李 沅，譚鳳芝，劉兆麗，蔡偉杰，曹亞峰，崔 勵

(大連工業(yè)大學輕工與化學工程學院，遼寧 大連 116034)

應(yīng)用化學作為一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，對于從事此行業(yè)的研究人員的實驗?zāi)芰τ兄^高的要求。因此，實驗教學是應(yīng)用化學專業(yè)教學過程中的重要環(huán)節(jié)，影響著學生在知識能力、思維和素質(zhì)方面的協(xié)調(diào)發(fā)展?？茖W和高效的應(yīng)用化學專業(yè)實驗教學有利于培養(yǎng)學生的實驗技能，提高研究創(chuàng)新實踐的能力。本項目改革以應(yīng)用化學專業(yè)人才培養(yǎng)方針“強化基礎(chǔ)、突出實踐、重在素質(zhì)、面向創(chuàng)新”作為改革指導(dǎo)思想，將應(yīng)用化學專業(yè)作為改革試點，構(gòu)建“一體化，三層次”實驗教學新模式，全方位提高本科生的思維能力、創(chuàng)新能力與社會適應(yīng)能力，為學校應(yīng)用化學專業(yè)教學的進一步建設(shè)提供支撐。本改革的實施具有以下三點重要意義：第一，與傳統(tǒng)的實驗教學相比，本改革以全面推行素質(zhì)教育為指導(dǎo)思想，在項目選擇和教學模式上注重培養(yǎng)學生的實驗技能、科學思維與方法、創(chuàng)新意識與能力；第二，為優(yōu)化實驗室資源利用，使實驗教學管理對實際情況有更好的適應(yīng)性，改革提出面向本科生開放實驗室，為強化本科生的工程實踐能力與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力提供支持，有利于驅(qū)動人才培養(yǎng)模式的根本轉(zhuǎn)變，也為進一步完善應(yīng)用化學專業(yè)的實驗教學體系提供了實踐經(jīng)驗和思路；第三，為達到教學內(nèi)容與教學目標的一致，對課程體系、教學內(nèi)容、教學方法、教學模式進行改革，從而全面提高教學質(zhì)量與教學水平，為國家建設(shè)培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

在對學生進行問卷調(diào)查的過程中發(fā)現(xiàn)，學生對于理論知識較為重視，但對實驗學習的重要性還缺乏相應(yīng)的認識；現(xiàn)階段教學中，學生的學習積極性和求知欲因為驗證性實驗占比較多而較難被調(diào)動，實驗教學效果往往難以達到預(yù)期設(shè)定的目標。在社會調(diào)研中還發(fā)現(xiàn)，用人單位認為學生在基礎(chǔ)知識方面的應(yīng)用能力有欠缺，學生對于目前企業(yè)中較為先進的儀器實際操作不甚熟悉，不利于本科畢業(yè)生的就業(yè)。

針對類似的局面，國內(nèi)外各高校積極作出改革。海南大學的肖厚貞等提出了云班課為教學平臺的模式，將主動權(quán)交給學生，以學生為主體，老師加以指導(dǎo)的方式融入物理化學開放性實驗教學，不僅鼓勵了學生的學習興趣和創(chuàng)新能力，同時使得實驗室資源的利用率有所提高[1]。西南大學的陳貴華以有機化學實驗為例，探討了教學與科研相融合的化學實驗教學模式，并闡述了從實驗教學內(nèi)容、教學模式、成績考核體系三方面進行改革的實施策略[2]。上海交通大學的蔡玉興等在醫(yī)用化學實驗課程中，利用學科內(nèi)容知識(CK)、教學法知識(PK)和技術(shù)知識(TK)為核心的TPACK框架，通過整合思政教學內(nèi)容知識、教學法知識、醫(yī)用化學實驗內(nèi)容知識，探索醫(yī)用化學實驗課程中全過程“浸潤式”的多層次互補教學模式[3]。KwaZulu-Natal大學的Veale Clinton等為大學三年級有機化學教學模塊設(shè)計了一系列的評估標準，依據(jù)實驗室中的觀察結(jié)果對本科生進行評分，以期為本科生的實踐能力提升提供即時的反饋與指導(dǎo)[4]。Farley等在普通化學實驗室中引入探究式教學，通過開放實驗室，改變傳統(tǒng)的專題手冊式(cookbook-style)實驗?zāi)Ｊ?，讓實驗教學變得更具有挑戰(zhàn)性。其實施的為期兩周的設(shè)計-評估-修改-實施(Design-Evaluate-Revise-Implement)探究式教學，收到了良好的反饋效果[5]。

