醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗教學(xué)模式改革與實踐

郝芳芳，藍 海，劉 熙，胡 侃

（大理大學(xué)藥學(xué)院，云南 大理 671000）

無機化學(xué)實驗是以實驗操作為主的技能課程，是藥學(xué)、藥物制劑、臨床藥學(xué)、醫(yī)學(xué)檢驗、衛(wèi)生檢驗、食品質(zhì)量與安全等醫(yī)學(xué)類專業(yè)學(xué)生的第一門基礎(chǔ)實驗課，對學(xué)生后續(xù)實驗課程的學(xué)習(xí)極其重要〔1〕。該課程分3個層次：基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗〔2〕。近年來由于學(xué)校課程數(shù)量不斷增加，各門課程教學(xué)總學(xué)時不斷壓縮，導(dǎo)致無機化學(xué)實驗教學(xué)學(xué)時大幅度縮減〔3〕。2011年大理大學(xué)教師編著的《無機化學(xué)實驗指導(dǎo)》教材中涉及13個實驗項目，但目前只開設(shè)其中7 個項目，而且大部分屬于驗證性實驗〔4〕。過多的驗證性實驗容易讓學(xué)生養(yǎng)成接受式的學(xué)習(xí)模式，不利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

面對有限的實驗教學(xué)課時和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)之間的矛盾，開放性實驗教學(xué)模式的出現(xiàn)成為必然趨勢〔5-6〕。開放性實驗教學(xué)的意義主要有提高學(xué)生獨立實驗操作技能，提升實驗教師的素質(zhì)，提高實驗儀器設(shè)備的利用率，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和科研興趣，提高學(xué)生查閱文獻和撰寫科研論文的能力等等〔7-8〕。無機化學(xué)開放性實驗是傳統(tǒng)無機化學(xué)實驗的改進和延伸，也是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效手段。

開放性實驗教學(xué)對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)具有明顯優(yōu)勢，被教育部納入本科教學(xué)評估的測評內(nèi)容，目前很多高校已將開放性實驗作為本科教學(xué)改革的重點內(nèi)容〔9-12〕。由于不同學(xué)校、不同專業(yè)的教學(xué)目標(biāo)要求和教學(xué)環(huán)境不同，開放性實驗的教學(xué)模式也存在差異。本研究從大理大學(xué)醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)實驗課程設(shè)置和開設(shè)條件實際出發(fā)，論述了現(xiàn)階段該校醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗教學(xué)模式改革與實踐情況，吐故納新，制定出適合該校醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗教學(xué)的考核評價體系，以適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求。

1 常見的開放性實驗開放形式

1.1 實驗內(nèi)容的開放開放性實驗教學(xué)的內(nèi)容可分為驗證性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗。開放性實驗教學(xué)內(nèi)容應(yīng)符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和實際水平，同時考慮到不同學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)，設(shè)定符合學(xué)生專業(yè)特點的實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生的基本實驗操作技能和分析、解決問題的能力〔13〕。

1.2 實驗時間的開放開放性實驗教學(xué)目的之一就是作為有限的課堂教學(xué)的補充手段。一般周一至周五時段學(xué)生的必修教學(xué)課程較多，可以充分利用周末時段進行開放實驗教學(xué)。另外，不同專業(yè)或選修不同課程學(xué)生的課余時間段也不同，學(xué)生可以根據(jù)個人時間來安排實驗時間。對于可進行線上實驗的項目，實驗時間的選擇性更大〔14〕。

1.3 實驗專業(yè)的開放開放性實驗教學(xué)可滿足學(xué)生對實驗的濃厚興趣，因而可根據(jù)實驗難易程度面向各專業(yè)學(xué)生開放。演示性和驗證性實驗難度較低，可開放專業(yè)多；設(shè)計性實驗難度適中，需要學(xué)生具備專業(yè)基礎(chǔ)知識和較好的實驗操作技能。當(dāng)然，實驗專業(yè)的開放還應(yīng)考慮到實驗室自身的容納率，而且必須建立在符合實驗室安全管理辦法和熟悉實驗操作流程的基礎(chǔ)上〔14〕。

1.4 教學(xué)方式的開放開放性實驗教學(xué)最大的特點就是培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計和完成實驗的能力。區(qū)別于課堂教學(xué)實驗，開放性實驗要求學(xué)生自主查閱文獻資料，設(shè)計實驗方案，獨立完成實驗，必要時再請專業(yè)教師進行指導(dǎo)與討論。該實驗不是為了獲得較好的實驗結(jié)果，最重要的是實驗過程中學(xué)生學(xué)會發(fā)現(xiàn)、記錄、討論和解決問題，為今后的科學(xué)研究打下堅實基礎(chǔ)〔7〕。

