曹雷剛 楊越 焦志偉 蒙毅 毛潭

摘?要：工程教育專業(yè)認(rèn)證工作對(duì)理工類專業(yè)自然科學(xué)類課程有明確的要求，這也促使了大學(xué)化學(xué)課程在非化學(xué)類理工科專業(yè)覆蓋面進(jìn)一步擴(kuò)大。課程授課學(xué)生人數(shù)的增加，給大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)帶來(lái)了壓力。分析了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性和面臨的問(wèn)題，討論了新形勢(shì)下非化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的授課內(nèi)容和具體授課方式。

關(guān)鍵詞：大學(xué)化學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);虛擬仿真

中圖分類號(hào)：G420?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

2013年中國(guó)加入《華盛頓協(xié)議》，加速了中國(guó)工程教育認(rèn)證的國(guó)際化之路。目前，工程教育專業(yè)認(rèn)證已經(jīng)在越來(lái)越多的高等學(xué)校開(kāi)展，促使國(guó)內(nèi)高等學(xué)校相關(guān)專業(yè)開(kāi)始進(jìn)行合理的教學(xué)改革，制定明確的課程體系并能持續(xù)不斷的進(jìn)行改進(jìn)，以期培養(yǎng)達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的高素質(zhì)畢業(yè)生[1]。經(jīng)過(guò)多年的不斷推進(jìn)，工程教育專業(yè)認(rèn)證工作目前已經(jīng)聚焦到以面向產(chǎn)出的課程目標(biāo)和畢業(yè)要求達(dá)成的評(píng)價(jià)機(jī)制。北方工業(yè)大學(xué)具有以工為主、文理交融、優(yōu)化理、工、文、經(jīng)、管、法、藝多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的學(xué)科體系，近年來(lái)堅(jiān)持在學(xué)校工科各專業(yè)推動(dòng)工程教育專業(yè)認(rèn)證工作。專業(yè)認(rèn)證對(duì)各學(xué)科專業(yè)在自然科學(xué)類課程有明確的要求。其中，大學(xué)化學(xué)是廣泛開(kāi)設(shè)于高等學(xué)校理工類專業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程，其普及性和覆蓋面或?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)大。目前，大學(xué)化學(xué)作為公共基礎(chǔ)課程，已經(jīng)逐步在北方工業(yè)大學(xué)材料類、機(jī)械類和土木類各個(gè)專業(yè)開(kāi)設(shè)。大學(xué)化學(xué)課程包括課堂理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)兩個(gè)環(huán)節(jié)。課程授課學(xué)生人數(shù)的增加對(duì)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了極大的挑戰(zhàn)，為此，大學(xué)化學(xué)課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)內(nèi)容和授課方式等需要綜合考慮多方面的因素。

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性

首先，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是高等學(xué)?；瘜W(xué)課程授課內(nèi)容的重要組成部分，它可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)課堂理論教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和科學(xué)素養(yǎng)，還可以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維和能力。因此，化學(xué)課程開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是重要的和必要的。長(zhǎng)期以來(lái)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革關(guān)注的內(nèi)容主要是實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)方法和內(nèi)容、運(yùn)行機(jī)制、科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)等方面[2-4]。同時(shí)，近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在教育教學(xué)環(huán)節(jié)的應(yīng)用，虛擬仿真也成為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)方向之一[5]。

2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)面臨的問(wèn)題

隨著大學(xué)化學(xué)課程授課對(duì)象擴(kuò)大至非化學(xué)類各個(gè)專業(yè)，授課學(xué)生人數(shù)會(huì)急劇增加，給化學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)帶來(lái)了較大的壓力。比如，我校最先在材料系開(kāi)設(shè)大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)課程，每年授課兩個(gè)班級(jí)，約60人左右?？紤]到工程教育專業(yè)認(rèn)證要求，自2015年起，陸續(xù)在機(jī)械類和土木類專業(yè)開(kāi)設(shè)大學(xué)化學(xué)課程，年均授課人數(shù)增加至350人左右。面對(duì)課程授課人數(shù)的增加，不僅會(huì)增加授課教師的壓力，還需要考慮實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的問(wèn)題。

首先，化學(xué)實(shí)驗(yàn)必然涉及實(shí)驗(yàn)操作和分析所需的化學(xué)試劑和儀器設(shè)備，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在較大風(fēng)險(xiǎn)，主要考慮到學(xué)生的人身安全?，F(xiàn)階段全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)化學(xué)試劑的購(gòu)買、存放、使用和廢液的存放及處理等進(jìn)行嚴(yán)格的管控。因此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要考慮減少甚至避免化學(xué)試劑使用的數(shù)量和頻次。

