化學綜合設計實驗精品課程建設的研究與實踐*

鐘國清 霍冀川 葉旭 張歡

(西南科技大學材料科學與工程學院 四川綿陽 621010)

化學綜合設計實驗是面向我校應用化學、材料科學與工程、生物工程、環境工程等12個專業開設的一門獨立的實驗課程，開設在基礎化學和基礎化學實驗課程之后。在學校的大力支持和教師的努力下，我們對化學綜合設計實驗課程進行了卓有成效的建設，組建了化學實驗教學團隊，并于2007年被批準為首批校級重點教學團隊，2010年被評為國家級教學團隊；2005年、2007年和2008年，本課程分別被評為校級、省級和國家級精品課程。教學實踐表明，本課程對培養學生學習化學的興趣和積極性，發現問題、分析問題、綜合運用基礎知識、實驗技術和測試方法解決較復雜問題的能力，查閱文獻資料的能力，總結、歸納的能力，動手能力以及科學研究工作的能力等起到了重要的作用。

1 課程體系及教學內容的整合與優化

化學綜合設計實驗課程的建設目標是：以信息化平臺的教學資源共享方式為基礎進行教學，以培養學生的創新思維和動手能力為宗旨，最大限度地發揮學生的聰明才智，把本課程建設成為學生喜愛，并能在真正意義上使學生具有獨立學習、獨立分析問題和解決問題能力的一流精品課程。本課程是在基礎化學實驗課程之后開設的不局限在二級學科范圍內的獨立實驗課程，是基本綜合實驗、設計研究型實驗和研究型實驗的有機結合；本課程既注重培養學生的綜合實驗技能、解決實際問題和綜合運用知識的能力，又注重培養學生的獨立思維能力和創新意識，是培養學生創新精神、創新能力的好途徑。

課程建設是提高教學質量的關鍵環節之一，也是教育部“質量工程”的重要內容。在人才培養過程中，課程對實現人才培養目標具有舉足輕重的作用。傳統的實驗課以開設驗證性實驗和簡單實驗為主，綜合性、設計性內容較少，而且幾乎沒有反映現代新技術、新應用的內容；各門化學實驗課程間以及化學課程同專業基礎課的實驗教學內容也存在不必要的重復，導致課程門類多，既浪費時間，也不利于調動學生學習的積極性和主動性，不利于培養學生的綜合能力。20世紀80年代，我校在硅酸鹽工程專業的實驗課程中開設了部分綜合性實驗；90年代初期，在無機化學、有機化學、分析化學以及物理化學等基礎化學實驗課程中逐漸增設了部分綜合性實驗教學內容。在以往的教學過程中，化學專門化實驗教學將化學實驗局限在傳統的小而全的二級學科甚至三級學科范圍內，不合理地分割了化學學科內在的聯系。我們認為現代化學已經發展到了各學科分支間縱橫交叉、互相滲透和融合的程度，如果在教學中不有意識地把各基礎學科的知識和技能加以綜合，就難以適應現代化學發展的要求[1]。

自2004年起，學校全面推行完全學分制，對本科人才培養體系和培養方案進行了全面調整。為適應“基礎扎實、能力強、素質高，具有創新潛能和協作精神的高級應用型專門人才”的培養模式和社會對人才類型的需求，課程體系尤其是實踐教學類課程體系和教學內容的改革勢在必行。我們以全面實施完全學分制為契機，按照國家精品課程建設要求，在校院的全力支持下，對前期工作進行深入研究和總結，整合、優化課程組人員，更新儀器設備，建設實驗硬件平臺，從而使實驗教學水平得以全面提升；并修訂了課程教學大綱。在2005年，進一步調整了課程教學內容和實驗課時，將化學綜合設計實驗設為獨立開設的實驗課程,在應用化學、材料科學與工程、生物工程、生物技術、制藥工程、食品科學與工程、動物科學、環境工程、過程裝備與控制工程、安全工程、建筑環境與設備工程、土木工程等12個專業開出。

