【以大学化学实验推进创新教育的探索与实践】 我的探索化学实验

　　摘要：本文以实验教学在创新教育中的作用为核心，介绍了北京化工大学通过“大学化学实验”国家精品课程建设和化学实验教学示范中心的建设，构建创新教育的平台，多方位推进创新教育所取得的经验和成果。
　　关键词：大学化学实验；创新教育；国家精品课程；实验教学示范中心
　　
　　实践教学是创新人才培养的重要环节。教育部在“质量工程”相关文件中明确指出，要“大力加强实验、实践教学改革，重点建设500个左右实验教学示范中心，推进高校实验教学内容、方法、手段、队伍、管理及实验教学模式的改革与创新”。
　　北京化工大学是教育部直属的全国重点大学，同时也是国家“211工程”重点建设大学。大学化学实验作为我校化学、化工、制药和材料类专业本科学生的化学基础课程以及机电信息类专业通识教育课程，不仅起到传授知识、验证理论和训练技能的作用，更重要的是作为创新教育的平台，在创新人才培养中发挥重要作用。长期以来，学校十分重视实验教学，强调实验教学对提高学生的综合素质、培养学生创新与实践能力的特殊作用。将工科基础课程化学教学基地建设、精品课程建设以及实验教学示范中心建设相结合，以高水平的师资队伍、先进的实验条件、科学的实验教学体系、现代化的教学模式、丰富的第二课堂活动、良好的管理体制和运行机制为保障，贯彻“在学习中研究，在研究中学习”的理念，实行课内教学与课外训练相结合，教师导学与学生自学相结合，系统性学习与研究性训练相结合，多方位、多渠道、多形式地融传授知识、培养能力和提高素质为一体，为创新人才培养营造了良好环境。
　　
　　一、以科学的实验教学体系和现代化的教学模式为学生提供优质的第一课堂创新教育
　　
　　1、 构建科学的实验教学体系，对学生进行全面系统的培养 在深入研究化学素质及实践能力在人才培养中的地位和作用的基础上，从面向21世纪对人才的化学知识结构、能力结构和基本素质的要求出发，构建人才培养中相应的化学实验教学框架，针对不同的人才培养要求，为不同类型的专业提供不同深度和广度的化学实验课程。打破化学二级学科的壁垒以及实验教学依附理论课教学的传统框架，使之成为独立的、具有自身规律和理论方法及手段的教学体系，形成了一门新的课程―“大学化学实验”，以化学研究为主线，按照“化合物制备一分离一成分分析一结构鉴定一性质测试”来组织实验教学内容。在学习知识的同时，强化各种科学实验的方法(热力学研究方法、电化学研究方法、化学动力学研究方法等)在科学探索过程中的作用，培养学生的科学素养和创新能力。并以研究方法命名实验室，如物性测定实验室、无机合成与分析实验室、有机合成实验室、仪器分析实验室、热力学方法实验室、动力学方法实验室、电化学实验室、表面化学实验室等，使学生掌握化学研究的基本思路、基本技能等系统性知识，培养学生从事科学研究的能力。
　　2、实现以学生自我训练为主的教学模式，培养学生的综合实践能力
　　建立循序渐进的三层次实验教学模式，即“基础训练实验一综合实验一设计实验”，实验内容由浅入深，由简单到综合，充分调动学生学习的主动性。学生通过“基础训练实验”教学掌握基本实验操作方法，能够正确地使用仪器设备，准确地采集实验数据，具备正确观察、记录、处理数据和表达实验结果的能力，学会化学实验的基本方法，为综合实验奠定坚实的基础。通过“综合实验”，使学生掌握化学研究的一般方法，培养学生分析判断、逻辑推理、做出结论的能力，并养成良好的科学素质。在“设计实验”阶段，学生通过查阅手册、工具书及其他信息源获得信息，正确选择实验方法、实验条件、仪器和试剂等，培养解决实际问题的能力。在基础训练实验、综合实验和设计实验中，力求反映工科特色，努力联系工程、社会和生活实际，以实验特有的应用性和创造性激发学生的想象力和创造力，培养学生从事科学研究的能力和综合实践能力。
