从提高科技竞争力视角思考本科生实验教学内涵建设

饶震红， 杜凤沛

(中国农业大学 理学院, 北京 100083)

从提高科技竞争力视角思考本科生实验教学内涵建设

饶震红， 杜凤沛

(中国农业大学 理学院, 北京 100083)

在当今高校总体规模稳定的状态下,内涵式发展是提高教学质量的必经之路。通过对国外一些知名农业院校化学实验课教学理念、教学形式、教学过程和要求的考察,比较我国农业人才在基础实验教学培养方面存在的不同点,在教学方法和教学手段上采取了有效的措施，提高了实验教学的实效,增强了学生的竞争力。

实验教学； 内涵建设； 科技竞争力

科技竞争力反映了一个国家的科技总量和经济实力,它是社会发展的核心因素,不仅对国家整体经济发展起推动作用,对可持续发展也起协调作用。如今面对全球化的经济生活,国家和地区间的竞争日益激烈。世界经济论坛公布的《2014—2015年全球竞争力报告》显示,中国在144个经济实体中排名第28位[1]。如何提高科技竞争力,提升我国在全球经济中的地位是首要问题。高等教育孕育了科技竞争力,在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中特别指出：“加快建设一批世界知名的高水平研究大学,是加快科技创新的需要”。然而,据调查分析,制约提高科技竞争力的因素不是科技工作者的从业人数,而是从业者的能力能否适应全球化竞争的要求[2]。因此,高等教育怎样跟进全球化的步伐,怎样提高科技竞争力,怎样培养具有竞争力的人才,值得教育工作者认真思考。借鉴世界一些一流高校的先进经验,采取跳跃式发展战略,尽快缩短与发达国家间的教育差距,是提高人才竞争力的一条途径。

我国高等教育的发展已由外延式的扩张向内涵式发展转变,实验教学作为能力培养的重要手段,其内涵建设再度被人们所重视。

1 国际著名农业院校本科生化学实验教学考察

据2015 US News世界高校农业科学排名前三甲的是荷兰瓦赫宁根大学、美国加州大学戴维斯分校和康奈尔大学。全球化进程中涉及的食品、能源与环境问题都与化学相关,考察这3所学校的化学实验教学,并与之比较,找出差距,对高等农业教育有积极的借鉴意义。

1.1 实验教学理念

瓦赫宁根大学是传统的农业院校,关注食品健康和人们生活的环境质量。该校告诉学生：“世界是你的工作场所”,目标是培养有助于世界可持续发展的高素质创新人才。加州戴维斯分校在保持传统优势的基础上,追求对新技术的挑战,虽属于农业院校,但本科化学教育理科特色非常鲜明。康奈尔大学始终坚守“任何人在任何学习领域都能受到教育”的校训,适应社会发展变化,提倡实用教育,满足社会对实用型人才的需求[3]。

1.2 实验教学体系的设置

瓦赫宁根大学的化学课程是基于学科模式的通识教育,包括理论和实验两部分,实验部分占的学时高于理论课程部分,比如:PCC-12303 General Chemistry1学分3分,总学时42学时,实验24学时[4]，要求在规定时间内完成全部的实验才能获得课程成绩。

加州戴维斯分校的基础化学实验与理论部分共属于同一门课[5],不单独记学分,如CHE2A General Chemistry 1,每周讲课3学时,实验4学时；进入到高级主题的课程,实验课独立设课,单独记学分,如CHE124L Laboratory Methods in Inorganic Chemistry,每周实验6学时。对于有机化学实验课,不仅单独设课而且采取递进式的教学模块,在一学年之内依次完成关于有机化学内容的3个序列的实验课程CHE129A,CHE129B,CHE129C。成绩优异的学生还可以选读带有H编号的荣誉课程,如CHE2AH Honors General Chemistry。

康奈尔大学奉行多样化的学习,注重个性化发展,针对不同的学习对象开设多层次的课程,如表1所示。除少数高级别课程(如Chem 2510 Introductory Experimental Organic Chemistry)实验课单独设课外,其余均不单独记学分,理论课里都包含相关实验内容[6]。

