“雙一流”背景下農科院校綜合化學實驗課程教學改革與實踐

曹秀芳，李雪剛，馬忠華，馬濟美，石 煒

(華中農業大學 理學院，湖北 武漢 430070)

1 引言

建設一流大學和一流學科，是我國高等教育領域繼“211工程”“985工程”后的又一國家戰略[1]。“雙一流”旨在提高高等學校人才培養、科學研究、社會服務和文化傳承創新水平，把培養卓越拔尖創新人才作為大學的基本出發點。華中農業大學學科優勢特色明顯，園藝學和作物學學科群、生物學、畜牧學、獸醫學、農林經濟管理5個學科(群)入選國家“雙一流”建設學科。該校始終堅持以立德樹人為根本、以強農興農為己任，堅持以學生為中心，以培養學生社會責任感、自主學習能力、實踐創新力、全球勝任力為重點，打造一流本科教育，著力培養德智體美勞全面發展、擔當民族復興大任的新時代青年。

《教育部關于開展高等學校實驗教學示范中心建設和評審工作的通知》指出，先進的實驗教學體系、內容和方法“應當從人才培養體系整體出發，建立以能力培養為主線，分層次、多模塊、相互銜接的科學系統的實驗教學體系，與理論教學既有機結合又相對獨立”[2]。在“雙一流”建設背景下，傳統的實驗課堂教學模式已經跟不上現代社會飛速發展對人才要求的步伐，國內眾多高校對實驗教學模式進行了改革與探索[3]。

《綜合化學實驗》是該校應用化學專業的核心必修課，作為創新人才培養的關鍵課程，其目標是培養學生綜合運用化學基礎知識和實驗技術的能力，提高科研素養，包括發現問題、提出問題、分析問題和解決問題的綜合能力，以及創新意識、學術規范意識、學術表達能力、團結協作精神等，以滿足創新人才培養的需要。對學生掌握知識、應用知識的廣度和深度也有了更高的要求，實驗突出了知識的內在聯系。在“雙一流”建設背景下，為了提高學生的實踐動手能力，培養其科研素養和創新意識，進一步促進理農結合，彰顯農科特色，對實驗教學開展了一系列改革與探索，建立了新的實驗教學體系，并提出了相關的措施和解決方案。

2 綜合化學實驗教學改革舉措

2.1 優化實驗教學內容

《綜合化學實驗》著眼于學生綜合實踐能力的培養，使學生能綜合應用化學知識、多種化學研究方法和技術，培養學生綜合分析問題、解決問題的能力，培養學生的科研能力和探索精神，改造傳統的實驗教學內容和實驗技術方法，加強綜合性、設計性、創新性實驗。綜合了無機化學、有機化學、分析化學、儀器分析、物理化學和高分子化學的重要實驗方法和操作技術，在化學一級學科的基礎上安排實驗內容，是幾個實驗的有機組合[4]。內容包括生物資源化學、農藥化學、食品化學等學科，結合大學生課外創新項目與教師的科學研究項目等。將最新的研究成果融入教學內容，每一個實驗基本上都包含了兩個及以上二級學科內容，使得學生能從實際的化學研究，產品開發等方面培養解決綜合性問題和實際問題的能力，更好地掌握科學研究和生產實踐的思想方法和基本技能。

課程具體分為基礎性綜合實驗，設計性綜合實驗，研究性綜合實驗3個層次[5]。基礎性實驗有詳細的實驗步驟，學生按照步驟就能完成實驗；設計性實驗只有實驗路線框架，具體操作細節需學生自行設計，與老師討論后，方案可行再進行實驗；研究性實驗屬于探索性實驗，學生與老師一起擬定一個題目，然后進行文獻調研，文獻整理，設計合理的實驗方案，并擬定具體的實驗操作步驟，與老師討論后確定最終實施方案[6]。

在實驗內容的選擇方面，重視綠色化、現代化原則，強調化學在醫藥、農業領域的應用性，尤其是綜合農業生物資源的應用，農產品中天然產物的提取分離、鑒定及應用，重要殺菌劑、衛生殺蟲劑、食品保鮮劑、藥物等精細化學品的合成，體現農林高校的特色[7]，著重培養學生的動手實踐能力和專業應用能力。例如，藥物阿司匹林的綠色合成及結構表征，學生分組查閱文獻，設計不同合成路線，包括超聲波輔助、維生素C催化等方案的實施，產物的分離純化，通過熔點測定、紅外、液相色譜-質譜聯用、核磁共振等多種分析手段對化合物的結構進行表征和確證。

2.2 改革教學方法與手段

培養具有扎實的理論基礎和較強的實踐動手能力，具有一定創新能力，能獨立從事相關工作的大學畢業生是努力的方向[8]。探索研究性實驗教學模式，教學過程以問題為導向，采用開放式和研討式的教學方法，講授與指導相結合，引入多媒體輔助教學，使實驗課堂教學環節具有規范性、科學性[9～12]。

