大學化學實驗教學體系研究論文

化學畢業論文 時間:2018-12-23 我要投稿

  摘要在充分了解我國大學化學實驗教學改革的背景下,構建綜合性與創新性并重的新型大學化學實驗課程教學體系。根據揚州大學化學化工學院的專業性質和學生特點,自主探索出版大學化學實驗綜合性教材,倡導綠色化學環保主義理念,同時引入“導師制”,通過學生自主探究性學習,培養學生解決問題的能力和激發學生自主創新意識,使學生真正成為實驗教學的中心者和受益者。

  關鍵詞大學化學實驗;教學改革;綜合性;導師制

  大學實驗教學是大學化學教學理論與實踐結合,培養學生探究能力、創新能力、實踐能力的重要環節[1-4]。回顧我國高等教育歷史,在啟動本輪教學改革前,我國高等院校的實驗教學多為學生提供傳統的填鴨式“菜譜”實驗手冊,教師依據實驗手冊對實驗步驟進行詳細演示,學生依據“菜譜”按部就班地實驗操作,這些“菜譜”實驗大多為驗證式實驗,不利于培養學生的創新能力。進入上世紀末,隨著教學質量工程的啟動,掀起了一輪教學改革熱潮,大學化學實驗教學也隨之展開了徹底的改革工作,其基本思路是依據化學實驗的認知規律,自成體系,單獨設課,并將實驗分成三個層次:基礎實驗、綜合實驗和探究實驗,也取得了許多有建設性的成功經驗。

  1我國大學實驗改革背景

  20世紀90年代起,尤其是1999年教育部在第三次教育工作會議上發出“推進素質教育,培養創新人才”號召以來,國內諸多高校掀起實驗改革熱潮,改革的基本思路為:一是實驗課單獨設課;二是將實驗課程劃分為:基礎實驗、綜合試驗、探究性實驗,以適應新形勢下社會對化學人才的需求[5]。

  2揚州大學化學實驗教學體系介紹

  以揚州大學化學化工學院為例,從1999年以來嘗試實驗教學改革,于2011年在探索和實踐中建立一套獨特的實驗教學體系,并編寫出《大學實驗講義》,經過多年實踐教學驗證,《大學化學實驗》和《新編大學化學實驗》兩套教材先后出版。改革初期,學院通過走訪調研,尤其是到全國兄弟院校參觀、學習,結合自身實際,對原實驗教學體系進行了全方位的改革,形成了一套新型的、行之有效的實驗教學方案,具體做法如下:

  2.1實驗中心簡介

  我院實驗中心依托揚州大學測試中心和省級化學實驗中心平臺,對大型儀器進行集中管理,促進教學和科研資源的互補共享,提高資源利用率。中心主要承擔化學化工學院五個專業即化學、應用化學、高分子材料與工程、化學工程與工藝、制藥工程的基礎化學實驗和專業化學實驗的教學任務,同時還承擔全校工、農、醫科等各類專業的公共化學實驗教學工作。

  2.2實驗室管理

  我院實驗中心實行校院兩級管理:學校實驗室與設備管理處在實驗室建設、管理和實驗隊伍建設上起指導作用。化學化工學院對實驗中心直接領導與管理,職責明確。中心資源實行“一體化”管理,對實驗課教師、技術人員、實驗室、實驗儀器、設備及實驗經費在中心范圍內統一管理、統一調配,實現資源共享。在日常管理中,我們發現以下問題有待整改,例如:實驗室管理人員與實驗教師溝通不到位;實驗員與實驗教師對接不緊密,實驗員只著手準備實驗儀器,不參與整個實驗過程,造成有些實驗儀器使用較頻繁,出現了儀器損壞后未及時維修現象,可能影響到實驗教學正常進度等。針對以上問題,我院切實加強實驗室管理,要求院領導和督導聽課查課時,不少于20%的課程為實驗課;基礎化學實驗室主任和副主任不定期抽查實驗教學和裝置情況,對教學執行不到位、儀器維護不合理現象及時督促整改維修,安全隱患第一時間進行處理,對不整改、不落實的實驗室進行院內通報批評;為鼓勵教師從事實驗教學工作,學院從職稱評聘、工作量計算等方面對從事實驗教學的教師傾斜;給予實驗專任教師充分的科學研究空間,請其根據個人方向,有機篩選部分研究內容,請學生自主選擇并進行自主實驗,將該類創新實驗作為基礎化學實驗的拓展內容,同時將學生成績納入基礎化學實驗最終考核成績[6]。

