精細化工實驗教學模式的探索與實踐

劉仕偉　李露　于世濤

[摘 要]精細化工實驗是為應用化工技術專業學生開設的一門專業實驗課，目的是通過典型精細化學品的合成及應用，使學生初步了解精細有機合成反應的基本方法及所得精細化學品的用途，并掌握常用精細化學品的檢測分析方法。精細化工實驗教學過程中“綜合性實驗-設計性實驗-開放性實驗”多層次教學模式的探索與實踐，通過調整實驗內容和改進教學方法來強調實驗的實踐性和應用性，達到提高學生綜合實驗技能和工程能力的目的。教學結果表明，多層次的精細化工實驗教學模式可有效提高教學質量，有利于培養學生獨立思考問題和解決問題的能力。

[關鍵詞]實驗教學 教學改革 精細化工

[中圖分類號] G642.423 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）05-0114-03

一、引言

精細化工實驗是為應用化工技術專業學生開設的一門專業實驗課，目的是通過典型精細化學品的合成及應用，使學生初步了解精細有機合成反應的基本方法及所得精細化學品的用途，并掌握常用精細化學品的檢測分析方法。[1]精細化工所包含的內容非常廣泛，產品種類繁多、更新速度快、附加值高，涉及醫藥、染料、涂料、香料和助劑等。此外，精細化工實驗課程是學生在完成基礎化學課程、化工原理、化工工藝學和精細有機合成單元反應等專業基礎課的學習及其相應實驗基本操作訓練的基礎上，開展的一門以精細化學品研究開發為主的專業實驗課程，具有較強的綜合性和實踐應用性。[2] [3]可見，組織好這門課程的教學對培養學生的專業綜合素質、創新能力具有十分重要的意義。[4] 然而，現用的教學模式以驗證性為主，教學方法多為注入式，學生被動地從事實驗，教學效果并不理想。如何調動學生從事實驗的主動性和積極性，更好地培養學生獨立思考和解決問題的能力，乃至終身學習的能力和習慣，是擺在教師面前的重要問題。由此，本院在教學中精心選擇實驗內容，合理安排實驗順序，形成了多層次的教學模式，即“綜合性實驗-設計性實驗-開放性實驗”的教學模式。該教學模式在實驗的初期安排學生做綜合性實驗，強化學生實驗操作技能，提高學生從事實驗工作的綜合能力；第二階段安排設計性實驗，以培養學生的創新意識和創新能力為主；最后安排開放性實驗，旨在培養學生的科學精神和創造性思維習慣，以及收集、處理信息和分析解決問題的能力。

二、實驗教學模式的探索與實踐

（一）專業實驗注重專業技能的訓練

1.改革、更新教學內容

本著精選經典、加進現代的原則，著重選擇緊扣教學內容，對學生理解和鞏固基礎知識幫助較大、可鍛煉學生自我解決問題能力的實驗來進行。自2008年以來，在確保強化學生專業實驗技能的前提下，已更新實驗教學內容3次，尤其增加反映高新技術與實際應用相關的內容，所用的實驗指導書連年更新，使每個實驗均趨于綜合化、工程化和應用化。如：十二烷基甜菜堿合成實驗中增設了表面活性劑類型的判定方法（顯色法，并與十二烷基磺酸鈉相比）、殘留氯含量的測定（莫爾法）、向上延伸要求學生提供實驗所需原料的質量指標及檢測方法、向下延伸要求學生檢索本產品的用途并進行原材料成本核算。

2.實驗教學法改革

（1）強化預習。大三年級學生對大學實驗方式已有了基本的認知，但仍需強調對實驗目的、原理、儀器、藥品、操作等內容的學習，學生在預習過程中需要關注的重點和難點等知識點較多。由此，針對綜合性和設計性兩類實驗編寫了“實驗指導”供學生預習時使用，其內容主要包括：①中英文的實驗題目和摘要，體現雙語教學；②預習思考題，學生進入實驗室開展實驗前，必須準確回答并理解思考題所設緣由；③實驗原理和實驗方法指導，便于學生從根本上理解實驗和解釋實驗現象；④實驗討論與注意事項，促使學生預知實驗現象和實驗結果，明確實驗注意事項；⑤實驗預習報告和實驗記錄格式。每次開展實驗教學前，嚴把預習關，學生必須先交預習報告，并經教師審閱認可后方可進入實驗室開展實驗。開放性實驗則要求學生自己按照上述格式編寫“實驗指導”，并完成實驗預習報告。

