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摘要:以學校培養人才為終極目標,分析了基礎化學實驗教學的目標和任務,指出了一般地方院校基礎化學實驗教學存在的問題和不足,提出了改善基礎化學實驗教學的措施,首先是樹立正確的以培養能力為核心的實驗教學理念;其次是改革實驗教學內容,優選“雙基”實驗,增加綜合創新實驗;第三落實教師科研項目與學生的科研及畢業論文雙向優選結合;第四革新實驗教學管理模式;最后提出5條提高實驗教師隊伍建設的建議。
關鍵詞:地方高校;化學;化學實驗;實驗教學
學校的根本任務就是培養人才,作為地方高校,應培養適應基礎教育和地方經濟社會發展需要的、專業基礎扎實、知識面寬、綜合素質高、具有創新精神的高級專門人才[1]。化學院系是實施化學教育的主體,作為學校教學部門,基本任務就是化學教學,它分為理論、實驗二部分。化學是一門以實驗為基礎的自然學科,化學中的定律和學說都源于實驗,同時又為實驗所檢驗。早期的化學也被稱為實驗化學[2],化學教育家戴安邦曾專門撰文“化學實驗教學是實施全面化學教育的有效形式”[3],可見化學實驗教學在化學教學中的重要地位,所以化學實驗教學就應該是教學研究的重要課題。
1基礎化學實驗教學的目標任務
基礎化學實驗教學在學校化學教育中承擔培育化學專才的目標任務,可具體分解落實在以下四個部分:①所謂的“專業基礎扎實”,是指掌握實驗基本原理、基本知識和基本操作,對實驗能規范操作并得出正確的數據和結論,現行的專業基礎課對應的基礎實驗都擔負著這樣一個任務;②“知識面寬、綜合素質高”,則指通過較為復雜的綜合實驗,熟練掌握上述“三基”,并在實驗過程中加進一些綜合性、開拓性知識經驗,以鍛煉學生綜合技能及拓展思維;③通過某些綜合實驗及其模仿實驗逐步為設計實驗,創新實驗鋪路引導,以培養學生“解決問題的能力和創新能力”;④在設計實驗、創新實驗里精選出好的題目,作為畢業論文題目,從而構建出一個“完整的實驗教學模式”,也為化學系有“50%以上的畢業論文在實驗室中完成”的目標貢獻份額。總而言之,化學實驗教學的目標和任務就是通過基礎實驗、綜合實驗、設計實驗、創新實驗、畢業論文(優選的創新實驗)一套化學實驗教學運行模式來完成培養化學專才的任務。
2基礎化學實驗教學存在的問題
地方院校傳統的基礎實驗教學模式,重視化學理論教學,一般是教授理論主課的老師制定實驗教學計劃,下意識地把實驗教學變成了理論教學的一部分,使得實驗教學體系變得不夠完善,忽視了綜合性、設計性、創新性實驗的開設,嚴重地制約了學生關鍵素質—能力的培養,加之實驗教學人員非專技所長,致使實驗教學質量難以得到保障。如果學校實驗管理頂層設計不理順,那么實驗教學四個基本要素“內容”、“人”、“財”、“物”就無法協調安排;如果實驗教學的內容、考核、激勵不合理,書面考試完全代替,那么真正需要考察的“能力”和“素質”就容易出現得不到訓練、體現和考核等表象問題[4]。
3基礎化學實驗教學改革的實施
3.1以基礎實驗教學目的為導向,確立“能力”是關鍵
在教育部為本科教學質量評估和保證實驗教學質量而設計的一套體系中,明確要求應以培養學生關鍵素質—“能力”為目的,采取增加綜合性和設計性實驗比例,加強創新型實驗教學項目建設,最大可能性改善實驗條件,加強實驗教師隊伍的建設等措施。這是基礎化學實驗教學應該堅決實施的措施,具體是使學生掌握實驗基本原理、基本知識,加深對化學理論的理解,熟練地進行規范操作,進而得出正確的結論。為培育學生的知識和經驗獲得的能力、查閱資料能力、實驗動手能力、完成實驗的觀察能力、協調合作能力、運用多學科知識解決問題的能力、預見和判斷能力、數據處理能力、總結和評價能力、文字報告能力等設計好路線,這是人才培養更深層次必然要求,是人才培育精髓實質[2]。為了這個根本目標,我們必須積極推進化學實驗教學改革。
3.2推進實驗教學內容的改革
