基礎(chǔ)化學(xué)開放實驗室建設(shè)中“同質(zhì)異形”教學(xué)法運用探索

【摘 要】基礎(chǔ)化學(xué)實驗涵蓋常見化學(xué)實驗基本操作技術(shù)，是化學(xué)相關(guān)學(xué)科發(fā)展的堅實物質(zhì)基礎(chǔ)。河南大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗分中心承擔(dān)學(xué)校七個學(xué)院二十多個專業(yè)基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)任務(wù)，在開放實驗室進(jìn)一步優(yōu)化建設(shè)中，探索運用“同質(zhì)異形”教學(xué)法，強化基本實驗操作技能訓(xùn)練，強調(diào)結(jié)合不同學(xué)科專業(yè)實際創(chuàng)新應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】開放實驗室；“同質(zhì)化”訓(xùn)練；“異形化”應(yīng)用

中圖分類號： G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0130-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.057

高等教育是一個國家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦?biāo)志。從規(guī)模擴張轉(zhuǎn)向注重質(zhì)量提升和效益增長，走內(nèi)涵式發(fā)展道路是我國高等教育發(fā)展的必由之路。近年來，教育部、財政部在“本科教學(xué)工程”中特別要求：在大學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等薄弱環(huán)節(jié)，建設(shè)開放共享的大學(xué)生實驗、實踐教學(xué)平臺，培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展需要的應(yīng)用型、研究型和創(chuàng)新型人才[1]。實驗課程是高校實踐育人的重要形式，高校實驗室在高校教學(xué)科研、培訓(xùn)培養(yǎng)環(huán)節(jié)居于重要地位；“開放、共享、協(xié)作、互動”的開放實驗室建設(shè)成為高校實踐教學(xué)體系改革研究焦點內(nèi)容[1-6]。國內(nèi)很多高校進(jìn)行開放實驗室建設(shè)探索和嘗試，針對建設(shè)過程出現(xiàn)的問題，認(rèn)為制度建設(shè)完善、團隊培育提升、場地儀器保障、經(jīng)費籌措使用、獎懲考核激勵是開放實驗室建設(shè)、運行機制有效關(guān)鍵組成[7-11]。隨著開放實驗室建設(shè)深入，有些高校將實驗創(chuàng)新項目、大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃有機結(jié)合[12-15]；借鑒國外開放實驗室建設(shè)經(jīng)驗，在開放實驗室管理中引入導(dǎo)師制[3-17]；開發(fā)利用信息技術(shù)，提升開放實驗室運行管理水平[17-20]。

大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗一般基于傳統(tǒng)無機、有機、分析、物化實驗整合優(yōu)化，是化學(xué)、化工、材料、生物科學(xué)、醫(yī)藥食品、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程；開設(shè)對象主要面向一、二年級學(xué)生；注重學(xué)生實驗基本技能和基本方法培養(yǎng)。基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)存在的主要問題：生師比高、學(xué)生動手能力和自主創(chuàng)新意識薄弱、教學(xué)管理機構(gòu)重視程度不夠、實驗內(nèi)容“經(jīng)典”但是陳舊等[21-24]。以“教師引導(dǎo)、學(xué)生為本”為主要教學(xué)理念的開放實驗，可以為學(xué)生提供更為廣闊的自由空間，使學(xué)生主動探究、自主創(chuàng)新等綜合能力得到更為良好鍛煉[1-22]。河南大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗室在學(xué)校整合本科課程、縮減理論課堂教學(xué)和試驗計劃教學(xué)課時以還學(xué)生學(xué)習(xí)自主權(quán)及主動權(quán)的大環(huán)境中，通過開放實驗室建設(shè)，激發(fā)學(xué)生試驗實踐和科研興趣，促進(jìn)學(xué)生個性發(fā)展和創(chuàng)新能力培養(yǎng)；在基礎(chǔ)化學(xué)開放實驗室進(jìn)一步建設(shè)優(yōu)化中，結(jié)合教學(xué)服務(wù)對象實際和專業(yè)大類特點，探索形成“同質(zhì)異形”教學(xué)法，具有明顯的教學(xué)實踐正向效果。

