锻炼创新能力的普通化学实验课程改革措施

丁春玲，姚天明，陈 云，吴庆生

（同济大学 化学系，上海 200092）

受教育者创新能力的培养是高校素质教育的根本任务，培养创新能力目标贯穿于大学教育的全过程和各个方面。创新的内涵非常丰富，基本内涵包括创造、开发、试验、应用、推广等要素。知识在创新活动中固然重要，但是创新能力强调的不仅仅是拥有知识的多少，更强调在原有知识基础上，能够不断更新知识、扩充知识、传播知识、应用知识。为了增强大学生的创新能力，高等院校纷纷注重增加学生的实践机会、动手机会、实习机会、就业机会。特别在大学化学教学方面，许多院校正在进行化学实验教学的改革，有的对化学实验的教学内容进行调整，有的对实验室管理体制进行改革［1－2］。本文结合同济大学普通化学（普化）实验课程现状，以及作者多年的实验教学经验，提出如下改革普化实验课程，锻炼大学生创新能力的几点措施。

1 打破传统教育观念，全面重视普化实验课程

化学是一门实践性很强的科学，化学实验教学对于科技人才素质培养影响很大。传统教育观念认为教育活动的核心是知识传授，普化实验课教学只是服从于普化理论课教学。传统教学目的主要是巩固理论课上所学的知识，与创新能力的培养关系不大。老一辈化学教育家戴安邦先生提出 “全面的化学教育既要传授化学知识与技术，更应训练科学方法与思维，还应培养科学精神和品德”，这对普通化学实验教学有着重要的指导意义。国内外许多教育家提出“以培养能力为中心”的教育思想，这是时代进步的要求［3－4］。

普化实验教学相对于普化理论教学具有直观性、实践性、综合性、设计性与创新性的特点。普化实验教学可以对学生进行多方面能力的培养，例如观察能力、记忆能力、思维能力、动手能力、数据处理和计算能力、分析问题和解决问题的能力以及创新能力等。在培养大学生创新能力和科研素质方面、在开发学生的智力方面，普化实验教学更能发挥其独特的作用。

同济大学普化实验是一门面向全校开设的基础实验课程，授课面涉及土木工程学院、交通运输学院、环境科学与工程学院、机械工程学院、海洋与地球科学学院、物理系等，每学期做实验的本科生人数达1300多名，实验总课时达2万余人时，是学校影响力最大的实验课程。目前同济大学对实验教学非常重视，目的是通过普化实验课程教学，不仅要训练学生熟练的实验操作技能，更重要的是培养学生的应用能力、综合实践能力以及创新能力，发挥普化实验课在工程教育中应有的作用。我校为了充分发挥普化实验教学的作用，将普化实验独立设课、独立记分、独立考核，从而把普化实验教学摆到了合理的位置上。

2 激发兴趣，改善和创新普化实验教学手段

兴趣是最好的动力。对于大一的学生，首先接触的化学实验课程就是普化实验课，这是高等院校理、工科专业必修的基础课程之一。创新是一种自主的活动，如果大学生把做普化实验当作一项任务来完成就根本谈不上什么创新。传统的普化实验教学模式，大多数是采取“抱着走”的方法，先由教师设计好实验方案，实验员准备好仪器和药品，学生只是“照方抓药”。这种教学模式导致学生具有依赖性，不利于调动学生的积极性，更不利于锻炼学生的创新能力［5］。事实上，学生是做实验的主人，应该始终处于主动地位。为了取得良好的实验教学效果，传统的普化实验教学模式必须改革，发挥普化实验课程在工程教育中应有的作用。但是，传统普化实验内容陈旧、验证性实验偏多，导致学生对普化实验的兴趣不浓。为了克服这些弊端，在讲解实验时，教师不能只是讲目的、原理、步骤，让学生“照方抓药”，而是要善于创设与实验教学内容相关的问题情境，启发学生随时提问和发表自己的见解，鼓励学生积极参与，激发学生求知的欲望，同时把学生的思路引到所要研究的问题上来，总之要启发式指导学生实验［6］。

受到学制和总学时的限制，普化实验学时被严重压缩，要想在有限的时间里激发学生学习的兴趣、强化学生的化学素养，并为其自我发展化学能力奠定基础，就要克服片面强调普化实验课为专业课服务的思想，丢掉通过普化实验课教学使学生达到专业化学家水平的幻想。合理和正确的工作重点是激发学生对普化实验的浓厚兴趣，培养学生的创新能力。

