化学综合设计实验精品课程建设的研究与实践*

钟国清 霍冀川 叶旭 张欢

(西南科技大学材料科学与工程学院 四川绵阳 621010)

化学综合设计实验是面向我校应用化学、材料科学与工程、生物工程、环境工程等12个专业开设的一门独立的实验课程，开设在基础化学和基础化学实验课程之后。在学校的大力支持和教师的努力下，我们对化学综合设计实验课程进行了卓有成效的建设，组建了化学实验教学团队，并于2007年被批准为首批校级重点教学团队，2010年被评为国家级教学团队；2005年、2007年和2008年，本课程分别被评为校级、省级和国家级精品课程。教学实践表明，本课程对培养学生学习化学的兴趣和积极性，发现问题、分析问题、综合运用基础知识、实验技术和测试方法解决较复杂问题的能力，查阅文献资料的能力，总结、归纳的能力，动手能力以及科学研究工作的能力等起到了重要的作用。

1 课程体系及教学内容的整合与优化

化学综合设计实验课程的建设目标是：以信息化平台的教学资源共享方式为基础进行教学，以培养学生的创新思维和动手能力为宗旨，最大限度地发挥学生的聪明才智，把本课程建设成为学生喜爱，并能在真正意义上使学生具有独立学习、独立分析问题和解决问题能力的一流精品课程。本课程是在基础化学实验课程之后开设的不局限在二级学科范围内的独立实验课程，是基本综合实验、设计研究型实验和研究型实验的有机结合；本课程既注重培养学生的综合实验技能、解决实际问题和综合运用知识的能力，又注重培养学生的独立思维能力和创新意识，是培养学生创新精神、创新能力的好途径。

课程建设是提高教学质量的关键环节之一，也是教育部“质量工程”的重要内容。在人才培养过程中，课程对实现人才培养目标具有举足轻重的作用。传统的实验课以开设验证性实验和简单实验为主，综合性、设计性内容较少，而且几乎没有反映现代新技术、新应用的内容；各门化学实验课程间以及化学课程同专业基础课的实验教学内容也存在不必要的重复，导致课程门类多，既浪费时间，也不利于调动学生学习的积极性和主动性，不利于培养学生的综合能力。20世纪80年代，我校在硅酸盐工程专业的实验课程中开设了部分综合性实验；90年代初期，在无机化学、有机化学、分析化学以及物理化学等基础化学实验课程中逐渐增设了部分综合性实验教学内容。在以往的教学过程中，化学专门化实验教学将化学实验局限在传统的小而全的二级学科甚至三级学科范围内，不合理地分割了化学学科内在的联系。我们认为现代化学已经发展到了各学科分支间纵横交叉、互相渗透和融合的程度，如果在教学中不有意识地把各基础学科的知识和技能加以综合，就难以适应现代化学发展的要求[1]。

自2004年起，学校全面推行完全学分制，对本科人才培养体系和培养方案进行了全面调整。为适应“基础扎实、能力强、素质高，具有创新潜能和协作精神的高级应用型专门人才”的培养模式和社会对人才类型的需求，课程体系尤其是实践教学类课程体系和教学内容的改革势在必行。我们以全面实施完全学分制为契机，按照国家精品课程建设要求，在校院的全力支持下，对前期工作进行深入研究和总结，整合、优化课程组人员，更新仪器设备，建设实验硬件平台，从而使实验教学水平得以全面提升；并修订了课程教学大纲。在2005年，进一步调整了课程教学内容和实验课时，将化学综合设计实验设为独立开设的实验课程,在应用化学、材料科学与工程、生物工程、生物技术、制药工程、食品科学与工程、动物科学、环境工程、过程装备与控制工程、安全工程、建筑环境与设备工程、土木工程等12个专业开出。

