣的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，輕松有趣，從難到簡(jiǎn)更全面地了解化學(xué)專業(yè)，有助于增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)積極性和專業(yè)認(rèn)同感。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解化學(xué)與日常生活密不可分，學(xué)會(huì)化學(xué)基本原理，鍛煉動(dòng)手實(shí)踐能力，加深化學(xué)學(xué)科對(duì)社會(huì)發(fā)展重要性的理解；尤其對(duì)主修社會(huì)科學(xué)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，更有助于他們了解自然科學(xué)的奧秘，對(duì)生活中的日用品、環(huán)境、醫(yī)藥衛(wèi)生等問(wèn)題有科學(xué)的判斷，避免出現(xiàn)常識(shí)性錯(cuò)誤；與此同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，增強(qiáng)學(xué)生的主動(dòng)探究能力。

2 課程建設(shè)

2.1 課程開(kāi)設(shè)情況

“實(shí)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程為天津大學(xué)第一門(mén)化學(xué)實(shí)驗(yàn)類的全校性新工科通識(shí)選修課，課程修習(xí)對(duì)象是包含非化類專業(yè)在內(nèi)的所有本科生，在2021年春季學(xué)期首次開(kāi)課，課程設(shè)置24學(xué)時(shí)，1學(xué)分，每周4學(xué)時(shí)，開(kāi)設(shè)6周。課程采用小班授課，每班不超過(guò)32人。本課程使用自編講義，一經(jīng)開(kāi)設(shè)，立即受到了學(xué)生的熱烈歡迎和關(guān)注，一年來(lái)課程共開(kāi)設(shè)10個(gè)教學(xué)班，全部被“秒選”，被學(xué)生稱為“熱門(mén)課程”“神仙課程”，需要“蹲點(diǎn)搶課”才能選上的課程。

2.2 課程團(tuán)隊(duì)及講義建設(shè)

課程教師團(tuán)隊(duì)均由多年講授無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一線教師組成，發(fā)表教改論文數(shù)十篇，承擔(dān)或參與多項(xiàng)校級(jí)、市級(jí)和國(guó)家級(jí)項(xiàng)目，完成線上課程“無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”在中國(guó)大學(xué)MOOC網(wǎng)的上線工作。多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)有助于課程教師很好地把控學(xué)生的求知需求、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的重難點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)等，使得課程順利進(jìn)行。課程團(tuán)隊(duì)在反復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐和成果，編寫(xiě)了實(shí)驗(yàn)講義，包括前言、實(shí)驗(yàn)安全、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、附錄等，其中每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目包括背景介紹、原理、步驟、注意事項(xiàng)、思考題等內(nèi)容，課前在微信群推送給學(xué)生，便于預(yù)習(xí)和討論[2]。

2.3 課程內(nèi)容與勞動(dòng)教育相融合

基于全方位育人的目的，該課程開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目適合多個(gè)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)，而且操作要求難度適中。因此，在實(shí)驗(yàn)中心原有資源基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生的興趣、專業(yè)以及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目本身的趣味性、實(shí)用性及安全性，課程教師篩選出10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目正式開(kāi)設(shè)，且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容完全不同于原有化學(xué)專業(yè)學(xué)生所學(xué)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，操作難度低但更注重趣味性和實(shí)用性，使化學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程不會(huì)覺(jué)得乏味、重復(fù)，但在實(shí)驗(yàn)安全方面的要求與化學(xué)專業(yè)完全一致。6個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須包含能夠鍛煉學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作的實(shí)驗(yàn)，因此選擇“膽礬的純化與晶體培養(yǎng)”作為第一個(gè)實(shí)驗(yàn)，以鍛煉學(xué)生溶解、過(guò)濾、蒸發(fā)、濃縮、結(jié)晶等基本操作，而且美麗的藍(lán)色晶體也能吸引學(xué)生的動(dòng)手熱情；其他5個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均注重其“實(shí)用性”，選擇具有貼近日常生活、簡(jiǎn)單易行、趣味性強(qiáng)、所用化學(xué)試劑綠色環(huán)保等特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目具體如表1所示。