1 基礎(chǔ)化學(xué)開放實驗室建設(shè)現(xiàn)狀

河南大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)試驗分中心于2006年8月由原化學(xué)化工學(xué)院、醫(yī)學(xué)院、藥學(xué)院等基礎(chǔ)化學(xué)實驗室合并組建，承擔(dān)七個學(xué)院二十多個專業(yè)的基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)任務(wù)。2007，承擔(dān)校級教改項目：《分析化學(xué)開放性實驗的實施》，2009，承擔(dān)校級教改項目：《基礎(chǔ)化學(xué)開放性實驗平臺建設(shè)》。通過項目開展，完善開放實驗室管理規(guī)章制度；依據(jù)基礎(chǔ)化學(xué)試驗教學(xué)大綱、結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)整合優(yōu)化試驗項目和開發(fā)試驗教材；逐步實現(xiàn)實驗時間、實驗內(nèi)容、實驗對象三大開放功能，提高場地和儀器設(shè)備利用率，促進(jìn)教學(xué)科研質(zhì)量水平提升；在開放實驗室內(nèi)部，舉辦實驗創(chuàng)新競賽，釋放學(xué)生創(chuàng)新熱情，錘煉學(xué)生創(chuàng)新能力，參與學(xué)生在校級和省級大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”大賽中取得優(yōu)異成績；進(jìn)行“個性化服務(wù)的高校實驗室開放模式的構(gòu)建”研究實施，對實驗項目進(jìn)行“多層次、多樣化、遞進(jìn)式”劃分，采用不同開放模式，優(yōu)化完善開放實驗室建設(shè)[25-26]。

2 “同質(zhì)異形”教學(xué)法運用探索

2.1 “同質(zhì)”-實驗基本操作技能和方法相同、培養(yǎng)目標(biāo)相通

基礎(chǔ)化學(xué)實驗主要是一級教育實驗即基本操作和基本技能訓(xùn)練實驗，涵蓋儀器的洗滌干燥、藥品的取用、加熱方法、攪拌、過濾、蒸發(fā)、蒸餾分餾、結(jié)晶重結(jié)晶、基本度量儀器使用、沉淀、萃取、滴定分析、溶液配制等常見和基礎(chǔ)的化學(xué)實驗操作技術(shù)；廣泛應(yīng)用于化學(xué)、化工與制藥、醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)大類科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐，典型如電子天平使用和試劑配制。

學(xué)生通過基礎(chǔ)化學(xué)實驗，掌握基本操作技能和試驗技術(shù)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，樹立開拓創(chuàng)新意識；提升文獻(xiàn)調(diào)研、方案設(shè)計、現(xiàn)象觀察、數(shù)據(jù)測量、分析判斷、文字表達(dá)等綜合科學(xué)素質(zhì)。學(xué)生內(nèi)化形成的基本實驗操作能力、良好的實驗習(xí)慣和意志品質(zhì)，既是不同相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的相通部分，也能有效遷移到專業(yè)課程實驗實踐中，為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)發(fā)展提供堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 “異形”-專業(yè)不同，實驗內(nèi)容側(cè)重點和運用形式不完全相同

不同的學(xué)科、專業(yè)各有自身特點，內(nèi)容研究著眼點、層次范圍也有差異，決定相同的實驗操作技術(shù)在不同專業(yè)運用形式有一定差異、實驗內(nèi)容側(cè)重點也不一定完全相同。如溶液的配制，基本操作技術(shù)主要有固體藥品稱量、液體藥品量取、溶液體積定容；化學(xué)專業(yè)常配制使用準(zhǔn)確物質(zhì)的量濃度（mol/L）溶液試劑，藥物分析專業(yè)常配制使用比例濃度（1：X）和質(zhì)量濃度（g/L）溶液試劑。又如pH值的測定，基本操作技術(shù)為試紙和pH計使用，化學(xué)專業(yè)側(cè)重于驗證理論知識（如醋酸電離度和電離常數(shù)測定），醫(yī)學(xué)專業(yè)側(cè)重于健康診斷和治療基準(zhǔn)意義（如尿液、胃液、血液pH值測定），制藥、食品專業(yè)側(cè)重于通過pH值測定控制酶促反應(yīng)進(jìn)程和產(chǎn)品儲存條件（如抗生素維生素的生產(chǎn)和儲存、啤酒的釀造和儲存）。

2.3 “同質(zhì)異形”教學(xué)法實施過程探索

（1）準(zhǔn)備工作。挑選綜合素質(zhì)相對較高學(xué)生作為開放實驗室“種子”學(xué)員和學(xué)習(xí)小組負(fù)責(zé)人，組建班級學(xué)習(xí)小組qq/微信群。借助基礎(chǔ)化學(xué)開放性實驗平臺，實驗指導(dǎo)教師預(yù)先發(fā)布實驗室現(xiàn)有藥品及儀器目錄，具體實驗任務(wù)、實驗基本操作分解步驟、相關(guān)操作小視頻、所用實驗儀器使用規(guī)范，要求以小組為單位完成實驗預(yù)習(xí)報告。