普化实验教学不仅是一种教学手段，更重要的是让学生学习和掌握化学技能和科学态度。在多年的普化实验教学过程中，我们经常能观察到学生由于实验成功而流露出来的喜悦，实验的成功又更好地激发了学生对普化实验的浓厚兴趣。接下来，学生必将进一步更主动、灵活、大胆地开动脑筋，尝试新的实验方法，运用学过的知识和掌握的技能来解决普化实验中遇到的问题，从而提高其综合知识运用的能力和创新能力。一旦学生拥有对普化实验课的学习兴趣，再经过教师的适当引导，学生就能把注意力集中到普化实验操作技巧上，经过一段时间的锻炼，操作技能和动手能力得到了提高，创新欲望和创新能力明显增强。

兴趣固然重要，教学方法和教学手段也是教学质量的保证。拥有先进的实验设施和高新技术是开展高水平科学研究、培养高质量人才的必要条件。目前，同济大学普化实验室面貌焕然一新，实验室的硬件设施建设已达到了国内较先进的水平。实验室具备优良的、较高水准的实验环境，有宽敞、明亮的实验场地，有充足的实验仪器，基本实现了一人一组的实验目标。购进了一批先进的、高级精密仪器，可面向全校开设材料类、环境类等一些新型实验和近代化学实验，建立了多功能实验室，可用于电化教学、CAI及多媒体教学等，实现了教学手段现代化的基本目标。但是，普化实验教学手段不是一成不变的，需要不断引进新技术、新成果，提高普化实验的工作效率和科技含量。例如，我们尽早投入使用新仪器、新材料，在“过二硫酸铵和碘化钾的反应”实验中，使用微量进样器，提高了仪器的精密度，确保了反应物计量的准确性，同时缩短了反应时间、节约了药品并且提高了效率，达到了更好的实验教学效果。再例如在“弱酸电离度与电离常数的测定”实验中，及时更新使用复合电极，使学生免除了怕损坏玻璃电极的顾虑，实验速度得到提高。又例如在“化学反应速率”实验中，由于数据众多，处理起来相当繁琐而且枯燥乏味，我们适时引入计算机程序处理实验数据，提高了实验效率，受到学生的欢迎。

3 增设综合性实验，开放实验室

综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识，要求运用综合的实验方法和手段进行实验，主要培养学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理能力、获取知识的能力、运用多学科知识解决实际问题的能力。设计性实验是指给定实验目的要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验，它不仅要求学生综合运用多门学科的知识、技能和方法来设计实验方案，而且要求学生能充分运用所掌握的知识去发现问题、分析问题和解决问题。综合性实验和设计性实验对培养学生的创新意识、创新精神、创新能力、创新素质等具有十分重要的意义。

在普化实验课传统教学中，普遍存在着验证性实验居多，实验内容和方法在低水平层次上重复的现象，缺乏综合性实验和设计性实验［7］。为此，同济大学在普化实验课的安排上，增设了综合、设计性实验，压缩了验证性实验。我们的具体做法是：首先，实验教师指定综合性或设计性实验课题，由学生自己查阅资料，设计出实验方案，包括实验目的、原理、试剂（规格、浓度）、仪器设备、实验步骤等，交由实验教师审阅批准，然后，在实验过程中，要求学生操作规范、仔细观察现象、记录数据、认真思考、不断总结完善实验方法，最后，以小论文式的方式提交实验报告。小论文格式为：前言、实验内容与结果、讨论、参考文献。通过教学实践，我们发现研究性和设计性实验能充分调动学生的学习积极性，强化“我学的知识能够解决实际问题”的观念，真正做到学以致用，更好地发挥学生的聪明才智，提高独立工作能力，因此深受学生的欢迎。

开放性实验是指利用现有的实验室资源、仪器设备、场地设施、技术服务等，面向大学生自由开放，打破实验室的封闭状态，为学生营造宽松的学习和实验环境，学生自主选题开展实验的全过程。开放性实验不仅能提高实验设备的利用率、实现资源共享，而且是实验教学方式的创新，是一种探究型实验教学模式，可以增强学生的实践动手能力、独立分析和解决问题的能力，培养学生的创新精神和钻研精神［8－9］，有利于组织和引导学生系统地开展课外实验活动，活跃学习气氛，使学生充分发挥想象力，对学生创新能力的培养起到积极作用，特别是对尖子学生的及早发现和适时培养是最突出的收获。

同济大学化学系自2001年开始就进行了开放实验教学尝试，拟定了多个开放型实验课题：蛋清营养成分及含热量的分析、燃料油品吸附脱硫、从蔬菜中提取叶绿素、生物柴油的研究、从蔬菜中提取胡萝卜素、无氰镀铜、苯甲酸的制备、燃料电池的原理与设计、新型海水淡化方法研究、从橙皮中提取柠檬烯、阿司匹林的合成、从茶叶中提取咖啡因等，这些课题具有新颖性、趣味性，并且具有一定的实际价值［10］。学生自愿组合成团队，自主选择感兴趣的课题。同济大学化学创新基地提供必需的实验条件和导师，学生自行设计实验并付诸于实践。最后，学生总结和撰写实验设计思路、实验过程、实验结果和结论，进行汇报。在这个过程中，学生不仅锻炼了动手能力，更重要的是锻炼了发现问题、解决问题的能力，同时科技写作、口头答辩的能力也得到了很好的训练。在2012年上海市大学生化学实验竞赛中，同济大学获得团体总分第一名和单项第一名。我们通过开放型实验的建设工作，在培养学生的创新精神、启发学生的创新意识、锻炼学生的创新思维，以及引导学生探索未知、开拓新知方面起到了一定的积极作用。

