學時縮減背景下應用化學專業實驗教學改革與實踐

紀利春，吳瑞鳳，杜玉英，王威(內蒙古工業大學化工學院，內蒙古 呼和浩特 010051)

0 引言

應用化學是介于化學與化學工藝之間的一個應用理科專業[1]。與化學專業相比，應用化學專業的學生應當接受更多的應用性、實踐性的知識教育[2]。應用化學專業的培養目標是培養學生具備良好的自然科學素養以及扎實的化學基本理論和專業實踐能力，能在化工、能源、新材料和環境保護等領域從事產品檢驗與質量監督、生產操作與管理、環境監測與分析、技術開發與科學研究等工作的應用研究型人才。實驗教學是培養學生實踐能力和創新能力的關鍵環節[3]。應用化學專業實驗是面向本專業高年級學生開設的專業必修實踐課。其課程目標是學生通過提高型、綜合型和設計型實驗項目的訓練，進一步鞏固化學的基本理論知識和基本實驗技能；訓練學生綜合運用化學專業知識，利用所掌握的現代化學研究方法與實驗手段，獨立思考、分析和解決問題，促進綜合實踐能力和素質的提高。

文章以應用化學專業實驗教學為研究對象，從課程設置、教學內容、教學手段、考核方式等方面，探討了應用化學專業實驗教學改革與實踐。

1 調整課程設置

學校應用化學專業實驗由專業實驗和綜合實訓兩部分組成，分別在第六和第七學期開課。多年的教學實踐發現，第六學期的實驗課教學質量好于第七學期。究其原因，第七學期學生處在大四的上半年，幾乎所有學生都面臨著研究生、公務員考試以及就業的壓力，尤其近幾年嚴峻的就業形勢促使班級中半數以上的學生投入到考研學習中，多數學生對本學期的課程持著考核過了就行的態度，對待實驗課更是如此。學生的課程學習時間被擠占，學習動力和積極性不足，直接影響到教學質量。2020年學校修訂了培養方案，應用化學專業實驗由96學時縮減為48學時，在本次修訂中將兩門課程合并，并將課程安排在第六學期，同時在學期教學周的安排上也盡可能靠前，這樣的調整解決了學生考研、就業與課程學習的沖突，即保障了實驗課的正常教學，又可減輕學生的學習負擔。

2 精選教學內容

教學學時的縮減意味著學生動手時間的減少，原有教學內容的內容陳舊并有重復、范圍狹窄、實驗類型單一、缺乏先進的實驗方法和手段的弊端，限制了學生綜合實驗能力的提高。新形勢下，科學設置實驗項目，優化教學內容，就成為應用化學專業實驗課程改革的重點。應用化學專業實驗是學生具備了基本實驗技能基礎上的再提高，在實驗項目的選擇上，即要體現化學知識的綜合應用和知識面的拓展，又要考慮有適當的操作難度[4]，突出綜合性、設計性和地方特色，著重培養學生的綜合實踐能力、創新能力以及分析和解決問題的能力。

2.1 經典實驗

結合學校應用化學專業的精細化工培養方向，精心挑選了精細化學品化學中的經典實驗，如“十二烷基硫酸鈉的合成、乳化型化妝品的配制、聚醋酸乙烯酯乳膠漆的制備”，這些實驗的開展是對精細化學品化學、精細有機合成化學與工藝學等專業理論課程的有益補充，學生在完成實驗技能訓練的基礎上進一步鞏固了專業理論知識。

2.2 應用綜合性實驗

開設貼近生活的綜合性實驗，提高學生的學習興趣。中國人飲茶歷史悠久，喝茶具有抗輻射、降血壓、提高免疫力等保健功能。因為茶葉是生活中最熟悉的飲品，開設“茶多酚提取、分離、鑒定、含量測定及抗氧化作用研究”實驗，極大地引起學生的探知興趣。在預習階段學生通過查閱文獻了解茶多酚的組成、性質及用途，在實驗中通過茶多酚提取、含量測定以及茶多酚清除自由基的抗氧化性研究，進一步了解了茶多酚的相關知識。茶多酚的提取采取了常溫水提和微波水提兩種方法，通過實驗比較了兩種提取方法的效率以及微波提取的原理。通過比色法測定茶多酚提取率和抗氧化性，同學們再一次復習了721分光光度計的工作原理及使用；應用柱層析分離提純和薄層檢測茶多酚，同學們在學習了理論知識的基礎上接受提取、減壓濃縮、真空干燥、裝柱、過柱、鋪板、活化、點樣、爬板等操作訓練，理論和實驗技能得到提升。同時這個實驗也讓同學們清晰地意識到生活中可以多飲茶，改變不良的生活習慣。這種貼近生活的綜合實驗的開展，學生在興趣的驅動下獲取知識技能的同時，也培養了科學思維能力。

