简谈地方本科师范院校开设综合化学实验课程的探索与实践

　　0导言
　　社会的快速发展,对人才需求的模式在不断更新,素质教育和创新能力作为新时代人才需求的两大基本要素,已经成为全社会教育关注的焦点。我校升本之后,积极探索实践教学改革之路,于2006年立项并开展了四川省教育厅教育改革重点项目、绵阳师范学院教改项目新建本科师范院校化学实验课程新体系的构建(Mnu-JY0603)的研究,经过努力,我校实验课程新体系打破了传统的以二级学科为本位的实验课程体系,全面考虑了实验教学在化学教育教学中、工业生产中的整体性和综合性,科学地对基础化学实验课程体系进行优化设计,加强了化学学科与其他学科如生物、环境、材料等学科的渗透,强化了学生的创新意识、动手能力、拓宽了知识结构。新体系的构建中,我们参照国内外许多综合性大学的经验,在本科高年级开设综合化学实验,并于2008年秋季开出。
　　1开设综合化学实验的背景
　　1.1国内外综合化学实验教学工作现状
　　多年以来,许多高等院校都认识到,由于科学技术的发展,学科间的相互渗透使得学科间的界限越来越模糊,原有的实验教学体系已远远不能满足培养创新能力人才的需要,各高校相继进行了一系列的实践教学体系改革,其中综合实验的开设就是改革的一个重要内容。国外大学化学的实验课改革以创新能力的培养为主要目标,像麻省理工学院设立了三门实验:化学实验入门、中级化学实验、高等化学实验与仪器应用,特别强调化学合成和综合分析手段的应用。我国从上世纪80年代起也开始探索化学实验课程改革的研究和实践。
　　改革之初,各高校打破二级学科的界限,在一级学科层面上整合实验教学内容,从化学一级学科的高度上学习化学,领略化学,理解化学各分支学科之间最本质的联系和内在规律,强调创新能力的培养,各高校为更好地培养和提高学生综合运用化学理论和实验技能解决各种化学问题的能力相继开设了综合化学实验。开设较早的高校有浙江大学(1984)、南京大学(1982)、复旦大学(1994)、兰州大学(1996)等。此后特别是在过去的几年里我国许多综合性大学对化学实验进行了一系列重大改革,在本科高年级中都开设了综合化学实验和创新化学实验,这一举措无疑对实现高素质专业人才培养具有举足轻重的影响。
　　1.2我校化学实验现状
　　自升本以来,我校较好地保证了化学实验教学基本要求的实施,实现了一人一套实验仪器,而且也进行了一定的实验教学改革,开设了部分选做实验,增加了开放性实验个数和综合性实验的开设时数,尝试性地开展了研究性实验教学,为学生独立进行实验创造了良好条件,同时加大人才引进力度和设备更新,改善了实验教学条件,更新了实验体系,将原来传统的四大化学实验按照基础实验(Ⅰ)、基础实验(Ⅱ)、基础实验(Ⅲ)、综合实验、专业实验的体系进行编排。其中综合实验又根据不同的专业开设为综合实验(Ⅰ)和综合实验(Ⅱ),综合实验(Ⅰ)已经在2006级化学和应用化学专业中第一次尝试性地开设,综合实验(Ⅱ)也将陆续开出。
　　总的来说,我院的化学实验教学改革已经取得了一定的进步,但是我院的实验教学体系依然承袭着四大化学的传统道路,各自形成细而全的小系统,重复性实验多;学生按部就班地实验,难以激发学生的兴趣等。学生在基础实验技能方面做了很多实验,但对各种实验技能及操作的运用能力、实验方法设计能力和实验结果处理及表达能力欠缺。许多实验内容与现代分析方法、合成制备途径、生产实用技术的距离较大;且对外交流较少,未能充分利用绵阳本地企业、科研院所、兄弟院校的资源。
　　2开设综合化学实验课的探索与实践
　　综合化学实验课的开设对象是高年级的学生,它是把基础化学的理论知识和各种实验技能、实验方法加以归纳、分析相互渗透的一种有效的实验形式,它对培养和提高学生综合应用实验方法和技能、思考问题和解决问题的能力有着重要的作用,也是在学生完成各基础课之后向毕业论文过渡的一门实验课。它既是对基础层次实验技能的巩固,又是对化学知识的综合应用和更高层次实验的训练。