表1 康奈尔大学普通化学多层次设置

1.3 实验教材及课程内容特点

动态教学是实验课教学的显著特点，体现在每学期的实验教材都会根据人才培养的需求和科技前沿的变化而做适当调整。实验教材不是定型的书,只是实验指导手册,可以直接从网上下载。在上课之前，教师还可以根据具体变化随时印发单页纸提供给学生。

由于大多数的理论课包含实验课,实验内容与理论教学内容有效结合,避免了实验的盲目性。除有机化学内容外,基础化学实验融合了无机、分析、物化内容,主题范围广泛,根据所设课程的层次,在深度和难度上存在差别。这种方式在设置递进式教学模块的戴维斯分校体现的尤为突出[7]。比如CHE2C General Chemistry 3 ,既有氧化还原和配位滴定,又有合成化合物的实验,既有动力学实验又有光谱学实验。瓦赫宁根大学的实验内容在经典的基础上更与现实结合,如ORC-13303课程将农药和二恶英等内容引入实验[4]。康奈尔大学对于不同层次的同一课程也根据授课对象选取不同的内容,不是实验的简单合并取舍。

1.4 实验教学方式与教学要求

上述3所学校的实验教学充分利用网络信息传递和交流的功能,学生在上课之前需要在网上进行电子注册。康奈尔大学为此建立了一个电子排队系统,实验课优先选择,学生需提前一学期注册登记,根据实验课的时间再确定其他课程的计划安排[8]。

戴维斯分校将安全知识教育和实验课的预习制作成视频和幻灯片,放在指定的网页上,要求学生在熟读实验指南并完成预习报告后,对这2部分内容在线考试,规定同一个实验有2次考试机会,只有合格才可以进实验室[7]。

对于非独立设课的实验,比如戴维斯的CHE2B General Chemistry 2，通常是2位学生1组进行实验,并不是受限于仪器设备数量,而是他们认为不同的人在一起,对问题有不同的看法,比单独解决问题效果更好。

实验报告要写3份。比如康奈尔大学的CHE2090 General Chemistry[6]。第一份是预习报告,预习思考题会在实验前的一周在网上发布；第二份是实验数据和观察记录本,要求用墨水笔记录,在学期开始将记录本按顺序编好页码,在实验课结束后,当场复制一份交给实验TA；第三份是完整的实验报告,需要在下次上课之前上交,如果迟交报告,实验TA将要按照晚交的时间每天扣除一定的实验点数(影响实验课成绩)。戴维斯分校在实验结束后还要在线回答相关问题。

实验成绩评定不以报告的最后数据为标准,而是依据同一原则打分,注重实验参与过程，见表2。学生对最终成绩可以当面提出质疑,即使因某种原因不能在规定的期限内返回学校,也可以通过邮件陈述理由,申请重新核定成绩。

表2 康奈尔大学CHE2510课程成绩评定

2 国内外农业院校化学实验教学比较

(1) 发挥化学实验教学通识教育的作用效果不同。通识教育是为了使世界不同区域的人们在相互沟通中具有共同的语言。瓦赫宁根大学将化学教育作为通识类课程,突出了化学教学开阔视野、拓宽知识面的功能,说明化学教学具有传递社会经验、培养人独立性的社会职能,具有社会性。我们的化学实验教学面向理科和农科学生,而工科和文科学生很少学习,减弱了实验教学通识教育的效果。

(2) 实验课设置方式不同。为了提高学生解决问题的能力,我们强调实验教学的重要性,大部分实验课独立设课,强调实验内容的系统化[9]。而国外的实验课,尤其是基础实验课与理论课教学相协调,结合理论课而开，强调实验内容的广泛和综合。

(3) 学生的发展空间不同。国外的实验课在严格的制度规范上,有着灵活的个性化发展。我们的实验教学留给学生思考的空间小,教师怕实验不成功，不停地指点,学生怕出错谨小慎微,导致学生不敢大胆想和做,剥夺了学生从失败和犯错中寻求正确答案的机会,影响了批判性思维的发展。

