化学是一门应用性很强的实验科学。在国民经济和现代化建设中占有重要地位。应用化学的研究范围涵盖了整个化学领域,融化学理论和实践于一体,并与多门学科相互渗透,在推动科学技术的进步中显示出生机勃勃的活力。作为当代应用化学专业大学生,除了要有广博的知识和良好的创新意识外,还必须有扎实的实验基本功,良好的实验技能及熟练应用现代测试仪器及技术开展科学研究利生产实践活动的能力。同时,化学实验教学必须主动适应时代要求,加速自身的改革和完善,满足跨世纪应用化学专门人才培养的需要。为此,2004年我们组织申报江西省普通高等学校教学研究课题《应用化学专业实践教学模式初探》(2004)进行研究,我们以2002级应化专业学生为培养对象,以培养具有基础扎实、知识面广、能力强、素质高的优秀化学人才为目标,不断更新实验教学内容,改革实验教学方法,努力改善实验条件,提高实验教学效益。经过多年的努力,我们在探索应用化学专业实践教学模式方面,取得了一定的进展和成效。这里主要介绍我院在实验教学改革中的一些措施和实践情况。
1改革实验教学内容
传统的化学实验,包括无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验,它大多是验证性实验,在实验过程中,学生只需照着做,不需要动脑思考,更不需要自己设计。这种实验既不利于培养学生的创新精神和创新能力,也不利于培养学生解决实际问题的能力。因此,必须对之进行改革。实验教学改革的指导思想是减少验证性实验,加强动手能力、动脑能力的训练,加强素质的培养。按基础性实验设计性实验研究性实验3个层次组织实验教学,在实现基础训练规范化的基础上,增加设计性实验,加强研究性综合实验。具体改革措施是:
1.1精选基础实验
对原四大基础实验(无机化学实验,分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验)内容进行更新,精简无机元素及化合物中验证性实验,将各门实验课程中重复的实验内容归并。如:天平操作、滴定操作训练、简单玻璃加工和电离常数测定等实验放在第一学期进行。减少分析实验的学时,增加现代仪器分析实验的学时,开设原子吸收、气相色谱、红外、紫外、酸度计、分光光度计、电导率仪、定氮测定仪等现代分析实验,不断提高实验教学水平,强化自主认识仪器和操作仪器的能力。
1.2增加设计性实验
从大一开始,对学生注意安排设计实验内容,并逐年增加,在学时和实验条件上给予保证。根据各个实验课程的特点和条件安排不同的设计实验内容,采取不同的教学方法。如:对元素及化合物、有机化合物官能团的性质实验、阴阳离子未知物的分析实验,要求学生按照实验目的,自己设计实验方案,选择实验试剂,控制药品用量和实验条件,在实验老师的指导下,学生亲自完成实验。例如有机化学实验中有机化合物官能团的性质实验,从98年下半年开始,每学期最后一次实验是实验考试,它是一个设计性实验,我们给出一个样品范围(9种样品,告诉学生样品范围),从这9种样品中随机抽出2种,让学生去鉴定它们。学生为了更好做好设计实验,在平时上实验课时,更加认真仔细,精心设计实验方案,有些学生还利开放实验室时间加强训练,学生用学过的知识自己设计路线,实验室为他们提供各种可能路线用到的试剂。对这样实验,学生既紧张又感兴趣,绝大多数学生经过多次摸索能鉴定出一个或两个样品。这样,提高学生自我动手和初步设计能力,提高学生综合技能和素质。
1.3开设中级实验,加强研究性综合实验
从大三开始开设中级实验,增加综合化学实验。与过去专门化实验相比,中级实验取消那些验证性的实验,内容多为较大型的综合实验,包括无机、有机和高分子的合成,合成材料的性质实验和表征、天然样品的处理及其中痕量物质的测定以及一些参数的测量实验;还可从农、工、林、水、牧业等实际问题中进行选题;或直接参与教师科研课题。例如2004年,我院2002级应用化学专业中级实验选题有:某蔬菜营养成分的测定、某区域土壤肥力的测定、某饲料中主要营养成分的测定,化妆品配方设计及工艺制备、某香精的提取和合成,稀土的含量的测定和萃取分离等方面,使学生在化学合成、产品制作、分析检测等方面得到训练。再如有机综合实验从茶叶中提取咖啡碱实验,在这个实验中,有多种基本操作:回流、萃取、蒸馏、升华等,还有性质实验,可以在短时间内让学生掌握较多的实验技术,并且实验效果很好。这样,可以培养学生全面考虑化学问题的综合知识能力和各方面的实验技能,锻炼科学思维和解决问题的能力,同时,培养学生的创新意识和创新能力。