2 傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗的局限

該校前期也進行過醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗的開設(shè)與探索，但教學(xué)模式陳舊單一，考核評價體系不完善。存在的問題主要有：開放性實驗教學(xué)內(nèi)容單一，實驗項目基本固定，學(xué)生缺乏自主選擇性；開放專業(yè)較少，只針對藥學(xué)和藥物制劑專業(yè)開放，其他如衛(wèi)生檢驗等專業(yè)學(xué)生沒有機會參加；實驗指導(dǎo)教師固定，一般是由此門課的課程負(fù)責(zé)人和實驗室管理人承擔(dān)指導(dǎo)工作；學(xué)生不是自主完成所有開放性實驗試劑的配制，大部分試劑由實驗準(zhǔn)備教師提前配制；考核評價體系不完善，學(xué)生以小組為單位，每組4~5人，考核方式以學(xué)生的實驗方案和實驗論文為依據(jù)，由指導(dǎo)教師進行評價，但沒有客觀的評價標(biāo)準(zhǔn)，成績也是以小組為單位給出，必然有個別學(xué)生濫竽充數(shù)，對學(xué)生實驗操作是否規(guī)范、每位學(xué)生的動手能力以及整個實驗過程的參與情況不能做出準(zhǔn)確客觀的評價，考核方式無法體現(xiàn)差異性。

3 醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗改革內(nèi)容

3.1 確立醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗教學(xué)模式充分考慮該校無機化學(xué)實驗條件，從開放實驗項目、開放實驗時間、開放實驗專業(yè)、開放人數(shù)、開放實驗指導(dǎo)教師等方面確定醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗的具體形式，真正意義上發(fā)揮開放性實驗教學(xué)的優(yōu)勢。

3.2 完善醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗考核評價體系開放性實驗作為無機化學(xué)實驗課的補充和延伸，學(xué)生的開放性實驗成績將作為加分項計入實驗總成績。為了更客觀科學(xué)地評價每位學(xué)生的開放性實驗全過程，將從開放性實驗方案設(shè)計、操作過程、總結(jié)匯報等方面進行評價，每個方面的評分點還將具體到很多細(xì)節(jié)。

3.3 建設(shè)醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗多媒體資源庫根據(jù)學(xué)生的開放性實驗情況，篩選出比較優(yōu)秀的素材，包括實驗方案、實驗視頻、實驗圖片、實驗論文、實驗PPT 等，制作成內(nèi)容充實、能充分展現(xiàn)無機化學(xué)開放性實驗全過程的微視頻，并刻錄成光盤保存，為今后開展醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供保障。

4 醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗改革實踐情況

4.1 醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗教學(xué)模式構(gòu)建從實際出發(fā)，初步構(gòu)建了醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗的教學(xué)模式。見圖1。

圖1 醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗教學(xué)模式圖

4.2 醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)設(shè)計性實驗實踐設(shè)計性實驗是科研思維與教學(xué)效果的結(jié)合，充分體現(xiàn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和實驗操作的能力〔15〕。由于是初步進行開放性實驗改革，同時需要學(xué)生具備相應(yīng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，因此該模塊未設(shè)定過多的實驗項目，且只針對藥學(xué)專業(yè)學(xué)生開放，實驗時間由學(xué)生與實驗室管理教師進行預(yù)約。根據(jù)考核評價方式，要求學(xué)生實驗前完成實驗方案設(shè)計，并請相關(guān)專業(yè)教師進行指導(dǎo)、討論和修改，同時學(xué)習(xí)和鞏固相關(guān)實驗操作技術(shù)；實驗開始準(zhǔn)備好實驗儀器和試劑，認(rèn)真記錄實驗結(jié)果，同時拍攝好課件制作和視頻剪輯需要的素材，順利完成實驗；實驗后認(rèn)真歸納總結(jié)，利用好收集的素材，認(rèn)真完成論文撰寫、課件制作和視頻剪輯等。以“茶葉中微量元素的分離和提取”實驗為例，圖2~3 分別展示了學(xué)生完成該實驗的部分論文內(nèi)容和視頻剪輯截圖。設(shè)計性實驗的考核成績采用百分制，實驗方案占30%，實驗操作占30%，實驗視頻占20%，實驗論文占20%。設(shè)計性實驗成績在無機化學(xué)實驗總成績的權(quán)重視當(dāng)年教學(xué)大綱要求進行調(diào)整。

