开放创新化学实验课程化教学模式探索

开放创新化学实验课程化教学模式探索

白玲

农业高校的化学实验课程(有普通化学实验、分析实验、仪器分析实验、有机化学实验和物理化学实验等)是一门实践性和应用性很强的学科，涉及面广(有农学、林学、植保、动物科学、环工、食工、生工、应用化学等十几个专业)。根据不同的专业，一般从大一开始到大三均有开设。化学实验课程是一门实践性强、应用性广的课程，适合创新型和应用型人才培养的目标要求。然而，目前采用还是较传统的化学实验教学模式^［1］(如：演示讲授模式、实验归纳模式、实验演绎模式、实验探究模式)。显然，传统的教学模式对于学生比较系统地掌握本学科必需的基础理论，基本知识，掌握本专业必要的基本技能是必不可少的。但它的不足之处也是显而易见的。就目前开设的化学公共基础实验课和专业基础实验课的内容里，传统实验项目较多，验证性的实验项目占有较大的比例，它让学生仅仅学到了间接经验，而缺乏直接经验。只学到了知识，而没有学到思考方法。这种模式使学生在实验过程中过分依赖教师的指导，对实验仪器设备的结构、原理、用途不熟悉。同时，老师教授起来显得枯燥，学生学习起来也没兴趣。因此，传统的化学实验教学模式已成为抑制创新型和应用型人才培养的“瓶颈”。开放实验室教学模式［2～4］在很大程度上弥补了这些缺憾。因此，必须改革传统的化学实验教学模式，开放实验室，以培养学生的创新意识和实践能力为目标，提高学生的综合素质和实验教学的质量，使之满足新形势下本科教育对创新型和应用型人才的要求。

一、提升教学理念

坚持以学生为中心，注重个性化教育。注重培养学生的认知能力和思维习惯。要提升教学理念为“教是为了达到不需要教”，学生应会学、会用、学用结合和开拓创新。

二、开放实验室以“四个结合”为途径，实现开放创新实验课程化

1．开放实验教学，搭建“自主创新”实践平台

要实现开放创新实验课程化，必须建立开放性化学实验室。

开放创新实验确定的基本步骤是：教师确定或学生自选实验题目→学生检索查阅资料→设计实验方案→教师审核→实验中心主任审核→实验室根据实验内容和学生人数做好实验仪器和实验材料的准备工作。总之，开放性实验室的实验内容应注重引导学生跟踪化学发展的新动态，构建合理的知识结构，突出实验内容的研究性和探索性，激发学生科研热情和攻关欲望，着眼于学生综合素质的提高。

建立开放性实验室。培养学生的创新能力，除了要求教师根据学生的特点设计出具有高水平的教学实验外，还要为学生提供一种全开放式的实验条件，为学生提供一个能充分发挥学生潜力的平台。具体可以从时间的开放，如全天候的开放、定时开放、预约开放的各种形式。内容上的开放，可以计划内教学实验项目的开放，学生根据自身的学习状况，可以自主的安排学习时间，不用受到时间的限制，充分体现学分制教学。

2．以“四个结合”为途径，实践创新实验教学

“四个结合”是指目标教学与传统教学结合，学习兴趣与知识技能结合，创新实验与科研成果结合，课堂教学与网络学习结合。以此“四个结合”为途径，以开放性实验室为平台，从而较好地实践创新实验教学。

(1)目标教学与传统教学结合。可遵循循序渐进的教学规律。指导课上明确创新实验的内容和教学目标，如，以分析化学实验为例，要求每人在分析化学实验课内做1～2个创新实验，并列入期末重要的考核内容。

