大学化学实验是我校应用化学、高分子材料、材料科学与工程、生物工程、生物医学材料、环境工程、制药工程、化学工程与工艺等专业本科学生的化学基础课程,也是机械、信息类专业化学通识教育课程,不仅起到传授化学知识、验证化学理论和训练实验技能的作用,更重要的是作为创新教育的平台,以高水平的师资队伍、装备先进的实验室、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,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,在创新人才培养中发挥重要作用。
大学化学实验独立设课,针对不同专业对化学基础知识和实验技能的要求,开设不同学时的实验课程。 以化学研究为主线,按照“化合物制备→分离→成分分析→结构鉴定→性质测试”来组织实验教学内容,形成循序渐进的“基础训练实验—→综合实验—→设计研究实验”三层次实验教学新体系。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。不断更新实验教学内容,实施开放式实验教学方法,推进现代信息技术在大学化学实验实践教学中应用;建立科学的成绩评定办法,达到培养学生主动、自主学习精神和创新思维能力的目的。
大学化学实验安排在一年级(1、2学期)和二年级(3、4学期)开课,其中一年级的内容以无机物的研究为主,二年级的内容以有机物的研究为主。每个年级的实验内容分三个层次来进行。
第一层次是基础训练实验,包括基本操作训练和简单的合成实验,要求学生掌握基本操作技术,熟练使用化学实验常用的仪器,学会化学实验的基本方法,为综合实验奠定坚实的基础。
第二层次是综合实验,主要为实验过程比较复杂、综合运用多个化学学科理论知识或多种实验操作技能的实验。综合实验尽可能按照化合物制备—结构鉴定—成分分析—性质测试为主线来组织实验教学内容。目的的为了让学生掌握化学研究的一般方法,提高分析问题和解决问题的能力,着重能力培养,养成良好的科学素质。
第三层次是设计研究性实验,根据教师的科研课题、各类文献资料选定实验课题,供学生选择。这一层次的实验一般也是综合实验,进行开放式教学。要求学生根据题目要求自己查阅资料,制定实验方案,经与教师讨论后实施实验,最后写出实验论文并在报告会上进行交流。设计实验的目的是提高学生独立开展科研工作的能力,培养综合素质和创新意识,提高创新能力。
在国内率先建立了以科学研究实验方法命名的独具特色的教学实验室。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,使在学习知识的同时,培养学生的科学素养和创新能力。
大学化学实验的教学实行“四个结合”,即:教师导学与学生自学相结合,固定式教学与开放式教学相结合,系统性学习与研究性训练相结合,课内教学与课外训练相结合。
基础训练实验和部分综合实验一般采取固定实验内容、固定实验时间,学生课前预习,教师课堂讲解和指导的方式进行教学。
设计研究性实验采用开放实验内容、开放实验时间的方法。学生在教师给出的一系列实验题目中,自主选择感兴趣的题目,通过自学、自查文献、独立设计实验方案,实验方案经教师审批后,学生可选择实验时间,独立完成实验,教师在开放实验过程中给予学生适当指导。实验报告以论文形式完成。
实验均采取一人一组的形式,以确保学生受到独立思考和独立操作的训练。
实验指导过程中实行专职实验教师和兼职教师相结合,理论课与实验课相结合,教师与教学辅助人员相结合,保证学生在基本知识和创新能力等方面受到良好训练。
大学化学实验在实验课程体系和教学内容改革的基础上,积极开展实验教学方法的改革,努力探索和实践将现代化教学方式应用于实验教学中。
1.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。
开放性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。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的训练,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。
2.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
开放化学实验为学生提供探索性学习的平台,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。化学教学实验中心向学生全天开放,为学生的个性发展和创新意识的培育提供孵化器。除课内开设开放性设计实验外,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,从事个性化的研究性训练。
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。协会小组的组织、研究课题的选定、实验方案的制定以及实验过程中的问题的解决,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
组织和指导学有余力的同学利用业余时间或假期参加科技活动,进入教师的科研课题组,使学生处于浓厚的学术氛围中,及早触及先进的前沿科学技术,接触并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。有利于早期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,学生的科技作品参加全国大学生“挑战杯”学术科技竞赛,于2001年、2003年在第七届、第八届竞赛中分获二等奖、三等奖各一项。学生参与的科研课题研究结果经过整理,在学术杂志上公开发表,或申请专利。
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和科学性、开拓其创新意识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,受到了学生的欢迎,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。组织学生参加全国大学生化学实验竞赛,与综合性院校学生同台竞技,2002年7月获该项竞赛的全国二等奖一项、三等奖两项,2004年获三等奖三项。
4.引入现代教育技术,融合多种方式辅助实验教学
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。在引入大量的现代化仪器的基础上,部分实验实现了计算机数据采集和计算机数据处理。将计算机辅助教学手段用于课前预习、实验数据处理及结果检验等各教学环节中,激发学生的学习热情,更好发挥学生在学习中的主体作用。