2 “一體化，三層次”教學模式的設(shè)計與實施

2.1 改革主體框架設(shè)計

“一體化，三層次”的實驗教學模式，是結(jié)合應(yīng)用化學學科方向構(gòu)建的專業(yè)實驗教學新體系。一體化，是指以實驗?zāi)繕藶橹笇?dǎo)，將完整的知識體系融入整個實驗教學過程，培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才；三層次，是指將實驗內(nèi)容設(shè)置為：以驗證性實驗為代表的基礎(chǔ)實驗；結(jié)合多門課程知識的綜合性實驗；強調(diào)自主性和創(chuàng)新性的設(shè)計探索性實驗三個層次，旨在最終提高學生的專業(yè)應(yīng)用與創(chuàng)新能力。

如圖1所示，項目改革的首要重點是，精煉基礎(chǔ)實驗內(nèi)容，使其與理論知識同步，實驗教學規(guī)劃與學生能力和需求相適應(yīng)。在第五學期(大三上學期)主要開設(shè)驗證性實驗項目，穿插簡單的綜合性實驗，培養(yǎng)學生實驗基礎(chǔ)技能的掌握與應(yīng)用的能力，提高了學生在治學中的科學性和嚴謹性。將綜合性、設(shè)計性實驗安排在第七學期初(大四上學期)，實驗內(nèi)容結(jié)合了兩門或以上課程，在向?qū)W生展示課程間橫向聯(lián)系的基礎(chǔ)上，加強學生的實驗技能與應(yīng)用能力。在扎實了理論知識與實驗技能的基礎(chǔ)上，考慮到為學生畢業(yè)論文提供思路和經(jīng)驗，以及未來在研究領(lǐng)域的深造和社會就業(yè)方面的需求，第七學期增加專業(yè)方向的探索性實驗。該部分要求學生自主設(shè)計完整的實驗方案，以培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。在實驗內(nèi)容選擇上，盡可能結(jié)合專業(yè)教師的科研項目，鼓勵并引導(dǎo)學生積極開展自主探索，通過將實際問題引入課堂提高學生的求知熱情。例如，“丙烯酰胺聚合及聚丙烯酰胺性質(zhì)測定” 是大連工業(yè)大學應(yīng)用化學專業(yè)在第五學期開設(shè)的一項基礎(chǔ)性實驗，學生通過實驗學習，分析問題和實驗操作能力得到了培養(yǎng)。第七學期專業(yè)實驗時，我們將丙烯酰胺聚合進一步拓展，開設(shè)了“淀粉接枝丙烯酰胺共聚反應(yīng)”實驗，實驗過程中學生要思考反應(yīng)體系無氧環(huán)境的形成及保持、淀粉基材引發(fā)反應(yīng)機理及實現(xiàn)、單體轉(zhuǎn)化率的測定、產(chǎn)品用于污水處理的效果及評價等具體問題。從而使學生的思辨能力、觀察能力、實驗操作技能、數(shù)據(jù)整理、誤差分析、規(guī)律總結(jié)等方面的能力都得到了鍛煉和提高。在第七學期末的探索性實驗環(huán)節(jié)，直至畢業(yè)設(shè)計中，這一實驗項目繼續(xù)擴展，使聚合體系轉(zhuǎn)移到反相乳液中，設(shè)定題目為“反相乳液中年產(chǎn)2000噸淀粉絮凝劑生產(chǎn)車間設(shè)計”。這一過程將專業(yè)綜合實驗和探索創(chuàng)新實訓(xùn)中的課題研究內(nèi)容向生產(chǎn)實踐轉(zhuǎn)化。通過聚合反應(yīng)體系解析、工藝流程設(shè)計、生產(chǎn)操作規(guī)程、工藝計算、車間布置設(shè)計、非工藝條件設(shè)定等環(huán)節(jié)，將“丙烯酰胺聚合”做深做透，完成典型的課題引領(lǐng)的、漸深漸廣的應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程。

