“雙一流”背景下農(nóng)科院校綜合化學(xué)實驗課程教學(xué)改革與實踐

曹秀芳，李雪剛，馬忠華，馬濟美，石 煒

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，湖北 武漢 430070)

1 引言

建設(shè)一流大學(xué)和一流學(xué)科，是我國高等教育領(lǐng)域繼“211工程”“985工程”后的又一國家戰(zhàn)略[1]。“雙一流”旨在提高高等學(xué)校人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、社會服務(wù)和文化傳承創(chuàng)新水平，把培養(yǎng)卓越拔尖創(chuàng)新人才作為大學(xué)的基本出發(fā)點。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)科優(yōu)勢特色明顯，園藝學(xué)和作物學(xué)學(xué)科群、生物學(xué)、畜牧學(xué)、獸醫(yī)學(xué)、農(nóng)林經(jīng)濟管理5個學(xué)科(群)入選國家“雙一流”建設(shè)學(xué)科。該校始終堅持以立德樹人為根本、以強農(nóng)興農(nóng)為己任，堅持以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感、自主學(xué)習(xí)能力、實踐創(chuàng)新力、全球勝任力為重點，打造一流本科教育，著力培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展、擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的新時代青年。

《教育部關(guān)于開展高等學(xué)校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)和評審工作的通知》指出，先進(jìn)的實驗教學(xué)體系、內(nèi)容和方法“應(yīng)當(dāng)從人才培養(yǎng)體系整體出發(fā)，建立以能力培養(yǎng)為主線，分層次、多模塊、相互銜接的科學(xué)系統(tǒng)的實驗教學(xué)體系，與理論教學(xué)既有機結(jié)合又相對獨立”[2]。在“雙一流”建設(shè)背景下，傳統(tǒng)的實驗課堂教學(xué)模式已經(jīng)跟不上現(xiàn)代社會飛速發(fā)展對人才要求的步伐，國內(nèi)眾多高校對實驗教學(xué)模式進(jìn)行了改革與探索[3]。

《綜合化學(xué)實驗》是該校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的核心必修課，作為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵課程，其目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用化學(xué)基礎(chǔ)知識和實驗技術(shù)的能力，提高科研素養(yǎng)，包括發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的綜合能力，以及創(chuàng)新意識、學(xué)術(shù)規(guī)范意識、學(xué)術(shù)表達(dá)能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神等，以滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要。對學(xué)生掌握知識、應(yīng)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(nèi)在聯(lián)系。在“雙一流”建設(shè)背景下，為了提高學(xué)生的實踐動手能力，培養(yǎng)其科研素養(yǎng)和創(chuàng)新意識，進(jìn)一步促進(jìn)理農(nóng)結(jié)合，彰顯農(nóng)科特色，對實驗教學(xué)開展了一系列改革與探索，建立了新的實驗教學(xué)體系，并提出了相關(guān)的措施和解決方案。

2 綜合化學(xué)實驗教學(xué)改革舉措

2.1 優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容

《綜合化學(xué)實驗》著眼于學(xué)生綜合實踐能力的培養(yǎng)，使學(xué)生能綜合應(yīng)用化學(xué)知識、多種化學(xué)研究方法和技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和探索精神，改造傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容和實驗技術(shù)方法，加強綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性實驗。綜合了無機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、儀器分析、物理化學(xué)和高分子化學(xué)的重要實驗方法和操作技術(shù)，在化學(xué)一級學(xué)科的基礎(chǔ)上安排實驗內(nèi)容，是幾個實驗的有機組合[4]。內(nèi)容包括生物資源化學(xué)、農(nóng)藥化學(xué)、食品化學(xué)等學(xué)科，結(jié)合大學(xué)生課外創(chuàng)新項目與教師的科學(xué)研究項目等。將最新的研究成果融入教學(xué)內(nèi)容，每一個實驗基本上都包含了兩個及以上二級學(xué)科內(nèi)容，使得學(xué)生能從實際的化學(xué)研究，產(chǎn)品開發(fā)等方面培養(yǎng)解決綜合性問題和實際問題的能力，更好地掌握科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐的思想方法和基本技能。