（2）課堂教學法。在每個實驗開始之前，教師先集中進行一次課堂教學，課堂教學一改先講原理后講步驟的傳統教學法，鼓勵學生先提出問題，然后針對問題精講，多采用提問的方式進行，使學生切實了解本次實驗的目的，熟知實驗內容；采用討論的方式使學生掌握實驗過程中的操作步驟和實驗現象，強調中間控制對實驗操作和實驗結果的影響。這樣既可以使學生變被動為主動，積極地參與思考和討論，又有助于授課教師檢驗學生的預習情況，了解學生對實驗內容的掌握情況，以便在實驗課上有針對性地給予輔導。

（3規范操作。盡管學生已經預習了實驗的基本操作和所用儀器的使用方法，教師在實驗開始前仍需強化操作對安全、實驗結果乃至在工業生產中對產品質量和成本等的影響。首先，教師針對實驗操作方法進行提問，結合預習報告中存在的問題，然后針對不規范性操作進行演示，使學生進一步明確如何規范使用儀器；在實驗過程中，教師巡回檢查并隨時提問，及時糾正學生在操作中的錯誤，進一步強化實驗操作規范，提高學生的綜合實驗技能。

（4）嚴格考核。實驗考核分兩部分，即平時成績和理論成績。平時成績包括三部分，比例為總實驗成績的60%，其中預習、操作和實驗報告分別為平時成績的20%、40%和40%；預習成績主要體現實驗前預習報告的成績和課堂提問成績；操作成績包括回答教師有關的操作提問、演示和實驗具體操作等；實驗報告成績中，30%為實驗后的實驗報告及附在報告后的實驗記錄（實驗記錄為教師在實驗操作結束后現場簽字確認的實驗記錄），10%為實驗室藥品使用情況、實驗室衛生和實驗紀律。實驗理論成績為總實驗成績的40%，即期末的實驗理論筆試成績，考查學生對實驗理論知識和操作規范的整體掌握情況。

（二）綜合性實驗的研發

（1）綜合性實驗的設計。綜合性實驗主要以訓練學生的綜合實驗技能為目的，與基礎化學實驗相比難度較大，內容上更為全面，應更加地強調工程化概念，主要包括所用試劑的制備方法、主要質量指標及其分析鑒定的方法、實驗操作中的中間控制、所得產品的質量指標及其檢測方法和成本核算等。根據綜合性實驗的設計和選擇的8原則[5]，結合教材中成型的內容，重新設計了系列性綜合實驗，以方便選擇。

（2）綜合性實驗的研發。在綜合性實驗設計的基礎上，由教師根據綜合性實驗完成的情況，對綜合性實驗的具體操作進行優化、規范化和深化，使綜合性實驗涵蓋有機合成、化學分析、儀器分析和生產原材料成本核算等內容，并構成系列性綜合實驗，全面培養學生的綜合實驗技能和動手解決問題的能力。該系列性綜合實驗所采用的原料相對單一，前面實驗的產物可作為后面實驗的原料，這樣既可使學生明白實驗所得產物的用途，又可減少實驗費用支出，符合綠色化學和環境保護的要求。如將所合成的表面活性劑十二烷基甜菜堿用于洗衣液的復配實驗。

（三）設計性實驗

（1）設計性實驗的篩選。為了更為全面地訓練學生的綜合素質，提高學生思考問題和解決問題的能力，設計性實驗將更加注重應用性、趣味性和經濟性，如將原教材中的丙烯酸甲酯本體聚合實驗改為設計性實驗，讓學生根據自己的喜好制備人工琥珀掛件，可明顯調動學生的實驗積極性。

（2）設計性實驗的準備。為了更好地指導學生做好設計性實驗，教師需要全面了解相關文獻，熟知具體的實驗操作和實驗現象，預知實驗過程中可能出現的問題，并能給出合理的解釋或處理方法，同時需要準確地預測實驗結果。因此，教師首先對設計性實驗進行多次實踐，從整體和細節上熟知實驗過程和實驗現象，從而可在整個實驗過程中為學生提供全方位的指導。

（四）開放性實驗

1.開放性實驗的選擇

目前，盡管大部分高校在實驗教學環節采用開放式實驗教學法，但就學生角度而言，開放性實驗的教學效果較為有限，其主要原因是學生對化學化工實驗的重視程度不夠、興趣不高所致。因此，開放性實驗的設置應從學生角度出發，調動學生的興趣，使學生能主動地、積極地、自愿地參加開放性實驗。所以，選擇開放性實驗時，在實驗內容上應強調綜合性和多選擇性，給學生留有判斷和選擇的空間。學生通過查閱文獻，可以找到多種實驗方案，并且需要運用已掌握的理論知識，反復推敲，方可選擇出較佳的實驗方案。