1.4增设生物化学实验、生物资源化学实验、农药化学实验、精细化工实验等实验
将原来归属于园林艺术学院的生物化学实验划归入理学院基础化学实验室,作为基础实验向学生开设生物化学实验课、生物资源化学实验、农药化学实验等,同时开设精细化工实验,使学生了解和掌握生物化学知识和实验技能,了解化学与各学科之间的相互交叉渗透,学会应用各学科的基础实验技能知识来科学解决实际问题。
2改革实验教学方法
本课题研究结合我院2002级应用化学专业学生,实验课安排进度,分学期逐步试行。具体采取如下改革实验教学方法:
2.1创造一个良好的、宽松的实验教学环境
在上实验课时,实验老师只讲授重点、难点及注意事项,然后放手让学生自己做、自己学,充分发挥自己的主观能动性。同时,尽量开放实验室,止学生自己安排实验,选做自己想做的实验。这样不仅可以创造一个良好的、宽松的实验教学环境,而且照顾了学生个性发展的需要。
2.2开放实验室
由于学生在做设计实验或研究性综合实验时,无法在规定的教学时间内完成,允许学生在空闲或周末进入实验室。这样学生有足够的时间来修正实验方案、研究实验现象、分析实验结果。大大提高学生分析问题、解决问题和创新能力。同时,开放实验室也为今后学生毕业论文的写作和攻读研究生课程创造条件,使研究工作连续化。
2.3模拟科研课题的形式对中级实验或综合化学实验进行教学
对于中级实验或研究性综合实验,则以模拟科研课题的形式进行教学。模拟科研课题的综合实验是在学生了解基本实验知识、基本操作原理及基本实验技能、必要的合成实验及仪器分析的基础上进行的。因此,模拟科研课题的综合实验是把过去的知识全面应用和巩固,对提高学生综合实验操作技能大有好处。至于研究题目,可组织学生成立科技活动小组,学生自己从生活实际进行选题,或直接参与教师科研课题。当题目确立后,可将选择同一题目的学生划分为一个或若干个实验小组,然后由学生根据题目进行检索、阅读必要的资料,写出设计方案,包括所需药品、合成程序、工艺条件等。经实验教师批准后进行实验,然后每人写出一篇模拟科研题目研究的学术论文。撰写学术论文前由教师专门对学生进行有关科技论文写作的辅导。实践证明,模拟科研课题的综合实验对提高学生综合素质大有好处。
2.4尽量提前开始毕业论文的训练
本科生毕业论文通常安排在第8学期进行,6月中旬结束。论文时间为3个月,很多工作是刚到出数据的时候,时间也就到了,对工作不利,对科研训练也不够完整。考虑到毕业论文是培养学生创新能力的最好环节,可将毕业论文开题时间提前,让学生有充分的时间查阅文献,对课题进行全面的调研,结合生产实习,进而对题目有较深刻的认识,这样,写出的毕业论文质量会比较高。同时,随着分配制度的改革,有的学生落实了工作岗位,有的已确定了就业的主观意向,他们迫切希望通过毕业论文设计这个实践教学环节,进一步提高业务能力,以便增强就业后的适应能力。
2.5配备现代化教学设备
利用录像、CAl课件及多媒体等先进教学手段,来配合进行教学,以便实验课教学直观、生动,加强学生对所学的内容的理解和掌握。例如,我院教师主持制作多媒体课件4项:(A)常用分析仪器的使用方法,(B)定量分析基本操作,(C)基础有机化学,(D)《立体化学》网络多媒体教学课件,其中基础有机化学CAI课件荣获校3等奖。
2.6改革实验课成绩评定
在实验课成绩评定上,采取素养、能力、过程、结果相统一,不仅要看实验考试结果,更要注重过程,强调实验素养,注重动手能力及实验技能。实验老师根据学生平时多方面的表现对学生的考试成绩、能力和素质做出综合评价,避免一考定终生的考试弊端。
2.7开设化学前沿讲座课