　　3、教学与科研相结合，使实验内容紧跟学科发展，实验手段和方法不断改进和创新
　　依托我校化学和应用化学学科优势，实现科研成果、科研方法、科研思维进课堂，不断将教师的科研成果转化为化学综合与研究型实验，更新实验内容，提高实验教学的起点，使学生尽早接触学科前沿，体会“发现一思考一创新”的创造规律。例如：将教师的纵向科研课题“脉冲色谱法研究分子筛催化剂催化异丙苯裂解反应动力学”中的反应物转化率、反应速率常数、反应表观活化能的测定，转化为综合设计型实验；教师在研究新型插层结构功能材料(新型的催化材料)中将“镁铝水滑石清洁合成、组成分析及其晶体结构表征”转化为设计型实验。化学实验引进了科研的新实验手段、方法，让学生尽可能地使用和掌握现代化的大型仪器，培养学生从事科学研究的能力。同时自行研制实验装置用于实验教学，如利用自制溶剂浮选装置，将教师的科学研究成果转化为“溶剂浮选吸光光度法测定痕量铜”的实验。
　　4、实施开放式实验教学，使学生得到全方位的科学研究的思维方式和研究方法的训练
　　开放式实验教学是对传统的教学方式的改革，为了激发学生学习的积极性和开创精神，培养学生的创新思维和创新能力，我们进行了开放式综合设计型实验的探索与实践。主要分五个阶段：(1)教师给出实验题目；(2)学生通过自学、自查文献，独立设计实验方案；(3)经教师审批后，学生独立完成实验：(4)总结归纳实验规律，以论文形式完成实验报告；(5)举行小型报告会。
　　开放式设计实验的选题来源于教师的科研课题和各类文献资料，并与实际生活密切相关，激发了学生解决实际问题的兴趣，使学生们对基础化学实验在各个方面的应用有了更广泛的了解。由于开放式实验教学，教师只给出题目，需要由学生自拟实验方案，学生必须通过到阅览室或图书馆查阅有关文献和参考书籍来制订初步的实验方案，从而培养了学生利用文献工具书的能力，并通过查阅文献资料，拓展了学生的知识面，开阔了眼界。时间的开放和选题的开放较之固定时间、固定题目的传统教学方式给学生以更大的自主学习空间。在开放式综合设计性实验的全过程中，教师导学与学生自学相结合，充分发挥了教师的主导作用和学生的主体作用，调动了学生从事化学实验的积极性和主动性，在锻炼学生独立动手能力、独立观察能力、独立分析能力和表达能力的同时，使学生得到全面的科学研究训练，学到了科学研究的思维方式和科学研究的方法，从能力培养上跃上了高的层次，所受的锻炼发生了质的变化。
　　
　　二、以多形式的第二课堂实践活动，实现以学生为主体的自主学习，鼓励学生的个性发展
　　
　　1、课外开放实验室，为学生的个性发展和创新意识的培育提供孵化器
　　学生在自主实践中更容易掌握知识，训练技能，激发创造意识，培养创新能力。开放化学实验室为学生提供了开放式、自主性、探索性学习的平台，体现了实验内容的 开放与自主、实验时间的开放与自主、实验空间的开放与自主，激发学生自主性、研究性学习的热情，为学生较早参加科研和创新活动创造有利条件。除课内开设开放式设计实验外，还鼓励和引导学生自选课题进行实验，使学生在进行系统的知识学习的同时，从事个性化的研究训练。