2 以科研成果促進教材建設

教材是教學之本，也是教學思想和教學方法的重要載體[2]。在深化教學改革中，實現教材建設的創新是有效解決教學內容和教學方法存在問題的關鍵[3]。2005年，我們開始著手《化學綜合設計實驗》講義的編寫工作，并將其列入學校“十一五”規劃教材。該教材融入了多學科研究成果，補充了應用化學專業含能材料方向聯合辦學新特色的實驗內容，涵蓋了化學、材料、生命、環境、能源、醫藥、農學等學科領域內容，適用面廣，受益面寬，突出了我校的專業特色和辦學特點。每個實驗的籌備由課程組骨干教師專人負責，包括實驗內容設計、實驗平臺建設、編寫實驗講義和指導實驗等。實驗方案大多來自教師的科研成果和生產實際，經過多年的實踐，整合、精練而成；實驗內容注重理論聯系實際，有理論性、實用性和趣味性。該教材2007年由化學工業出版社出版，已在全國多所學校使用。

化學綜合設計實驗課程的實驗項目分為綜合實驗(4個模塊，52個實驗項目)和設計研究實驗(3個模塊，43個實驗項目)兩大部分。綜合型實驗的開展，旨在培養學生的實驗操作能力,加強學生對所學無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等基礎化學課程及相關課程的理論知識的綜合理解與應用；設計研究型實驗可培養學生獨立創新的意識，激發學生的科學研究興趣，同時，為后續課程化學創新實驗、畢業論文以及繼續深造打下良好的基礎。真正發揮了理論與實踐之間的重要橋梁作用，有助于學生的個性發展，并為優秀學生脫穎而出創造了條件。本課程根據不同的學科和專業需求進行安排，主要分成以下兩大體系：(1) 多學時體系(應用化學專業，4周)，學生分別在不同模塊中自主選擇3個綜合實驗和1個設計研究實驗或自帶設計研究實驗項目(包含大學生課外科技活動項目)；(2) 少學時體系(非應用化學專業，1周)，學生分別在不同模塊中自主選擇1個綜合實驗和1個設計研究實驗或自帶設計研究實驗項目。

3 教學方法改革與課程網站建設

本課程采取集中授課與分組指導進行教學。其中緒論、化學實驗基本知識、化學信息資源、試驗設計與結果分析等部分內容為集中授課；實驗部分按基本綜合實驗18～25人，設計研究實驗6～10人分組，安排專門教師負責教學并指導學生獨立完成實驗項目。實驗基本理論采用集中講授的方式；實驗過程和結果分析則采用啟發式和研討式教學，引導學生廣泛參與討論,以解決實驗中出現的問題，培養學生的獨立思維能力和創新意識。在教學中，注重學生創新能力的培養，引導學生主動提出問題、分析問題和解決問題，激發學生的獨立思維,并適當拓展實驗內容。對于設計研究實驗(含學生自帶課題)，由教師引導學生廣泛查閱相關文獻，優化實驗方案，將實驗內容和結果以科技小論文的形式提交。

在化學綜合設計實驗的教學中，實踐“一體化、多層次、開放式”教學模式[4]，完善了符合我校培養目標和特點的實驗課程體系。本著戴安邦教授所倡導的“化學教育既傳授知識和技術，更訓練科學方法和思維，還培養科學精神和品德”的全面化學教育準則，根據不同層次、不同專業的培養要求，按照“基礎實驗—綜合實驗—設計研究實驗”3個層次推進教學進程[5]。堅持“化學實驗是實施全面化學教育的一種最有效的教學形式”的原則，及“嚴謹細致每一環節，以思維而延伸于其他”的教學理念，形成了“基礎—提高—揚優—介入科研”4個層次的開放實驗教學模式和管理方法[6]，完善了對不同層次學生因材施教的實驗教學方法。

本課程實行全程監控考核，從預習、考勤、實驗操作過程及結果、實驗報告/論文等各個方面綜合考慮。其中考勤5%，預習或實驗方案設計20%，實驗操作過程及結果40%，實驗報告/論文35%。設計研究實驗要求撰寫實驗小論文，字數在3000字左右，須寫明實驗的意義、實驗原理、實驗裝置圖及實驗結果與分析討論、參考文獻等。該環節既是對設計研究實驗的總結，學生可根據自己的實驗情況，分析、歸納、整理實驗數據，評價與討論實驗結果；也是對學生科研寫作能力的培養過程，為大學畢業時撰寫畢業論文奠定了堅實基礎。為進一步激發學生興趣，加強對學生實際動手能力的培養，從2005年起，我校每年都舉行化學綜合設計實驗大賽。從過去的大賽結果看，學生積極性高，參與專業面廣，效果顯著。

