面向本科生的開放實驗教學設計與探索

柏玲　黃鎮東

【摘 要】開放實驗是大學化學實驗的重要補充部分，承載著激發學生學習興趣，引導學生過度到實驗訓練，提升實驗操作、思考設計實驗能力，培養探索精神的重大任務。本文從開放實驗設計的原則、軟硬件支持、教學體系設計三個方面探討了我院在開放性實驗方面所做的探索。

【關鍵詞】開放實驗;趣味性和實用性;教學模式設計

中圖分類號： G642 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）01-0246-003

化學實驗實踐課程作為化學專業理論課的重要支撐，有不可取代的優勢。實驗課程將理論課上的知識點生動形象的體現在學生動手過程中，激發學生體驗枯燥專業知識的興趣，加強學生基本實驗技能訓練，鼓勵學生積極探索，啟迪科學思維和創新能力，達到全面培養綜合素質的教育目標。

隨著社會對化學專業畢業生的要求越來越高，基本實驗技能在繼續加強的基礎上，學生的獨立實驗能力和創新精神的培養越來越被重視。現階段的課內實驗多是傳統的驗證式教學模式，已經不能滿足對學生綜合能力、創新能力的培養。開放實驗作為課內實驗的重要補充形式，彌補課內實驗在探索性、創新性、綜合性能力培養的不足。

1 設計原則

1.1 趣味性

化學與人們生活中衣、食、住、行息息相關。與生活相關的化學知識，容易和學生產生共鳴，引發學生的興趣，通過引導學生認識和理解生活中的化學現象，并在實驗室內動手做實驗驗證，實現理論和實際的結合。通過認識、理解社會熱點現象和生活中的常見化學問題，能夠學以致用，可以使得學生獲得探尋知識的成就感，培養對化學學科的興趣，為以后持續探索化學奧秘提供動力。

1.2 實用性

化學專業畢業生的兩種主要去向：一是從事本行業相關工作，需要扎實的基礎實驗技能，有初步的研發能力;二是考取研究生，進行科研型實驗，需要在細分方向上深入。以上兩種去向的畢業生，在本科階段除了需要扎實的基礎實驗技能，還需要進行科研實驗的啟蒙。因此我們需要設計相關的開放實驗，在加強基礎操作實驗技能的同時，兼顧開放性、探索性。設計的實驗如能得到與生活相關的有實際應用的材料，或者通過配方設計、改進實驗，獲得某種產品，而不是單純的驗證知識點，這樣實用性的產品會極大滿足學生的成就感。成就感會推動學生思考，活躍思維，對企業里的研發不陌生，同時也可以完成科研實驗的啟蒙。

1.3 互聯網+信息化

借助互聯網信息化平臺可以使本科生快速了解學院實驗中心、可以在進入實驗室之前獲得儀器操作的培訓、安全知識的培訓，大大提升了效率，又能獲得較好的管理效果。我們建設了學院實驗中心網站，能夠發布開放實驗信息，展示實驗環境、管理實驗項目，在線學習大型儀器使用等功能，并根據中心功能新建儀器預約共享平臺、安全考試培訓網站、化學品管理網站，形成具有中心特色的全方位、立體化信息共享平臺。

2 軟硬件支持

2.1 學院本科實驗室建設

我院基礎實驗平臺面積達550平方米，專業實驗平臺面積達240平方米，實踐實訓平臺，包括國家重點實驗室，工程中心，和校外實習基地。在江蘇省有機光電子學優勢學科二期建設項目、中央支持地方實驗室建設項目和校實驗室建設項目等項目的支持下，近幾年購買實踐教學用儀器設備千余套，價值逾7000萬元。中心的儀器設備滿足每年開設20門課程實驗教學需要，60個班次的教學任務，以及20余項的開放項目、近200項大學生STITP創新項目等。實現了教學、綜合性、設計性、創新性、開放性、科研性等多種類別實驗的綜合實驗的使用需求。

2.2 教師團隊

人員隊伍目前達到63人，其中專職實驗教師實驗教學團隊36人（教授14人，副教授10人，講師12人），100%博士學位;專職實驗技術人員共計15人，其中博士后1人，博士9人，在讀博士3人，平均年齡34歲。承擔了中心實驗教學管理、大型儀器管理、實驗室安全管理和信息化管理，制定了一系列實驗教學保障辦法、大型儀器共享辦法、實驗室安全管理辦法等等，鼓勵開展自主實驗教學、參與科研活動、深挖大型儀器功能、跟蹤最新實驗前沿技術等等。學院鼓勵實驗技術人員參與實驗教學相關培訓會、交流會、學術討論會等。以培養國內一流“水平高、專業精、學術尖”的高素質實驗技術團隊。