4 努力使普化实验减少危害、环境友好

将绿色教育理念渗透运用于普化实验教学中，有利于培养学生综合利用资源和环保的意识。传统观念上，普化实验可能存在有毒污染和燃爆危险，导致不少学生在做实验时缩手缩脚，影响其实验能力锻炼。绿色化学强调生产和使用化学产品时，有效利用资源，减少和避免使用对人体和环境有毒有害的试剂［11］。为了减少危害，同济大学普化实验室在现有条件下，不断进行了通风改造，把绿色化学思想作为普化实验教学的指导思想，不断探索，反复实践，努力使普化实验室成为环境友好、空气清洁、技术先进的实验室。在每个具体实验课程教学中，增加绿色理念和绿色措施，例如：在“氧化还原与电化学实验”中，采用乙酸乙酯代替毒性大的四氯化碳作为萃取剂；在“化学反应速率实验”中采用微量化操作，用微量实验代替常规实验，并取得了较好的实验效果，减少了污染，保护了环境；在“硫酸亚铁铵的制备实验”中，利用金工实习的废铁屑作原料制备出合格硫酸亚铁铵，然后回收硫酸亚铁铵产品用作电化学实验试剂，节约了资源，提高了化学品的利用率；在“化学平衡及其移动实验”中，运用高速离心机，根据沉淀物的溶解度不同可从产生沉淀的实验废弃物中回收固体药品等。总之，在日常实验教学中，建立了如图1所示的绿色实验室运行机制，加强教育学生废液、废渣不随意乱倒、乱扔，仪器试剂原地取、原地放，使学生实验时有责任感，增强其环保观念。

5 精选普化实验内容，构筑先进教材

教材是实验的蓝图，教材建设是教学改革的先导。普化实验教材应体现基础扎实、知识面广、启发性和研究性相结合、多样性和新颖性相结合等特色。同济大学最新编写的《普通化学实验》教材，特别对实验进行了分类，精选了内容，兼顾工科和普通化学实验的需要，重视对学生的能力培养和方法指导，使学生做实验时，同时受到科学方法的训练和思想方法的启迪；引入了计算机程序处理实验数据和实验结果，提高了学生应用计算机的能力；汲取了国外教学经验，特别是德国化学实验教学中的部分精华，为教材大大增色。

6 结束语

教育是立国之本，创新是发展之源。通过多年普化实验教学实践，我们深深认识到，普化课程建设和教学改革是一项长期而艰巨的工作，不可能一蹴而就，需要不断地研究和实践，只有勇于探索，不断改革，才能使普化实验教学在培养高素质创新人才方面发挥更大的作用。

（References）

［1］崔学桂，张树永，李建平，等.培养学生创新能力、综合思维能力是大学化学实验课的中心任务［J］.实验技术与管理，2003，20（2）：120－124.

［2］高宗华，付彩霞，胡威.深化实验教学改革培养学生创新能力［J］.实验室研究与探索，2007，26（10）：95－97.

［3］刘汉兰，陈浩，马忠华，等.深化实验教学改革，培养学生创新能力［J］.实验技术与管理，2006，23（5）：16－17.

［4］张树永，张剑荣，陈六平.大学化学实验教学改革的基本问题和措施初探［J］.大学化学，2009，24（4）：24－28.

［5］徐军，刘瑞斌，王春燕.普通化学实验教学创新探索［J］.实验室科学，2008，11（3）：30－31.

［6］陈绮虹，周锦兰.化学实验教学的创新与学生能力的培养［J］.实验室研究与探索，2006，25（11）：1429－1431.

［7］王海滔.研究型化学实验教学模式的创新与实践［J］.实验室研究与探索，2011，30（2）：117－120.

［8］林卉，胡召玲，赵长胜，等.高校开放实验室的建设与管理［J］.实验技术与管理，2010，27（3）：152－155.

［9］罗玉双，熊大胜，席在星，等.全面开放实验教学，培养学生实践技能和创新精神［J］.实验技术与管理，2006，23（3）：22－24。

［10］姚天明，石硕，吴庆生.重视培养创新能力，探索化学基础课教学的新模式与新目标［J］.化工高等教育，2008（5）：4－7.

［11］陈慧珍，乔薇，叶燕媚，等.高校化学实验室废液回收管理存在的问题与对策［J］.实验室研究与探索，2012，31（8）：456－459.