表1 已開(kāi)和備選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)室是大學(xué)生最佳的勞動(dòng)教育基地。隨著“三全育人、五育并舉”的人才培養(yǎng)綜合改革的實(shí)施，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在發(fā)揮通識(shí)教育職能的同時(shí)，更應(yīng)承擔(dān)起勞動(dòng)教育的責(zé)任。在實(shí)際教學(xué)中，指導(dǎo)教師講解實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)、實(shí)驗(yàn)的安全隱患和注意事項(xiàng)，全程指導(dǎo)確保學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)且安全地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)操作。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生主要負(fù)責(zé)完成實(shí)驗(yàn)、清洗整理實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)結(jié)束打掃實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生等勞動(dòng)，無(wú)法了解與體會(huì)完成一堂實(shí)驗(yàn)課前期和后期同樣需要投入大量基礎(chǔ)但又必不可少的勞動(dòng)。本課程的不同之處在于將勞動(dòng)教育貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，包括：實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)物品歸位整理、打掃實(shí)驗(yàn)臺(tái)、實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生、廢舊試劑的回收預(yù)處理等。尤其是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，每個(gè)實(shí)驗(yàn)選擇不同的學(xué)生與教師一起配制試劑、準(zhǔn)備及檢查儀器性能、再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)做，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后整理儀器、處理易變質(zhì)藥品、將廢液分類回收等。期間保證所有選課學(xué)生都有機(jī)會(huì)參與其中，使其體會(huì)完成一堂課或一個(gè)項(xiàng)目前期、后期工作的同等重要性，以及勞動(dòng)教育“實(shí)踐性”的重要特征。學(xué)生需要經(jīng)過(guò)一系列勞動(dòng)才能得到屬于自己的產(chǎn)品，達(dá)到腦力與體力勞動(dòng)的有機(jī)結(jié)合；同時(shí)課程提供學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)意的機(jī)會(huì)，設(shè)計(jì)制作色、香、型各異的手工藝品，如手工皂、綠色無(wú)塵創(chuàng)意粉筆、護(hù)手霜等，學(xué)生自發(fā)將實(shí)驗(yàn)成果發(fā)送到朋友圈或送給親友。親自動(dòng)手的創(chuàng)意產(chǎn)品極大地增強(qiáng)了學(xué)生的成就感，使其充分體會(huì)勞動(dòng)和分享帶來(lái)的成就和喜悅，以此來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的勞動(dòng)品質(zhì)，以勞樹(shù)德、以勞增智、以勞促技、以勞強(qiáng)體、以勞育美、以勞創(chuàng)新。

2.4 課程考核方式

科學(xué)的評(píng)價(jià)體系是檢驗(yàn)課程教學(xué)效果的重要依據(jù)，傳統(tǒng)的紙筆考試會(huì)降低學(xué)生的選課積極性，重過(guò)程、重參與、重收獲，鼓勵(lì)學(xué)生的批判思維方式、運(yùn)用現(xiàn)代化工具等多元化考核方式更為重要[3]。

本課程不設(shè)置期末考試，最后成績(jī)由3項(xiàng)組成：操作部分40%+出勤20%+實(shí)驗(yàn)報(bào)告40%。其中實(shí)驗(yàn)操作部分，指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生回答問(wèn)題、操作正確與否、儀器清洗和歸位、課堂紀(jì)律等給出操作分，要求每節(jié)課的產(chǎn)品與學(xué)生簽名一起拍照發(fā)到班級(jí)群里；出勤部分根據(jù)學(xué)生遲到、早退情況給分；實(shí)驗(yàn)報(bào)告區(qū)別于傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，給學(xué)生充足的發(fā)揮空間，要求報(bào)告無(wú)錯(cuò)誤知識(shí)內(nèi)容即可，不做其他學(xué)術(shù)要求。

傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告為紙質(zhì)手寫(xiě)，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等內(nèi)容。作為77%非化學(xué)類專業(yè)學(xué)生選修的實(shí)驗(yàn)通識(shí)課，不再拘泥于傳統(tǒng)的報(bào)告格式，采用電子化報(bào)告，可以采用WORD、PPT、視頻等形式，鍛煉學(xué)生使用辦公軟件這一必備技能，其中報(bào)告內(nèi)容要求必須包含有產(chǎn)品及簽名的照片、關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象的照片或視頻，并添加適當(dāng)?shù)奈淖终f(shuō)明，也可包含有解釋結(jié)論及感想建議等，但不僅限于此，學(xué)生們可發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式和內(nèi)容，表現(xiàn)形式豐富多樣，富于美感，圖1分別為學(xué)生不同形式的報(bào)告示例。教師根據(jù)學(xué)生報(bào)告內(nèi)容的豐富程度、認(rèn)真程度、付出精力程度將報(bào)告分為A、B、C三等，其中只是將講義內(nèi)容復(fù)制粘貼并附上產(chǎn)品圖片的報(bào)告定為C類，將WORD或PDF內(nèi)容突出、有趣、PPT精美、視頻內(nèi)容豐富的定為A類，其他中間部分定為B類，再結(jié)合報(bào)告的字體格式等的整體美觀度給予合理的加分或減分。另外，對(duì)于該課程提出合理的新增實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和改進(jìn)建議的報(bào)告給予加分。教師針對(duì)每組學(xué)生的實(shí)際情況，給出電子版批語(yǔ)，從而給出更加合理的成績(jī)。此外，學(xué)生們利用自己的強(qiáng)項(xiàng)來(lái)完成報(bào)告，避免了傳統(tǒng)考試及報(bào)告給學(xué)生帶來(lái)的壓力及焦慮，使其能在放松身心的同時(shí)，感受課程的樂(lè)趣，提升化學(xué)素養(yǎng)、學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)技能。