圖1 “一體化，三層次”實驗教學模式主體框架圖

此外，該改革在實驗室管理方面提倡開放實驗室，針對設(shè)計探索性實驗，學期初下達實驗任務(wù)后，學生可自行安排時間，預(yù)約實驗室、實驗設(shè)備和儀器。通過這樣的方式，實驗室儀器設(shè)備等物資得到合理統(tǒng)籌安排，實現(xiàn)利用率最大化，避免了資源有限導(dǎo)致的問題。

2.2 改革中擬解決的關(guān)鍵問題

本教學模式的改革旨在優(yōu)化傳統(tǒng)的教學觀念，強化實驗教學，建設(shè)開放共享的實驗教學平臺。在教學模式、教學手段和教學方法上進行多元化探索，把理論教學和實驗教學協(xié)調(diào)起來，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型應(yīng)用型人才，以達到社會產(chǎn)業(yè)對學生能力的要求。同時開展與“一體化，三層次”實驗教學模式相適應(yīng)的精品課程建設(shè)，以及與之匹配的實驗教材編寫。通過此次改革，師資隊伍的“雙師”素質(zhì)得以提高，素質(zhì)結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，從而使更多的教師成為工作一線的內(nèi)行或?qū)＜?，提高解決技術(shù)問題的實際能力。與此同時，建立新型的師生關(guān)系，提高教師引導(dǎo)學生構(gòu)建知識體系的能力，使學生不再是簡單地對課本照搬照抄，而是能夠真正消化和運用所學知識于實際應(yīng)用中。

2.3 改革實施方案及方法

首先，精心選擇三個層次的實驗內(nèi)容，優(yōu)化實驗項目，在保證必要的基礎(chǔ)性實驗的基礎(chǔ)上，增加和強化綜合性實驗，積極開展研究與探索性實驗，將教師的科研項目適度引入設(shè)計探索性實驗中。編寫合理的、系統(tǒng)的實驗教材也是實踐中關(guān)鍵一環(huán)。本校應(yīng)用化學專業(yè)方向確定為“天然產(chǎn)物資源開發(fā)利用”和“化妝品技術(shù)”，應(yīng)針對培養(yǎng)目標對教學中使用的《應(yīng)用化學專業(yè)實驗教學大綱》和《應(yīng)用化學專業(yè)實驗講義》進行完善和修訂，從人才培養(yǎng)目標出發(fā)，體現(xiàn)創(chuàng)新教育觀念、改革精神和素質(zhì)教育的思想，吸收學科的新知識、新內(nèi)容和課程體系改革研究成果，更新實驗項目，增加綜合性、設(shè)計性、創(chuàng)新性的實驗項目，有效培養(yǎng)和提高學生的動手能力和創(chuàng)新意識。

其次，營造適應(yīng)“一體化，三層次”實驗教學體系所需的實驗教學環(huán)境；建立合理的評分標準，在評價體系中體現(xiàn)對學生自主性和創(chuàng)新性的鼓勵。

此外，為開放實驗室做好準備，創(chuàng)建合理高效的實驗預(yù)約平臺，方便教師對儀器和設(shè)備統(tǒng)籌安排，合理共享，解決資源有限問題。

3 結(jié) 語

“一體化，三層次”的實驗教學改革，以服務(wù)地方產(chǎn)業(yè)和適應(yīng)新型產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)出發(fā)，以培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新性、應(yīng)用型人才為導(dǎo)向，進行實驗教學改革，尤其注重理論知識與實踐技能的結(jié)合，整合構(gòu)建分層次，有規(guī)劃的實驗教學體系。驗證性實驗作為第一層次，鍛煉和培養(yǎng)學生的動手能力和嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度；第二層次的綜合性實驗，以幫助學生構(gòu)建完整的知識體系為目標，從而提高了學生實際解決問題和分析問題的能力；在第三層中，設(shè)計探索性實驗通過解決生產(chǎn)上的實際問題，激發(fā)學生對本專業(yè)的興趣與熱愛，從而提升自身的科研水平，包括文獻閱讀、獨立思考、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及團隊協(xié)作等能力。改革中應(yīng)用的新型教學和實驗室管理模式，有利于提高教師整體素質(zhì)水平，推動學校建設(shè)和發(fā)展一流的應(yīng)用化學專業(yè)實驗室。改革實施中，會將積累經(jīng)驗，吸取各方的建設(shè)性建議與意見作為主要方向，為全面推行“一體化，三層次”的實驗教學模式做好充分準備。