圖2 設(shè)計性實驗示例論文部分內(nèi)容

圖3 設(shè)計性實驗示例視頻截圖

4.3 醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)虛擬仿真實驗實踐虛擬仿真實驗是傳統(tǒng)實驗的發(fā)展，能夠彌補傳統(tǒng)實驗資源和課時有限等短板，實現(xiàn)實驗的綠色化和微型化，采用開放化、個性化的學(xué)習(xí)方式，搭建線上和線下混合式的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，建立虛實結(jié)合的課程教學(xué)體系〔16〕。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)實驗主要以線下教學(xué)為主，由于疫情防控期間無法開展線下教學(xué)，逐步開始了線上教學(xué)。在學(xué)校相關(guān)教學(xué)建設(shè)經(jīng)費的支持下，引入無機化學(xué)虛擬仿真實驗，彌補了線下教學(xué)實驗的不足。由科技公司授權(quán)，學(xué)生用手機下載虛擬仿真實驗APP，教師通過虛擬仿真教學(xué)管理平臺開通學(xué)生實驗權(quán)限，學(xué)生可利用課余時間登錄APP 完成相關(guān)實驗，教師可通過管理平臺查看學(xué)生實驗完成進度和成績等。虛擬仿真實驗不受時間、空間限制，可操作性強，已對2021、2022 級藥學(xué)、醫(yī)學(xué)檢驗等專業(yè)學(xué)生進行了開放教學(xué)，學(xué)生實驗興趣濃厚，達到課前預(yù)習(xí)和課后拓展的目的。以“氯化鈉的提純”實驗為例，圖4~5分別展示了學(xué)生端實驗操作界面和教師端管理界面。虛擬仿真實驗的考核成績采用百分制，由系統(tǒng)直接評定，教師端管理系統(tǒng)可導(dǎo)出學(xué)生成績。虛擬仿真實驗成績在無機化學(xué)實驗總成績的權(quán)重視當(dāng)年教學(xué)大綱要求進行調(diào)整。

圖4 虛擬仿真實驗示例學(xué)生端操作界面

圖5 虛擬仿真實驗示例教師端管理界面

4.4 醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)驗證性實驗實踐這里所述的驗證性實驗主要指該校醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)實驗教材中所列的實驗項目，由于課時壓縮等原因，目前還未開設(shè)的實驗項目。這些實驗項目可作為教學(xué)實驗的補充，通過開放性實驗的方式，學(xué)生可自由選擇，以達到鞏固知識、鍛煉實驗操作技能的目的。這些實驗項目需要學(xué)生提前向?qū)嶒炇夜芾斫處熒暾垼蓪嶒炇医處熖峁┫嚓P(guān)的儀器和試劑，學(xué)生做好實驗預(yù)習(xí)，按預(yù)約時間進行實驗操作。與設(shè)計性實驗相比，驗證性實驗操作難度不大，大部分學(xué)生可獨立操作完成實驗。對于開放的驗證性實驗，要求學(xué)生記錄實驗現(xiàn)象，拍攝實驗素材，完成實驗報告，并將實驗內(nèi)容做成多媒體課件，教師篩選出優(yōu)質(zhì)的多媒體課件，用于演示性教學(xué)或今后無機化學(xué)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。以“常見無機離子的一般鑒別試驗”為例，圖6~7 分別展示了試管法銅離子鑒別實驗和紙上點滴法鋇離子鑒別實驗結(jié)果。驗證性實驗的考核成績采用百分制，實驗預(yù)習(xí)占20%，實驗操作占30%，實驗報告占20%，課件制作占30%。驗證性實驗成績在無機化學(xué)實驗總成績的權(quán)重視當(dāng)年教學(xué)大綱要求進行調(diào)整。

圖6 試管法銅離子鑒別實驗結(jié)果

圖7 紙上點滴法鋇離子鑒別實驗結(jié)果

4.5 醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗教學(xué)模式改革實踐成效對比該校傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗，改革后的開放性實驗教學(xué)模式優(yōu)勢明顯。開放內(nèi)容由單一類型變得更加多樣和豐富，設(shè)計性實驗、虛擬仿真實驗、驗證性實驗可選項目更多；開放專業(yè)由一個專業(yè)變?yōu)槎鄠€專業(yè)，如虛擬仿真實驗和驗證性實驗可面向所有開設(shè)無機化學(xué)課程的醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生開放；開放時間由固定時段變?yōu)槎鄠€時段，學(xué)生實驗學(xué)時數(shù)明顯增加；課后實驗項目增多，實驗學(xué)生人數(shù)增加，實驗室和儀器設(shè)備利用率明顯提高；指導(dǎo)教師由2 人增加到多人，所有承擔(dān)過無機化學(xué)課程的教師均可參與指導(dǎo)和評價，學(xué)生與教師之間、教師與教師之間的交流增加，有利于課程教學(xué)質(zhì)量的提升；開放實驗的考核方式更加多元化，能夠體現(xiàn)學(xué)生的綜合能力；學(xué)生的實驗操作技能明顯提高，如“茶葉中微量元素的分離和提取”實驗中，學(xué)生不僅鞏固了課堂教學(xué)要求掌握的常用玻璃儀器的使用技術(shù)，同時還掌握了從茶葉中提取微量元素以及從混合溶液中分離和鑒定鈣、鎂、鐵、鋁等離子的方法；學(xué)生分析和解決問題能力、查閱文獻能力、素材收集整理能力等都有所提高，為今后參與科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。見表1。

