化學類多層次教學實驗室建設與管理對策

伍 明 鄧克儉 唐萬軍

[摘要] 通過對化學類本科生多層次教學實驗室平臺建設、管理和使用的基本情況及具體措施介紹,探討了以傳統的基礎化學實驗室為依托,建設化學類本科實驗教學開設綜合性、設計性和研究性實驗的實驗室平臺的工作。堅持建設與管理并重,把“發展、質量、特色”理念融入實驗室建設和管理中,為全面提高實驗教學質量、培養學生的實踐和創新能力打下堅實的基礎。

[關鍵詞] 化學類多層次教學實驗 實驗室建設 實驗室管理

根據“新世紀高等教育教學改革工程”的設計方案,化學類專業的化學基礎實驗課內容分3個層次:基本實驗、綜合實驗和研究型實驗。在保留和完善基本經典實驗的基礎上,增加了綜合實驗和設計實驗,這類實驗涉及的知識面寬,要求學生綜合運用所學的知識思考并解決實驗中的問題。為適應新形勢的發展和要求,各高校都在進行實驗教學體系與內容的改革與調整。對化學類實驗如何改進和如何創新,如何更好地與化學類研究發展相結合,是當前高等院校化學類實驗教學中一個嶄新的課題。如何達到繼承性教育和創新能力培養的目的,并將其轉化為可操作的教學行為,實現較好的實驗教學效果,引起了同行廣泛探討。我們認為,把“發展、質量、特色”理念融入實驗室建設中,對實驗室管理重在“理”是提高實驗教學質量的保證。

一、我校化學類實驗現狀

化學類實驗綜合和涵蓋了化學領域各分支學科涉及的研究方法和研究工具,具有綜合性、研究性較強和定量化程度較高的特點。它所涉及的知識面廣、使用的光學、熱學、電學儀器設備多,不僅要求學生能了解儀器的基本結構與重要部件的功能,掌握與儀器相關的實驗操作技術,而且要求學生能將化學的理論知識與實驗技能培養相結合,用化學的理論知識來指導實驗,并通過實驗得出合理的、精確的數據,還要求學生掌握實驗數據的正確處理方法,培養學生對實驗誤差進行分析的能力。我校在基礎的化學實驗中對此進行了各個單元全面訓練,也建成了為此服務的實驗室平臺,這為多層次教學實驗的實驗室建設打好了基礎。

教育的創新既是觀念的創新,也是教學內容、方法、手段的創新,綜合性、設計性和研究性實驗的開設內容、方法、手段各不相同,我們嘗試學生獨立設計并完成某些實驗,學生根據實驗題目查閱相關資料,在實驗過程中自行選擇和確定實驗儀器及實驗方案等,以培養和訓練學生設計實驗方案,解決問題的科學研究創新能力。學生依照自己設計方案動手進行實驗時,一切都要靠自己摸索進行。既要根據實驗室的實際合理選擇一定規格的配套儀器,組裝實驗裝置,準確控制實驗條件,嚴格按照規范的操作規程進行一系列操作,又要應付實驗中出現的各種意外及難題。這就需要學生學思結合,手腦并用,綜合運用所學的知識及實驗技能戰勝困難,有所發明,有所創造。實驗完成后,實驗報告以科研論文的形式完成,并寫出體會和建議。學生在實驗過程中,實驗室的所有儀器設備全天開放。目前,各個高校根據自己的條件給出幾個或幾十個不等的題目。我們也每次給出二十余個題目供學生選做。內容來源為:

1.結合生活實際應用,綜合運用化學手段及方法對多項指標進行測定。

2.從化學實驗存在的問題出發,讓學生自行設計實驗,從而解決教學中需要解決的問題。

3.從教師科研項目中提取一部分內容,由學生自行設計實驗,從而解決科研中需要解決的問題。

4.學生自帶課題,課題完成后可撰寫小論文。

開設這類實驗主要遇到以下三個方面的問題:

(1)教學設備條件的限制

學生個性化的設計實驗更多地接受新信息,現代科學技術的發展使化學實驗越來越依賴新的科學儀器。使用新的科學儀器,改進舊的實驗方法,尤其是帶工作站的實驗儀器是學生更愿意在自己的設計中使用。因而實驗儀器的更新步伐使綜合、設計和研究性實驗課的教學受到了一定的限制。