(4) 培养学生的理解力不同。表现在国内学生获取知识途径单一,查阅实验文献资料全面性不足,实验报告的设计和撰写缺乏精度和深度。标准化的实验教学程序和长期的应试教育使学生对突发事件应变能力弱,对新生事物敏感性差。

3 面向国际竞争培养农业特色人才

3.1 跨越学科发挥通识教育的作用，扩大国际视野

让化学这种自然科学知识为众人乐于接受,愿意听下去,做下去,实验教学必然要与现实生活联系,预见问题的存在。而且时代的发展进步促使不同学科间融合渗透,不断地给人们带来新知识、新思维。为此,实验内容选择时跨越学科界限,不仅可以扩大知识视野,带来“新”,而且以解决问题为中心,带来“变”,改变人的思维,改变人的能力[10-11]。比如,我们在本科实验教学中测量牛奶中钙的含量、提取菠菜叶中的叶绿素并做光谱分析、空气污染物的获取及检测、还有牛乳中酪蛋白和乳糖的分离、花生壳中提取糠醛、菜籽油中制备生物柴油等,这些具有农业特色的实验将分析化学、有机化学、物理化学、生物科学等学科交织在一起,极大地拓展了学生的知识视野,锻炼了综合思维,增强了人才的潜质。

3.2 以实验课英语教学为载体,提高国际理解力

在国际任何领域，有效的表达与沟通都是最重要的技能,对于实验课用英语教学有2种形式,全英语教学和双语教学[12]。

全英语教学模式是指在教材的使用,授课过程、开展讨论和总结考核等方面用英语开展教学活动,是一种全浸式的学习方式。它不仅提供了国际交流的氛围,使学生语言应用能力得到加强,而且由于教学方式的参与互动性,要求参与者的思维要适应异域文化的要求而不断地变化,在有效地提高学生语言表达能力之时,也提高了学生的国际理解力水平。从2012年开始，我们聘请来自美国的Alan Szeto博士，以全英语模式教学为国际学院农林管理类学生开设“普通化学及实验”课程，这为在文科生中开展自然科学教育积累了经验。

我们做得更多的是实验课的双语教学,形式是教材英语、板书英语、讲解英汉、实验报告英语。特别是撰写英文实验报告,学生写实验报告把太多的重点放在了实验中发生了什么,但对这件事情如何发生、为什么发生探求的不充分。我们要求学生通过图书馆、网页查阅相关英文文献,了解实验背景,对实验过程和现象有独到的见解,不再简单地完成实验数据处理。因此撰写合格的英文实验报告需要花费大量的时间,但经过潜移默化的影响积累,切实形成了学生科学的思维习惯,提高了学生利于沟通的国际表达能力。

3.3 利用翻转课堂教学手段，提高教学实效

信息技术的发展为丰富教学手段提供了可能。利用视频教学,借助在线网络,将学习的空间和时间翻转,形成翻转课堂,对实验教学也是良好的方式[13]。戴维斯分校将实验教学内容制成幻灯片用于学生的预习就是翻转课堂的一种形式[7]。我们自制了关于实验教学的视频短片,包括实验操作技术和仪器教学实验。将教学短片放在网上,让学生提前观看视频,然后带着问题进实验室,通过与教师讨论,在实验过程中将知识内化。翻转课堂拓展了教学空间,强调学生学习的自主性,何时学,怎样学,学到什么程度,都由学习主体来确定,从而给予学生最大范围的个性发展空间,提高了教学实效,也增进了学生勇于探索的进取动力。