2 以科研成果促进教材建设

教材是教学之本，也是教学思想和教学方法的重要载体[2]。在深化教学改革中，实现教材建设的创新是有效解决教学内容和教学方法存在问题的关键[3]。2005年，我们开始着手《化学综合设计实验》讲义的编写工作，并将其列入学校“十一五”规划教材。该教材融入了多学科研究成果，补充了应用化学专业含能材料方向联合办学新特色的实验内容，涵盖了化学、材料、生命、环境、能源、医药、农学等学科领域内容，适用面广，受益面宽，突出了我校的专业特色和办学特点。每个实验的筹备由课程组骨干教师专人负责，包括实验内容设计、实验平台建设、编写实验讲义和指导实验等。实验方案大多来自教师的科研成果和生产实际，经过多年的实践，整合、精练而成；实验内容注重理论联系实际，有理论性、实用性和趣味性。该教材2007年由化学工业出版社出版，已在全国多所学校使用。

化学综合设计实验课程的实验项目分为综合实验(4个模块，52个实验项目)和设计研究实验(3个模块，43个实验项目)两大部分。综合型实验的开展，旨在培养学生的实验操作能力,加强学生对所学无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等基础化学课程及相关课程的理论知识的综合理解与应用；设计研究型实验可培养学生独立创新的意识，激发学生的科学研究兴趣，同时，为后续课程化学创新实验、毕业论文以及继续深造打下良好的基础。真正发挥了理论与实践之间的重要桥梁作用，有助于学生的个性发展，并为优秀学生脱颖而出创造了条件。本课程根据不同的学科和专业需求进行安排，主要分成以下两大体系：(1) 多学时体系(应用化学专业，4周)，学生分别在不同模块中自主选择3个综合实验和1个设计研究实验或自带设计研究实验项目(包含大学生课外科技活动项目)；(2) 少学时体系(非应用化学专业，1周)，学生分别在不同模块中自主选择1个综合实验和1个设计研究实验或自带设计研究实验项目。

3 教学方法改革与课程网站建设

本课程采取集中授课与分组指导进行教学。其中绪论、化学实验基本知识、化学信息资源、试验设计与结果分析等部分内容为集中授课；实验部分按基本综合实验18～25人，设计研究实验6～10人分组，安排专门教师负责教学并指导学生独立完成实验项目。实验基本理论采用集中讲授的方式；实验过程和结果分析则采用启发式和研讨式教学，引导学生广泛参与讨论,以解决实验中出现的问题，培养学生的独立思维能力和创新意识。在教学中，注重学生创新能力的培养，引导学生主动提出问题、分析问题和解决问题，激发学生的独立思维,并适当拓展实验内容。对于设计研究实验(含学生自带课题)，由教师引导学生广泛查阅相关文献，优化实验方案，将实验内容和结果以科技小论文的形式提交。

在化学综合设计实验的教学中，实践“一体化、多层次、开放式”教学模式[4]，完善了符合我校培养目标和特点的实验课程体系。本着戴安邦教授所倡导的“化学教育既传授知识和技术，更训练科学方法和思维，还培养科学精神和品德”的全面化学教育准则，根据不同层次、不同专业的培养要求，按照“基础实验—综合实验—设计研究实验”3个层次推进教学进程[5]。坚持“化学实验是实施全面化学教育的一种最有效的教学形式”的原则，及“严谨细致每一环节，以思维而延伸于其他”的教学理念，形成了“基础—提高—扬优—介入科研”4个层次的开放实验教学模式和管理方法[6]，完善了对不同层次学生因材施教的实验教学方法。

本课程实行全程监控考核，从预习、考勤、实验操作过程及结果、实验报告/论文等各个方面综合考虑。其中考勤5%，预习或实验方案设计20%，实验操作过程及结果40%，实验报告/论文35%。设计研究实验要求撰写实验小论文，字数在3000字左右，须写明实验的意义、实验原理、实验装置图及实验结果与分析讨论、参考文献等。该环节既是对设计研究实验的总结，学生可根据自己的实验情况，分析、归纳、整理实验数据，评价与讨论实验结果；也是对学生科研写作能力的培养过程，为大学毕业时撰写毕业论文奠定了坚实基础。为进一步激发学生兴趣，加强对学生实际动手能力的培养，从2005年起，我校每年都举行化学综合设计实验大赛。从过去的大赛结果看，学生积极性高，参与专业面广，效果显著。

