本科化学实验教学体系的构建

于泓 马亚杰

摘 要：实验课是本科化学教育的重要组成部分。作为化学专业教育的呈现形态之一，面对特定人群的人才培养目标，为实现教学相长，在教学设计上应注意把理论与实验结合起来，通过实验课加深大学生对专业知识的再认识，同时锻炼并提升其实验动手能力。文章基于本科化学实验教学设计的层次化指导思想，从定位、架构、支撑等三个基本元素切入，提出了三位一体本科化学实验教学体系的基本框架。

关键词：化学；实验教学；本科

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2018）03-0032-04

化学是一门以实验为基础的科学，实验能力是化学工作者的必备素质。实验教学环节在整个本科化学教育教学过程中占有重要的地位，对于学生的知识和能力的协调发展起着至关重要的作用，是培养化学专业创新型人才的重要内容[1]。本科阶段是奠定专业基础的重要阶段，包括理论基础和实验基础。随着社会经济的进一步发展，相关行业对化学毕业生实验动手能力的要求日渐提高，为本科化学实践教学改革提出了新的任务和要求，因此如何做好实验课教学成为本科化学教学改革的重要命题。各级各类高等学校在本科化学实验教学改革路上的探索也是浩如烟海，各抒己见。

近年来，开放式实验在国外很多高校得到不同程度的倡导与实施，取得了显著的效果，为实验教学的改革指明了方向。笔者认为，做好本科化学实验教学需要在设计上体现层次化，立足于培养学生能力和创新型人才为根本目的，努力探索高等院校化学实验教育教学规律，形成专业特色突出、层次清晰、体系完整、学生主体地位突出的化学实验教学体系。而构建系统的实验教学体系，有三个不能回避的基本要素，那就是以人才培养目标为定位，以课程体系为根本，以教师教学为支撑，三者构成不可分割的矢量三角形，三位一体，互相支撑，不可或缺。

一、定位：实验课要与人才培养目标一致，做到学有所需

实验课是本科化学教育的重要组成部分，绝不是为了实验课而实验课，而是为了有效实现教学目标而设计的，是为了面对特定人群的人才培养目标，实现教有所学。同时，实验课作为化学专业教育的呈现形态之一，必须是为了满足人才培养的需要而存在的，学生想要学习的知识学到了，此为学有所需。主要从两个方面来认识。

（一）学生学习需求的差异化

本科阶段的教育，有一点是肯定的，那就是因材施教、培养人才。化学专业的人才，则须具有化学专业相应的素质和能力，包括实验能力。在现实的教学工作中，“因材施教”多年来一直只是一个口号，实验教学内容保守、教学模式单一，教师缺少热情、学生缺少吸引力，使实验课教学难以提升到和理论课教学旗鼓相当的地位，因此，按多层次的化学实验教学体系组织实验教学是当前高等学校化学实验教学改革须要突破的问题，也是高等院校化学专业教育教学改革的重点[2]。

解决这些问题要做到三个提升：一是提升教师对化学实验课教学的思想认识，突出实验教学以能力为本的多元化属性，把理论教学和实验教学协调起来，激发学生的学习兴趣。二是提升实验教学在教育教学改革中的地位和作用，深化教学改革，改革教学模式，使基础化学实验、综合化学实验和研究性化学实验三者互相融通，建成开放、互联、共享的一体化实验教学平台[3]。三是提升本科化学实验教学的教师指导水平，提高化学实验教师的素质和能力。要做到这三个提升，我们首先要知道学生需要什么？本科教育怎样做到因材施教？我们常说，教学要以学生为主体。而学生为主体的特征则包括能动性、独立性、创造性和基础性，核心是要让学生学会独立思考。而独立思考需要扎实的知识基础，重要的前提就是需求。這个需求包括学生的个体兴趣和专业知识结构的需求，与教师、课程、教材、实验室等共同构成实验课的教学结构。

学生对实验课的喜爱程度，取决于内因和外因两个因素。内因是学生的需求取向，包括主观需求和客观需求两个方面。主观的需求很容易理解，就是个人喜好，学生自身有从小的志向或内在情感的偏重倾向，能将化学实验课作为一种兴趣爱好来选择学习，当然这种情况并不多见。客观的需求就是课程本身的趣味性。一定数量的学生在入学前对于所选择的化学专业的学习是茫然的，没有为了什么明确的职业追求而做此选择，只是因为高考分数达到一定的层级，可以纳入某所大学这类专业的志愿申报范围，为了确保上大学而成了化学专业的学生。这些学生是否会对实验课产生兴趣，课程内容的生动性、教学方式的灵活性等多种因素，都可能对其产生重要的影响。不管学生是基于什么因素来学习这个专业，学校通常的教学流程基本是类似的：理论课面授——实验课预习并写好预习报告——实验前老师检查预习报告——实验课教师讲解实验原理、实验步骤、注意事项——实验课学生完成单项技能训练或知识点验证性实验操作——提交实验报告。学生根本不用独立思考，只要记住实验步骤和方法即可[4]。往往越是基础的课程，实验教材越详尽具体；越是专业的、应用性强的课程，实验教材往往是粗线条的。