（2）“同質(zhì)化”訓(xùn)練。“同質(zhì)化”訓(xùn)練是“異形化”應(yīng)用練習(xí)的基礎(chǔ)，主要利用實驗課時集中訓(xùn)練。實驗教學(xué)過程中，指導(dǎo)教師嚴(yán)格要求、認(rèn)真觀察、耐心指導(dǎo)示范，因材施教，勉勵操作不夠熟練的學(xué)生利用實驗室開放時間單獨練習(xí)，保證每一位學(xué)生熟練規(guī)范掌握相關(guān)實驗基本操作技能。

（3）“異形化”應(yīng)用練習(xí)。學(xué)習(xí)小組根據(jù)所學(xué)專業(yè)特點和興趣關(guān)注點，自主查閱文獻(xiàn)資料，依托實驗室現(xiàn)有藥品儀器和“同質(zhì)化”練習(xí)中掌握的實驗基本操作技能，設(shè)計富有專業(yè)特色的應(yīng)用實驗練習(xí)方案，報實驗指導(dǎo)教師指導(dǎo)審核后，通過預(yù)約，在實驗室開放時間段內(nèi)自主完成。

這一過程中，學(xué)生自由度增加、自主權(quán)擴大，無形中滿足求知欲和掌控欲；如果實驗現(xiàn)象、結(jié)果與預(yù)期一致，學(xué)生的成就感會進(jìn)一步提升，興趣和主動性會更高，形成良性循環(huán)。這一過程中，實驗指導(dǎo)老師應(yīng)及時加強交流溝通，幫助學(xué)生沖破思維藩籬，釋放學(xué)生的主動學(xué)習(xí)探究熱情。如通過“EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定”實驗項目，完成配位滴定基本操作技能-滴定操作、終點判斷、數(shù)據(jù)分析訓(xùn)練；大多數(shù)專業(yè)學(xué)生都能自主設(shè)計相應(yīng)應(yīng)用練習(xí)實驗方案，如環(huán)境科學(xué)專業(yè)的“校園自來水硬度檢測”、藥學(xué)專業(yè)的“堿式碳酸鉍片中鉍含量測定”等；但醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生遲遲找不到和專業(yè)知識的結(jié)合點，指導(dǎo)老師指點：臨床血象常規(guī)分析所用真空采血管為抗凝管，其中的抗凝劑是什么？學(xué)生思維有了突破口，積極查閱相關(guān)資料，最終設(shè)計出“血液模擬液中Ca2+含量檢測”方案。

（4）考核激勵機制。實行“重過程、輕結(jié)果”的全過程分段考核，實驗預(yù)習(xí)報告、“同質(zhì)化”訓(xùn)練情況、“異形化”應(yīng)用實驗方案的設(shè)計、“異形化”應(yīng)用實驗開展情況按不同權(quán)重計入實驗考核成績；實驗報告力求精煉，主要側(cè)重于數(shù)據(jù)分析、實驗結(jié)果和預(yù)期結(jié)果偏差原因分析。綜合評定選拔部分責(zé)任心強、實驗綜合素質(zhì)好、具有一定創(chuàng)新能力和科研熱情的學(xué)生，利用開放實驗基金資助其進(jìn)行創(chuàng)新實驗研究、參加學(xué)科創(chuàng)新項目競賽，或初步納入實驗指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)的科研課題項目組，觸摸科研前沿、提前開展畢業(yè)論文科研活動。

3 結(jié)語

基礎(chǔ)化學(xué)實驗中基本操作技能規(guī)范掌握、科學(xué)態(tài)度和良好科研習(xí)慣養(yǎng)成、協(xié)作創(chuàng)新等科學(xué)素質(zhì)培育與相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)相通，是學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展專業(yè)知識技能的堅實物質(zhì)基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)化學(xué)開放實驗室進(jìn)一步優(yōu)化建設(shè)實踐中，探索運用“同質(zhì)異形”教學(xué)法：利用“同質(zhì)化”訓(xùn)練強化實驗基本操作技能熟練規(guī)范掌握；利用“異形化”應(yīng)用練習(xí)激發(fā)學(xué)生主動探究興趣，有效提升綜合運用能力；利用合適的考核激勵機制保持學(xué)生的參與熱情和關(guān)注度，有效進(jìn)行分類多層次個性化教學(xué)服務(wù)。隨著信息技術(shù)與教學(xué)科研活動的深度融合和開放實驗平臺建設(shè)的逐漸完善，師師、師生、生生間互動溝通會越加頻繁，同而有異、注重團隊協(xié)作創(chuàng)新應(yīng)用的“同質(zhì)異形”教學(xué)法在基礎(chǔ)化學(xué)開放實驗室運行實踐中也許更有生命力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳敏，張聲森，周家容，劉華日，羊海軍，羅志剛.公共基礎(chǔ)化學(xué)開放實驗平臺的優(yōu)化建設(shè)與實踐[J].實驗室研究與探索，2016，35（3），229-231，254.