課程具體分為基礎(chǔ)性綜合實驗，設(shè)計性綜合實驗，研究性綜合實驗3個層次[5]。基礎(chǔ)性實驗有詳細(xì)的實驗步驟，學(xué)生按照步驟就能完成實驗；設(shè)計性實驗只有實驗路線框架，具體操作細(xì)節(jié)需學(xué)生自行設(shè)計，與老師討論后，方案可行再進(jìn)行實驗；研究性實驗屬于探索性實驗，學(xué)生與老師一起擬定一個題目，然后進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，文獻(xiàn)整理，設(shè)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(nèi)容的選擇方面，重視綠色化、現(xiàn)代化原則，強調(diào)化學(xué)在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用性，尤其是綜合農(nóng)業(yè)生物資源的應(yīng)用，農(nóng)產(chǎn)品中天然產(chǎn)物的提取分離、鑒定及應(yīng)用，重要殺菌劑、衛(wèi)生殺蟲劑、食品保鮮劑、藥物等精細(xì)化學(xué)品的合成，體現(xiàn)農(nóng)林高校的特色[7]，著重培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和專業(yè)應(yīng)用能力。例如，藥物阿司匹林的綠色合成及結(jié)構(gòu)表征，學(xué)生分組查閱文獻(xiàn)，設(shè)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(chǎn)物的分離純化，通過熔點測定、紅外、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用、核磁共振等多種分析手段對化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征和確證。

2.2 改革教學(xué)方法與手段

培養(yǎng)具有扎實的理論基礎(chǔ)和較強的實踐動手能力，具有一定創(chuàng)新能力，能獨立從事相關(guān)工作的大學(xué)畢業(yè)生是努力的方向[8]。探索研究性實驗教學(xué)模式，教學(xué)過程以問題為導(dǎo)向，采用開放式和研討式的教學(xué)方法，講授與指導(dǎo)相結(jié)合，引入多媒體輔助教學(xué)，使實驗課堂教學(xué)環(huán)節(jié)具有規(guī)范性、科學(xué)性[9～12]。

運用雨課堂等現(xiàn)代化信息管理手段，教師在系統(tǒng)里提供實驗講義及相關(guān)文獻(xiàn)，對學(xué)生進(jìn)行分組，一般5～6人為一個小組，課前分小組調(diào)研文獻(xiàn)，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(xué)目標(biāo)及內(nèi)容，精心設(shè)計出課前預(yù)習(xí)問題，學(xué)生通過進(jìn)門測試后方能進(jìn)實驗室。教師通過科學(xué)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨立學(xué)習(xí)與思考，使學(xué)生在課前就能明確學(xué)習(xí)目標(biāo)與內(nèi)容。課上學(xué)生每組派一個代表闡述本組的實驗方案，教師引導(dǎo)學(xué)生展開討論，確定最終實施方案，推進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)[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(shè)置：①天然產(chǎn)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(yōu)勢與不足分別是什么？③熱敏性，揮發(fā)性天然產(chǎn)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(rèn)為對于揮發(fā)性肉桂油的提取采用水蒸氣蒸餾方法更適合，且產(chǎn)物易提純。

2.3 創(chuàng)新考核方法

科學(xué)合理的考核方式不僅能激起學(xué)生的積極主動性，還能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和實踐動手能力[13]。采取了實驗預(yù)習(xí)、實驗操作、實驗結(jié)果、實驗數(shù)據(jù)處理與分析、實驗報告書寫、實驗方案設(shè)計、期末考試等相結(jié)合的全方位考核方式。具體為：課前，通過雨課堂發(fā)布進(jìn)門測了解學(xué)生預(yù)習(xí)情況；課中，根據(jù)學(xué)生的實際動手能力，實驗操作是否規(guī)范，實驗數(shù)據(jù)記錄是否及時，實驗結(jié)果與分析是否準(zhǔn)確等方方面面進(jìn)行考核；課后，根據(jù)學(xué)生實驗報告的完整性，數(shù)據(jù)處理和分析的科學(xué)性，結(jié)果討論的充分性等來考核[14]。

