浅析工科专业综合化学实验教学与研究

　　0引言
　　化学是一门以实验为基础的科学，实验教学环节作为培养具有创新意识、创新能力化学化工人才的重要环节，在整个化学教育、教学过程中占有特殊的地位。近几年来，各高校积极进行教学改革，建立了多种化学实验教学的新体系和教学新模式，研究开发了一批综合化学实验教学的新内容，及时反映了化学学科领域中的新成果、新技术、新方法以及现代实验技术与手段。许多理科化学专业取消了后期的专门化实验，将专业知识综合融入到综合化学实验课程中，在化学一级学科大类平台上培养学生的综合分析问题、解决问题的能力。
　　浙江工业大学在省级化学实验教学示范中心和基础化学实验国家精品课程的建设过程中，逐步形成了从基础规范性实验综合设计性实验―研究探索性实验到学生创新训练的三层次、一创新递进式化学实验教学新体系，将大学生创新能力培养从课内延伸到课外，使教学的第一课堂与第二课堂紧密地结合起来。从2008年开始，建立了综合化学实验选修课程，总学时为60，学分为2。课程组根据浙工大学生专业分布面广、工程实践性强的培养特点和要求，研究开发了实践应用性较强的综合化学实验新内容，编写了相应的《综合化学实验》教材(已由化工出版社出版)，每年根据情况，公布当年要开设的5 6个实验，供学生选择，并允许学生自拟1或2个实验。学生的兴趣很高，吸引力很大，选读该课程的人数逐年增加。通过综合化学实验的训练，学生的实验技能和综合应用能力得到较大提高，由实验内容延伸的多个课题先后获得学校大学生创新实验计划项目和浙江省大学生科技创新项目的资助，以大二学生为第一作者在各类核心期刊上发表了多篇相关的论文，并获得学生课外科技活动的成果奖励。
　　1综合化学实验教学设计思路
　　综合化学实验教学内容一般都与本校教师科研成果紧密结合，各个高校之间由于教师研究方向和实验条件的差异，一般比较难以完全照搬其他高校的做法。另外，对于化工、制药、材料等近化类专业的学生，化学能力培养的对象主要是综合应用化学知识正确处理工程实际问题的工程师，不可能像综合性大学理科化学专业那样用大量的时间，广泛涉及化学的多个分支领域和最先进的仪器进行科学研究。因此，必须深入研究化学实验教学的规律，探索工科专业培养的特殊性，使综合化学实验这一门理学课程在各相关专业特别是工科专业中推广、发展，架起基础化学实验和科学研究之间的桥梁，从而为培养大学生的刻苦研究精神和创新能力发挥更好的作用。
　　从浙江工业大学来看:①化学实验课程对应化工、制药、药学、材料、食品、生工、环工等化学或近化类专业，在培养目标上起着基础和支撑作用。基础实验的学习，主要是培养学生扎实的基本技能和实验方法，但在基础实验阶段完成后，学生即进入各专业学习，对化学实验的综合训练明显存在不足，限制了学生的全面发展，学生综合应用能力和创新能力不尽如人意;②在目前实际操作过程中，真正要对整个化学实验课程的整体融合难度很大，风险同样也很大，因此，开设相对独立的综合化学实验课程，就成为化学实验教学改革的突破口。它既是基础化学实验向各专业实验有机衔接的重要课程，又是基础化学实验学习的拓展和提高，是对学生进行综合素质训练和工程实际应用能力培养的重要载体。