  2.3師資隊伍

  我院從事實驗教學的教師近80%具有副高及以上職稱。為進一步加強實驗技術隊伍建設,在實驗中心13名實驗人員的配備基礎上,2017年我院又引起了3名專職實驗員,其中1名為博士學歷,2名為碩士學歷;為提升實驗技術隊伍綜合素質,我院加大實驗中心人員專業培訓力度,提升其業務能力水平,鼓勵在職攻讀碩士、博士學位,采用“走出去、請進來”的原則,即定期聘請國內實驗管理領域專家教授來院開設實驗技能與管理培訓講座,還組織實驗中心人員赴兄弟院校參觀交流,學習實驗教學管理模式與先進經驗。

  2.4實驗室安全

  在提升綠色化學環保主義的同時,實驗室安全管理也是實驗教學工作中的關鍵[7],我院每學期都組織學生統一進行實驗室安全培訓,詳細介紹各種實驗儀器的使用方法,特別針對實驗時易發生的安全隱患,進行細致分析,提出合理應對措施,增強學生對突發性事件的預防與抵御能力,例如:進實驗室必須穿實驗服、戴護目鏡,并在實際教學中落實;請消防員對學生進行滅火器使用培訓,并進行模擬練習,確保學生能正確使用滅火器;學院定期舉行安全逃生演練,合理規劃逃生路線,增強學生對突發事件的自救能力;儀器使用落實責任到人,使用前后需簽名并寫明用途及注意事項。我院還選聘了一批責任感強烈、工作嚴謹的研究生任實驗室安全員,配合做好實驗室安全管理,建立安全員QQ和微信群,確保溝通暢通無阻。安全員的聘任對學生來說既是榮譽,又是責任,有利于學生自我加強安全意識,讓學生充分參與到實驗室安全管理工作中[8]。