2.3 地方特色實驗

內蒙古稀土儲量最大，稀土化工企業多，每年這些企業的人才需求量很大。結合地方產業特色，更好地滿足地方企業的人才需求，有必要設置相關實驗，如：“稀土有機配合物的合成及紫外、熒光性質測定”實驗的開設，學生在學習稀土知識的同時，綜合運用了合成、分離、分析、表征等各種實驗技術和無機化學、有機化學、分析化學、稀土化學、儀器分析等理論知識，其中紅外光譜、紫外光譜、熒光光譜等現代儀器的使用，增強了學生的譜圖儀器使用技能和譜圖數據分析能力，將科研的手段、技能和方法融入實驗項目中，為今后在稀土企業工作和開展相關科學研究奠定良好的實驗基礎。

2.4 設計性實驗

設計性實驗要求學生根據實驗原理，通過查閱文獻，自主設計實驗方案，選定實驗儀器，構建實驗裝置，進行產物性質的檢驗以及定量分析，總結分析實驗結果。結合我院實驗儀器設備條件和實驗教學的可實施性，提供了“微波輻射法硫代硫酸鈉的制備及性質檢驗，鎳的陽極極化曲線的影響因素研究，凝膠法制備尖晶石型LiMn2O4納米顆粒，水熱法制備SnO2納米粉”等實驗項目供同學們選擇。設計性實驗中教師起輔導和管理作用，是學生為主體的主動學習，學生完成實驗的過程就是文獻查閱、實驗組織與操作能力，分析和解決問題的能力進行有效訓練的過程。

優化后的教學內容表現為：內容豐富，涉及面廣，包括物質的制備與合成、分離與提純、檢驗與鑒別、定量分析、化學性質的探究、電化學問題研究等內容，實現了專業實驗內容由低水平重復向高層次的轉變[5]；驗證性實驗學時減少，綜合性和設計性實驗為主；體現了實驗技術的多樣性，實驗操作難度增加；在進行玻璃儀器實驗訓練的基礎上，增加了先進儀器設備的使用。

3 改進教學手段

實驗教學一直以來采取的教學模式是學生書面預習，教師詳細講解，學生按照指導書按部就班完成操作，屬于教師主導、學生被動接受的填鴨式教學[6]。這種模式存在的問題：(1)教師的實驗講解也只能局限于實驗本身，對與專業應用相關的問題引申有限，缺乏專業背景的教學內容；(2)對于儀器使用和復雜操作，教師需要花費較長時間詳細講解并演示，在短短的時間內學生很難完全消化吸收并達到熟練操作的水平，學生在模棱兩可、含糊不清的狀態下做實驗會出現縮手縮腳、避而遠之的現象。這些因素束縛了學生主動探知的積極性，教學效果打折扣。

新課標下，教學學時縮短，教學內容的豐富和現代儀器的使用，使問題變得更加突出，教學手段的改進勢在必行。當前微視頻、網絡教學平臺、虛擬實驗等新的信息技術的興起為教學改革提供了新思路。

3.1 微視頻的應用

對于精細復雜的實驗操作和精密儀器設備的使用，引入微視頻輔助教學。將學習內容通過3～10分鐘的小視頻供學生課前預習或實驗過程中觀看，有效解決了實驗教學中由于學時限制，學生人數多，教師不能全面覆蓋給予個體化指導的矛盾。微視頻可以增大教學信息量，擴展學習內容，將抽象難懂的專業知識變得生動具體、簡單明了，促進學生對實驗細節和難點的觀察和掌握，有效地提高了學生的實踐能力。

