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工科專業(yè)綜合化學(xué)實驗教學(xué)與研究
0引言
化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)作為培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力化學(xué)化工人才的重要環(huán)節(jié)，在整個化學(xué)教育、教學(xué)過程中占有特殊的地位。近幾年來，各高校積極進行教學(xué)改革，建立了多種化學(xué)實驗教學(xué)的新體系和教學(xué)新模式，研究開發(fā)了一批綜合化學(xué)實驗教學(xué)的新內(nèi)容，及時反映了化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域中的新成果、新技術(shù)、新方法以及現(xiàn)代實驗技術(shù)與手段。許多理科化學(xué)專業(yè)取消了后期的專門化實驗，將專業(yè)知識綜合融入到綜合化學(xué)實驗課程中，在化學(xué)一級學(xué)科大類平臺上培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析問題、解決問題的能力。
浙江工業(yè)大學(xué)在省級化學(xué)實驗教學(xué)示范中心和基礎(chǔ)化學(xué)實驗國家精品課程的建設(shè)過程中，逐步形成了從基礎(chǔ)規(guī)范性實驗綜合設(shè)計性實驗―研究探索性實驗到學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的三層次、一創(chuàng)新遞進式化學(xué)實驗教學(xué)新體系，將大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)從課內(nèi)延伸到課外，使教學(xué)的第一課堂與第二課堂緊密地結(jié)合起來。從2008年開始，建立了綜合化學(xué)實驗選修課程，總學(xué)時為60，學(xué)分為2。課程組根據(jù)浙工大學(xué)生專業(yè)分布面廣、工程實踐性強的培養(yǎng)特點和要求，研究開發(fā)了實踐應(yīng)用性較強的綜合化學(xué)實驗新內(nèi)容，編寫了相應(yīng)的《綜合化學(xué)實驗》教材(已由化工出版社出版)，每年根據(jù)情況，公布當(dāng)年要開設(shè)的5～6個實驗，供學(xué)生選擇，并允許學(xué)生自擬1或2個實驗。學(xué)生的興趣很高，吸引力很大，選讀該課程的人數(shù)逐年增加。通過綜合化學(xué)實驗的訓(xùn)練，學(xué)生的實驗技能和綜合應(yīng)用能力得到較大提高，由實驗內(nèi)容延伸的多個課題先后獲得學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃項目和浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新項目的資助，以大二學(xué)生為第一作者在各類核心期刊上發(fā)表了多篇相關(guān)的論文，并獲得學(xué)生課外科技活動的成果獎勵。
1綜合化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計思路
綜合化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容一般都與本校教師科研成果緊密結(jié)合，各個高校之間由于教師研究方向和實驗條件的差異，一般比較難以完全照搬其他高校的做法。另外，對于化工、制藥、材料等近化類專業(yè)的學(xué)生，化學(xué)能力培養(yǎng)的對象主要是綜合應(yīng)用化學(xué)知識正確處理工程實際問題的工程師，不可能像綜合性大學(xué)理科化學(xué)專業(yè)那樣用大量的時間，廣泛涉及化學(xué)的多個分支領(lǐng)域和最先進的儀器進行科學(xué)研究。因此，必須深入研究化學(xué)實驗教學(xué)的規(guī)律，探索工科專業(yè)培養(yǎng)的特殊性，使綜合化學(xué)實驗這一門理學(xué)課程在各相關(guān)專業(yè)特別是工科專業(yè)中推廣、發(fā)展，架起基礎(chǔ)化學(xué)實驗和科學(xué)研究之間的橋梁，從而為培養(yǎng)大學(xué)生的刻苦研究精神和創(chuàng)新能力發(fā)揮更好的作用。