调研发现，学生认为目前化学实验教学过于偏重基础验证性实验，课程设计偏重于理论讲授，缺少设计，照猫画虎，类似于照单抓药。同一门课程的不同实验课知识点之间、不同课程的实验课知识点之间，缺少系统的、综合的串联主线，致使实验教学内容系统性不强，层次性更是无从体现。学生的主观能动性得不到发挥，难以调动学生的兴趣和积极性以及探索求新的愿望。外因则是社会对人才的需求。学生上了这门课是否有用，是不是能成为他走出校门的生存本领之一，是社会对学校教育的重要评价。用人单位给出的评价，是最有说服力的。根据对近几年来的高校毕业生跟踪调查，不同的用人单位对人才的要求有所不同，如果学生的实验技能与用人单位的要求有明显差距，达不到用人单位要求，学生就业就出现困难。因此，采用一成不变的理论教学，很难满足学生自身的需求和社会对毕业生的需求。

（二）实验课教材的实用化

学校能给学生提供什么？从物质层面上看，就是教师和教学载体。教学载体包括校园、教室、实验室等场所空间等，还有一个就是教材，包括文本的、音频视频的、纸介的、电子的等各种形态。通过这些大量人力物力财力积累而成的教材是否有用，是对教学的又一考量。实际教学工作中，对实验课教材的实用化呼唤，非常迫切。

一方面，教材呈现形式的实用化。在高等学校教学过程中往往存在一个现象，那就是教师们都很负责，课程之间，专业之间，不知不觉中都在强调自己那一部分的重要性，但在教材上体现得却不突出。目前，实验课教材还是以纸介文本的为主，多是基础课程的实验指导书。虽然音频视频和多媒体教材的优势开始展现，但是由于成本的、技术的各种原因，还不能全面覆盖所有课程。现代信息技术和化学实验课教学的深度融合使未来发展空间很大，但目前还处于发展过程中。从实验课教学的课程资源提供者和教学组织者角度看，要提升教学内容的趣味性和优化教学组织的呈现形态，可以把教材作为重要的切入点。试想，如果我们的实验课教学资源也能设计得像电子游戏一样，那么学生学习起来或许也能废寝忘食？现实中，我们正在尝试向这个方向努力，比如多媒体虚拟实验室等等。

另一方面，实验教材教学内容的实用化。社会经济迅猛发展，社会对人才的要求质量日益增长，都是到岗就是成手，基本没有了师傅的传帮带过程。我们人才培养的模式，涉及教学模式、教学手段和教学方法等，都呈现出明显的不适应性，最具体的比如教材，就存在着很大的需要变革空间。现实中的化学实验课教材仍然是以文字教材为主，教学内容陈旧，趣味性不够，而且内容没有随着实验技术手段的进步而进行改进，学生对于实验课压力不大。虽然化学实验教材，尤其是基础化学实验教材可供选择的很多，但是其内容大同小异，几乎无创新和改革。同时实验内容设置上贴近生活的程度不够，缺少趣味性。如果教材中所呈现的教学内容都能与现实生活贴近，不同的实验课程选择不同的教材内容，就意味着课程自身的吸引力提升了，能够解决生活中的实际问题或有效提高教学质量，也就体现了实验教材的实用化。

二、架构：把实验课教学纳入专业教育，形成三位一体架构

化学实验课教学不是孤立存在的，而是对基础理论知识的验证与延伸，通过实验课加深对专业知识的再认识，同时锻炼和提升实验动手能力。实验课教学过程中，学生为主体的核心特征是独立性。独立性的核心是思维的独立性，即独立思考，所以我们在教学设计上注意把理论与实验结合起来，引导学生形成学习的独立性和能动性，主要从两个方面切入。

（一）理论实验一体化

首先，是对理论与实验关系的理解。一是从专业知识角度，学习一个专业，一门课程，都是对每一个知识点认知和理解的积累，从理论到实践再提升理论。提起实验教学，一些同行往往将其作为一个独立的内容自成体系来讨论。而实际上，理论与实验根本就是一体的，分不开的。二是从学生学习习惯和认知轨迹角度，从背诵名词概念开始，到运用原理来解决问题，最后验证原理，就是从理论到实践再到认识理论的过程。考上大学之前，学生们习惯了高中坐在教室面对讲台黑板认真听讲的上课方式，那是一种几乎是纯理论教学的过程，对理论涉及的实验问题，通常是以推理的方式完成黑板上的化工合成、化学反应的学习任务，让学生通过完美的想象，在老师给定的思路下完成认识过程。而到了本科阶段，实验课变成了实物课，学生要迅速完成向实物认知的跨度，产生的是学习能力的蜕变，与之相适应的是实验课的真实性，而不是黑板实验课的简单搬家。

