工科專業綜合化學實驗教學與研究

0引言

化學是一門以實驗為基礎的科學，實驗教學環節作為培養具有創新意識、創新能力化學化工人才的重要環節，在整個化學教育、教學過程中佔有特殊的地位。近幾年來，各高校積極進行教學改革，建立了多種化學實驗教學的新體系和教學新模式，研究開發了一批綜合化學實驗教學的新內容，及時反映了化學學科領域中的新成果、新技術、新方法以及現代實驗技術與手段。許多理科化學專業取消了後期的專門化實驗，將專業知識綜合融入到綜合化學實驗課程中，在化學一級學科大類平臺上培養學生的綜合分析問題、解決問題的能力。

浙江工業大學在省級化學實驗教學示範中心和基礎化學實驗國家精品課程的建設過程中，逐步形成了從基礎規範性實驗綜合設計性實驗?研究探索性實驗到學生創新訓練的三層次、一創新遞進式化學實驗教學新體系，將大學生創新能力培養從課內延伸到課外，使教學的第一課堂與第二課堂緊密地結合起來。從2008年開始，建立了綜合化學實驗選修課程，總學時為60，學分為2。課程組根據浙工大學生專業分佈面廣、工程實踐性強的培養特點和要求，研究開發了實踐應用性較強的綜合化學實驗新內容，編寫了相應的《綜合化學實驗》教材(已由化工出版社出版)，每年根據情況，公佈當年要開設的5～6個實驗，供學生選擇，並允許學生自擬1或2個實驗。學生的興趣很高，吸引力很大，選讀該課程的人數逐年增加。通過綜合化學實驗的訓練，學生的實驗技能和綜合應用能力得到較大提高，由實驗內容延伸的多個課題先後獲得學校大學生創新實驗計劃專案和浙江省大學生科技創新專案的資助，以大二學生為第一作者在各類核心期刊上發表了多篇相關的論文，並獲得學生課外科技活動的成果獎勵。

1綜合化學實驗教學設計思路

綜合化學實驗教學內容一般都與本校教師科研成果緊密結合，各個高校之間由於教師研究方向和實驗條件的差異，一般比較難以完全照搬其他高校的做法。另外，對於化工、製藥、材料等近化類專業的學生，化學能力培養的物件主要是綜合應用化學知識正確處理工程實際問題的工程師，不可能像綜合性大學理科化學專業那樣用大量的時間，廣泛涉及化學的多個分支領域和最先進的儀器進行科學研究。因此，必須深入研究化學實驗教學的規律，探索工科專業培養的特殊性，使綜合化學實驗這一門理學課程在各相關專業特別是工科專業中推廣、發展，架起基礎化學實驗和科學研究之間的橋樑，從而為培養大學生的刻苦研究精神和創新能力發揮更好的作用。

從浙江工業大學來看:①化學實驗課程對應化工、製藥、藥學、材料、食品、生工、環工等化學或近化類專業，在培養目標上起著基礎和支撐作用。基礎實驗的學習，主要是培養學生紮實的基本技能和實驗方法，但在基礎實驗階段完成後，學生即進入各專業學習，對化學實驗的綜合訓練明視訊記憶體在不足，限制了學生的全面發展，學生綜合應用能力和創新能力不盡如人意;②在目前實際操作過程中，真正要對整個化學實驗課程的整體融合難度很大，風險同樣也很大，因此，開設相對獨立的綜合化學實驗課程，就成為化學實驗教學改革的突破口。它既是基礎化學實驗向各專業實驗有機銜接的重要課程，又是基礎化學實驗學習的拓展和提高，是對學生進行綜合素質訓練和工程實際應用能力培養的重要載體。