精品课程网上资源包括教学大纲、课程简介、课程负责人介绍、教学队伍、电子教案、电子版实验教材、课程录像、参考文献、习题与思考题、教学效果评价、实验室资源、实验报告与论文撰写规范、历年诺贝尔化学奖介绍、网上交流平台、学生选课系统、化学综合设计实验大赛、化学常用数据表、化学实验室的安全与防护、实验室污染与防治、化学信息资源相关链接等内容，形成了立体化的课程教学体系。内容丰富的化学综合设计实验课程网站已受到广大师生的喜爱。该网站能及时提供相关的最新文献资料，学生可随时在校园网上查阅相关文献；通过网上选课系统，学生可自行预约实验时间，选择指导教师；利用网上交流平台，教师可在网上答疑，学生可在网上进行学习交流。

4 实验室的全方位开放

化学综合设计实验课程每年选课学生近2000人，实行了实验室的全方位开放，建立了仿真实验室，学生既可进行相应的预习，也可以在计算机上进行实验课程的仿真模拟。同时实施了基础化学实验的预约式开放及综合设计实验的全面开放，对创新实践和大学生科技活动，特别是对学校实验室开放基金项目和进入科研实验室的学生全天候开放。首先是常规的玻璃仪器全面向学生开放，学生可根据自己实验的基本情况在实验室借用所需的仪器；其次是实验的讲授和实验的准备情况向学生开放，将开设的实验项目、内容挂在网上，学生随时可以进行学习。在实验准备方面，鼓励学生进入实验室进行实验的准备工作，形成双向式的教学模式。

本课程依托相关的省级重点实验室及分析测试中心等实验平台资源，发挥学科群体优势，加强实验教学和实验师资队伍建设。多数的综合实验、设计研究实验内容来自教师的科研成果，高职称、高学历、高水平的教师直接参与实验教学，较好地实现了科研促进教学和学科间的相互渗透，从而构建了较高水平、有明显特色、可实际操作的化学综合设计实验课程。该课程在内容上注重学科前沿、产业动态及科研成果相结合；在设置上注重理工交融、学科交叉和课程特色化组合；为学院实施“3+1人才培养方案，培养具有专业特色的应用型高级人才”(学生在前3年完成所有理论课程的学习，后1年主要进行分类、弹性的创新实践集中训练)奠定了坚实的基础。

5 师资队伍建设的途径与成效

在精品课程建设中，建立一流的教师队伍是关键。教师的作用不仅是传播知识，还要指导学生学会学习，培养学生的各种能力，促进学生全面发展。精品课程能否真正成为“精品”，教师往往起决定性的作用[7]。精品课程首先要有一批学术造诣高、具有丰富授课经验的主讲教师，高水平师资队伍建设是精品课程建设的根本保证[8]。在师资队伍建设方面，我们主要做了以下工作：(1)注重人才引进，充分利用学校的各项优惠政策，严格把好“进人关”，积极争取优秀人才加盟，充实课程教学队伍；(2)注重学历培养和再教育，有计划有步骤地选派部分教师外出进修或攻读博士学位；(3)注重教学研究，鼓励教师积极申请各级教学改革与研究项目，编写教材，发表教学论文和开发新实验，提高业务水平；(4)注重以老带新，坚持传、帮、带的传统作风和严格管理，在新教师指导实验前，组织听课、试讲，并安排新老教师同组教学；(5)注重政策倾斜和优秀教师的培养，稳定现有教师队伍，使他们感觉到集体的温暖，为出名师、出带头人建立良好的氛围；(6)注重教学交流，邀请有关专家学者来我院进行交流、指导，同时选派部分骨干教师参加各类型教学研讨会等。

