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工科專(zhuān)業(yè)綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)與研究
0引言
化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗為基礎的科學(xué)，實(shí)驗教學(xué)環(huán)節作為培養具有創(chuàng )新意識、創(chuàng )新能力化學(xué)化工人才的重要環(huán)節，在整個(gè)化學(xué)教育、教學(xué)過(guò)程中占有特殊的地位。近幾年來(lái)，各高校積極進(jìn)行教學(xué)改革，建立了多種化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的新體系和教學(xué)新模式，研究開(kāi)發(fā)了一批綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的新內容，及時(shí)反映了化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域中的新成果、新技術(shù)、新方法以及現代實(shí)驗技術(shù)與手段。許多理科化學(xué)專(zhuān)業(yè)取消了后期的專(zhuān)門(mén)化實(shí)驗，將專(zhuān)業(yè)知識綜合融入到綜合化學(xué)實(shí)驗課程中，在化學(xué)一級學(xué)科大類(lèi)平臺上培養學(xué)生的綜合分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
浙江工業(yè)大學(xué)在省級化學(xué)實(shí)驗教學(xué)示范中心和基礎化學(xué)實(shí)驗國家精品課程的建設過(guò)程中，逐步形成了從基礎規范性實(shí)驗綜合設計性實(shí)驗―研究探索性實(shí)驗到學(xué)生創(chuàng )新訓練的三層次、一創(chuàng )新遞進(jìn)式化學(xué)實(shí)驗教學(xué)新體系，將大學(xué)生創(chuàng )新能力培養從課內延伸到課外，使教學(xué)的第一課堂與第二課堂緊密地結合起來(lái)。從2008年開(kāi)始，建立了綜合化學(xué)實(shí)驗選修課程，總學(xué)時(shí)為60，學(xué)分為2。課程組根據浙工大學(xué)生專(zhuān)業(yè)分布面廣、工程實(shí)踐性強的培養特點(diǎn)和要求，研究開(kāi)發(fā)了實(shí)踐應用性較強的綜合化學(xué)實(shí)驗新內容，編寫(xiě)了相應的《綜合化學(xué)實(shí)驗》教材(已由化工出版社出版)，每年根據情況，公布當年要開(kāi)設的5～6個(gè)實(shí)驗，供學(xué)生選擇，并允許學(xué)生自擬1或2個(gè)實(shí)驗。學(xué)生的興趣很高，吸引力很大，選讀該課程的人數逐年增加。通過(guò)綜合化學(xué)實(shí)驗的訓練，學(xué)生的實(shí)驗技能和綜合應用能力得到較大提高，由實(shí)驗內容延伸的多個(gè)課題先后獲得學(xué)校大學(xué)生創(chuàng )新實(shí)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(lèi)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(dòng)的成果獎勵。
1綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)設計思路
綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)內容一般都與本校教師科研成果緊密結合，各個(gè)高校之間由于教師研究方向和實(shí)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(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，化學(xué)能力培養的對象主要是綜合應用化學(xué)知識正確處理工程實(shí)際問(wèn)題的工程師，不可能像綜合性大學(xué)理科化學(xué)專(zhuān)業(yè)那樣用大量的時(shí)間，廣泛涉及化學(xué)的多個(gè)分支領(lǐng)域和最先進(jìn)的儀器進(jìn)行科學(xué)研究。