化學教育培養的人才目標是:基礎知識扎實、基本技能出色、創新能力強,能獨立解決實際問題化學專門人才。落實到基礎化學實驗教學中,可分解成4個單項:①理論驗證、基本操作的實驗,我們可以優選一些現行實驗,驗證性的諸如《羧酸及其衍生物的性質》、《氧化還與電化學》、《環己酮、糠醛與氨基脲的競爭反應》實驗等等,基本操作的諸如《常用玻璃儀器使用及玻璃管的簡單加工》、《五水硫酸銅結晶水的測定》、《物質熔點沸點測定》實驗等等;②培養一般研究方法的開拓知識面的實驗,我們設計成綜合實驗,包括運用多種實驗技術,需要理論寬泛的《4-苯基-2-丁酮的制備》,《配合物鍵合異構體的紅外光譜測定》綜合性實驗等,旨在培養學生的規范操作及分析、推理、歸納、總結并形成報告的能力,它能培養學生解決問題的能力,比例應當加大;③培養創新能力的實驗,如:《蘋果中鈣的提取及測定》、《四苯基異二醇光化學合成及表征》的實驗……設置成設計實驗,在教師的引導下,相對獨立地提出問題、查閱資料、設計方案、完成實驗、分析數據、得出結論和成果,充分發揮學生的主觀能動性,綜合運用所學的理論知識和實驗技能,來完成設計實驗,進而培養興趣、探索未知、發展個性、解決問題,從而真正提高素質,這種真正培養學生核心素質—能力設計實驗應該增加;④培養學生的創新能力,寫出邏輯嚴謹、情理并茂而又科學的畢業論文,通過2~3年實驗訓練和增多的專業理論知識,學生掌握了基本操作、基礎知識及實驗報告和小論文等科研性文章的寫作技巧,懂得了文獻調研、確定實驗方案工藝、實施物質合成、分離純化、物質表征,進而弄清組成、結構、性質及相互關系等科學研究的基本流程,這樣基本化學科研范式,結合具體課題(學生自選,導師命題),就自然而然地寫出好的畢業論文(因為上述環節涵蓋了論文所有過程),再加上學生按自己的個性意向,選擇導師,導師又以自己的優勢方向指導學生,導師優勢學術與學生志趣雙向耦合,既調動了指導教師發揮優勢才干的積極性,又利用了他們掌握的研究項目、實驗室、資金、物質設備、數據信息等方面的優勢。學生按興趣選擇,他們學習研究的積極性高、思維活躍、動力強勁,那么師生的優勢疊加自然會產生施教者希冀的效果,高質量的畢業論文或成果便會不斷涌出。事實上,2018-2020年學生的論文質量比起往年有大幅度提升(教育部專家對教學質量評估的結論)。所以,應推廣“化學基礎實驗—綜合實驗—設計實驗—畢業論文實驗(導師的科研項目實驗、自選或命題實驗)”一條龍式的獨立實驗教學模式。這樣便可將“學習知識和技能”、培養“能力”貫穿于整個實驗教學之中。
3.3加強創新型實驗和項目建設
創新型實驗能培養學生的創新精神和能力,可獨立地設置成實驗教學環節,也可列入選修課或課外科學技術活動的實踐環節。創新實驗項目從查閱文獻、收集資料,到提出課題、設計方案、確立方法、選用儀器,完成實驗,到分析結果等,都完全由學生自行確定。這種由想法到結果的實驗,是一種設計性創新實驗,難度較大,為增加成功概率,我們一定要選擇適當的時機進行,在做好基礎實驗、練習綜合實驗、實踐設計實驗的基礎上,具備了深厚的實驗功底后,經學生、老師、項目及經費四項匹配后實施,萬萬不可流于形式。課題的內容和形式不限,可使學生感受科研工作的全部內涵和樂趣,掌握科學研究的基本規律和科學的思維方法,培養學生鉆研、探索、創新精神,以達到學生自我發展能力的目的[5]。經過多方努力,成果也較為顯著:各科研課題組(每個組2-7名)中都有同學積極參加,不同課題組除了完成本項目外,自己又開創了一些實驗,三年累計16項“大學生研究性學習與創新性實驗計劃項目”均結題或完成,參加“山東省大學生化學實驗大賽”(省科協、省教育廳、省共青團、省發改委及省人社廳共同主辦),近三年都獲得了好成績,袁兆朔《有機模板劑導向的金屬鹵化物低維鈣鈦礦材料的發光性能研究》、李正進《有機鹵代小分子給體材料的設計、合成及光伏性能研究》等7個項目在“學生科創大賽”中分別獲得省級一、二或三等獎,曹曉雨《酯交換法制異丙醇》、吳玉芳《低維鈣鈦礦新型白光LED發光材料的研究與應用》等3個項目被推薦為“省青創”項目,并獲得獲中國化工學會、中國化工教育學會表彰獎勵。