精品課程網上資源包括教學大綱、課程簡介、課程負責人介紹、教學隊伍、電子教案、電子版實驗教材、課程錄像、參考文獻、習題與思考題、教學效果評價、實驗室資源、實驗報告與論文撰寫規范、歷年諾貝爾化學獎介紹、網上交流平臺、學生選課系統、化學綜合設計實驗大賽、化學常用數據表、化學實驗室的安全與防護、實驗室污染與防治、化學信息資源相關鏈接等內容，形成了立體化的課程教學體系。內容豐富的化學綜合設計實驗課程網站已受到廣大師生的喜愛。該網站能及時提供相關的最新文獻資料，學生可隨時在校園網上查閱相關文獻；通過網上選課系統，學生可自行預約實驗時間，選擇指導教師；利用網上交流平臺，教師可在網上答疑，學生可在網上進行學習交流。

4 實驗室的全方位開放

化學綜合設計實驗課程每年選課學生近2000人，實行了實驗室的全方位開放，建立了仿真實驗室，學生既可進行相應的預習，也可以在計算機上進行實驗課程的仿真模擬。同時實施了基礎化學實驗的預約式開放及綜合設計實驗的全面開放，對創新實踐和大學生科技活動，特別是對學校實驗室開放基金項目和進入科研實驗室的學生全天候開放。首先是常規的玻璃儀器全面向學生開放，學生可根據自己實驗的基本情況在實驗室借用所需的儀器；其次是實驗的講授和實驗的準備情況向學生開放，將開設的實驗項目、內容掛在網上，學生隨時可以進行學習。在實驗準備方面，鼓勵學生進入實驗室進行實驗的準備工作，形成雙向式的教學模式。

本課程依托相關的省級重點實驗室及分析測試中心等實驗平臺資源，發揮學科群體優勢，加強實驗教學和實驗師資隊伍建設。多數的綜合實驗、設計研究實驗內容來自教師的科研成果，高職稱、高學歷、高水平的教師直接參與實驗教學，較好地實現了科研促進教學和學科間的相互滲透，從而構建了較高水平、有明顯特色、可實際操作的化學綜合設計實驗課程。該課程在內容上注重學科前沿、產業動態及科研成果相結合；在設置上注重理工交融、學科交叉和課程特色化組合；為學院實施“3+1人才培養方案，培養具有專業特色的應用型高級人才”(學生在前3年完成所有理論課程的學習，后1年主要進行分類、彈性的創新實踐集中訓練)奠定了堅實的基礎。

5 師資隊伍建設的途徑與成效

在精品課程建設中，建立一流的教師隊伍是關鍵。教師的作用不僅是傳播知識，還要指導學生學會學習，培養學生的各種能力，促進學生全面發展。精品課程能否真正成為“精品”，教師往往起決定性的作用[7]。精品課程首先要有一批學術造詣高、具有豐富授課經驗的主講教師，高水平師資隊伍建設是精品課程建設的根本保證[8]。在師資隊伍建設方面，我們主要做了以下工作：(1)注重人才引進，充分利用學校的各項優惠政策，嚴格把好“進人關”，積極爭取優秀人才加盟，充實課程教學隊伍；(2)注重學歷培養和再教育，有計劃有步驟地選派部分教師外出進修或攻讀博士學位；(3)注重教學研究，鼓勵教師積極申請各級教學改革與研究項目，編寫教材，發表教學論文和開發新實驗，提高業務水平；(4)注重以老帶新，堅持傳、幫、帶的傳統作風和嚴格管理，在新教師指導實驗前，組織聽課、試講，并安排新老教師同組教學；(5)注重政策傾斜和優秀教師的培養，穩定現有教師隊伍，使他們感覺到集體的溫暖，為出名師、出帶頭人建立良好的氛圍；(6)注重教學交流，邀請有關專家學者來我院進行交流、指導，同時選派部分骨干教師參加各類型教學研討會等。