3.2 網絡教學平臺的應用

近幾年，國內知名高校慕課課程的推出，為大學生學習提供了豐富的教學資源。將慕課應用于實驗教學中，對高校實驗教學改革具有一定指導意義。免費在線教育資源為學生提供了與名校名師學習交流的機會，學生可根據需求選擇學習內容，是線下教學的有益補充。學?；瘜W實驗網絡教學平臺處在建設期，實驗教學中心購置了多種大型分析儀器仿真軟件、化工原理仿真系統、大學化學虛擬實驗室系列軟件，學生可以通過校園網隨時進行實驗室安全知識、儀器和器皿使用的學習，進行部分實驗項目的模擬操作訓練，這些都有助于學生預習過程中了解實驗內容，熟悉實驗操作，改變以往預習質量不高的狀況。

充分利用微視頻、網絡教學資源和虛擬仿真技術輔助實驗教學，線上線下融合、虛實互補，突破了時空的限制，彌補了傳統實驗教學學時少、沉悶、枯燥、信息有限的不足。

4 完善考核方式

實驗課成績評定是實驗教學中的一個重要環節?？茖W合理的考核可以激勵學生的學習積極性，有效提高實驗教學質量。原有實驗課考核主要是根據學生的實驗操作和實驗報告確定實驗總成績。雖然實驗操作是考核的一部分，但考核點并不詳細，會出現任課教師憑感覺或印象“模糊”定分值的情形，難免有偏差，這種“不公平”也會打擊學生學習的積極性。在原來的考核基礎上將過程考核細化，并且增加了理論考試，設計新的考核方式為：實驗總成績=平時考核成績(80%)+實驗理論成績(20%)。

平時考核成績占實驗總成績的80%，是綜合單個實驗項目成績折算而成。單個實驗項目的考核又包括預習(10%)、實驗過程(50%)和實驗報告(40%)三個內容。由于專業實驗的實驗周期長，實驗裝置復雜，用到較多試劑和貴重的大型儀器，只有充分預習才能更好的開展實驗。為了避免預習就是將實驗講義從頭到尾機械照抄一遍，要求學生在充分了解實驗內容的基礎上言簡意賅的書寫預習報告，包括實驗目的、原理，實驗流程圖，反應裝置圖，注意事項等。預習成績主要根據學生的預習報告，實驗課講解過程中的問答，實驗過程中的條理性，來判斷學生的預習情況。實驗過程考核涉及到學生在實驗室完成實驗的整個過程，主要從以下幾個方面考核并分配了各項分值：實驗習慣和安全意識 (5分)、實驗態度 (5分)、實驗操作 (20分)、儀器設備使用(5分)、實驗現象觀察和記錄(5分)、實驗結果(5分)、實驗中發現問題和解決問題的能力(5分)。在動態的實驗課中實驗過程的細化評價實施起來似乎有難度，但是因為專業實驗的單個實驗學時比較大，由兩位實驗任課教師在進行實驗指導的過程中，對每一小組及時進行過程的細節評價是可以做到的。實驗報告是衡量實驗教學效果的重要依據，綜合反映了學生分析、研究和解決問題的能力[7]。實驗報告成績從文字表達、圖表制作、數據分析處理、討論深度以及創新能力等方面判定報告的質量并給出相應的評價。

實驗理論成績占總成績的20%，主要考察學生對本課程所開設的實驗項目的相關實驗知識、理論知識、儀器設備使用等內容的掌握。一直以來，認為理論考試并不適合實踐性強的實驗課的考核，但在多年教學中發現，實驗總成績中增加一定比例的理論考核，學生考試的復習過程就是對實驗知識的梳理、歸納、總結的過程，也是實驗操作在大腦中回放、鞏固的過程，是實驗課程的期末總結，對提高學生的專業理論知識和實驗操作技能具有非常好的促進作用。

新的考核方式中考核標準的細化使教師的評價有的放矢，督促學生認真對待并完成實驗中各個環節的學習和訓練。這種重在過程、能力為主，兼顧理論的考核方式，能夠比較客觀、公正、全面的評價學生，調動了學生學習的積極性和自主性。

5 結語

新時期高校要“著重培養創新型、應用型、復合型人才”。專業實驗對培養學生實踐能力和創新能力有著重要的作用。適應新形勢，以提高應用化學專業實驗教學質量為目標的教學改革和實踐，必將推動學生綜合實踐能力、分析和解決問題能力、創新能力的提高。