因此，必須深入研究化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的規律，探索工科專(zhuān)業(yè)培養的特殊性，使綜合化學(xué)實(shí)驗這一門(mén)理學(xué)課程在各相關(guān)專(zhuān)業(yè)特別是工科專(zhuān)業(yè)中推廣、發(fā)展，架起基礎化學(xué)實(shí)驗和科學(xué)研究之間的橋梁，從而為培養大學(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(lái)看:①化學(xué)實(shí)驗課程對應化工、制藥、藥學(xué)、材料、食品、生工、環(huán)工等化學(xué)或近化類(lèi)專(zhuān)業(yè)，在培養目標上起著(zhù)基礎和支撐作用�；A實(shí)驗的學(xué)習，主要是培養學(xué)生扎實(shí)的基本技能和實(shí)驗方法，但在基礎實(shí)驗階段完成后，學(xué)生即進(jìn)入各專(zhuān)業(yè)學(xué)習，對化學(xué)實(shí)驗的綜合訓練明顯存在不足，限制了學(xué)生的全面發(fā)展，學(xué)生綜合應用能力和創(chuàng )新能力不盡如人意;②在目前實(shí)際操作過(guò)程中，真正要對整個(gè)化學(xué)實(shí)驗課程的整體融合難度很大，風(fēng)險同樣也很大，因此，開(kāi)設相對獨立的綜合化學(xué)實(shí)驗課程，就成為化學(xué)實(shí)驗教學(xué)改革的突破口。它既是基礎化學(xué)實(shí)驗向各專(zhuān)業(yè)實(shí)驗有機銜接的重要課程，又是基礎化學(xué)實(shí)驗學(xué)習的拓展和提高，是對學(xué)生進(jìn)行綜合素質(zhì)訓練和工程實(shí)際應用能力培養的重要載體。
基于以上分析，綜合化學(xué)實(shí)驗的教學(xué)必須有別于基礎化學(xué)實(shí)驗教學(xué)，不能單純的成為基礎化學(xué)實(shí)驗教學(xué)學(xué)時(shí)的延長(cháng)，或成為第二門(mén)基礎化學(xué)實(shí)驗課程。綜合化學(xué)實(shí)驗課程在教學(xué)內容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面必須體現課程特色，用比較合適的學(xué)時(shí)數，在一定的實(shí)驗儀器設備保證下，選擇一個(gè)較為完整的項目為載體，完成查閱資料實(shí)驗方案和儀器設備設計實(shí)驗操作、分析檢測論文或報告寫(xiě)作等基本科研訓練過(guò)程。以開(kāi)放式教學(xué)作為教學(xué)模式，從時(shí)間(不受實(shí)驗學(xué)時(shí)限制)、空間(不受教師輔導方式限制)、場(chǎng)地(不受固定實(shí)驗場(chǎng)地限制)、內容(不受實(shí)驗內容限制)等方面給予學(xué)生最大限度的自主學(xué)習機會(huì ):①教學(xué)形式上可分集中訓練與導師分散指導兩方面進(jìn)行，以解決教學(xué)過(guò)程中的實(shí)驗場(chǎng)地、指導教師、實(shí)驗經(jīng)費等許多困難;②實(shí)驗內容上可以彌補基礎實(shí)驗的不足，將專(zhuān)業(yè)需求內容調整、融入到教學(xué)訓練中，同時(shí)可以不受時(shí)間、實(shí)驗方案等的限制，提供學(xué)生更多研究探索的機會(huì );③實(shí)驗考核機制上要采用多樣化操作，不能像基礎實(shí)驗那樣，只有完成了規定的學(xué)習內容和學(xué)時(shí)才能合格。因為綜合化學(xué)實(shí)驗具有探索性和創(chuàng )新性，要允許學(xué)生實(shí)驗失敗，允許沒(méi)有實(shí)驗結果，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(shí)驗教學(xué)的實(shí)施
2.1綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)方式
綜合化學(xué)實(shí)驗是一門(mén)理學(xué)課程，由于各專(zhuān)業(yè)對學(xué)生培養的目標定位不同，特別是各工科專(zhuān)業(yè)在后期必須進(jìn)行工程實(shí)踐能力的訓練，不能完全照搬化學(xué)等理科專(zhuān)業(yè)的做法，取消后期的專(zhuān)門(mén)化實(shí)驗。因此，如何將綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)在各相關(guān)專(zhuān)業(yè)中深入開(kāi)展下去，做好課程之間的銜接，需要各個(gè)部門(mén)、專(zhuān)業(yè)學(xué)科之間的相互配合，統籌安排學(xué)時(shí)數及教學(xué)內容，探索開(kāi)放、有效的教學(xué)方式。
我們在綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，按照課題式(或項目式)思路布置實(shí)驗內容，一般以3或4人為1個(gè)實(shí)驗小組，確定課題組長(cháng)。第一階段由指導教師講解實(shí)驗基本要求，復習實(shí)驗基本技能，限期進(jìn)行文獻查閱，撰寫(xiě)開(kāi)題報告和文獻簡(jiǎn)述，然后分課題組進(jìn)行交流答辯。答辯通過(guò)后，進(jìn)入第二階段，即實(shí)驗階段，學(xué)生按要求訂購實(shí)驗試劑，做好實(shí)驗準備。在進(jìn)入實(shí)驗室后，先進(jìn)行文獻對照實(shí)驗的訓練，然后改變實(shí)驗條件或實(shí)驗方案，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(shí)際創(chuàng )新能力做好鋪墊。由于實(shí)驗的不確定性，規定的實(shí)驗學(xué)時(shí)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假日進(jìn)入實(shí)驗室工作，以學(xué)生有充分的數據撰寫(xiě)實(shí)驗總結或論文為止。第三階段是總結、撰寫(xiě)論文階段。先由指導教師講解論文寫(xiě)作的規范要求，然后學(xué)生邊寫(xiě)邊改，直到符合論文發(fā)表的要求。指導教師申報課程的成績(jì)時(shí)，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(diǎn)考察實(shí)驗的各個(gè)階段及實(shí)驗技能的掌握情況，一般不太追究實(shí)驗結果。