　　近年来，以学生为主体的北京化工大学化学创新协会(BUCT Chemistry Association)的各种科研兴趣小组，包括生物小组、环境保护科研小组、材料合成小组、化学品安全预警及防护研究小组等，在化学实验中心开展与化学相关的科学研究活动。由化学教学实验中心提供一定研究经费及实验室，并由化学教师作课外研究指导教师，为对化学感兴趣的学生提供广阔的天地，扩大学生的知识领域，掌握从事化学科学研究的基本科研技能。例如我校大学生科技协会中的植物生化研究小组的学生针对感兴趣的植物化学，自选研究课题，提出了“青蒿素提取鉴定”、“三萜皂甙颜色反应”、“番茄碱提取”、“荆条油蒸馏”、“甲壳素提取”等研究题目，提交开题报告(包括实验题目、实验内容、所需仪器和试剂、实验方案等)，经教师修改认定后，自选时间，在化学教学实验中心完成课题。研究课题的选定、实验方案的制订以及实验过程中问题的解决，均由学生独立思考、独立完成，充分发挥学生自主管理、自主学习的潜力。教师给予适当的指导，实现教师导学与学生自学相结合，在学习中研究、在研究中学习，培养学生乐于观察、勤于思考、追求新知、勇于创新的精神。
　　2、在科研中教学，使学生尽早接受高层次科研训练
　　鼓励学有余力的同学参与大学生科研训练计划，利用业余时间或假期参加科研活动，进入教师的科研课题组，使学生及早接触先进的前沿科学技术，感受本学科最新的学术思想、学术概念、研究方法与分析手段，从而激发学生的求知欲，有利于开发学生的创新能力，培养基础扎实、知识面宽、能力强、科学素质高的创新性人才。在教师的系统指导下，学生的创造能力得到充分发挥，学生的科技作品多次在全国大学生“挑战杯”学术科技竞赛中获奖。
　　第二课堂活动不仅使参与实验的学生受到综合训练，也为实验教学增添新内容，为专业课的学习和毕业环节打下坚实基础。
　　3、开展实验竞赛，营造创新人才培养氛围，激发学生求知与创新的热情
　　化学实验竞赛对于巩固学生的基础理论知识、强化实验技能、培养学生的竞争意识、训练学生思维的敏捷性起到积极的促进作用。每年举行一次全校规模的大学化学实验竞赛，既活跃了创新人才培养氛围，又促进了实验教学的不断改进和提高，受到了学生的欢迎。同时还组织学生参加全国大学生化学实验竞赛，与综合型院校学生同台竞技，2002年获该项竞赛的全国二等奖一项、三等奖两项，2004年和2006年各获三等奖三项。
　　
　　三、以优秀的师资和现代化的实验室，为培养学生的创新能力提供环境
　　
　　1、建设一支学术思想活跃、勇于创新、乐于奉献的高水平师资队伍
　　建设研究型师资队伍是提高教学水平、促进学科发展的关键。拥有一批具有活跃学术思想，具备快速跟踪、吸纳、综合反映学科前沿和高新技术信息能力的教师，才能营造出活跃的学术氛围，才能启迪学生活跃的学习思路，培养创造性人才。
　　在师资队伍建设过程中，鼓励教师从事科学研究、出国进修、攻读高层次学位，不断提高学术水平，并将科研的成果及学科前沿的知识不断地融入到教学内容中，把化学学科领域发展的新动向、新趋势以及生产实践应用的知识渗透到教学过程中，既丰富了教学内容，扩大了学生的知识面，又提高了学生的学习积极性，培养了科研的兴趣。目前已形成一支以教学名师为核心、以具有丰富教学经验的老教师和中青年学科带头人为骨干、学历层次高、学缘结构合理、勇于创新、乐于奉献的教师队伍，为创新教育提供了师资保障。
　　2、建立仪器设备先进、学生受益面大的实验室
　　化学教学实验中心以国内工科一流化学实验室为目标逐步实现实验仪器的现代化。在化学教学实验中心建设过程中，根据化学实验研究方法的不同，建立了一批各具特色的实验室，添置和更新了一大批先进实验仪器，让学生真正了解和掌握现代化仪器在化学测试、科学研究和生产实践中的应用。在以后走向工作岗位后，能够学以致用。