(2)学习兴趣与知识技能结合。可根据当今环境及食品安全发生的问题，由教师设计若干创新性实验项目。如，猪肉中瘦肉精(莱克多巴胺或克伦特罗等)的测定；食品中塑化剂(邻苯二甲酸(2─乙基己基)二酯)分析测定等。也可由教师设计若干创新性实验项目，选题能够反映化学学科的研究特点，内容新颖，具有挑战性和前景价值，有利于开拓学生的视野，了解学科发展的前沿，接触国内外新技术、新材料、新工艺、新方法。例如，蔬菜、食品中钙、镁、铁含量的测定；蔬菜、水果中维生素C的测定；蔬菜中草酸根含量的测定；食品、食品添加剂和药品中铝含量的测定。水、土壤中相关化学组分的分析；草酸合铁酸钾合成及各组分的确定；熟食类食品中亚硝酸根含量的测定等。这样做的结果必将使学生把化学理论运到生活当中，使学生学以致用。增长了对化学学习的兴趣，真正使理论联系实际，学习更有意义。同时学生在设计和操作过程中，独立思考了很多问题，收获了不少经验，增强了实验能力。有助于培养学生的创新意识和良好的科学素养。可以达到学有兴趣、练就技术和培养能力的教学目标。

(3)创新实验与科研成果结合。教师的科研成果简化后移植为创新实验内容，更加有利于培养学生的创新能力。例如，科研成果简化后移植为本科生创新实验题目有：光度法同时测定混合溶液中钼、钨组分的含量；食品添加剂硅铝酸钠中铝含量的测定；紫外光度法检测食品添加助剂6-卞基腺嘌呤含量；食品添加剂中亚铁氰化钠含量的测试；工业电镀残液中硫酸和乳酸含量的测定等。另外，对于部分有意愿参加老师课题组，与老师一起进行课题研究的学生，通过适当的引导，允许他们根据自己的特点以及自己的发展方向选择不同的教师研究课题组。而课题组的教师也可以根据自己课题的具体情况和各学生的特点，以及平常与学生交流过程中对学生的了解选择学生进入自己的课题研究。这样，在一定程度上实现实验教学老师与参加实验学生的双向选择。从而达到教学双方真正意义上的契合与教学相长。

(4)课堂教学与网络学习结合。一方面学生可观看实验基本操作电教片，最好是实验教学时随堂播放，另一方面可进行网络实验。如计算机模拟仿真实验，大型仪器分析实验仿真软件可通过仿真技术在计算机上建立虚拟实验操作平台，使学生可以在计算机上完成对昂贵的分析仪器设备的模拟操作，了解和掌握设备的结构、性能。一是它能解决设备数量与学生数量之间巨大差距的矛盾，这样就算不是每个学生都能触碰仪器他们也能学习操作；二是对于一般实验室无法购买的大型昂贵且先进分析仪器，如，色质联用分析仪，核磁共振仪等也可学习仿真操作。可以大大拓展学生思维空间和扩大知识范围，激发学生的学习兴趣，强化了学生实验操作技能；三是体现了化学实验绿色化的理念，即无废弃物排放，节能节时，减少了对环境的污染，符合低碳经济的要求。(www.xing528.com)

三、建立程序性开放实验课程模式，实现教与学的最优化设计

增加实验课程的比例，调整实验课程内容。减少验证性实验，更多的开设综合性、设计性的实验。实验内容按基本技能训练34％、验证提高实验30％，综合性实验18％，开放创新实验18％的比例，以此“递进式”的教学模式，进行“课程-教学-学习”一体化设计，即实现从感受性实验形成性实验拓展性实验的程序性开放，实现程序性开放实验课程模式。同时尽可能引导学生，历经完整的学习循环：即方案拟定→实验实施→总结反思→汇总分析。从而实现教与学的最优化设计。

如在存在产生“三废”的实验项目中，可以在实验内容中加入对废气废液的处理。例如：在分析化学实验中，实验室常见的有害废液，主要有废酸和废碱、锰离子、铬离子、氯化银以及铋离子和铅离子等，要求学生将每次实验的废液收集起来，并引导学生想办法利用所学分析化学知识进行处理和回收利用。如：在分析化学实验中有“胆矾中铜的测定”和“亚铁盐中铁的测定”实验的废液中有Cr³⁺、Fe³⁺、K⁺等阳离子，SO₄²-、PO₄³-等阴离子，少量Cr₂O₇²-，另外还含有二苯胺磺酸钠指示剂。首先需要在废液中加入活性炭，充分搅拌后抽滤，将二苯胺磺酸钠指示剂除去。然后用KOH溶液调节滤液pH 7～8，使Cr³⁺、Fe³⁺沉淀为Cr(OH)₃、Fe(OH)₃，抽滤，收集沉淀。沉淀中加入理论量1．5倍的8％ H₂O₂，将Cr³⁺氧化为Cr⁶⁺；用KOH溶液调节pH=10，静置过夜，使之充分反应；加热分解过量的H₂O₂，过滤除去Fe(OH)₃沉淀，加HCl酸化滤液，加热浓缩至有少量晶体析出，停止加热，趁热过滤，热水洗涤晶体，滤液冷却至室温后转至冰浴上，K₂Cr₂O₇充分析出后，过滤，冰水洗涤晶体。所得晶体经重结晶除去残留的KCl干燥后称重。回收的重铬酸钾可以供下一轮实验使用，节约了实验室运行成本。通过对实验中产生的不同废液进行适当的处理与回收，既可以消除它们对环境和人体造成的损害，又可以节约资源和实验经费，还可以培养学生的环保意识、学业水平和动手能力，有利于环境保护，使分析实验室达到低碳环保的要求。