表1 醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗教學(xué)模式改革項目實施前后對比

目前該校醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗只作為教學(xué)實驗的補充，主要目的是鍛煉學(xué)生的實驗技能和培養(yǎng)實驗興趣，學(xué)生自主選擇性較大，開放性實驗考核成績只計入實驗平時成績，對無機化學(xué)實驗總成績的影響不大。同行教師認(rèn)為改革后的無機化學(xué)開放性實驗教學(xué)模式對無機化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量提升有所幫助，不僅帶動學(xué)生積極“動手動腦”，同時教師也參與其中，有助于進行教學(xué)反思，部分教師還建議可以將本校教師的一些簡單的科研實驗融入開放性實驗中，給予學(xué)生更多的專業(yè)性指導(dǎo)和鍛煉。參與無機化學(xué)開放性實驗的學(xué)生反饋，目前提供的開放性實驗內(nèi)容豐富，他們可以根據(jù)個人專業(yè)基礎(chǔ)、興趣愛好、課余時間來選擇實驗項目，自由度很大，不僅能鞏固無機化學(xué)實驗技能，還能初步學(xué)會文獻查閱、實驗設(shè)計、視頻剪輯、課件制作等；同時學(xué)生建議能夠開展一些與實際生活相關(guān)，又能與所學(xué)理論知識相聯(lián)系的實驗項目，這樣能更好地提高學(xué)習(xí)興趣。今后在醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗的開展中會繼續(xù)探索和完善。

5 討論

該校醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗教學(xué)模式進行了初步改革實踐，相對于傳統(tǒng)開放性實驗教學(xué)具有明顯優(yōu)勢，提高了學(xué)生對無機化學(xué)實驗的學(xué)習(xí)興趣，同時也鍛煉了學(xué)生的實驗操作技能，培養(yǎng)了學(xué)生的科研思維。此外，將無機化學(xué)開放性實驗納入學(xué)生的“第二課堂成績單”，順利完成開放性實驗的學(xué)生可獲得相應(yīng)的積分，明顯提升了學(xué)生進行開放性實驗的積極性，更保證了開放性實驗的教學(xué)效果。

通過醫(yī)學(xué)類專業(yè)無機化學(xué)開放性實驗教學(xué)模式改革實踐，也發(fā)現(xiàn)了很多問題和不足。制定開放性實驗項目時，在保證學(xué)生有自主選擇性的前提下，首先要考慮安全性和環(huán)境污染問題，必須全面評估學(xué)校現(xiàn)有實驗條件，綜合考慮學(xué)生實驗前后可能遇到的問題，實驗試劑對環(huán)境是否造成污染以及廢液處理措施等；開放性實驗教學(xué)加大了實驗室管理難度，儀器設(shè)備保養(yǎng)、維護費用增加，雖然這類問題在開放性實驗教學(xué)中無法避免，但可以采取措施降低發(fā)生率，如教師應(yīng)參照實驗室管理制度對學(xué)生進行細(xì)致的培訓(xùn)，實驗前嚴(yán)格考查學(xué)生基本操作技能，實驗過程中加強指導(dǎo)，及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等；無機化學(xué)開放性實驗考核評價體系中要求學(xué)生制作視頻、設(shè)計PPT、撰寫實驗論文，但實施過程也有一定難度，雖然如今的大學(xué)生對這些信息化手段已經(jīng)不再陌生，但真正掌握這些技術(shù)的學(xué)生很少，為了保證實驗考核的順利進行，教師在實驗前必須對學(xué)生進行視頻制作、PPT設(shè)計以及論文撰寫等方面的培訓(xùn)，將一些常用的軟件介紹給學(xué)生，教會學(xué)生檢索文獻，雖然一定程度上增加了教師的工作量，但能夠有效提升開放性實驗的教學(xué)質(zhì)量。