　　3、建成多媒体实验室和多功能室，为学生获取最新化学信息提供良好的学习环境
　　为了努力探索和实践将现代化教学方式和手段应用于实验教学中，我们开发和研制了适合我校实验教学特点的集实验原理、实验流程、实验演示、实验结果数值计算、误差分析及实验综合思考为一体的多媒体教学软件。配备微机50台，各种化学手册等图书百余册，为学生查阅网上信息、各种化学数据、开展读书报告会等提供了物质基础。
　　
　　四、以科学的管理体制为实现创新人才培养提供保障
　　
　　1、建立了校院两级的制度化、规范化的实验教学质量保障体系
　　学校建立巡视员制度，对实验教学过程及实验中心运行情况进行定期或随机检查，并及时反馈意见，促进实验教师队伍的素质和实验教学效果不断提高。学院一直坚持同行听课制度，实验中心主任和课程负责人都要定期随堂听课，了解教师指导实验情况、技术人员准备实验的情况，听取学生对实验教学管理、对实验教师的意见。实验教师也互相听课，互相学习，共同提高。学校建立网上学生评教系统，学生在学期末可以通过该系统对任课教师的教学情况进行评价，教师可以通过网络了解本人的教学效果。
　　2、建立完善的仪器设备管理规章制度和健全的安全管理制度
　　化学教学实验中心制订了仪器设备和实验室等方面的管理规章制度以及各类人员岗位职责，包括《化学教学实验中心试剂管理办法》、《化学教学实验中心大型和精密仪器管理办法》、《化学教学实验中心常规仪器设备管理办法》、《化学教学实验中心实验准备和保障人员岗位职责》、《化学教学实验中心实验指导教师岗位职责》、《北京化工大学实验室开放管理暂行规定》、《北京化工大学实验室开放基金管理办法》等，并应用现代化管理手段以促进实验教学现代化管理，有效地保障实验教学安全、顺利的进行。实验仪器不仅面向学生进行课内外教学和开放，同时面向教师开放，提高设备利用率，发挥实验室整体效益，更好地为教学科研服务。
　　3、建立激励机制，鼓励高水平教师投入实验教学中
　　建立良好的激励机制，吸引高水平的理论课教师投入实验教学，并吸收高水平专业技术人员参与实验教学。建立新实验开发项目基金，鼓励教师将科研成果转化为研究型实验，不断更新实验内容。积极引导教师指导大学生科研训练计划、大学生创新协会的科研活动以及各种学科竞赛，充分发挥教师在创新人才培养中的主导作用。
　　
　　五、结语
　　
　　创新性人才的培养是社会的要求，也是学校办学的根本。我们以大学化学实验为平台，开展了创新教育的研究与实践，在创新人才培养中取得成效。三层次的实验教学体系、开放式的实验教学模式、科学合理的考核方式、现代化的实验教学条件、丰富的第二课堂活动，使学生动手能力和创新能力得到提高，为后续的专业课程学习和毕业环节打下坚实的基础。学生毕业之后走向社会，受到用人单位的好评，一些学生在实验竞赛和科技竞赛中获奖。“大学化学实验”课程于2004年被评为北京市精品课程，2005年被评为国家精品课程，“大学化学实验教学体系和教学模式的研究与实践”、“开放式设计实验的改革与实践”等成果获北京化工大学教学成果奖，“以大学化学实验为平台，多方位推进创新教育”于2004年获北京市优秀教学成果二等奖，“依托学科优势，建设化学系列精品课程”于2005年获国家优秀教学成果二等奖。化学教学实验中心于2005年被评为北京市实验教学示范中心。
　　创新性人才的培育是长期的系统工程，我们将继续探索，在实践中通过创新教育实现教育创新。
　　
　　责任编辑：余大品