新工科背景下應用型本科高校實驗教學改革探討
——以《有機化學實驗》課程為例*

李 政，王樹軍，陳 鈺，周雪鳳

(廊坊師范學院 化學與材料科學學院，河北 廊坊 065000)

新工科(Emerging Engineering Education，3E)是根據我國當前發展階段需要，在立德樹人新要求下提出的我國新時代工科教育發展的方向[1]。新工科建設是適應新工業革命發展及以新技術、新產業、新業態為特征的新經濟增長的必然要求[2-3],是深入實施國家重大戰略、提升我國國際競爭力和提高國家硬實力的必然選擇。實踐是工程的本質和創新的源泉，而實驗教學是培養工程實踐能力的重要環節[4]。因此，新工科的建設過程中，實驗課程的建設質量對于高校人才培養質量的提升起著至關重要的作用[5]。

教育部明確要求應用型本科院校應當實施工程教育改革，不斷促進產教融合，推進應用型人才培養方式的革新，提高學生的工程實踐技能[6,7]。新工科建設為高校帶來新機遇的同時也帶來了新挑戰，若不進行改革則難以適應新形勢甚至難以生存。與研究型大學相比，應用型本科高校的人才培養方式和目標應當有很大的區別。在應用型本科高校中，實驗教學是培養應用型人才的重要課程，是培養學生工程實踐技能的重要環節。實驗教學不僅可以加強學生對理論知識的理解，拓寬理論知識的應用邊界。還可以促進學生對知識的運用，加強分析問題和解決問題的能力[8]。

應用型本科高校以培養應用型人才為己任，應用型人才的培養需要改革當前的課程教學體系，特別是實驗課程教學體系[9]。實驗教學是培養學生工程實踐能力和創新創業能力的重要環節，是應用型本科高校實施人才培養方式改革的重要內容。以筆者所在單位的有機化學實驗為例，傳統實驗教學存在教學內容設置不合理、教學設備不足、教學方式有待改善、學生不夠重視以及教師隊伍建設難以適應新工科教育對教師能力的要求等問題[10,11]。新工科教育要求培養多元化、創新型的應用型人才，傳統的實驗教學模式已無法適應新形勢的要求，高校實驗教學改革迫在眉睫[12]。

1 普通高校《有機化學實驗》教學的現狀

1.1 教學內容設置不合理

高校的實驗教學內容以驗證性實驗為主,以有機化學實驗為例,講義一直延續前幾年的版本，盡管每年都稍有改進，但主要的實驗內容及操作方法、實驗設備變化不大。這樣的實驗教學體系已經難以適應當今社會對人才培養的要求。以學校化材學院的有機化學實驗課程為例，具體的實驗內容如下表1所示。

在實驗內容上，有些重要的實驗教學偏少，比如薄板層析和柱色譜作為有機實驗中最重要的實驗操作，僅在“偶氮苯的光異構化和薄板層析”一章中涉及，很多學生在做畢業論文時早已忘記具體操作了。然而，常壓蒸餾、減壓蒸餾及水蒸氣蒸餾卻作為3次實驗分別教學，這完全可以合并到一次，將多余的實驗學時放在重要的實驗操作上。在實驗內容的選擇上，涵蓋了重要的實驗操作和有機反應，卻忽視了實驗內容的與時俱進，比如在天然產物的提取方面引入青蒿素等。

表1 有機化學實驗具體教學內容

1.2 實驗設備不足

當前很多地方應用型本科高校普遍存在實驗教學投入不足的問題。因此，對于實驗教學中花費較大的儀器設備，要么不更新，要么因為預算限制購置一些簡單便宜的設備。比如，旋轉蒸發儀作為有機合成中必不可少的儀器，在有機實驗教學中竟然沒有涉及到，盡管有減壓蒸餾的實驗，實驗原理也一樣，但畢竟跟旋轉蒸發儀的結構差別較大，導致學生在做畢業論文時都不會操作。另外，為了節省實驗費用，本來應該獨自操作的實驗，安排幾個人一起做，導致許多學生實際上無法參與實驗，無法鍛煉實驗操作技能。新工科背景下，需要國家加大對應用型本科高校的支持力度，大力加強實驗教學，為培養技能型人才創造良好的條件。

1.3 實驗教學方式有待改善

在實驗教學課堂上經常出現：教師們汗流浹背，但實際上學生卻沒有興趣聽，很難調節好教學氣氛。實驗教學中，前期準備工作由實驗教師完成，學生進入實驗室按照老師的講解和實驗步驟完成教學，教師做的很多，學生自己參與的機會很少，學生難以在實驗當中發現并思考問題，這樣的教學方式不利于培養學生的創新意識和職業能力。教學與社會需求脫節，培養的人才不適應企業的要求，這嚴重背離新工科對應用型高校人才培養的定位。因此，當前的應試教育方式亟需改革，要調動學生的學習積極性和主觀能動性，注重培養學生的操作技和職業能力，以適應社會對應用型人才的要求。

1.4 學生不夠重視

有機化學實驗盡管是一門單獨的必修課程，但學生的最終成績區分度卻不大，基本都是80分上下，只要學生順利完成所有的實驗課程，基本上學生最終的學業成績在中等以上，導致學生對實驗課程的重視程度一般。實驗設備受限以及考慮到實驗的安全問題，很多實驗都是一些簡單的基本操作，難以引起學生的學習興趣[13]。另外，由于學生的課業任務比較重，每天的課都排滿了，學生也很難抽出課外時間在實驗課的復習上。