[2]王曉華，王杰，李海燕，楊會如，羊海軍，王紅.高校開放實驗室建設(shè)的探索[J].實驗室研究與探索，2013，32（9），219-221.

[3]杭莉.國內(nèi)外實驗室管理對比及對開放實驗室啟示[J].智能城市，2017，12，43-45.

[4]薛峰，馬驥.高校開放實驗室的建設(shè)路徑研究[J].實驗技術(shù)與管理，2016，33（11），267-270.

[5]何洋，宋瑱，李東梅.“開放實驗室”實驗教學(xué)模式的實踐與探索[J].教育教學(xué)論壇，2017，11，267-268.

[6]喻秋山，洪豆.高校開放式實驗室建設(shè)與管理淺探[J].科技創(chuàng)業(yè)，2018，3，154-156.

[7]程靜，趙摯，王梓平，李文芳，榮爽.高校開放實驗室存在的問題及應(yīng)對措施[J].衛(wèi)生職業(yè)教育，2017，35（6），83-84.

[8]楊威，尚海茹，馮國奇，陳曦，牛恩利，李寧，甘強.高校開放實驗室建設(shè)與管理體制探究[J].實驗技術(shù)與管理，2016，33（3），255-257.

[9]王簫揚，張雄，張富春，劉斌，高瑞.對高校實驗室開放管理機制的研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018，5，179.

[10]黃正均，張棟，張磊，劉鈺.多學(xué)科共用實驗室開放與安全管理體系建設(shè)初探[J].教育教學(xué)論壇，2018，5，19-21.

[11]熊芳，楊成群.開放實驗室運行機制在教學(xué)教研中的作用研究[J].黑龍江教育，2015，6，78-79.

[12]黎昂，曾利軍.基于開放實驗室的大學(xué)生創(chuàng)新項目教學(xué)和實踐研究[J].現(xiàn)代鹽化工，2018，1，114-115.

[13]蒲賢潔，歐增福，韓忠，何光宏.基于開放實驗室的大學(xué)生科研訓(xùn)練項目實例[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34（3），237-241.

[14]魏紹亮，焦鋒，程奉玉.基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的開放實驗室建設(shè)研究[J].教育教學(xué)論壇，2018，12，275-276.

[15]張建蓉，廖家耀，張娜，李紅陵，宋麗，劉德芳.科研前沿研究熱點納入基礎(chǔ)化學(xué)自主設(shè)計型實驗的探索與實踐[J].西南師范大學(xué)（自然科學(xué)版），2018，43（5），158-161.

[16]李學(xué)林，梁毅賀，天鵬.大學(xué)生開放實驗室管理之導(dǎo)師制[J].現(xiàn)代交際，2018，7，147-148.

[17]蘇輝蘭，余炳鋒，謝微，唐政.APP智能管理平臺在開放式實驗室安全管理模式中的研究與實踐[J].輕工科技，2018，34（7），80-82.

[18]朱小娟.開放實驗室網(wǎng)上預(yù)約平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].周口師范學(xué)院學(xué)報，2018，35（2），109-114.

[19]耿學(xué)宇.基于云平臺的開放實驗室管理系統(tǒng)[D].大連：大連海事大學(xué)，2015.

[20]曹秀娟.開放式實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].長沙：湖南大學(xué)，2017.

[21]劉永紅，文利柏，胡先文，王運，梁建功，吳承春.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的公共基礎(chǔ)課教學(xué)改革的探索—以基礎(chǔ)化學(xué)實驗（I）為例[J].大學(xué)化學(xué)，2017，32（12），31-34.

[22]黃妙齡，解慶范，陳延民，許妙瓊，肖春妹，連小兵.大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程教學(xué)改革與實踐[J].高教學(xué)刊，2018，6，104-107.

[23]孫紅，董建，孫立平，王者輝.PBL教學(xué)模式在基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育裝備，2018，5，53-55.

[24]蔡鷹，李思東，楊磊，黃娜，吳湛霞.基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)模式創(chuàng)新探討[J].實驗技術(shù)與管理，2018，35（3），19-22.

[25]劉云，李杰.無機化學(xué)實驗教學(xué)教改探討與實踐[J].科技信息，2012，8，164.

[26]李杰，劉寶林.個性化服務(wù)的高校實驗室開放模式的構(gòu)建[A].趙國祥，劉志軍.高等教育研究（第二十一輯）[C].開封：河南大學(xué)出版社，2014，173-177.