2.開放性實驗的教學方法

（1）首次開設開放性實驗，確實有一定難度，多數學生會感到束手無策。由此，教師需要在頂層上給予學生適當的指導，使學生明白開放性實驗與綜合性和驗證性實驗的差異，明確開放性實驗的特點。學生經過文獻資料的檢索來了解實驗背景，掌握與實驗有關的基礎原理知識，初步形成實驗方案，并以此為據書寫實驗指導和預習報告；教師認真批閱學生的實驗指導和預習報告，明確不足并要求學生補充修改，形成具有較強可行性的實驗方案。

（2）以所形成的實驗方案為指導，學生自己動手調配實驗材料和試劑，組裝調試儀器，并進行實驗操作模擬；正式實驗之前，教師需要講評有代表性的方案，優秀的實驗方案給予表揚，差的實驗方案要明確缺點，以便學生及時修改；最后，教師需要告知學生實驗注意事項，形成可實施的實驗方法。

（3）在實驗過程中，教師巡回檢查學生做實驗的情況，及時給予指導和處理實驗操作中出現的問題，引導學生完成實驗方案；實驗結束后，教師簽字確認實驗記錄，要求學生及時處理實驗數據，對實驗結果進行討論，得到合理的實驗結論；實驗報告以學術論文快訊的形式撰寫，提高學生的科技論文寫作能力。

3.開設開放性實驗的體會

（1）開放性實驗與綜合性實驗和設計性實驗相比，使學生變被動學習為主動學習。在開放性實驗實施初期，學生需要檢索相關文獻、自行設計實驗指導、選擇較佳的實驗方案，充分調動了學生學習的積極性和主動性；在實驗過程中，學生要獨立思考、善于發現問題和解決問題，有利于激發學生的創造欲和探索欲，同時有利于培養學生嚴謹的科學態度和良好的團隊合作精神；實驗結束后，學生以科技論文快訊的形式提交實驗報告，有利于提高學生的寫作能力。

（2）開放性實驗既能使學生鞏固所學的基礎理論知識，還能擴大學生的知識面，學到教材中沒有的知識。同時，由于開放性實驗在設立之初緊緊圍繞本學科的最新研究前沿，實驗方案是學生自行篩選的，實驗過程由學生自主完成，所以整個過程存在的不確定性較多。由此，指導教師應該具有較高的業務水平和較強的責任心，有足夠的能力和經驗幫助學生及時解決實驗過程中出現的問題。可見，開放性實驗教學促進了指導教師教學能力的提高，真正實現了教學相長。

（3）開放性實驗可促使學生進一步熟悉文獻資料的檢索、閱讀、分析和歸納整理，了解科技論文撰寫的基本思路和方法，初步具有撰寫科技論文的能力。

（4）由于受限于精細化工實驗的學時，每屆學生僅開設1-2個開放性實驗，希望在下一次的培養方案修訂中能增加本實驗的學時，提高開放性實驗的實驗項數，使學生有更多的機會參與開放性實驗，并得到更多的鍛煉。

三、結語

自2008年課程體系改革以來，精細化工實驗中所采用的“綜合性實驗-設計性實驗-開放性實驗”的教學模式在不斷探索和實踐，并逐步形成了一種較為成熟的教學模式。該模式在精細化工實驗的教學實踐結果表明，其可為學生搭起獨立思考問題、分析問題和解決問題的平臺，使學生變被動學習為主動學習，培養了學生的終身學習能力。相信隨著教學改革的不斷深入，這種教學模式會日趨完善，倍加受到師生的歡迎。

[ 注 釋 ]

[1] 王士財，張曉東，張中一，等.精細化工實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2010（3）：106-108.

[2] 張偉，許英梅，華瑞年，等.精細化工實驗教學改革的探索[J].中國科教創新導刊，2008（6）：38.

[3] 顏紅俠，黃英，王艷麗，等.精細化工實驗的改革與實踐[J].高校實驗室工作研究，2008（2）：6-7.

[4] 周忠華，陳新.精細化工實驗教學改革的探討[J].實驗室研究與探索，2002（1）：20-22.

[5] 李羽讓，梅景春，彭金華，等.基礎化學綜合實驗教學的探索[J].實驗室研究與探索，2005（9）：67-71.

[責任編輯：覃侶冰]