(2)教學管理上的新問題

實驗課的教學主要目的是培養和訓練學生的實驗動手能力,解決實際問題的能力和開拓創新能力。學生自主綜合、設計和研究性實驗的實施往往是利用課余時間到實驗室進行研究,這要求隨時開放圖書館、資料室和實驗室,給圖書資料和實驗室的管理帶來了困難,也給這些教學管理部門的改革提出了新要求。實驗室的開放在各高校也逐步開始,學生可以隨時進入實驗室,進行必要的準備工作和嘗試性實驗。實驗進行開放式教學的確有很多優點,但在具體實施過程當中難免要遇到一些實際問題,如儀器、設備的維護,由于學生操作能力及水平參差不齊,存在一個由生到熟的過程,難免造成一定程度上的損壞,增加了維護費用和教學工作量; 這些問題的解決需要對策。

(3)對指導教師的新要求

由于實驗內容增多且具有不確定性,學生會隨時提出各種各樣的問題,這就要求教師本身要有更多、更廣的知識面和先進的教育理念及創新精神,才能引導學生去學會實踐,學會創新。要求教師努力學習新知識,提高自身素質和專業能力,接受新信息,創造新經驗。

二、實驗室平臺建設

實驗室建設水平是反映學校教學質量、科研水平和管理水平的重要標志之一。我們追求以發展為主題,以質量為核心,以特色為導向,把實驗室建設成集基礎性實驗平臺、綜合性實驗平臺、科學研究訓練平臺于一體,逐漸形成一個技能化、個性化、多元化、現代化的實驗教學內容系統,使化學類實驗內容高起點進行成為可能。

首先,我們在傳統的化學基礎實驗室中,進行實驗室布局優化,調整、更新實驗內容,根據實驗教學的要求,結合學校科研特色,及時更新陳舊、老化設備, 通過實驗儀器設備的升級換代,引入現代測試技術和方法,提高了傳統實驗的精度和現代化水平,保證了高質量完成實驗教學任務。實驗室建設中考慮的另外一個問題是如何提高實驗室建設資金的利用效率。我們采取了兩種辦法;一是先定實驗內容,內容應滿足課程的基礎性、先進性、啟示性和綜合性,還應達到培養學生動手能力和綜合素質的目的。然后定設備,目的是利用率不高的設備不買、沒有擴展性的設備不買、能在實驗中心其它實驗室共用的不買。保證所購買的每一臺設備都能夠得到合理使用。充分考慮本學科前沿領域結合我校在該領域的科研具代表性的基礎實驗手段,不求全也不過分求新,但一定要涵蓋化學基本單元、基本工具、交流平臺,以滿足不同要求的學習者使用。如我們選購了帶工作站的熱綜合分析儀、氣相色譜儀等。其次,充分考慮網絡化的實驗教學和實驗室管理信息平臺,逐步完善網上輔助教學和網絡化、智能化管理。適時建立各實驗室間互動、互補機制及時信息溝通,彰顯綜合性大學優勢。而在自主綜合設計、研究性實驗階段,根據需要考慮合理利用整合后校內的現有實驗教學資源,使學生在大學期間就能夠經常接觸和使用最新最好的儀器, 并使他們有機會接觸現代化的大型貴重儀器。滿足學生高層次實驗的同時還可最大限度地發揮學校已有的實驗教學資源優勢。隨著人們環境意識的增強,實驗環境也越來越受到師生的重視。因而,如何以人為本,營造一個安全無污染的實驗環境,也是我們多層次化學類實驗室建設中重視的問題之一。