從浙江工業(yè)大學(xué)來看:①化學(xué)實驗課程對應(yīng)化工、制藥、藥學(xué)、材料、食品、生工、環(huán)工等化學(xué)或近化類專業(yè)，在培養(yǎng)目標(biāo)上起著基礎(chǔ)和支撐作用。基礎(chǔ)實驗的學(xué)習(xí)，主要是培養(yǎng)學(xué)生扎實的基本技能和實驗方法，但在基礎(chǔ)實驗階段完成后，學(xué)生即進入各專業(yè)學(xué)習(xí)，對化學(xué)實驗的綜合訓(xùn)練明顯存在不足，限制了學(xué)生的全面發(fā)展，學(xué)生綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力不盡如人意;②在目前實際操作過程中，真正要對整個化學(xué)實驗課程的整體融合難度很大，風(fēng)險同樣也很大，因此，開設(shè)相對獨立的綜合化學(xué)實驗課程，就成為化學(xué)實驗教學(xué)改革的突破口。它既是基礎(chǔ)化學(xué)實驗向各專業(yè)實驗有機銜接的重要課程，又是基礎(chǔ)化學(xué)實驗學(xué)習(xí)的拓展和提高，是對學(xué)生進行綜合素質(zhì)訓(xùn)練和工程實際應(yīng)用能力培養(yǎng)的重要載體。
基于以上分析，綜合化學(xué)實驗的教學(xué)必須有別于基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)，不能單純的成為基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)學(xué)時的延長，或成為第二門基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程。綜合化學(xué)實驗課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面必須體現(xiàn)課程特色，用比較合適的學(xué)時數(shù)，在一定的實驗儀器設(shè)備保證下，選擇一個較為完整的項目為載體，完成查閱資料實驗方案和儀器設(shè)備設(shè)計實驗操作、分析檢測論文或報告寫作等基本科研訓(xùn)練過程。以開放式教學(xué)作為教學(xué)模式，從時間(不受實驗學(xué)時限制)、空間(不受教師輔導(dǎo)方式限制)、場地(不受固定實驗場地限制)、內(nèi)容(不受實驗內(nèi)容限制)等方面給予學(xué)生最大限度的自主學(xué)習(xí)機會:①教學(xué)形式上可分集中訓(xùn)練與導(dǎo)師分散指導(dǎo)兩方面進行，以解決教學(xué)過程中的實驗場地、指導(dǎo)教師、實驗經(jīng)費等許多困難;②實驗內(nèi)容上可以彌補基礎(chǔ)實驗的不足，將專業(yè)需求內(nèi)容調(diào)整、融入到教學(xué)訓(xùn)練中，同時可以不受時間、實驗方案等的限制，提供學(xué)生更多研究探索的機會;③實驗考核機制上要采用多樣化操作，不能像基礎(chǔ)實驗?zāi)菢�，只有完成了�?guī)定的學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)時才能合格。因為綜合化學(xué)實驗具有探索性和創(chuàng)新性，要允許學(xué)生實驗失敗，允許沒有實驗結(jié)果，只有這樣，才能促使學(xué)生大膽嘗試、勇于創(chuàng)新。
2綜合化學(xué)實驗教學(xué)的實施
2.1綜合化學(xué)實驗教學(xué)方式
綜合化學(xué)實驗是一門理學(xué)課程，由于各專業(yè)對學(xué)生培養(yǎng)的目標(biāo)定位不同，特別是各工科專業(yè)在后期必須進行工程實踐能力的訓(xùn)練，不能完全照搬化學(xué)等理科專業(yè)的做法，取消后期的專門化實驗。因此，如何將綜合化學(xué)實驗教學(xué)在各相關(guān)專業(yè)中深入開展下去，做好課程之間的銜接，需要各個部門、專業(yè)學(xué)科之間的相互配合，統(tǒng)籌安排學(xué)時數(shù)及教學(xué)內(nèi)容，探索開放、有效的教學(xué)方式。
我們在綜合化學(xué)實驗教學(xué)過程中，按照課題式(或項目式)思路布置實驗內(nèi)容，一般以3或4人為1個實驗小組，確定課題組長。第一階段由指導(dǎo)教師講解實驗基本要求，復(fù)習(xí)實驗基本技能，限期進行文獻查閱，撰寫開題報告和文獻簡述，然后分課題組進行交流答辯。答辯通過后，進入第二階段，即實驗階段，學(xué)生按要求訂購實驗試劑，做好實驗準(zhǔn)備。在進入實驗室后，先進行文獻對照實驗的訓(xùn)練，然后改變實驗條件或?qū)嶒灧桨�，逐步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維及對科學(xué)研究的向往，為鍛煉實際創(chuàng)新能力做好鋪墊。由于實驗的不確定性，規(guī)定的實驗學(xué)時往往是不夠用的，這一階段一般是不限期的，學(xué)生可以利用周末或節(jié)假日進入實驗室工作，以學(xué)生有充分的數(shù)據(jù)撰寫實驗總結(jié)或論文為止。第三階段是總結(jié)、撰寫論文階段。先由指導(dǎo)教師講解論文寫作的規(guī)范要求，然后學(xué)生邊寫邊改，直到符合論文發(fā)表的要求。指導(dǎo)教師申報課程的成績時，為鼓勵學(xué)生大膽嘗試，最大限度地發(fā)揮創(chuàng)新精神，重點考察實驗的各個階段及實驗技能的掌握情況，一般不太追究實驗結(jié)果。