　　2.1综合实验内容的选择及讲义的编写
　　选择和设计合适的实验项目是综合实验实施的核心内容。综合实验在内容的选择上应强调探索性、启发性和整体性,在分析综合的杠杆上着重向综合一头寻找新平衡点。课程内容,既要在四大基础化学实验课的基础上,使学生学会怎样将各门课程的知识综合起来,又要根据本专业课程设置情况及实际需要,融进一些有新意、能真正体现综合二字的内容,突出实验内容的科研性。根据以上原则,我校化学实验教学中心组织相关教师参照国内多所大学的综合性实验项目,结合我校实际实验条件,根据学生反馈意见以及实验教师在实验过程中所发现的问题,并考虑现有教学实施和所使用教学资源(人力、物力)的经济性,编写了《综合实验(Ⅰ)》和《综合实验(Ⅱ)》两本讲义。《综合实验(Ⅰ)》选编了23个实验,《综合实验(Ⅱ)》选编了9个实验,两者之间体现一定的区分层次。内容的编排上主要是以实际化学问题为中心,综合运用合成、分离、分析、表征等各种实验技术。以现代新技术、交叉技术在化学中的应用,以及化学在环境、能源、材料、生物以及其他高新技术领域中的应用为重点,使实验内容成为综合联系化学、材料、生命、环境、能源等学科,反映化学各二级学科前沿和交叉领域,集合成、分离与提纯、物理性质测定、化学性质研究、结构表征、性质解释等为一体,具有综合性、系统性、创新性的综合实验。要求学生能够在实验过程中进行综合和创新性研究,真正感受从事化学研究的真谛,培养其爱科学、学科学、用科学的积极性,培养其科学素养,提高其进行科学研究的能力。所选择的内容应对培养学生的创新能力具有启发性,涉及实验技术和操作难度适当,实验内容本身还有进一步探索的余地,为学生创新能力的发挥、个性发展留有空间。
　　2.2综合实验的教学模式探索
　　2.2.1实验教学的精心组织
　　实验教学中心高度重视综合实验的开设,讲义编写后,中心组织具有丰富教学和实验经验的相关老师共同筛选实验项目,每一个实验项目由两个老师负责,项目开设前,对方案进行充分的讨论,需要用到什么仪器,需要哪个实验室配合都做好协调工作。实验开始前,先将学生分组,一般根据实验内容和实验条件分为2 4人一组,布置实验题目,要求学生查阅题目所涉及到的5年内的相关文献,了解该项目的研究和进展动态。然后小组内对题目所涉及到的知识、实验方法、用到的仪器等进行讨论,确定好实验方案后才能进行实验。
　　2.2.2启发式的实验教学过程
　　实验过程中,老师对学生严格实验操作要求,注重对学生基础操作和解决实际问题的能力培养,要求学生自己准备药品、配制溶液、组装实验装置等,同时要求学生对综合实验和以前涉及到的单一相关实验知识相比较,怎样对复杂问题进行综合分析。如对一种物质的制备中就有制备方法,合成产品的鉴定、表征,含量测定、性质等一系列问题,老师在实验过程中给予指导,使学生在实验前应该做到胸有成竹,不能照单抓药,清楚地知道该实验应怎样一步一步往下走,在每个步骤中用到什么化学原理和方法,用到什么仪器,仪器应该怎么使用。同时,允许学生在实验过程中以小组的形式开展讨论,对实验中出现的问题进行交流,教师在讨论中注意引导学生的创造性和求知欲。实验结束后,要求学生完成总结性的实验报告,该报告不仅对实验的结论进行表述和分析,还应该分析实验过程中的得与失。指导教师在评审实验报告时,应注意学生对实验的评价,了解学生有无独到的见解、有无创新思维和求知欲望,以及是否提出科研训练要求。
　　2.2.3鼓励老师申报创新实践教育项目
　　为了完善实验项目,中心鼓励老师积极申报学校创新实践教育项目,同时,引导和规范本科生参加创新化学实验与研究,获得一定的经费支持,用以促进实验内容的建设。
　　3综合实验实践过程中存在的主要问题
　　3.1实验项目的不足,与综合性大学之间的差距大