其次，实验课教学往往是以理论的方式来呈现。理论与实验一体化这个提法，我们大家都熟悉，但是这么多年来，在教学工作中，这句话又总是让人感到落实得不到位。大学的教学重理论轻实验的现象非常普遍，教学方式是以面授为主，呈现的是单向传输，交互不足。本科生以班为单位划分群体、开展活动，上课以参加面授讲课为主，考试以记忆、测算、认知为基点。学校在教師管理上，要求教师有辅导答疑，但是很少对于教学答疑在数量质量上量化考评，一般都是以课时的方式来计量。各方面都在强调要提高学生动手能力、独立研究、独立创新的能力，但相应的思路和措施还需要从课程设置和教学设计等方面深入研究，从而引导学生提高对实验教学环节重要性的认识。

（二）课程设置系统化

本着培养学生能力和创新型人才的目的，我们提出“构建三位一体化学实验教学体系”的基本架构（见图1）这一体系包括基础化学实验、综合化学实验和研究性化学实验。三位一体实验教学体系的基本含义包括三个方面。

一是实现基础实验、综合实验、研究性实验三位一体。基础化学实验通常以验证性实验为主，小型综合实验为辅[5]，包括《无机化学实验》《有机化学实验》《分析化学实验》《物理化学实验》等，既加深理论知识的理解，又培养实验基本技能，使学生具有扎实的基础和良好的化学实验能力。综合化学实验一般是至少两个二级学科之间的交叉，既巩固实验技能与应用，又加强学科之间的横向联系，使学生构建完整的化学知识体系，提高分析问题和解决问题的能力。研究性化学实验，以培养学生的创新能力和科研素质为目的。在内容选择上力求融知识性、自主性、应用性、开放性、创新性为一体。

二是改革课程考核方式，做到理论考核、实验考核、应用考核三位一体。考试是教学的指挥棒，实验课教学方式的变化一定要有与之相适应的考试机制的变革，包括实验课相对于理论课的权重、实验课考试的组织形式、实验课评分规则等，同时建立有效的评价体系，在认真做好理论课考试的前提下，增加实验课操作考试和研究成果认定成绩，从而调动学生的学习积极性，树立学生的学习信心[6]。

三是学科交叉创新研究思路，规划导师制、学生创新研究、毕业论文三位一体。将导师制、学生创新研究、毕业论文结合，以达到培养学生的创新能力和科研素质。这是要在制定专业人才培养模式上有所体现的一种教育思想，在教学模式的规划上充分渗透，在课程教学设计的推进中得以落实，贯穿教学工作始终，不是孤立存在的。从夯实理论基础到培养实验技能，从毕业论文设计的论证到毕业就业的方向选择，都要有计划、分层次帮助学生做好规划设计。

三、支撑：教学过程中充分发挥教师的引导作用，实现教学相长

教学组织主要是教师的角色在发挥作用，教师为引导的特征是：情感性、启发性、促进性、反馈性其中引导的核心特征是启发性。学生是学习的主体，理当成为学习的主人，教师应该意识到这一点。

（一）实验教学导师化

一是对教师的双师要求。在实验课教学强调教师的作用，显然是有一点双师的意味了。高等职业教育特别强调双师型教学团队的建设，有其固有的积极意义。高等教育，纵然是精英教育，也不可能是纸上谈兵。作为研究型大学，必须是立足于现实社会经济发展中化学工业的理论与实践的精细化研究。作为教学型大学，更是要教会学生就化学理论的客观镜象和化学工业的运转流程达到认识理解和举一反三。普遍的情况，高校对教师的要求是学历是不是博士，职称是不是教授，发表了多少文章，承担了多少国家的课题、省级的课题，得了什么科研奖，至少是讲了多少堂课，然而实验课是打折的，还没有一项评价指标是针对任课教师指导实验能力的。目前在许多大学里，实验室里必不可少的是实验员，准备实验的过程，教师们往往是不参加的，教师队伍建设中，也没有体现双师资质的硬性要求。这也在不经意之间，让学生们认为实验课看上去不那么重要，而理论课才是重要的。对于如何实现“实验课导师化”这个关键词，涉及教学基本思想的变革、教学组织形式的改革、教师工作量管理机制的变化等来建立新的师生关系。实际上，教师的考评重理论、重名声，实验考评却无从体现。如果在年轻教师培养和教学团队双师人员资质的要求上有明确的界定，那么会对实验课教学的实施起到良好作用。