目前本課程教學隊伍共有教師36名，其中教授12人(占33.3%)，副教授(高級實驗師)13人(占36.1%)，講師(實驗師)9人(占25.0%),助教2人(占5.6%)；博士11人(占30.6%),碩士15人(占41.7%),學士8人(占22.2%),46～55歲的8人(占22.2%),36～45歲的19人(占52.8%),35歲及以下的9人(占25.0%)，平均年齡為39歲。教學隊伍中有教育部教指委委員，四川省學術和技術帶頭人及后備人選等中青年專家，已形成一支職稱結構、學歷結構、年齡結構和學緣結構合理，有實力、有活力的教學科研復合型教學梯隊。課程教學隊伍的教師思維活躍、勇于創新，善于將最新的科研成果結合到教學中去，既不脫離基本知識、基本理論和基本技能，又突出了學科發展前沿。

6 精品課程建設取得的成效

本課程自開設以來，進行了大量的教學研究與改革，建立了適合我校實際情況的化學綜合設計實驗課程體系，并圍繞課程體系和教學內容，制定了適合不同層次的教學大綱，革新了教學方法和手段。化學綜合設計實驗是學生自己查閱文獻資料，自己設計實驗方案，獨立開展實驗，學生成為實驗的主人;改變了以前學生被動完成實驗的局面，大大提高了學生做實驗的主動性和積極性。學生和同行對化學綜合設計實驗課程反映良好，提高了學生的興趣和積極性，培養了他們的獨立工作能力、分析問題的能力以及創新意識，學生網上評價和督導組評價優良率均為100%。通過每學期期中和期末教學檢查所召開的學生座談會和個別交流反饋，學生對本課程的教學滿意，認為教師運用教學方法得當，充分調動了學生學習積極性，培養了學生的綜合能力。

化學綜合設計實驗教學內容接近科研和生產實際，學生可從中得到全面的綜合實踐能力訓練和創新能力培養。學生在課程教學反饋中認為：化學綜合設計實驗可使學生認識到科學研究的基本過程，具有挑戰性和設計性；化學綜合設計實驗不僅提高了學生的化學文獻查閱能力和實驗操作的技能，還加深了對相關化學理論知識的認識，鍛煉了團隊協作的能力，最重要的是使學生享受到了化學研究的樂趣。同時，課程建設還得到了有關校外專家的高度評價，認為化學綜合設計實驗是高等教育教學改革的重要探索，對普通高等學校化學實驗教學改革有良好的示范作用和推廣價值，具有綜合性、創新性、實用性和趣味性；課程已形成鮮明特色，對開啟學生思維、培養學生學習化學的興趣和積極性、培養學生分析問題和解決問題的能力具有重要的意義。

7 今后工作的設想

實驗教學是本科教學的重要組成部分，科學實驗是培養大學生創新能力、實踐能力和創業精神，提高大學生科學素質的重要環節。我們將進一步加強對實驗教學的研究與探索，不斷進行實驗教學的改革，為提高實驗教學水平，全面推進素質教育而努力。(1) 繼續加強教師隊伍建設，吸引更多高學歷、高水平的教師加入到課程教學隊伍中來，不斷注入新的血液，確保師資力量一流。(2) 深化教學改革，不斷探索符合教育教學規律的新方法、新思想，逐步開展雙語教學。(3) 完善多媒體教學課件和流媒體等網絡教學資源，不斷提高教學質量。(4) 更新教材內容，堅持創新、不斷進取，將新的科研成果引入實驗教學體系，不斷更新實驗教學內容，適時編寫新版教材。(5) 加強實驗室軟硬件建設，多渠道、多方面爭取實驗室建設資金，改善實驗條件，提高管理效率，為開設更高水平的實驗提供優良的硬件環境。

[1] 王伯康,王志林,孫爾康.大學化學,2001,16(2):25

[2] 李珺,張逢星,董綺功,等.高等理科教育,2003(1):50

[3] 崔有為,王淑瑩,彭永臻.中國現代教育裝備,2008(6):11

[4] 鄒世春,陳六平,余小嵐,等.實驗技術與管理,2006,23(12):5

[5] 王志林,姚天揚.大學化學,2000,15(2):18

[6] 孫爾康,張劍榮,張家玫.實驗技術與管理,2007,24(11):5

[7] 石現峰,張昀青,龐巍.河北經貿大學學報(綜合版),2008,8(2):107

[8] 王玉枝.化工高等教育,2008(1):22