不定期开设化学前沿讲座课使学生了解学科前沿和发展的热点。只有了解这些才能建立起创新的意识,才能有高的起点。同时,学科的发展过程和现状可以启发学生,使学生积极地思考,最终达到培养学生创新的目的。化学前沿讲座可以请专家、博士、硕士老师为学生讲学,内容为学科前沿及交叉学科介绍,结合自己的科研方向,集学术性和趣味性为一体,激发学生的兴趣。例如,2004年底,邀请中科院院士、清华大学博士生导师赵玉芬教授来我院讲学,她站学科发展的高度上结合自己最新科技成果讲述化学生物学学科中长期发展战略规划和磷与生命起源等领域的最新进展,使学生了解化学学科科学研究的前沿,让学生能够站在一个更高的层次领略化学的魅力。
2.8成立科研兴趣小组,开展第二课堂社会实践教学
鼓励学生结合专业知识尽早参加科研兴趣小组、科技竞赛等科研实践活动,例如2005年我院动员学生积极参加第九届全国大学生挑战杯和第五届兴赣杯大学生课外学术科技作品竞赛活动;2003年暑期组织学生去德兴铜矿调查重金属对土壤污染的课题研究;2004年暑假组织学生调查赣江母亲河水资源污染状况研究;2005年暑假组织学生到九江某矿资源进行测试和调研,组织学生到工厂、科研单位参观和实习等。通过开展上述第二课堂社会实践活动,不仅锻炼学生综合实验能力,而且提高学生环保意识,提高了学生综合素质。
3改善实验教学条件
我院基础化学实验室承担着全校各院(理学、农学、动科、生工、食品、环工、林学、国土、职师等)专科、本科及研究生的基础化学实验教学任务和教师的科研任务。在建校之初,由于教学经费不足,实验室建设困难很大,实验仪器设备陈旧,不能满足实验教学的需要。自2003年以昔通高等学校本科教学工作水平评估为契机,加大实验室基础建设,同时,加大经费投入,购置大型仪器设备,改善实验教学条件,成为我校重点实验室之一,为应用化学专业实验教学创造了良好的物质基础。
3.1对基础实验室进行更新改造
按照普通高等学校本科教学工作水平评估实验室评估标准,扩大化学实验室面积,将原基础课部大楼改造成化学实验大楼,使用面积达到3000多平方米,达到教育部对实验用房的要求,并对化学实验室进行全面装修,对各实验室按照现代化实验室标准进行改造,使实验室面貌焕然一新。2001年被江西省教委评为江西省高校合格实验室,2003年本科教学工作水平评估结果良好。
3.2购置现代化大型仪器设备,改善实验教学条件
我们在2002年投资300多万元添置了原子吸收分光光度计、气相色谱仪、红外光谱仪、核磁共振,生化培养等仪器,2004年又利用日元贷款300多万元购置荧光分光光度计、可见分光光度计、火焰/石墨炉原子吸收分光光度计、多用途真空乳化机等大型仪器,集中了全院的教学仪器和设备,建立了电子天平室、原子吸收分光光度室、气相色谱室、红外光谱室、紫外光谱室、核磁共振室、生化培养室及电化学工作站等仪器室,供全校基础化学实验教学和科研使用,大大地改善了实验教学条件,明显提高学生熟练应用现代测试仪器及技术开展科学研究和生产实践活动的能力。
3.3设置了应用化学专业实验室,生物化学综合实验室
我们设置了应用化学专业实验室、生物化学综合实验室和应用化学研究所,对应用化学专业开出中级实验和综合化学实验,并作为主要开放实验室对本科生、研究生、教师和科研人员开放使用。
3.4改革实验教学管理体制
将基础化学实验室从化学系分开,成立由院直接管理的基础化学实验室,配备素质较高的管理人员和实验技术人员,保证实验教学和实验仪器设备正常运转,实行资源共享,提高办学效益。近几年我院从各科研院所引进有丰富经验的科研技术人员充实基础化学实验室,使基础化学实验室人员达到9名,其中有6名为高级实验师,2名实验师,1名助理实验师。与此同时,化学实验课大多由具有博士后、博十、研究生等高职称教师讲课,为培养跨世纪的具有基础扎实、知识面广、能力强、素质高的优秀化学人才提供了可靠的师资保证。
4结语
以上是我院在应用化学专业实践教学模式方面改革的一些措施和实践情况。今后,我们还应不断总结经验,以培养具有基础扎实、知识面广、能力强、素质高的优秀化学人才为目标,以适应21世纪人才激烈竞争对高层次人才的需要,继续深化应用化学专业实践教学模式改革,不断提高实验教学质量,培养更多高层次优秀化学人才。