綜合化學(xué)實驗是在大學(xué)生第七學(xué)期開課，每年10月底本科畢業(yè)論文選題結(jié)束，學(xué)生經(jīng)過本課程的訓(xùn)練，在綜合能力方面有所提高，因此讓學(xué)生以自己的本科畢業(yè)論文為題，通過文獻(xiàn)調(diào)研，整理資料，設(shè)計一個合理的實驗方案，此方案的設(shè)計占總成績的10%。這樣既可以鍛煉學(xué)生運用知識的綜合能力，又能督促學(xué)生很好的進(jìn)入畢業(yè)論文開題階段。

同時，對實驗報告也進(jìn)行了改革，采用科研論文式實驗報告[15]，從文獻(xiàn)調(diào)研、文獻(xiàn)整理概括總結(jié)，到問題的提出，到具體方案的設(shè)計與實施，再到實驗數(shù)據(jù)的如實記錄、科學(xué)處理分析、總結(jié)與討論，最后得出合理的結(jié)論，并給出切身體會和建議，整個過程滲透著能力的培養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提高。摒棄了不動腦，把內(nèi)容從教材照抄到實驗報告上的撰寫方法。培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的邏輯思維方法，提高了學(xué)生概括總結(jié)表達(dá)的能力，提升了學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力。

3 結(jié)果分析與討論

課程結(jié)束后，設(shè)置了課后問卷調(diào)查，以了解學(xué)生對教學(xué)效果的反饋。問卷調(diào)查顯示，97.6%的學(xué)生認(rèn)為教學(xué)內(nèi)容設(shè)置合理；93.7%的同學(xué)認(rèn)為綜合化學(xué)實驗課程增強了他們學(xué)習(xí)主動性，查閱、整理文獻(xiàn)能力大幅度提升；89.8%的同學(xué)能夠自主設(shè)計實驗方案，自主學(xué)習(xí)能力、實踐能力明顯提高；94.5%的同學(xué)認(rèn)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(xué)認(rèn)為課程的學(xué)習(xí)對思維的拓展，創(chuàng)新精神和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，以及后續(xù)畢業(yè)論文的開展有著很大的作用。

較好的教學(xué)效果和學(xué)生的高滿意度，得益于結(jié)合該校辦學(xué)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)實際情況，在整個綜合化學(xué)實驗教學(xué)過程中分別從優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容、改革實驗教學(xué)方法、創(chuàng)新考核方式等3方面進(jìn)行了教學(xué)課程的改革探索。首先，通過分層次的實驗設(shè)計及教學(xué)內(nèi)容的合理優(yōu)化，使得教學(xué)內(nèi)容和方式更具農(nóng)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(xué)生的眼界，啟迪學(xué)生的發(fā)散思維，為培養(yǎng)卓越拔尖性人才打下了良好的基礎(chǔ)。其次，通過問題導(dǎo)向式教學(xué)及雨課堂等現(xiàn)代技術(shù)手段的運用，增加了學(xué)生與老師之間的互動環(huán)節(jié)；課后的總結(jié)與反思，學(xué)生撰寫科研論文式實驗報告等教學(xué)模式的創(chuàng)新將教師的“主導(dǎo)”與學(xué)生的“主體”作用最大限度地激發(fā)出活力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和探索精神，為過渡到畢業(yè)論文和繼續(xù)學(xué)習(xí)深造打下良好的基礎(chǔ)。最后，通過創(chuàng)新性的過程式考核模式，有效提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，重點突出對學(xué)生綜合分析問題、解決問題和創(chuàng)新能力的考核，全方位、多角度，全面客觀地評定學(xué)生的成績，能夠反映學(xué)生的真實水平。

4 結(jié)語

在“雙一流”建設(shè)的背景下，教師必須改變教學(xué)理念，以科學(xué)思維為導(dǎo)向，融合多學(xué)科內(nèi)容，強調(diào)學(xué)生的主體性，有利于卓越拔尖性人才的培養(yǎng)。通過綜合化學(xué)實驗的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生對各學(xué)科的理論知識內(nèi)在聯(lián)系和實驗方法有了更深刻的了解。在教學(xué)過程中倡導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)思維方法，有利于教師的科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，鍛煉了學(xué)生的主動探索精神和綜合實踐能力，調(diào)動了學(xué)生的科研興趣，為畢業(yè)論文和后續(xù)學(xué)習(xí)深造打下了堅實基礎(chǔ)。