　　我们所选择的实验项目在与现代社会关注的能源、材料、环境等热点问题上和综合性大学之间的距离较大,综合性大学师资和科研力量强,开设的项目多是教师科研转化而来,针对性强,学生的参与性高。很多出版的综合实验教材在项目的选择上都综合考虑了化学与其他二级学科之间的关系,考虑了实验的综合性、设计性、创新性和整体性。但由于我校实验条件的限制,无法按实验进行开设。
　　3.2实验条件和经费限制了综合实验功能的发挥
　　地方本科师范院校与老牌的本科院校相比较,在师资力量、教学资源条件、学科建设、科研水平、服务功能等方面均存在相当大的差距。实验设备及仪器台套数不足是普遍存在的问题,实验经费一直是制约实验的一个瓶颈。目前的综合实验根据条件一般4人一组,相互协作。我校没有一个完整的综合实验室,仪器设备台(件)数不够,特别是大型仪器只有一台,而综合实验涉及到合成、制备、分析、表征和结构分析等多方面的内容,因此,实验的开设就需要多个实验室的配合,学生也需要在不同的实验室中穿梭,浪费了时间,也影响了综合实验实际功能的发挥。
　　3.3教师和学生面临新的挑战
　　综合实验内容多,工作量大,实验时间长,教师和学生在实验过程中都存在准备不足的问题。教师如果在准备、辅导综合实验时没有充分的准备,没有提高自己的知识水平,拓宽自己的知识,对于可能出现的问题就不能很好地把握,不能面对学生提出的各种各样的问题。学生在综合实验的过程中由于是几人一组,有时实验协调不好、责任意识不明确,个别学生偷懒等情况导致实验没有取得预期的效果。此外,综合实验涉及到的知识点多、使用的仪器设备多,学生没有进行充分的准备,不理解实验涉及的原理、对仪器无法操作等情况都妨碍实验的正常进行。
　　4对综合实验开设的几点构想
　　4.1改进实验项目,编写实验教材
　　实验项目每年应该根据实验条件、社会发展变化和教师的科研项目进行改进,做到针对性,实用性和时代性强,并编写适合我校实际情况的实验教材。
　　4.2建设综合化学实验室
　　由于高校的扩招,我校基础实验室已经满负荷工作,没有一个实验室能满足综合实验的开设。如何规划和建设实验室,最大限度地发挥其作用和功能,是关系到实验教学质量和创新人才培养的另一重要因素。综合化学实验室的建设,应争取各方面的投入,提高实验室的硬件条件,使实验室的环境、实验技术条件和实验仪器设备满足综合化学实验的功能,使实验室能完成化合物的合成、各类化学研究方法的实验,将有限的大型精密仪器统一管理,供学生进行性质测定、结构表征用。综合化学实验室的建立也为本科毕业班学生做毕业论文提供了场所,可以保证学生毕业论文的顺利完成。同时综合化学实验室也可成为其他年级的学生在课余时间进行开放实验的好场所。
　　4.3加大开放式管理模式
　　我校综合实验处于起步和探索阶段,实验过程有一定的开放程度,但是由于条件和人力的限制,实验室和仪器设备开放的时间和空间都不够。为了更好地提高学生实践技能,促进学生创新能力的提高,今后可适当进行专人、专时、专地的实验室开放,并引进实验室管理系统,建立师生交流平台,实现预约式开放。
　　4.4加大教师科研进实验室的力度
　　积极鼓励教师将成熟的科研项目转化为实验项目,这样加大了学生对老师科研能力和科研项目的了解,提高学生进行科研的兴趣,对老师的科研也是一种有益的促进。这种把师资和科研的优势转化为教学优势,使学生能从实验中领悟科学探索和研究的方法,为过渡到毕业论文专题研究也打下良好基础。
　　5结语
　　《综合实验》的开设,是化学实验教学的一种探索,我们进行的实验教学改革还处于起步阶段。一门实验课的建设,仅靠一两位老师是不行的,需要一大批人的共同努力。如何在实验课程中发挥实验的综合性、实用性和先进性,及时反应学科的最新成就和发展方向是一项长期而艰巨的任务。只有不断地改革和创新,激发学生对综合实验的兴趣和热情,才能使素质教育和创新人才培养可持续地向前发展。