3.4革新實驗教學管理模式
緊扣學校培養人才的中心任務,化學實驗教學應以學生為中心,不能以教師為中心。教師是主導,是服務于學生學習的,不能為教師而設置實驗,如滿足工作量,滿足哪個實驗室容量,這是本末倒置的現象,學生是教學活動的主體,應以學生為本,緊緊圍繞中心任務設置實驗教學體系及管理模式。完成學校培養人才的中心任務,首先采取獨立的實驗教學體系,兼顧理論知識體系。可以根據不同的實驗培養目的,設計不同的模塊,和相關課程保持協調一致,基本原理、基本知識及基本操作的實驗,規定時間、地點、指定教師;對綜合性實驗實行預約制,一天設置多個時段,使學生根據自己的情況自主選擇實驗的時間和內容,增加實驗課的靈活性、選擇性等,盡量向按需教學的方向靠攏,這是教育大趨勢;對于設計性實驗、畢業論文項目的實驗,要開放實驗室,師生互選,使實驗研究及能力興趣優勢疊合,易出成果及高質論文;其它實驗項目、競賽要在開放實驗室的情況下進行。其次是實驗人員專職化,我們要固定實驗教師,實驗人員不一定是全才,但必須是專才,因此我們要固定人員,用其所長,輔以一定政策及激勵措施,使其在專職領域“鉆研實驗教學,專心實驗教學,服務實驗教學”,培養他們成長為高效完成實驗教學的群體[6]。第三要推行實驗中心下的實驗課程規劃(如若課程附屬于教研室,則一定破壞實驗技術完整體系,必不能達到培養人才的目的)、教職、經費、實驗室、物質統籌安排,恰到好處地使其物盡其用,人盡其才,協調一致,化學實驗教學效率更高。一個好的實驗教學模式,可高效率的完成教學目標。
3.5重視實驗教學隊伍建設
培養人才是學校中心任務,主導“教”的關鍵是教師,實驗教師又是培養學生“能力”的強有力的依托,因此建設好實驗教師隊伍是關鍵點。化學實驗教學的高質量主要取決于實驗教師的能力、經驗、積極性和責任心,還取決于對實驗教學目的和意義的認識程度,所以,建設好一支實驗教師隊伍至關重要。措施如下,第一、要建設一支穩定的“教”有專攻的實驗教師隊伍,只有人員專職固定,才有人專注于研究實驗教學問題,這是提高實驗教學基礎,還有實驗教師在學校環境、實驗運作、實驗器材上的經驗,能幫助學校提高教學效率。第二、要培訓提高實驗教師能力,實驗教師成長需要學校培養扶植,實驗教學技能、實驗技術知識、實驗管理等,可到相關高校考察學習進修或學術交流,增長本行業知識技能。大型儀器到有同類儀器設備的學校或科研單位或廠家進行培訓。支持鼓勵青年實驗教師學業進修,更新拓展知識結構,提高實驗教學水平和實驗技能。第三、設計一些項目促進實驗教學的深入,如設立實驗技術的研究、大型儀器設備功能再開發,增加實驗教師技能,提高教學技藝。第四、要采取激勵措施,總結實驗教學工作,開展評比活動,設立實驗技術成果獎等。專職實驗教師與理論課教師要有相同待遇,實驗技術人員的職稱評定要著重突出實驗技能和實際工作業績,讓實驗教師有期望,這樣才能穩定隊伍,提高積極性。第五、用一些特殊人才政策吸引具有博士學位或具有教授職稱、理論知識扎實、動手能力強的優秀教師或科研能人進入實驗教學一線,這是實現高素質實驗教師隊伍最簡單便捷方式。總之采取一系列措施,努力建設一個鉆研實驗教學,潛心實驗教學,用心實驗教學的教師群體,這是搞好實驗教學前提和保障[7]。
綜上分析,指出實驗教學中存在的偏見和不足,要凝聚認識,轉變思想,找準關鍵,改善實驗教學體系、管理模式,在不弱化基礎實驗的情況下,通過提高設計性和綜合性實驗的比例,強化創新型實驗的建設,在專業實驗教學隊伍教導下,通過基礎實驗,綜合實驗,設計創新實驗,畢業論文實驗(優選的設計創新實驗)教學等,完成培育高素質人才的終極目的。
作者:郭慶君 王明峰 張海峰 單位:濟寧學院化學化工與材料學院