2.3 經費支持

學校鼓勵所有教學實驗室、學科科研實驗室、各級重點實驗室（工程中心）在完成正常教學、科研任務0的同時，充分發掘潛力、優化資源配置，創造條件實施開放。同時鼓勵教師積極申報開放實驗項目，實驗室開放經費含實驗耗材費和教師個人工作量補貼。

3 開放實驗教學體系設計

3.1 實驗知識、內容設計

根據設計原則，開放實驗的主題一是聚焦在化學與生活，與學生已有的生活經驗相結合，引起學生的興趣。二是切入化學與健康的相關知識，培養學生的專業素養和職業道德。重點選取“食”和“用”兩個與日常生活息息相關的環節，設計4-6個實驗。化學基礎包括酸堿知識、油脂知識、表面活性劑知識、食品添加劑知識、蛋白質知識。基本操作涵蓋了洗滌、過濾、攪拌、溶解、加熱、蒸發、烘干、抽濾，離心等。

開放實驗的教學體系不僅重視化學專業基礎，還要強調化學知識與食品科學，洗化產品的交叉，彰顯有趣實用的特色。如圖1所示。

四個實驗內容分別為油脂的性質及肥皂的制備，表面活性劑的性質及洗手液的制備，飲料DIY，從牛奶中分離鑒定酪蛋白。脂化反應為高三化學的內容，學生往往基礎知識扎實，細節清晰。能在動手實操的過程中自主完成對知識的驗證，作為第一次從理論知識過度到實驗教學的實驗課會讓學生更加形象直觀地認識到實驗教學的意義，成就感會讓他們順利完成實驗課的心理建設。在此基礎上對于學生的知識進行提升，從肥皂的成分過度到表面活性劑這一大學化學的重要知識點，完成知識的過渡和深化，并自己按照簡單的配方來配置洗手液，結合消費者市場認可度，來設計洗手液的細微成分，開發新型賣點的洗手液，完成從實驗驗證知識到探索，從重復模仿到科研啟蒙的過渡。飲料DIY的實驗重點是認識各種食品添加劑，包括色素、香精、增稠劑、防腐劑，酸度調節劑等。食品添加劑大大促進了食品工業的發展，并被譽為現代食品工業的靈魂。但是社會上爆出各種化工品充斥在食品行業，或者過量過度添加食品添加劑，甚至于奶昔產品中根本沒有牛奶成分全是靠調制。這些嚴重危化消費者的身體健康。作為一名化學從業者，我們需要正確認識食品添加劑的作業和過度，非法使用的危害，加強職業操守和道德。關愛自己的健康，減少飲料類產品的攝入，關注公眾健康，堅決抵制各種非法行為。化學還可以幫助我們認識各類天然物質，酪蛋白是牛奶中主要的蛋白質，其濃度約為35g/L，是含磷蛋白質的復雜結合物。根據簡單的蛋白質遇酸變性的特點，我們可以收集到牛奶中的蛋白質，給學生一個形象直觀的展示。對于以后走上分析測試崗位的畢業生是大有裨益的。

肥皂、洗手液、調制飲料都是學生可以直觀得到的產品，還可以自己設計包裝logo，做成類似商業化的成品外觀。這些產品都是和生活息息相關，能實用的化學產物。這是本開放實驗的特色。

3.2 教學方法、過程設計

開放實驗是以知識為基礎，以能力為中心，綜合素質為培養目標的三位一體的運行模式。在知識提升的基礎上，培養動手操作的能力和思考的設計實驗的能力，進而形成科學素養。

“學”“知識”主要是通過講解法，能夠使學生在較短時間內獲得大量系統的實驗相關知識，以便能快速理解實驗原理，開展實驗操作。“產”“能力”主要是通過動手操作等生產實踐活動，提升理解實驗原理的能力，驗證理論知識的能力，并通過分析獲得產物的過程反思實驗過程。可以通過演示法和慕課法來實現這部分的實驗教學，如演示儀器設備的操作要點，而慕課法可以讓學生利用課余時間，自主學習。“研”“素質”，是通過開放性、探索性實驗，引發學生達到更高層次的思考實驗設計，最終實現綜合素質的培養。

3.3 教學結果評價、反饋

學生需要在實驗結束后一周內提交實驗報告，包含實驗目的、實驗原理、實驗儀器、試劑、實驗結果展示（實驗成品的圖片打印出來后黏貼）。根據實驗內容及相關社會現象，就一個方面或者某些方面寫一篇小文章，可以是科普文也可以是自己的感想，800字以上，文體不限。

4 結語

興趣是最好的老師，開放性實驗重在激發學生的興趣，引導學生學以致用，將理論自覺應用到生活中，會解釋生活中碰到的實際問題，在分析后能提出建設性意見、甚至初步解決問題。開放性實驗在內容設置方面可以更靈活，側重知識點的前后聯系和對比，建設成模塊化實驗內容體系。

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