目前本课程教学队伍共有教师36名，其中教授12人(占33.3%)，副教授(高级实验师)13人(占36.1%)，讲师(实验师)9人(占25.0%),助教2人(占5.6%)；博士11人(占30.6%),硕士15人(占41.7%),学士8人(占22.2%),46～55岁的8人(占22.2%),36～45岁的19人(占52.8%),35岁及以下的9人(占25.0%)，平均年龄为39岁。教学队伍中有教育部教指委委员，四川省学术和技术带头人及后备人选等中青年专家，已形成一支职称结构、学历结构、年龄结构和学缘结构合理，有实力、有活力的教学科研复合型教学梯队。课程教学队伍的教师思维活跃、勇于创新，善于将最新的科研成果结合到教学中去，既不脱离基本知识、基本理论和基本技能，又突出了学科发展前沿。

6 精品课程建设取得的成效

本课程自开设以来，进行了大量的教学研究与改革，建立了适合我校实际情况的化学综合设计实验课程体系，并围绕课程体系和教学内容，制定了适合不同层次的教学大纲，革新了教学方法和手段。化学综合设计实验是学生自己查阅文献资料，自己设计实验方案，独立开展实验，学生成为实验的主人;改变了以前学生被动完成实验的局面，大大提高了学生做实验的主动性和积极性。学生和同行对化学综合设计实验课程反映良好，提高了学生的兴趣和积极性，培养了他们的独立工作能力、分析问题的能力以及创新意识，学生网上评价和督导组评价优良率均为100%。通过每学期期中和期末教学检查所召开的学生座谈会和个别交流反馈，学生对本课程的教学满意，认为教师运用教学方法得当，充分调动了学生学习积极性，培养了学生的综合能力。

化学综合设计实验教学内容接近科研和生产实际，学生可从中得到全面的综合实践能力训练和创新能力培养。学生在课程教学反馈中认为：化学综合设计实验可使学生认识到科学研究的基本过程，具有挑战性和设计性；化学综合设计实验不仅提高了学生的化学文献查阅能力和实验操作的技能，还加深了对相关化学理论知识的认识，锻炼了团队协作的能力，最重要的是使学生享受到了化学研究的乐趣。同时，课程建设还得到了有关校外专家的高度评价，认为化学综合设计实验是高等教育教学改革的重要探索，对普通高等学校化学实验教学改革有良好的示范作用和推广价值，具有综合性、创新性、实用性和趣味性；课程已形成鲜明特色，对开启学生思维、培养学生学习化学的兴趣和积极性、培养学生分析问题和解决问题的能力具有重要的意义。

7 今后工作的设想

实验教学是本科教学的重要组成部分，科学实验是培养大学生创新能力、实践能力和创业精神，提高大学生科学素质的重要环节。我们将进一步加强对实验教学的研究与探索，不断进行实验教学的改革，为提高实验教学水平，全面推进素质教育而努力。(1) 继续加强教师队伍建设，吸引更多高学历、高水平的教师加入到课程教学队伍中来，不断注入新的血液，确保师资力量一流。(2) 深化教学改革，不断探索符合教育教学规律的新方法、新思想，逐步开展双语教学。(3) 完善多媒体教学课件和流媒体等网络教学资源，不断提高教学质量。(4) 更新教材内容，坚持创新、不断进取，将新的科研成果引入实验教学体系，不断更新实验教学内容，适时编写新版教材。(5) 加强实验室软硬件建设，多渠道、多方面争取实验室建设资金，改善实验条件，提高管理效率，为开设更高水平的实验提供优良的硬件环境。

[1] 王伯康,王志林,孙尔康.大学化学,2001,16(2):25

[2] 李珺,张逢星,董绮功,等.高等理科教育,2003(1):50

[3] 崔有为,王淑莹,彭永臻.中国现代教育装备,2008(6):11

[4] 邹世春,陈六平,余小岚,等.实验技术与管理,2006,23(12):5

[5] 王志林,姚天扬.大学化学,2000,15(2):18

[6] 孙尔康,张剑荣,张家玫.实验技术与管理,2007,24(11):5

[7] 石现峰,张昀青,庞巍.河北经贸大学学报(综合版),2008,8(2):107

[8] 王玉枝.化工高等教育,2008(1):22