这样的实验内容更加丰富，而且整个实验更加完整，重要的是学生在这样的实验中可以充分利用已学知识，拓展思维能力，主动思考，并能结合实际生活生产，学生的积极性必定有较大的提高。

四、完善实验考核方式，全面体现教学效果

对于基础、综合、设计型实验考核方式可以不同。对于后两者，除了考核基本实验技能掌握程度外，还必须体现学生的自主实验能力，特别是应用所学技能解决新问题的能力。可将开放创新实验纳入考核内容。对开放性实验的考核指标制定如下：①查阅国内外有关资料，文献的全面性和综合性；②设计研究方案，撰写具有科学性和逻辑性的开题报告；③实验记录、分析实验结果和失败原因的全面准确性；④实验过程的创新性和操作规程性；⑤是否体现绿色化学和反应的原子经济性，注意节约原材料，以最少投入获得尽可能大的产出。每一部分根据实验内容特点，设置不同的分数比例，综合打分，对评价具备全面实验能力的学生帮助很大。

综上可见，实现“开放创新实验课程化”教学模式的结果必将导致传统化学教学模式由单纯教学型向教学型与研究型相结合的教学模式转变，新型教学模式具有实验内容的研究性、学生实验时间的主动性、实验教学老师与参加实验学生的双向选择性等特点。其中自行设计方案培养了学生独立获取知识和运用知识的能力即会学、会用、撰写报告培养了学生数据处理、科技写作及计算机技术应用能力。同时“开放创新实验课程化”教学模式，对化学化工专业低年级本科生具有普遍适用性，在培养学生实践能力和创新意识方面发挥了积极的作用。

五、结束语

“开放创新化学实验课程化”教学模式的改革是一项复杂的系统工程，学校的管理理念，实验室管理模式，教师的教学理念，学生学习理念都应发生改变。如何改变，需进一步探讨。实行开放性实验，指导老师、实验室老师的责任、工作量大大增加，实验所消耗的化学试剂、玻璃仪器也骤然增加，实验经费承受压力增大。如何建立起一整套严格的实验室安全、试剂和仪器管理制度，需要进一步摸索。化学教学模式的改革远期效果，如学生在实际工作岗位的科研能力综合素质等是否达到预期目的，需进一步跟踪调查。此外，大学化学本科生基础理论知识还不够完善，实验技巧还不够熟练，实验即时处理问题的能力和经验尚待进一步加强，因此，实验指导老师须比传统实验教学付出更多的心血，应尽可能挤出时间在学生实验时给予指导。我们进行化学实验教学模式的改革不是一步到位，而是采取逐步、稳妥、坚持的原则。

参考文献

［1］谭萍，郭萍．分析化学实验课教学模式新思考［J］．知识经济，2010，(10)：151

［2］肖新荣，李珊，何军．建立面向本科生的开放性分析化学实验室改革传统分析化学实验教学模式的探讨与实践［J］．高教论坛，2005，(6)：93-95

［3］干宁，魏丹毅，郭智勇，等．大学分析化学实验教学中创新思维的培养［J］．宁波大学学报(教育科学版)，2007(29)：116-118

［4］黄文光．科研训练计划的实施与创新人才培养模式——宁波大学经验［J］．宁波大学学报(教育科学版)，2008(30)：142-143