運用雨課堂等現代化信息管理手段，教師在系統里提供實驗講義及相關文獻，對學生進行分組，一般5～6人為一個小組，課前分小組調研文獻，了解實驗背景，明確實驗要解決的問題。教師針對每一個實驗的具體教學目標及內容，精心設計出課前預習問題，學生通過進門測試后方能進實驗室。教師通過科學地引導學生進行獨立學習與思考，使學生在課前就能明確學習目標與內容。課上學生每組派一個代表闡述本組的實驗方案，教師引導學生展開討論，確定最終實施方案，推進學生自主學習、合作學習、研究性學習[11]。如“肉桂皮中肉桂油的提取及衍生物的制備、表征”實驗中，課前問題設置：①天然產物提取方法有哪些？②水蒸氣蒸餾和索氏提取方法適用范圍？其優勢與不足分別是什么？③熱敏性，揮發性天然產物提取方法的選擇要注意什么？④粗提物分離提純方法有哪些？課上通過討論，一致認為對于揮發性肉桂油的提取采用水蒸氣蒸餾方法更適合，且產物易提純。

2.3 創新考核方法

科學合理的考核方式不僅能激起學生的積極主動性，還能提高學生的學習效率和實踐動手能力[13]。采取了實驗預習、實驗操作、實驗結果、實驗數據處理與分析、實驗報告書寫、實驗方案設計、期末考試等相結合的全方位考核方式。具體為：課前，通過雨課堂發布進門測了解學生預習情況；課中，根據學生的實際動手能力，實驗操作是否規范，實驗數據記錄是否及時，實驗結果與分析是否準確等方方面面進行考核；課后，根據學生實驗報告的完整性，數據處理和分析的科學性，結果討論的充分性等來考核[14]。

綜合化學實驗是在大學生第七學期開課，每年10月底本科畢業論文選題結束，學生經過本課程的訓練，在綜合能力方面有所提高，因此讓學生以自己的本科畢業論文為題，通過文獻調研，整理資料，設計一個合理的實驗方案，此方案的設計占總成績的10%。這樣既可以鍛煉學生運用知識的綜合能力，又能督促學生很好的進入畢業論文開題階段。

同時，對實驗報告也進行了改革，采用科研論文式實驗報告[15]，從文獻調研、文獻整理概括總結，到問題的提出，到具體方案的設計與實施，再到實驗數據的如實記錄、科學處理分析、總結與討論，最后得出合理的結論，并給出切身體會和建議，整個過程滲透著能力的培養和綜合素質的提高。摒棄了不動腦，把內容從教材照抄到實驗報告上的撰寫方法。培養了學生解決問題的邏輯思維方法，提高了學生概括總結表達的能力，提升了學生的綜合創新能力。

3 結果分析與討論

課程結束后，設置了課后問卷調查，以了解學生對教學效果的反饋。問卷調查顯示，97.6%的學生認為教學內容設置合理；93.7%的同學認為綜合化學實驗課程增強了他們學習主動性，查閱、整理文獻能力大幅度提升；89.8%的同學能夠自主設計實驗方案，自主學習能力、實踐能力明顯提高；94.5%的同學認為考核方式合理，客觀公正，實驗報告的書寫需要花費較多時間；96.8%的同學認為課程的學習對思維的拓展，創新精神和科學素養的培養，以及后續畢業論文的開展有著很大的作用。

較好的教學效果和學生的高滿意度，得益于結合該校辦學定位和人才培養目標實際情況，在整個綜合化學實驗教學過程中分別從優化實驗教學內容、改革實驗教學方法、創新考核方式等3方面進行了教學課程的改革探索。首先，通過分層次的實驗設計及教學內容的合理優化，使得教學內容和方式更具農林高校的特色；采用一個實驗多種方案，融入新方法新手段，引入新的科研成果，開闊了學生的眼界，啟迪學生的發散思維，為培養卓越拔尖性人才打下了良好的基礎。其次，通過問題導向式教學及雨課堂等現代技術手段的運用，增加了學生與老師之間的互動環節；課后的總結與反思，學生撰寫科研論文式實驗報告等教學模式的創新將教師的“主導”與學生的“主體”作用最大限度地激發出活力，有利于培養學生的科研能力和探索精神，為過渡到畢業論文和繼續學習深造打下良好的基礎。最后，通過創新性的過程式考核模式，有效提高了學生的自主學習能力，重點突出對學生綜合分析問題、解決問題和創新能力的考核，全方位、多角度，全面客觀地評定學生的成績，能夠反映學生的真實水平。

4 結語

在“雙一流”建設的背景下，教師必須改變教學理念，以科學思維為導向，融合多學科內容，強調學生的主體性，有利于卓越拔尖性人才的培養。通過綜合化學實驗的系統學習，學生對各學科的理論知識內在聯系和實驗方法有了更深刻的了解。在教學過程中倡導嚴謹的科學態度和科學思維方法，有利于教師的科研成果轉化為教學資源，鍛煉了學生的主動探索精神和綜合實踐能力，調動了學生的科研興趣，為畢業論文和后續學習深造打下了堅實基礎。