  2.5實驗教材

  我院以“厚基礎、寬口徑、求創新”的理念為學科中心,開放多學科交匯式化學實驗平臺,構建多層次化學實驗教學課程體系,依據以上理念,由揚州大學牽頭,八校合編的《新編大學化學實驗》教材應運而生,本教材共4冊,分為基礎知識與儀器、基本操作、儀器與參數測量、綜合與探究。此教材體現“齊全、細致、創新”。全書囊括了214個教學實驗,涵蓋基礎類綜合類探究類各項實驗內容,為反映實驗教學的發展歷史,適當增加基礎實驗量,安排了部分自動化程度相對較低的儀器進行測量實驗,既確保各校根據自身實驗裝置和人才培養情況自主選擇教學內容,又有利于加深學生對實驗測量基本原理的認識程度;考慮到現代分析技術發展迅速,特別在儀器介紹部分增設了目前科學研究中經常使用的先進儀器介紹,以適應不同教學需要,也可供相關專業人員參考。教材利用我院教師自身的科研優勢,將其可轉化的最新科研成果演變成實驗案例,使實驗訓練即接近科學前沿,又接近生產實際;一切從實驗教學出發,本著“化繁為簡、精益求精”的原則,將基本實驗技能盡量全面體現在不同實驗中,將原本單一的化學實驗進行整合,強調實驗之間的相互關聯性,由淺入深、循序漸進,并注重加強綜合性,部分實驗提供了多個實驗方案,一方面供各校結合自身情況自行選擇,另一方面拓寬了學生的知識視野[9]。2.6TA制站在安全、環保、綠色的化學實驗教學改革舞臺上,我們力求讓學生真正成為主角。于是,我院設立TA(TeachingAssistant)制,即選聘一批優秀的研究生擔任實驗助教,協助教師進行實驗教學,確保在安全第一的前提下,學生能獲得即時的指導和幫助,TA的設立既減輕了實驗教師的工作壓力,又提供給研究生一個良好的鍛煉平臺。TA在每次實驗前進行預實驗,熟練掌握操作流程,做好備課工作,以保證實驗的順利開展。對實驗中可能出現的問題進行預設,查找相關文獻,提前準備好解決方案。在指導本科生進行實驗時,針對出現問題,進行適當引導點撥,并鼓勵其自主探究,尋找問題癥結。在我院綜合性化學實驗中,主要以案例和情境教學為主:教師根據實驗教材內容,放手讓學生自主設計實驗,將學生分為幾個小組,請每個小組實驗前通過各種方式進行資料搜集和實驗預習,自主設計預習報告和實驗方案,經指導教師或TA檢查合格后,學生開始自主進行探究性實驗,鼓勵學生對實驗中產生的問題存疑存異,即使實驗沒有呈現預設結果,也請學生進行書面性的總結,鼓勵學生在教師和TA的點撥下抽絲剝繭、自主找出實驗中存在的疑難雜癥[10]。例如:在“納米多孔材料ZIF-8合成與表征”的探究性實驗中,通過介紹當今世界前沿研究熱點金屬有機框架(Metal-organicframeworks,MOFs)的研究背景、發展歷史及應用領域,將同學們帶入了多彩斑斕的MOFs世界,以設問形式進行情境導入,比如:MOFs中類沸石骨架結構材料的ZIF-8的形貌和尺寸可控制備。首先,請學生搜集查找相關文獻,自主了解ZIF-8的結構特征、制備條件、以及使用掃描電子顯微鏡(Scanningelectronmicroscope,SEM)、透射電子顯微鏡(Transmissionelectronmicroscope,TEM)、粉末X射線衍射(PowderX-raydiffraction,PXRD)等分析表征手段,最后自行設計實驗方案。引導學生自主探究,小組合作完成實驗。在實驗報告的寫作上,改變千篇一律的填寫報告紙,引導學生多自主查閱文獻,了解并閱讀中外專業雜志,嘗試以發表論文的格式來撰寫實驗報告,既開拓了學生視野,又為學生今后自主撰寫論文打下了堅實的基礎。TA制的設立從課上延伸到課外,研究生充分發揮科研經驗方面的優勢,幫助本科生樹立學術科技創新觀念,打造學習共同體,指導他們進入實驗室開展科技創新活動,建立了大學生創新實驗平臺。2016年,我院本科生參與江蘇省大學生創新訓練計劃收獲頗豐,有178名本科生參與其中,有6個項目被評為國省項目、18個項目被評為校重點項目,多名本科生以第一作者身份在CoordinationChemistryReviews、AdvancedScience、Small、Nanoscale等國際高水平雜志上發表論文。

  3結語

  以上介紹了揚州大學化學化工學院及部分高校聯合開展化學實驗教學改革的現狀,雖然不能以偏概全,代表全國教學改革之現狀,但也反應了我國整體化學實驗教學改革之方向。還有許多需要進一步學習和推進的地方,例如在實驗教材方面,我們習慣于使用正規出版的教材,而不是講義,前者的優點是保證了教材的科學性、嚴謹性,但不利于及時引入創新的研究成果,難以跟上學科發展的步伐;同時在如何提升學生的學習積極性與主動性方面也是我們今后需要進一步探討的課題,總之,盡管我們在過去的一個階段,在化學實驗教學中已經采取了一系列改革措施,也取得了不錯的教學效果。但化學實驗教學改革任重道遠,需要不斷引進新的教學理念和教學方法與技術,不斷提升化學實驗教學質量,才能真正成為高水平、創新型人才培養中不可或缺的重要一環。

  參考文獻

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