化学类本科实验课程体系的设计与特点

摘 要:本文介绍了实验课程在化学类本科层次人才培养中的重要作用。系统地论述了化学实验课程的整体结构设计及相应实验课程应具有的特点。从总体上体现了化学类本科生实验技能的训练过程和目的。

关键词:化学 本科 实验

中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2013)01(b)-0242-01

化学是一门实践性非常强的学科。化学类本科专业的课程设置从类型上大致可以分为理论类和实验、实践类课程,实验类课程的学时、学分在教学计划中占有相当大的比例。在国家对高等教育持续多年高强度的支持下,高校的办学条件有了质的飞跃,各院校的化学类本科实验室无论实验环境还是软硬件条件都今非昔比,过去一些高档的科研用仪器设备也已经用于本科实验。实验课也早已不再是理论课程的简单验证,实验课程已成为教学的重要环节。

同时,由于化学与工业、农业、国防、科技发展、日常生活等都密切相关,化学类专业的毕业生从事行业分布相当广泛,社会需求量大,培养具有创新精神和创新能力的高素质人才具有重要意义。因此,针对化学类实验的特点,从提高学生创新性意识出发,以培养学生的实验技能为基础,形成理论与实验互相支持,课堂知识与应用实际相结合,科研与教学相互促进的实验体系是教改研究的重要内容之一。通过实验课教学,锻炼学生的实践能力、开拓视野、激发学习热情和培养科学素养,使学生通过实验课程的训练能够获得、提升创新能力,为进一步发展打下良好的基础。

由于化学类本科实验课程在创新人才培养过程中占有重要的地位,通过总体设计形成基础实验、综合实验、专业实验、研究性实验和创新实验相结合的、层次分明又循序渐进的实验体系,该实验体系的各阶段应该体现出以下特点。

1 实验的通用性

基础化学实验教学应具有通用性。目前各高校纷纷开展在低年级实行通识教育或按大门类招生的培养方式,这时进行的是基础化学阶段的实验教学。在不同层面上进行实验的模块化设计,形成各自的专业通用性。如化学类以及与化学紧密相关的制药等专业可选择题目较多和学时较长的模块,此类模块的实验具有全面性和深入性的特点。对于其他如生物、环境、食品等专业可选择题目较少的模块,此类模块的实验具有普及性和典型性的特点。这个阶段的实验教学没有学生所在专业的特征,实验内容对于相同模块下不同专业的学生具有通用性。通过基础实验,学生能够按要求不同程度地了解化学实验的基本原理,掌握实验的基本操作,为今后进一步的学习打下基础。

2 实验的综合性

通过综合性实验进一步加强学生的实验能力。经过基础实验的单元训练,学生已经初步掌握了实验技能,具有独立进行实验操作、观察实验现象、分析实验数据的能力。另外,学生经过了低年级的理论课学习,也具备了相关的理论知识。此时对学生要进行综合实验能力的培养。这个阶段的实验仍然不按学生的专业进行,各专业的学生都要完成相同内容的实验。在实验的安排上强调与基础实验的衔接,强调实验类型的多样性,强调实验内容的综合性。综合性实验的目的是使学生能够熟练地运用已经学过的各种实验知识和技能,能够在复杂的多步实验中实现将原本属于不同类别基础实验中的操作流畅自如地组合在一起。消除由于教学顺序导致的不同种类基础实验单元操作间隔过长,学生对部分基础实验内容印象模糊甚至遗忘等弊端。通过综合性实验的训练,学生具备了较强的实验操作能力,能够完成大型的复杂实验。

3 实验的特色性

专业实验应具有独特的专业针对性。对化学类专业的学生而言,进入高年级后课程的设置越来越专门化,本专业的学科核心课和专业方向课的比重越来越大。随着接触到的专业知识越来越多,学生对具有专业特色的实验内容也越来越感兴趣,适时地将专业实验引入到教学中能够使学生增加对本专业的了解,激发学生的学习热情,也为今后从事本专业的学习和实践打下基础。如对化学专业的学生主要开设平衡常数测定、热力学研究等化学原理方面的内容;对应用化学专业的同学主要开设精细化学品研究的题目;对产品质量检验方向(应用化学专业)的学生开设环境分析、矿物分析等实验;对材料化学专业的学生主要开设材料成型加工、力学性能测试等方面的内容。在已有基础上,通过这些专门性较强的实验的训练,学生不但获得了更强的专业实践能力,而且加深了对专业的认知。

4 实验的研究性

研究性实验是在学生具备了较强的实验能力基础上开设的。基础实验、综合实验、专业实验都是按照实验教材或讲义进行的,学生在实验路线、实验操作、数据处理等方面按部就班地执行即可。经过这些实验的系统训练,学生较好地掌握了实验技能,熟悉了化学实验的各个方面,但是从总体上没有发挥学生的自主能动性,学生参与实验的程度还停留在“学”上。研究性实验以学生个体或小组为单位进行,由授课教师给出实验题目,实验的实施可有多种方案。在老师的指导下,学生首先利用在“文献阅读”等课程中学习的知识,根据实验题目进行文献查阅、整理和分析,总结出可行的数种实验路线进行对比,确定拟施行的实验方案并具体实施。这个过程中学生起主导作用,教师是“宏观掌控”的角色,学生有很大的自由发挥的空间。通过研究性实验的训练可以提高学生综合运用所学知识的能力。

5 实验的先进性

高年级的实验内容应该结合本学科的前沿,体现出先进性。除了在各类实验中采用新技术、新方法、更新实验内容外,在研究性实验和创新性实验环节可以利用本单位的科研优势、结合最新科研成果,增加实验的探索性,特别是允许实验失败。鼓励学生从失败中吸取教训、总结经验。由于这些实验结合了当前最新的理论研究或实际应用成果,极大地开拓学生的视野。特别是一些应用性题目,贴近生产、生活实际,能在很大的程度上引起学生的兴趣。通过这些实验可以了解本学科的发展趋势,对于今后从事本专业的学习、研究或工作都有帮助。实验的先进性对于培养学生钻研的个性和丰富的想象力,激发学生主动求知的欲望具有十分重要的意义。

具有上述特点的化学类本科实验课程体系,结合网络化的实验教学管理平台和以博士生导师为带头人、青年博士为骨干的师资队伍,是提高实验课程的教学效果、圆满完成教学目标的保障。

总之,化学类本科实验课程是系统性、科学性的完整体系。根据发展需要并结合实际情况对整个课程体系进行动态化的管理,使之能够在创新人才培养的系统工程中发挥应有重要的作用将是长期的课题。