二是教师与学生间的情感交流有助于引导学生对课程的喜爱。正所谓“亲其师，才能信其道”，通过制度建设鼓励教师在实验课教学活动中成为学生的朋友和导师，加深学生与教师之间的情感，提高学生对教师的信任度，通过教师的感情传递，激发学生对实验课的兴趣。对教师考评要求，加大实验指导能力的考评，将课程理论教学、实验课指导、毕业论文指导联系起来，评选最佳师生组合。

三是教师的启发性。本科学生的实验课，特别是研究性实验，从一开始，就出台制度规划，由学生选择导师，直到撰写毕业论文之前，每名学生选择一名指导老师，由这名老师对学生的研究性实验给予指导，指导其实验设计方案、实验准备及实施，问题分析及解决方案，特别是在实验课过程中的新发现。身为教师要注重自身实验课教学能力的提高，通过有创意的教学思路和方法启发学生，引导学生创造性思维的形成。从而发挥教师的潜质，实现教学相长。教师要充分发挥自己的诱导作用，实施启发教学，使学生能够独立思考，独立地完成学习任务。教师要通过自己引导作用的发挥促进学生在原有基础上有所长进，有所创新，体验到创新的乐趣。教师通过教与学、学与学，以及学生自我反思的多向反馈回路来实现学生学习的目标，为学生的终身发展打下坚实的基础。

（二）教学组织多元化

传统的单向传输式的教学方式，显然不适应立体化、多层次的实验教学体系的实施，因此，必须以培养学生能力和创新型人才为目标，推行开放的教学模式。在教学上，抓好以下三点。

第一，探索本科化学实验教育教学规律，提升实验课的教学地位。为达到提高学生能力和培养创新型人才的目的，在“三位一体”化学实验教学体系指导性方案的框架下，一方面，在教学评价上把实验课教学放在与理论课教学同等重要的地位，在课程性质上，设置一定数量的实验课列入核心实验课，或者选择实验课分量较重的课程列入核心课程。另一方面，在教师教学业绩考评中，结合化学专业实验教学基础化学实验教学平台、综合化学实验教学平台和研究性化学实验教学平台的构建，加大实验课教学评价的内容，提升化学实验教学在培养学生实验技能和创新能力中的地位与作用。

第二，向學生开放实验室，实行开放性实验教学。形成专业特色突出、体系完整、学生主体地位突出的化学实验室管理制度。实验室的开放分两种情况，一是实验室实施开放，但是实验课是不开放的，主要指的是基础实验阶段；二是不仅实验室实施开放，实验课也是开放的，主要指的是综合化学实验和研究性化学实验阶段。

第三，小班授课制，原则上每个教学班人数不超过20人。小班授课有很多长处，一是在教学设计上让学生自己动手设计实验，提高学生独立完成实验的能力；二是为每个学生提供动手操作实验材料和设施的机会，有利于实验教学资源的充分发挥；三是方便教师的一对一指导，让每一名学生都能得到教师的指导，从而使学生有信心和能力自行完成实验设计。

从上述三个基本要素不难看出，构建以能力为本的多元化本科化学实验教学体系触动了教学管理诸多环节，从小处看是一个教学方式方法的调整，从大处看是人才培养模式的改革，看似是实验教学一个“点”的行为，实际上牵一发而动全身，是一个综合性的教育思想变革的过程。长期稳步地推进这一变革的进程，有利于转变教育观念，探索培养高素质化学创新型人才培养模式；有利于把化学理论教学和实验教学协调起来，整合教学资源，建设开放、互联、共享的基础化学实验、综合化学实验和研究性化学实验教学平台；有利于提高化学实验教师队伍的整体素质和教学能力。为此，还须要建立与新的教学方式相适应的，相对完善的教学管理制度体系，可谓任重而道远。

参考文献：

[1]吴静，钱晓荣.高校化学“一体化，三层次”实验教学新模式的构建[J].广州化工，2014，（8）.

[2]刘宝生，黄军左，付文.高校化工类专业实验教学“一体化，三层次”改革的思考[J].中国电力教育，2011，（10）.

[3]吴晓敏，张强，宋运贤等.生物工程专业创新实验应用型人才新培养模式的探索——以生物制药方向人才培养模式为例[J].生物学杂志，2016，（3）.

[4]何坤欢，李家明，黄学仁等.能源化学工程专业无机及分析化学实验模块化教学模式改革的研究与实践[J].广东化工，2015，（19）.

[5]徐丽.广东药学院食品专业分析化学实验“一体化，三层次”的教学新模式的构建[J].广东化工，2014，（8）.

[6]刘波兰，张文平.探讨医学形态学实验教学新模式的构建[J].科技信息，2012，（33）.