　　基于以上分析，综合化学实验的教学必须有别于基础化学实验教学，不能单纯的成为基础化学实验教学学时的延长，或成为第二门基础化学实验课程。综合化学实验课程在教学内容、教学方法和教学手段等方面必须体现课程特色，用比较合适的学时数，在一定的实验仪器设备保证下，选择一个较为完整的项目为载体，完成查阅资料实验方案和仪器设备设计实验操作、分析检测论文或报告写作等基本科研训练过程。以开放式教学作为教学模式，从时间(不受实验学时限制)、空间(不受教师辅导方式限制)、场地(不受固定实验场地限制)、内容(不受实验内容限制)等方面给予学生最大限度的自主学习机会:①教学形式上可分集中训练与导师分散指导两方面进行，以解决教学过程中的实验场地、指导教师、实验经费等许多困难;②实验内容上可以弥补基础实验的不足，将专业需求内容调整、融入到教学训练中，同时可以不受时间、实验方案等的限制，提供学生更多研究探索的机会;③实验考核机制上要采用多样化操作，不能像基础实验那样，只有完成了规定的学习内容和学时才能合格。因为综合化学实验具有探索性和创新性，要允许学生实验失败，允许没有实验结果，只有这样，才能促使学生大胆尝试、勇于创新。
　　2综合化学实验教学的实施
　　2.1综合化学实验教学方式
　　综合化学实验是一门理学课程，由于各专业对学生培养的目标定位不同，特别是各工科专业在后期必须进行工程实践能力的训练，不能完全照搬化学等理科专业的做法，取消后期的专门化实验。因此，如何将综合化学实验教学在各相关专业中深入开展下去，做好课程之间的衔接，需要各个部门、专业学科之间的相互配合，统筹安排学时数及教学内容，探索开放、有效的教学方式。
　　我们在综合化学实验教学过程中，按照课题式(或项目式)思路布置实验内容，一般以3或4人为1个实验小组，确定课题组长。第一阶段由指导教师讲解实验基本要求，复习实验基本技能，限期进行文献查阅，撰写开题报告和文献简述，然后分课题组进行交流答辩。答辩通过后，进入第二阶段，即实验阶段，学生按要求订购实验试剂，做好实验准备。在进入实验室后，先进行文献对照实验的训练，然后改变实验条件或实验方案，逐步激发学生的创新思维及对科学研究的向往，为锻炼实际创新能力做好铺垫。由于实验的不确定性，规定的实验学时往往是不够用的，这一阶段一般是不限期的，学生可以利用周末或节假日进入实验室工作，以学生有充分的数据撰写实验总结或论文为止。第三阶段是总结、撰写论文阶段。先由指导教师讲解论文写作的规范要求，然后学生边写边改，直到符合论文发表的要求。指导教师申报课程的成绩时，为鼓励学生大胆尝试，最大限度地发挥创新精神，重点考察实验的各个阶段及实验技能的掌握情况，一般不太追究实验结果。
　　2.2综合化学实验教学内容的主要来源
　　综合化学实验是在化学一级学科层面上开设的实验课程，其教学内容必然涉及到综合性、研究性和实际应用性。因此，必须做好化学各学科之间的知识融合，以及现代合成、分离和表征手段等实验技能的普遍提高。浙江工业大学近3年开设的综合化学实验项目，我们的做法是:
　　(1)坚持固基强本的实验传统。在完成基础化学实验的基础上，掌握熟练的实验基本技能后，进一步巩固基础，加强技能，开发了综合性的设计、研究型实验。
　　(2)采用取之于学生，用之于学生的办法。对学生有浓厚兴趣的内容引入到教学中，将近几年大学生创新实验计划项目、大学生科技创新项目的内容及自拟课题引用到教学实验中。
　　(3)按照教学与科研互动的原则。将教师的科研成果中适合于教学的内容引入到教学中，充实实验内容，反映各学科领域中的新成果、新技术、新方法以及现代实验技术与手段，体现综合化学实验内容的新颖性、先进性。
　　2.3工科综合化学实验教学的目标及效果
　　通过综合化学实验的学习，学生的实验技能和综合素质得到全面提升，达到了以下目标。
　　(1)坚决贯彻基础规范性实验综合设计性实验研究探索性实验的主线。要在已经完成的基础化学实验的基础上，将实验的综合设计性和研究探索性凸显在本课程的建设中，着力五基(基础理论、基础知识、基本技能、基本思维和基本能力)教学，特别注重实践能力和创新品质培养，融创新教育于实验教学之中，在教学过程中融入创新意识、激发创新思维、锻炼创新能力，努力让学生学会学习、学会实践、学会思考、学会创新。