3.4 借助研究性实验 提高发散思维与应变能力

发散思维是指处理某一特定问题时,沿着各种不同的途径、角度去思考。研究性实验可以提高发散思维,锻炼学生独立解决问题的能力。戴维斯分校成立本科生研究中心,让本科生从跨学科的实践研究中获益。他们认为本科生从事研究是顺利进入职业生涯的实用工具,包含了思维分析能力、全球视野下的沟通能力的培养。在不断地摸索中,我们有意将最先进的信息和观点介绍给学生,开展以农药合成与生物活性、农药残留分析与降解为内容的综合实验,鼓励学生借助先进的实验技术对传统实验方法变革,培育了学生的批判性思维,并且结合教师不同的研究方向,引导学生合理选题,进行研究性实验。

4 结束语

宽松的研究环境是学生进行研究性实验的保障。多元化的支撑计划是进行本科生研究实验的坚强后盾。通过深化实验教学内涵,给予学生个性化空间,让学生从实验过程中体验失败获取成功,学会反思,学会分析问题解决问题,掌握事物的变通性,锻炼自身坚守的性格。 在国家和北京市大学生创新性实验计划,以及我校本科生的URP计划中,越来越多的本科生获得了资金资助,展开工作。还有不少本科学生参加了国内、国际会议,以及在高水平的化学期刊上展示项目成果,极大地提高了学生主动交流沟通的能力。实践证明,通过本科生实验教学内涵建设,显著地提高了学生的科技竞争力。

References)

[1] 张璐晶,陈惟彬. 达沃斯 《2014—2015年全球竞争力报告》解读 哪些国家(地区)竞争力更高[J].中国经济周刊,2014(9):43-46.

[2] 张永新,冯海平.国家科技竞争力及创新教育[J]. 辽宁教育研究,2003(7):30-31.

[3] 董泽宇. 美国康奈尔大学办学理念形成与启示[J]. 国家教育行政学院学报,2010(3):91-95.

[4] Courses by period[EB/OL].https//ssc.wur.nl/Handbook/2013/Period/Bachelor/1

[5] Courses in Chemistry (CHE)[EB/OL].http://catalog.ucdavis.edu/programs/CHE/CHEcourses.html

[6] Advising Guide to Chemistry Courses[EB/OL].http://chemistry.cornell.edu/courses/advising-guide.cfm

[7] Laboratory[EB/OL].http://chemistry.ucdavis.edu/undergraduate/chemistry_2_series.html

[8] Waiting list for lab courses[EB/OL].http://chemistry.cornell.edu/courses/add-drop.cfm

[9] 池加敏. 实验独立设课的优势与原则[J]. 高等农业教育,1999(10):70-72.

[10] 宋华明,常姝, 董维春. 美国高校推进学科交叉融合的范例探析及启示[J]. 学位与研究生教育,2014(9):73-77.

[11] 孙尔康, 张剑荣, 邱金恒,等. 化学实验内容应充分体现三个结合[J]. 实验技术与管理,2007,24(11):7,19.

[12] 李艳梅, 许丽. 部分高校化学课程双语教学情况调查分析与思考[J]. 大学化学,2006,21(2):10-15.

[13] 张其亮, 陈永生. 翻转课堂在操作系统实验教学中的应用研究[J]. 实验技术与管理,2014,31(12):173-176.

Thinking on construction of undergraduate experimental teaching content from perspective of improving competitiveness of science and technology

Rao Zhenhong, Du Fengpei

(College of Science ,China Agricultural University ,Beijing 100083,China)

The connotative development is the only way to improve the quality of teaching under the condition of the overall scale of university stability. Through studying the teaching philosophy, teaching form, teaching process and requirements of chemistry experiment course in the world famous agricultural universities,comparing the different points of basic experimental teaching for agricultural talents cultivation, this article takes effective measures in the teaching methods and means to improve the effectiveness of experimental teaching and enhance the students’ competitiveness.

experimental teaching; connotation construction; competitiveness of science and technology

2015- 05- 08

国家基础科学人才培养基金(J1210064)

饶震红(1968—)，女，北京,学士，高级实验师，研究方向为化学实验教学与管理

杜凤沛(1968—)，男，山东沂南,博士，教授，副院长，研究方向为化学实验教学及农药制剂研究.

E-mail：yuntian@cau.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2015)12- 0013- 03