2.2綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)內容的主要來(lái)源
綜合化學(xué)實(shí)驗是在化學(xué)一級學(xué)科層面上開(kāi)設的實(shí)驗課程，其教學(xué)內容必然涉及到綜合性、研究性和實(shí)際應用性。因此，必須做好化學(xué)各學(xué)科之間的知識融合，以及現代合成、分離和表征手段等實(shí)驗技能的普遍提高。浙江工業(yè)大學(xué)近3年開(kāi)設的綜合化學(xué)實(shí)驗項目，我們的做法是:
(1)堅持固基強本的實(shí)驗傳統。在完成基礎化學(xué)實(shí)驗的基礎上，掌握熟練的實(shí)驗基本技能后，進(jìn)一步鞏固基礎，加強技能，開(kāi)發(fā)了綜合性的設計、研究型實(shí)驗。
(2)采用取之于學(xué)生，用之于學(xué)生的辦法。對學(xué)生有濃厚興趣的內容引入到教學(xué)中，將近幾年大學(xué)生創(chuàng )新實(shí)驗計劃項目、大學(xué)生科技創(chuàng )新項目的內容及自擬課題引用到教學(xué)實(shí)驗中。
(3)按照教學(xué)與科研互動(dòng)的原則。將教師的科研成果中適合于教學(xué)的內容引入到教學(xué)中，充實(shí)實(shí)驗內容，反映各學(xué)科領(lǐng)域中的新成果、新技術(shù)、新方法以及現代實(shí)驗技術(shù)與手段，體現綜合化學(xué)實(shí)驗內容的新穎性、先進(jìn)性。
2.3工科綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的目標及效果
通過(guò)綜合化學(xué)實(shí)驗的學(xué)習，學(xué)生的實(shí)驗技能和綜合素質(zhì)得到全面提升，達到了以下目標。
(1)堅決貫徹基礎規范性實(shí)驗綜合設計性實(shí)驗研究探索性實(shí)驗的主線(xiàn)。要在已經(jīng)完成的基礎化學(xué)實(shí)驗的基礎上，將實(shí)驗的綜合設計性和研究探索性凸顯在本課程的建設中，著(zhù)力五基(基礎理論、基礎知識、基本技能、基本思維和基本能力)教學(xué)，特別注重實(shí)踐能力和創(chuàng )新品質(zhì)培養，融創(chuàng )新教育于實(shí)驗教學(xué)之中，在教學(xué)過(guò)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(huì )學(xué)習、學(xué)會(huì )實(shí)踐、學(xué)會(huì )思考、學(xué)會(huì )創(chuàng )新。
(2)強化自主學(xué)習功能，突出開(kāi)放式教學(xué)和個(gè)性化培養。要著(zhù)眼各專(zhuān)業(yè)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗理論的教育，讓學(xué)生能綜合應用化學(xué)知識，采用多種化學(xué)研究方法、實(shí)驗技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗方案設計與操作，改變考核方式，允許實(shí)驗失敗，解除了實(shí)驗束縛，最大限度地發(fā)揮了學(xué)生的實(shí)驗想象力，從而在同一空間營(yíng)造出一個(gè)相對個(gè)性化的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生有更多的機會(huì )自主學(xué)習，使個(gè)性化教學(xué)成為可能。
(3)彰顯化學(xué)實(shí)驗的先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)手段，通過(guò)綠色化引導推進(jìn)創(chuàng )新教育。要將綠色化學(xué)的理念滲透到實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)引入微波合成、微反應等綠色化學(xué)技術(shù)，讓學(xué)生接觸綠色科技前沿。同時(shí)，將實(shí)驗過(guò)程中產(chǎn)生的廢液、廢渣處理設計成實(shí)驗，在樹(shù)立節能環(huán)保意識的同時(shí)，有效提高學(xué)生對知識的綜合應用能力。
3進(jìn)一步完善綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的建議
綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)必然帶來(lái)學(xué)生創(chuàng )新思維的激發(fā)和實(shí)驗室的開(kāi)放，對教學(xué)內容開(kāi)發(fā)、師資隊伍建設和實(shí)驗室管理帶來(lái)了更高的要求，因此，必須不斷努力，解決以下問(wèn)題。
3.1積極改進(jìn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節，激發(fā)自主學(xué)習的積極性
為了更好地建設綜合化學(xué)實(shí)驗，必須考慮工科專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)方式的多樣化，體現個(gè)性化教育，使實(shí)驗教學(xué)有利于綜合實(shí)踐能力的提高，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新動(dòng)機。按照以學(xué)生為本的理念，努力加大開(kāi)放實(shí)驗的力度，要盡量使化學(xué)實(shí)驗室在實(shí)驗時(shí)間、實(shí)驗內容、儀器設備等方面努力實(shí)行全方位開(kāi)放，讓學(xué)生擁有自主選擇實(shí)驗內容、實(shí)驗時(shí)間、實(shí)驗設備和指導教師的機會(huì )，充分調動(dòng)他們的積極性和創(chuàng )造性。開(kāi)放性的實(shí)施除了對文獻方法進(jìn)行實(shí)驗、質(zhì)疑以外，還可體現在3個(gè)方面:①實(shí)驗項目的開(kāi)放性，可以鼓勵優(yōu)秀學(xué)生自擬課題，增加學(xué)生對實(shí)驗的自主設計權。②與大學(xué)生課外科技活動(dòng)密切結合，選擇趣味性、應用性、綜合性較強的科研成果，設計成學(xué)生選修實(shí)驗內容。一方面可以進(jìn)一步激勵學(xué)生的學(xué)習積極性，另一方面解決實(shí)驗經(jīng)費的短缺問(wèn)題。③積極創(chuàng )新學(xué)生實(shí)踐環(huán)節，探索綜合化學(xué)實(shí)驗與后期專(zhuān)業(yè)實(shí)驗改革的新路子，結合課程論文或畢業(yè)論文(設計)工作，積極利用化學(xué)實(shí)驗室開(kāi)展課題研究。
3.2不斷更新完善實(shí)驗內容，增強實(shí)驗項目的新穎性和應用性
綜合化學(xué)實(shí)驗的教學(xué)內容必須不斷開(kāi)發(fā)，要真正形成一批綜合性、設計性、可推廣的創(chuàng )新實(shí)驗項目，否則，該課程開(kāi)設幾年后，供學(xué)生選擇的量逐年減少，學(xué)生的學(xué)習積極性就會(huì )降低。對于工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，實(shí)驗內容要注重新穎性和實(shí)用性。一方面，實(shí)驗內容要緊扣化學(xué)化工行業(yè)發(fā)展的新成果，適當增加實(shí)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(jìn)性;另一方面，實(shí)驗項目要注重工程實(shí)際，應當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(shí)驗內容，讓學(xué)生應用所學(xué)的理論知識解決生產(chǎn)實(shí)際和生活中的問(wèn)題，提高學(xué)習積極性。
3.3著(zhù)力加強實(shí)驗指導教師隊伍建設，增強課程建設的生命力
實(shí)驗指導教師對綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量的提高起著(zhù)重要作用，是課程建設的生命力。綜合化學(xué)實(shí)驗指導要求高，牽涉面廣，教師不但要全面地理解本專(zhuān)業(yè)教學(xué)目標，還要準確地把握各實(shí)驗內容的特點(diǎn)以及它們之間的聯(lián)系，無(wú)疑會(huì )比指導基礎化學(xué)實(shí)驗付出更多的勞動(dòng)，如果沒(méi)有一支實(shí)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(huì )逐漸萎縮，直至消亡。因此，要制定一系列的政策，在人員引進(jìn)、業(yè)績(jì)點(diǎn)計算等方面給予特殊性，應當撥出專(zhuān)款用于新實(shí)驗的開(kāi)發(fā)，鼓勵教師將自己的科研成果轉化為實(shí)驗教學(xué)內容，并在實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中進(jìn)一步改進(jìn)，提高教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，還可以聘請企業(yè)、研究院(所)的相關(guān)人員合作指導實(shí)驗，增強實(shí)驗教學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際的密切聯(lián)系。
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