基於以上分析，綜合化學實驗的教學必須有別於基礎化學實驗教學，不能單純的成為基礎化學實驗教學學時的延長，或成為第二門基礎化學實驗課程。綜合化學實驗課程在教學內容、教學方法和教學手段等方面必須體現課程特色，用比較合適的學時數，在一定的實驗儀器裝置保證下，選擇一個較為完整的專案為載體，完成查閱資料實驗方案和儀器裝置設計實驗操作、分析檢測論文或報告寫作等基本科研訓練過程。以開放式教學作為教學模式，從時間(不受實驗學時限制)、空間(不受教師輔導方式限制)、場地(不受固定實驗場地限制)、內容(不受實驗內容限制)等方面給予學生最大限度的自主學習機會:①教學形式上可分集中訓練與導師分散指導兩方面進行，以解決教學過程中的實驗場地、指導教師、實驗經費等許多困難;②實驗內容上可以彌補基礎實驗的不足，將專業需求內容調整、融入到教學訓練中，同時可以不受時間、實驗方案等的限制，提供學生更多研究探索的機會;③實驗考核機制上要採用多樣化操作，不能像基礎實驗那樣，只有完成了規定的學習內容和學時才能合格。因為綜合化學實驗具有探索性和創新性，要允許學生實驗失敗，允許沒有實驗結果，只有這樣，才能促使學生大膽嘗試、勇於創新。

2綜合化學實驗教學的實施

2.1綜合化學實驗教學方式

綜合化學實驗是一門理學課程，由於各專業對學生培養的目標定位不同，特別是各工科專業在後期必須進行工程實踐能力的訓練，不能完全照搬化學等理科專業的做法，取消後期的專門化實驗。因此，如何將綜合化學實驗教學在各相關專業中深入開展下去，做好課程之間的銜接，需要各個部門、專業學科之間的相互配合，統籌安排學時數及教學內容，探索開放、有效的教學方式。

我們在綜合化學實驗教學過程中，按照課題式(或專案式)思路佈置實驗內容，一般以3或4人為1個實驗小組，確定課題組長。第一階段由指導教師講解實驗基本要求，複習實驗基本技能，限期進行文獻查閱，撰寫開題報告和文獻簡述，然後分課題組進行交流答辯。答辯通過後，進入第二階段，即實驗階段，學生按要求訂購實驗試劑，做好實驗準備。在進入實驗室後，先進行文獻對照實驗的訓練，然後改變實驗條件或實驗方案，逐步激發學生的創新思維及對科學研究的嚮往，為鍛鍊實際創新能力做好鋪墊。由於實驗的不確定性，規定的實驗學時往往是不夠用的，這一階段一般是不限期的，學生可以利用週末或節假日進入實驗室工作，以學生有充分的資料撰寫實驗總結或論文為止。第三階段是總結、撰寫論文階段。先由指導教師講解論文寫作的`規範要求，然後學生邊寫邊改，直到符合論文發表的要求。指導教師申報課程的成績時，為鼓勵學生大膽嘗試，最大限度地發揮創新精神，重點考察實驗的各個階段及實驗技能的掌握情況，一般不太追究實驗結果。

2.2綜合化學實驗教學內容的主要來源

綜合化學實驗是在化學一級學科層面上開設的實驗課程，其教學內容必然涉及到綜合性、研究性和實際應用性。因此，必須做好化學各學科之間的知識融合，以及現代合成、分離和表徵手段等實驗技能的普遍提高。浙江工業大學近3年開設的綜合化學實驗專案，我們的做法是:

(1)堅持固基強本的實驗傳統。在完成基礎化學實驗的基礎上，掌握熟練的實驗基本技能後，進一步鞏固基礎，加強技能，開發了綜合性的設計、研究型實驗。

(2)採用取之於學生，用之於學生的辦法。對學生有濃厚興趣的內容引入到教學中，將近幾年大學生創新實驗計劃專案、大學生科技創新專案的內容及自擬課題引用到教學實驗中。

(3)按照教學與科研互動的原則。將教師的科研成果中適合於教學的內容引入到教學中，充實實驗內容，反映各學科領域中的新成果、新技術、新方法以及現代實驗技術與手段，體現綜合化學實驗內容的新穎性、先進性。

2.3工科綜合化學實驗教學的目標及效果

通過綜合化學實驗的學習，學生的實驗技能和綜合素質得到全面提升，達到了以下目標。

(1)堅決貫徹基礎規範性實驗綜合設計性實驗研究探索性實驗的主線。要在已經完成的基礎化學實驗的基礎上，將實驗的綜合設計性和研究探索性凸顯在本課程的建設中，著力五基(基礎理論、基礎知識、基本技能、基本思維和基本能力)教學，特別注重實踐能力和創新品質培養，融創新教育於實驗教學之中，在教學過程中融入創新意識、激發創新思維、鍛鍊創新能力，努力讓學生學會學習、學會實踐、學會思考、學會創新。