其次，正常情況下，單次參與實(shí)驗(yàn)的組數(shù)和每組人數(shù)越少，越有利于保證良好的教學(xué)質(zhì)量。然而，由于學(xué)生基數(shù)較大，在實(shí)際過(guò)程中，單次組數(shù)和小組人數(shù)極難維持在較低水平。如若學(xué)校條件允許，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地可以提高單次實(shí)驗(yàn)學(xué)生容量，但需要更多的實(shí)驗(yàn)輔助人員和更多的儀器設(shè)備，經(jīng)費(fèi)投入也將成為一個(gè)較大的問(wèn)題。

再者，目前對(duì)于非化學(xué)專業(yè)的大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，普遍存在實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)較少的情況。即使是在授課教師事先有安排好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的前提下，對(duì)于較為復(fù)雜的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很難在較短的時(shí)間內(nèi)完成，即使是完成了學(xué)生，也很難完全理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這就有可能導(dǎo)致部分學(xué)生把參與實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)和完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告等同看待。

3 建議解決方案

如若實(shí)驗(yàn)條件允許、實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全，可以通過(guò)真實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)最大程度的提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和綜合素養(yǎng)。但若是遇到以上問(wèn)題，非化學(xué)類專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可以考慮修改實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)實(shí)施方法。

首先，大學(xué)化學(xué)是非化學(xué)類專業(yè)本科人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)的公共基礎(chǔ)課，化學(xué)課程和今后的其他專業(yè)課程相對(duì)較弱。因此，對(duì)于非化學(xué)專業(yè)的學(xué)生可以側(cè)重于基本化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)室安全方面的教育，重點(diǎn)是培養(yǎng)本科生的基本化學(xué)素養(yǎng)。例如進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室需要佩戴實(shí)驗(yàn)服和手套等、進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室?guī)胧澄锘蝻嬈?、通風(fēng)廚、洗眼器、滅火器和滅火沙等的應(yīng)用。

其次，如若實(shí)驗(yàn)室條件確實(shí)不能滿足，也可以選擇其他渠道，比如說(shuō)視頻教學(xué)和虛擬仿真教學(xué)。視頻教學(xué)主要指將相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制作成視頻，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)播放給學(xué)生并輔以現(xiàn)場(chǎng)講解，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以包括實(shí)驗(yàn)室基本制度、安全注意事項(xiàng)和簡(jiǎn)單的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是目前高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，且已經(jīng)在部分化學(xué)類和非化學(xué)類專業(yè)的大學(xué)化學(xué)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)[6，7]。例如，王巖等[8]開(kāi)發(fā)建設(shè)的針對(duì)分光光度法和電位滴定法的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)介于視頻教學(xué)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)之間，它打破了人們對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知，具有便捷靈活、安全操作、節(jié)約成本等優(yōu)勢(shì)，不僅可以作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作前的有效輔助，還可以取代復(fù)雜或有危險(xiǎn)性的真實(shí)實(shí)驗(yàn)[9]。對(duì)于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)薄弱的高校，虛擬仿真可以取得有效的補(bǔ)充。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是大學(xué)化學(xué)課程的重要組成部分，可以幫助學(xué)生理解和掌握理論知識(shí)，利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和科學(xué)素養(yǎng)。隨著大學(xué)化學(xué)在非化學(xué)類專業(yè)覆蓋面的擴(kuò)大，授課學(xué)生人數(shù)必然增加，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件也提出了較高的要求。為了保證教學(xué)質(zhì)量，可以考慮降低大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的難度，同時(shí)采用視頻教學(xué)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等教學(xué)方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]方崢.中國(guó)工程教育認(rèn)證國(guó)際化之路——成為《華盛頓協(xié)議》預(yù)備成員之后.高等工程教育研究，2013（06）：72-76+175.

[2]李海艷.提升大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的幾點(diǎn)體會(huì).廣東化工，2016，43（15）：253-254.

[3]姜海燕，尹彥冰，張宏波.淺談非化學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)的教學(xué)方法和教學(xué)手段.化學(xué)時(shí)刊，2012，26（07）：69-70.

[4]嚴(yán)華玉.大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)策略.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013（29）：210.

[5]郭軍紅，崔錦峰，楊保平.新工科背景下虛實(shí)結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè).實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019，36（08）：119-122.

[6]費(fèi)婷虹，尹守春.化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中虛擬仿真的建設(shè)探究.廣東化工，2018，45（06）：240-241+244.

[7]張京玉，劉雅敏.虛擬仿真技術(shù)在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用.教育現(xiàn)代化，2019，6（44）：125-127.

[8]王巖，荊明偉，閆保樺，李國(guó)寶，耿金靈，朱志偉.分光光度法和電位滴定法虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)與探索.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019，36（08）：190-194.

[9]鄭革.虛擬仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用.廣州化工，2017，45（15）：222-223.

基金項(xiàng)目：北方工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目資助（108051360019XN141/035）

作者簡(jiǎn)介：曹雷剛（1985-），男，漢族，河南洛陽(yáng)人，博士研究生，北方工業(yè)大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院講師，研究方向：高熵合金。