2.2綜合化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的主要來源
綜合化學(xué)實驗是在化學(xué)一級學(xué)科層面上開設(shè)的實驗課程，其教學(xué)內(nèi)容必然涉及到綜合性、研究性和實際應(yīng)用性。因此，必須做好化學(xué)各學(xué)科之間的知識融合，以及現(xiàn)代合成、分離和表征手段等實驗技能的普遍提高。浙江工業(yè)大學(xué)近3年開設(shè)的綜合化學(xué)實驗項目，我們的做法是:
(1)堅持固基強本的實驗傳統(tǒng)。在完成基礎(chǔ)化學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，掌握熟練的實驗基本技能后，進一步鞏固基礎(chǔ)，加強技能，開發(fā)了綜合性的設(shè)計、研究型實驗。
(2)采用取之于學(xué)生，用之于學(xué)生的辦法。對學(xué)生有濃厚興趣的內(nèi)容引入到教學(xué)中，將近幾年大學(xué)生創(chuàng)新實驗計劃項目、大學(xué)生科技創(chuàng)新項目的內(nèi)容及自擬課題引用到教學(xué)實驗中。
(3)按照教學(xué)與科研互動的原則。將教師的科研成果中適合于教學(xué)的內(nèi)容引入到教學(xué)中，充實實驗內(nèi)容，反映各學(xué)科領(lǐng)域中的新成果、新技術(shù)、新方法以及現(xiàn)代實驗技術(shù)與手段，體現(xiàn)綜合化學(xué)實驗內(nèi)容的新穎性、先進性。
2.3工科綜合化學(xué)實驗教學(xué)的目標(biāo)及效果
通過綜合化學(xué)實驗的學(xué)習(xí)，學(xué)生的實驗技能和綜合素質(zhì)得到全面提升，達到了以下目標(biāo)。
(1)堅決貫徹基礎(chǔ)規(guī)范性實驗綜合設(shè)計性實驗研究探索性實驗的主線。要在已經(jīng)完成的基礎(chǔ)化學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，將實驗的綜合設(shè)計性和研究探索性凸顯在本課程的建設(shè)中，著力五基(基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識、基本技能、基本思維和基本能力)教學(xué)，特別注重實踐能力和創(chuàng)新品質(zhì)培養(yǎng)，融創(chuàng)新教育于實驗教學(xué)之中，在教學(xué)過程中融入創(chuàng)新意識、激發(fā)創(chuàng)新思維、鍛煉創(chuàng)新能力，努力讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)、學(xué)會實踐、學(xué)會思考、學(xué)會創(chuàng)新。
(2)強化自主學(xué)習(xí)功能，突出開放式教學(xué)和個性化培養(yǎng)。要著眼各專業(yè)學(xué)生化學(xué)實驗理論的教育，讓學(xué)生能綜合應(yīng)用化學(xué)知識，采用多種化學(xué)研究方法、實驗技術(shù)進行實驗方案設(shè)計與操作，改變考核方式，允許實驗失敗，解除了實驗束縛，最大限度地發(fā)揮了學(xué)生的實驗想象力，從而在同一空間營造出一個相對個性化的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生有更多的機會自主學(xué)習(xí)，使個性化教學(xué)成為可能。
(3)彰顯化學(xué)實驗的先進技術(shù)和先進手段，通過綠色化引導(dǎo)推進創(chuàng)新教育。要將綠色化學(xué)的理念滲透到實驗教學(xué)過程中，通過引入微波合成、微反應(yīng)等綠色化學(xué)技術(shù)，讓學(xué)生接觸綠色科技前沿。同時，將實驗過程中產(chǎn)生的廢液、廢渣處理設(shè)計成實驗，在樹立節(jié)能環(huán)保意識的同時，有效提高學(xué)生對知識的綜合應(yīng)用能力。