(2)強化自主學習功能，突出開放式教學和個性化培養。要著眼各專業學生化學實驗理論的教育，讓學生能綜合應用化學知識，採用多種化學研究方法、實驗技術進行實驗方案設計與操作，改變考核方式，允許實驗失敗，解除了實驗束縛，最大限度地發揮了學生的實驗想象力，從而在同一空間營造出一個相對個性化的教學環境，使學生有更多的機會自主學習，使個性化教學成為可能。

(3)彰顯化學實驗的先進技術和先進手段，通過綠色化引導推進創新教育。要將綠色化學的理念滲透到實驗教學過程中，通過引入微波合成、微反應等綠色化學技術，讓學生接觸綠色科技前沿。同時，將實驗過程中產生的廢液、廢渣處理設計成實驗，在樹立節能環保意識的同時，有效提高學生對知識的綜合應用能力。

3進一步完善綜合化學實驗教學的建議

綜合化學實驗教學必然帶來學生創新思維的激發和實驗室的開放，對教學內容開發、師資隊伍建設和實驗室管理帶來了更高的要求，因此，必須不斷努力，解決以下問題。

3.1積極改進實踐教學環節，激發自主學習的積極性

為了更好地建設綜合化學實驗，必須考慮工科專業實踐教學方式的多樣化，體現個性化教育，使實驗教學有利於綜合實踐能力的提高，有利於激發學生的創新動機。按照以學生為本的理念，努力加大開放實驗的力度，要儘量使化學實驗室在實驗時間、實驗內容、儀器裝置等方面努力實行全方位開放，讓學生擁有自主選擇實驗內容、實驗時間、實驗裝置和指導教師的機會，充分調動他們的積極性和創造性。開放性的實施除了對文獻方法進行實驗、質疑以外，還可體現在3個方面:①實驗專案的開放性，可以鼓勵優秀學生自擬課題，增加學生對實驗的自主設計權。②與大學生課外科技活動密切結合，選擇趣味性、應用性、綜合性較強的科研成果，設計成學生選修實驗內容。一方面可以進一步激勵學生的學習積極性，另一方面解決實驗經費的短缺問題。③積極創新學生實踐環節，探索綜合化學實驗與後期專業實驗改革的新路子，結合課程論文或畢業論文(設計)工作，積極利用化學實驗室開展課題研究。

3.2不斷更新完善實驗內容，增強實驗專案的新穎性和應用性

綜合化學實驗的教學內容必須不斷開發，要真正形成一批綜合性、設計性、可推廣的創新實驗專案，否則，該課程開設幾年後，供學生選擇的量逐年減少，學生的學習積極性就會降低。對於工科專業學生來說，實驗內容要注重新穎性和實用性。一方面，實驗內容要緊扣化學化工行業發展的新成果，適當增加實驗的難度、深度，在合成方法、產品與溶劑處理、檢測分析手段等方面具有先進性;另一方面，實驗專案要注重工程實際，應當儘可能選擇一些與工業生產、日常生活密切相關的實驗內容，讓學生應用所學的理論知識解決生產實際和生活中的問題，提高學習積極性。

3.3著力加強實驗指導教師隊伍建設，增強課程建設的生命力

實驗指導教師對綜合化學實驗教學質量的提高起著重要作用，是課程建設的生命力。綜合化學實驗指導要求高，牽涉面廣，教師不但要全面地理解本專業教學目標，還要準確地把握各實驗內容的特點以及它們之間的聯絡，無疑會比指導基礎化學實驗付出更多的勞動，如果沒有一支實驗經驗豐富、學術科研水平較高、富有創新和犧牲精神的教師隊伍，課程將會逐漸萎縮，直至消亡。因此，要制定一系列的政策，在人員引進、業績點計算等方面給予特殊性，應當撥出專款用於新實驗的開發，鼓勵教師將自己的科研成果轉化為實驗教學內容，並在實驗教學過程中進一步改進，提高教學質量。同時，還可以聘請企業、研究院(所)的相關人員合作指導實驗，增強實驗教學與生產實際的密切聯絡。