圖1 學(xué)生的不同形式的報(bào)告示例

3 課程反饋

為了更準(zhǔn)確掌握課程開(kāi)設(shè)的效果，通過(guò)問(wèn)卷形式隨機(jī)對(duì)兩個(gè)教學(xué)班(選課學(xué)生63人)學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查，問(wèn)卷采用無(wú)記名方式[4]，問(wèn)卷包括6個(gè)單選、3個(gè)多選和1個(gè)問(wèn)答內(nèi)容，回收有效問(wèn)卷共63份，其中部分問(wèn)題調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知：選修該課程的非化學(xué)專業(yè)類學(xué)生占總?cè)藬?shù)的77%以上，98.41%的學(xué)生對(duì)該課程很感興趣，總體評(píng)價(jià)優(yōu)，大約半數(shù)學(xué)生很想?yún)⑴c到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)中，尤其是對(duì)魔術(shù)類和貼近生活的化學(xué)實(shí)驗(yàn)更感興趣，全部學(xué)生均表示會(huì)向?qū)W弟、學(xué)妹推薦選修該課程。由此看出，化學(xué)實(shí)驗(yàn)類通識(shí)選修課在本科生中受到廣泛關(guān)注和喜愛(ài)。此外，學(xué)生們還為該課程建言獻(xiàn)策，提出增加實(shí)驗(yàn)室安全教育課時(shí)，增加碘鐘、藍(lán)瓶子、紅綠燈、黃金雨等著名的趣味實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，將硫酸銅的純化改為制作硫酸銅玫瑰等，都為課程的后續(xù)建設(shè)提供了思路。在后續(xù)的實(shí)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，會(huì)一直注重學(xué)生反饋的信息，充分考慮學(xué)生建議的可行性，以此作為改進(jìn)教學(xué)效果、提升教學(xué)質(zhì)量的依據(jù)。

表2 學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查與結(jié)果統(tǒng)計(jì)

學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容豐富，不僅有實(shí)驗(yàn)過(guò)程、產(chǎn)品及勞動(dòng)的圖片、視頻等，還有對(duì)課程的意見(jiàn)建議，紛紛表達(dá)了對(duì)課程的喜愛(ài)。圖2為學(xué)生的報(bào)告截圖，學(xué)生一：這真的是質(zhì)變！化學(xué)反應(yīng)的神奇之處在這時(shí)候被完美詮釋；學(xué)生二：很慶幸自己選了這么好的一門(mén)課，掌握了一些基本實(shí)驗(yàn)技能，感受到化學(xué)是如此貼近我們的生活，極大激發(fā)了我對(duì)化學(xué)尤其是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣。由此可見(jiàn)，學(xué)生對(duì)化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課程的興趣濃厚，更易接受實(shí)驗(yàn)類型的授課形式，知識(shí)收獲更多，從而使通識(shí)教育的效果達(dá)到更優(yōu)。因此，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)這一高等學(xué)校重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)推廣到通識(shí)教育課程中，對(duì)于培養(yǎng)有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才具有不可替代的作用[5]。

圖2 學(xué)生的報(bào)告示例

4 課程成效與改進(jìn)

“實(shí)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程極大調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的興趣、提高了學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。學(xué)生表示，從課程中理解了化學(xué)對(duì)社會(huì)生活的巨大貢獻(xiàn)，了解到化學(xué)的美麗和神奇，能客觀地認(rèn)識(shí)化學(xué)學(xué)科，不會(huì)談“化”色變，重新審視“選擇專業(yè)遠(yuǎn)離‘生化材’”的觀點(diǎn)，不再一味認(rèn)同。

針對(duì)學(xué)生的意見(jiàn)和建議，我們通過(guò)以下形式進(jìn)行改進(jìn)和完善：

(1) 開(kāi)設(shè)新的通識(shí)課程“科普化學(xué)實(shí)驗(yàn)”和“化學(xué)發(fā)展史中的實(shí)驗(yàn)”，增加觀賞性、趣味性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如碘鐘、滴水成冰、晴雨花等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；(2) 開(kāi)設(shè)難度稍高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如柑橘皮中果膠的提取和無(wú)機(jī)顏料鐵黃的制備；(3) 增加pH計(jì)、電導(dǎo)率儀等相關(guān)儀器的使用，以此滿足學(xué)生“喂不飽”的需求。(4) 挖掘每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的思政元素，客觀對(duì)待實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)，不篡改、不抄襲，將學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范教育融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生誠(chéng)實(shí)勇敢、有擔(dān)當(dāng)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)是天津大學(xué)首門(mén)面向全校學(xué)生開(kāi)設(shè)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)類課程，獲得了學(xué)生的高度認(rèn)可，取得了良好的教學(xué)效果，并獲評(píng)我校優(yōu)秀結(jié)題項(xiàng)目。以化學(xué)化工國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(天津大學(xué))為平臺(tái)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)中心及團(tuán)隊(duì)成員自身的特點(diǎn)，篩選合適的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟，制定新的考核方案，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生在輕松愉快的氛圍中達(dá)到學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)技能的目的。通過(guò)問(wèn)卷星小程序進(jìn)行不記名方式調(diào)查，對(duì)學(xué)生提出的意見(jiàn)及建議，充分考慮其可行性，再對(duì)課程進(jìn)行改進(jìn)，不斷提升學(xué)生的滿意度和教學(xué)效果。