三、建立新的實驗室管理體系

面對21世紀教學改革的挑戰,實驗室也改革了傳統的管理體制,構筑了面向未來的實驗教學新體系。院實驗中心提出了新的實驗室管理模式即集中型管理模式。但尚需不斷理順和完善管理機制,根據不同使用對象,從實際出發,制訂具體的實施細則。完善的管理制度是充分發揮實驗室作用的基礎,我們根據不同方面不同層次制定了相關的細化規章制度。例如,學生進入自主綜合、設計、研究性實驗前需通過相關儀器的單元操作考核的制度、分層次的實驗室開放制度、實驗室資料管理取用制度等等。學生實驗規則細化到學生未進實驗室前,對每個班的學生進行分組、編號,固定序號;進入實驗室除攜帶記錄本,其余物品換鑰匙儲存;所用儀器藥品都固定到人,丟失、損壞的儀器及時查清,藥品的消耗及時補充,盡管實驗室天天投入使用,也能確保實驗順利進行。實踐證明,讓學生明確獎懲條例,自覺遵守實驗室的各項制度,能管好、用好實驗室。

要讓實驗室充分發揮教學效益,我們加強了以下三方面的管理:(1)儀器設備的管理。實驗設備能否安全正常運行直接關系到教學和科研的質量,沒有一個完善的管理措施,就不可能高效合理的運行。抓好驗收、建賬、存放、正常使用操作培訓、保管維修等各個環節。符合科學、規范、安全、合理、美觀、方便的原則,使儀器使用、存放規范化,同時建立維修維護等技術檔案,健全儀器設備的原始資料,加強實驗設備日常維護和保養。使儀器使用制度化、規范化。(2)實驗室資料管理。主要有:實驗通知單,學生實驗登記記錄薄、借儀器記錄薄、損壞賠償記錄薄、預備實驗記錄、實驗報告及儀器說明書、實驗參考書等。(3)實驗室的衛生安全管理。只有做到安全實驗,才能真正發揮儀器在實驗教學中的作用,使學生更好地理解和鞏固知識,培養科學的學習態度。

隨著化學類實驗的學習從基礎層次到綜合、設計和研究層次,學生的學習由計劃性學習到個性化、隨機性的學習,這與實驗教學管理的計劃性要求相違背,為了解決這一問題,實驗室必須采取一定的措施來加以協調,實行開放預約制度是廣泛采用且行之有效的辦法。我們倡導實驗技術人員和教師共同管理實驗室。如果僅僅依靠實驗技術人員來照管學生,從時間上或實驗指導上都不能得到有效保證。僅有時間上開放,而沒有豐富的內容和自主性環境支撐,就會使實驗室開放這一生動形式變得缺乏吸引力,使實際效果大打折扣。我們努力保持高級階段的開放,但靠教師超額付出的實驗室開放其持久性是值得懷疑的,我們也期望在管理上有相應可持久運用的對策。在高層次的化學類實驗中加強實驗室現代化管理,合理利用實驗室資源。實現研究室與實驗室的更加緊密結合;充分利用網絡技術,特別是利用大型實驗設備和分析儀器的統一管理、使用,使部分自主綜合設計性實驗能高質量的完成。

管理好實驗室,開展好實驗教學,一支結構合理、素質優良、精干的實驗室隊伍是教學實驗室建設管理的決定因素,實驗室的體制和實驗室人員的素質將決定實驗教學質量的優劣。我們通過竟聘產生的實驗主講教師主持討論并全面安排不同層次的實驗內容,組織實驗教學實施,合理安排實驗指導教師,經常性組織經驗交流和問題討論,協調和配合好實驗技術人員實驗室日常管理。強化和提高實驗技術人員從事實驗前后的準備、實驗技術的開發、儀器設備的管理和維護以及實驗室日常工作的管理水平。但隨著學生增多,實驗層次增多,實驗室的工作量不斷增加,每天要做大量的工作,十分勞累,其勞動強度和工作質量在更大的程度上取決于他們的自覺性和責任感, 在這種情況下,我們將配制藥品的工作分解到勤工崗的同學,經過簡單藥品前處理和配制培訓,加強監管并要求在溶液試劑瓶上標明品名、單位、配制者名字和日期,經過兩年實踐效果很好。總之,實驗室管理是一項綜合工程,是實驗室管理人員的責任心、事業心、業務水平與組織才能高低的反映。

通過建設,我們的實驗條件、環境得到了改善,建成了完善的管理機制,形成了以深化基礎教學、面向全校開放、注重實踐能力、鼓勵創新思維為特色的多層次教學型化學類實驗平臺。

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基金資助:湖北省高等院校教學研究項目的資助(立項編號:2009151)