1.5 教師隊伍建設難以適應新工科教育對教師能力的要求

新工科建設以來，專業實驗室的實驗教學仍是由校內在崗的實驗教師承擔，盡管這批教師具有豐富的教學經驗，然而這些教師基本上沒有在工業企業學習工作過，在工程實踐經驗方面存在明顯的短板，這樣一來，不熟悉企業運作過程的教師自然也難以培養出具有良好工程實踐能力的學生。這明顯不能滿足新工科教育對教師能力的要求，不夸張地說，這是當前新工科教育最大的短板。

2 應用型本科高校有機化學實驗教學改革

在應用型本科高校中，我們以廊坊師范學院化學專業為例,針對當前實驗教學過程中出現的問題，結合課程組長期的教學經驗，提出如下的改革舉措：

2.1 改進教學內容和教學方法

根據新工科人才培養目標來確定課程的目標，根據課程目標提出問題，設計實驗，面向產業需求，培養創新型工程技術人才。有機化學實驗教學應以問題為導向，將“研究性學習的理念”滲透到課堂教學，引導學生進行科學探索、大膽創新。以實驗教學“從茶葉中提取咖啡因”為例，可以在課前就提出問題,如何從天然產物中提取咖啡因？引發思考：①咖啡因存在于哪些天然產物中？②在這些天然產物當中，哪些是我們可以方便獲取的？③從天然產物中提取有效組分有哪些手段？④索氏提取的原理是什么，結合原理實驗過程中要注意的問題是什么？這些循序漸進的提問，可以引發學生的不斷思考，調動學生學習的主觀能動性。

2.2 引入網絡教學手段

隨著信息化時代的到來，為提高學生自主學習的熱情，可在教學過程中引入網絡教學手段。在課前，學生可以提前了解與實驗內容相關的中外文獻，例如進行偶氮苯的制備方法及其光化異構化實驗時，可以通過鼓勵讓學生上知網對光化學反應進行學習，達到更深入地了解。在課中，可以播放實驗演示視頻，并實時講解過程中的一些具體操作，加強學生對實驗過程的熟悉和理解。針對實驗過程中出現的現象，如有疑惑也可以借助于網絡。課后，針對課上沒有解開的困惑，也可以觀看網上的教學視頻，看看別人是如何操作的，糾正自己的不規范的操作。

2.3 科研促進教學

高校實驗教學內容以驗證性實驗為主，而且都有相應的實驗講義，學生按照實驗講義完成相應的實驗，學生參與度低，課上思考很少，課后又基本沒有鍛煉的機會，導致學生很快就忘記了常規的實驗操作和實驗內容。高校應當開放相關實驗室，鼓勵學生參與教師的科研項目，或者申請大學生創新創業項目，鍛煉學生的實驗操作技能和職業能力。學生參與教師的科研項目，將課上實驗和課下實驗相結合，使實驗教學有延續性，而且與實驗教學不同的是，科研實驗面臨很大的不確定性，不同的有機化合物結構和組成，有不同的性質，要用不同的提純方式，這樣可以促使學生不斷思考，加深對實驗操作過程的理解。

2.4 加強校企合作和國際合作

現在實驗教學的一個突出問題是學校教學與社會需求嚴重脫節，社會發展迅速，但學校的教學內容和方式沒有相應變革。應用型人才的培養，很重要的一點就是要緊跟行業、產業對人才的需求和要求，做到“有的放矢”。在新工科教育的大背景下，地方應用型本科高校應大力加強校企之間的合作，在企業建立實習實訓基地，在條件允許的情況下，可以考慮把實驗課的課堂放到工廠的車間中，讓學生了解車間的實際生產情況，學以致用。同時，學校還應吸取國外高校在應用技能型人才培養方面的優秀經驗，加強實驗室與國外應用型名校之間的合作，互通有無，取長補短。

2.5 強化教師的工程實踐能力

當前的新工科教育面臨的最大短板是缺乏一批具有較強工程實踐能力的教師，實驗教學是應用型本科高校培養學生工程實踐能力和創新創業能力的基礎，因此應用型本科高校應當注重加強實驗教師隊伍的建設,提高實驗教師的工程實踐能力，這是提高實驗教學水平的基礎。盡管一般實驗教師具有較高的理論技術水平，但基本不具有企業工作學習的經驗，這樣在實驗教學中就無法抓住當前企業的痛點并有針對性地培養學生的相關技能。學校可以考慮與企業合作，將教師送入企業培訓一段時間，掌握了一定的實踐技能后再開展相應的實驗教學，這樣也可以提高實驗教學的水平。

2.6 實驗考核方式的改革

目前的實驗課程考核基本以實驗結果和實驗報告為主，這種考核方式注重結果考核，忽視了過程考核，無法判斷學生是否認真、真實地完成了實驗，缺乏必要的區分度，會挫傷學生的積極性。考核方式應當改革，可以考慮以閉卷的理論考試、實驗操作和實驗報告相結合的方式，其中閉卷理論考試、實驗操作考核和實驗報告各占比25%、50%和25%。大幅提高實驗操作的占比，有利于引起學生對實驗操作的重視，提高學生的實際操作能力，這也符合新工科對應用型本科高校人才培養的要求。加入實驗考試，則是為了加強學生對實驗原理、操作的識記，有利于學生對有機化學實驗的掌握和理解。

3 結語

隨著“新工科”建設的積極推進，應用型本科高校的機遇和挑戰并存，只有做好人才培養體系的改革，才能抓住機遇獲得更大的發展。本文以作者所在單位為例，實驗教學改革包括改進教學內容和教學方法、引入網絡教學手段、科研促進教學、加強校企合作和國際合作、強化教師的工程實踐能力、實驗考核方式改革等舉措，切實契合了新工科對應用型本科高校的人才培養定位，對于其它學科的實驗教學改革也有一定的借鑒意義。