　　(2)强化自主学习功能，突出开放式教学和个性化培养。要着眼各专业学生化学实验理论的教育，让学生能综合应用化学知识，采用多种化学研究方法、实验技术进行实验方案设计与操作，改变考核方式，允许实验失败，解除了实验束缚，最大限度地发挥了学生的实验想象力，从而在同一空间营造出一个相对个性化的教学环境，使学生有更多的机会自主学习，使个性化教学成为可能。
　　(3)彰显化学实验的先进技术和先进手段，通过绿色化引导推进创新教育。要将绿色化学的理念渗透到实验教学过程中，通过引入微波合成、微反应等绿色化学技术，让学生接触绿色科技前沿。同时，将实验过程中产生的废液、废渣处理设计成实验，在树立节能环保意识的同时，有效提高学生对知识的综合应用能力。
　　3进一步完善综合化学实验教学的建议
　　综合化学实验教学必然带来学生创新思维的激发和实验室的开放，对教学内容开发、师资队伍建设和实验室管理带来了更高的要求，因此，必须不断努力，解决以下问题。
　　3.1积极改进实践教学环节，激发自主学习的积极性
　　为了更好地建设综合化学实验，必须考虑工科专业实践教学方式的多样化，体现个性化教育，使实验教学有利于综合实践能力的提高，有利于激发学生的创新动机。按照以学生为本的理念，努力加大开放实验的力度，要尽量使化学实验室在实验时间、实验内容、仪器设备等方面努力实行全方位开放，让学生拥有自主选择实验内容、实验时间、实验设备和指导教师的机会，充分调动他们的积极性和创造性。开放性的实施除了对文献方法进行实验、质疑以外，还可体现在3个方面:①实验项目的开放性，可以鼓励优秀学生自拟课题，增加学生对实验的自主设计权。②与大学生课外科技活动密切结合，选择趣味性、应用性、综合性较强的科研成果，设计成学生选修实验内容。一方面可以进一步激励学生的学习积极性，另一方面解决实验经费的短缺问题。③积极创新学生实践环节，探索综合化学实验与后期专业实验改革的新路子，结合课程论文或毕业论文(设计)工作，积极利用化学实验室开展课题研究。
　　3.2不断更新完善实验内容，增强实验项目的新颖性和应用性
　　综合化学实验的教学内容必须不断开发，要真正形成一批综合性、设计性、可推广的创新实验项目，否则，该课程开设几年后，供学生选择的量逐年减少，学生的学习积极性就会降低。对于工科专业学生来说，实验内容要注重新颖性和实用性。一方面，实验内容要紧扣化学化工行业发展的新成果，适当增加实验的难度、深度，在合成方法、产品与溶剂处理、检测分析手段等方面具有先进性;另一方面，实验项目要注重工程实际，应当尽可能选择一些与工业生产、日常生活密切相关的实验内容，让学生应用所学的理论知识解决生产实际和生活中的问题，提高学习积极性。
　　3.3着力加强实验指导教师队伍建设，增强课程建设的生命力
　　实验指导教师对综合化学实验教学质量的提高起着重要作用，是课程建设的生命力。综合化学实验指导要求高，牵涉面广，教师不但要全面地理解本专业教学目标，还要准确地把握各实验内容的特点以及它们之间的联系，无疑会比指导基础化学实验付出更多的劳动，如果没有一支实验经验丰富、学术科研水平较高、富有创新和牺牲精神的教师队伍，课程将会逐渐萎缩，直至消亡。因此，要制定一系列的政策，在人员引进、业绩点计算等方面给予特殊性，应当拨出专款用于新实验的开发，鼓励教师将自己的科研成果转化为实验教学内容，并在实验教学过程中进一步改进，提高教学质量。同时，还可以聘请企业、研究院(所)的相关人员合作指导实验，增强实验教学与生产实际的密切联系。