3進一步完善綜合化學(xué)實驗教學(xué)的建議
綜合化學(xué)實驗教學(xué)必然帶來學(xué)生創(chuàng)新思維的激發(fā)和實驗室的開放，對教學(xué)內(nèi)容開發(fā)、師資隊伍建設(shè)和實驗室管理帶來了更高的要求，因此，必須不斷努力，解決以下問題。
3.1積極改進實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，激發(fā)自主學(xué)習(xí)的積極性
為了更好地建設(shè)綜合化學(xué)實驗，必須考慮工科專業(yè)實踐教學(xué)方式的多樣化，體現(xiàn)個性化教育，使實驗教學(xué)有利于綜合實踐能力的提高，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動機。按照以學(xué)生為本的理念，努力加大開放實驗的力度，要盡量使化學(xué)實驗室在實驗時間、實驗內(nèi)容、儀器設(shè)備等方面努力實行全方位開放，讓學(xué)生擁有自主選擇實驗內(nèi)容、實驗時間、實驗設(shè)備和指導(dǎo)教師的機會，充分調(diào)動他們的積極性和創(chuàng)造性。開放性的實施除了對文獻方法進行實驗、質(zhì)疑以外，還可體現(xiàn)在3個方面:①實驗項目的開放性，可以鼓勵優(yōu)秀學(xué)生自擬課題，增加學(xué)生對實驗的自主設(shè)計權(quán)。②與大學(xué)生課外科技活動密切結(jié)合，選擇趣味性、應(yīng)用性、綜合性較強的科研成果，設(shè)計成學(xué)生選修實驗內(nèi)容。一方面可以進一步激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，另一方面解決實驗經(jīng)費的短缺問題。③積極創(chuàng)新學(xué)生實踐環(huán)節(jié)，探索綜合化學(xué)實驗與后期專業(yè)實驗改革的新路子，結(jié)合課程論文或畢業(yè)論文(設(shè)計)工作，積極利用化學(xué)實驗室開展課題研究。
3.2不斷更新完善實驗內(nèi)容，增強實驗項目的新穎性和應(yīng)用性
綜合化學(xué)實驗的教學(xué)內(nèi)容必須不斷開發(fā)，要真正形成一批綜合性、設(shè)計性、可推廣的創(chuàng)新實驗項目，否則，該課程開設(shè)幾年后，供學(xué)生選擇的量逐年減少，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性就會降低。對于工科專業(yè)學(xué)生來說，實驗內(nèi)容要注重新穎性和實用性。一方面，實驗內(nèi)容要緊扣化學(xué)化工行業(yè)發(fā)展的新成果，適當(dāng)增加實驗的難度、深度，在合成方法、產(chǎn)品與溶劑處理、檢測分析手段等方面具有先進性;另一方面，實驗項目要注重工程實際，應(yīng)當(dāng)盡可能選擇一些與工業(yè)生產(chǎn)、日常生活密切相關(guān)的實驗內(nèi)容，讓學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的理論知識解決生產(chǎn)實際和生活中的問題，提高學(xué)習(xí)積極性。
3.3著力加強實驗指導(dǎo)教師隊伍建設(shè)，增強課程建設(shè)的生命力
實驗指導(dǎo)教師對綜合化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量的提高起著重要作用，是課程建設(shè)的生命力。綜合化學(xué)實驗指導(dǎo)要求高，牽涉面廣，教師不但要全面地理解本專業(yè)教學(xué)目標(biāo)，還要準(zhǔn)確地把握各實驗內(nèi)容的特點以及它們之間的聯(lián)系，無疑會比指導(dǎo)基礎(chǔ)化學(xué)實驗付出更多的勞動，如果沒有一支實驗經(jīng)驗豐富、學(xué)術(shù)科研水平較高、富有創(chuàng)新和犧牲精神的教師隊伍，課程將會逐漸萎縮，直至消亡。因此，要制定一系列的政策，在人員引進、業(yè)績點計算等方面給予特殊性，應(yīng)當(dāng)撥出�？钣糜谛聦嶒灥拈_發(fā)，鼓勵教師將自己的科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)內(nèi)容，并在實驗教學(xué)過程中進一步改進，提高教學(xué)質(zhì)量。同時，還可以聘請企業(yè)、研究院(所)的相關(guān)人員合作指導(dǎo)實驗，增強實驗教學(xué)與生產(chǎn)實際的密切聯(lián)系。
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