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摘 要:以“基础学科拔尖学生培养试验计划”为背景,对吉林大学化学学院本科多层次培养体系、实验教学模式、实验项目设计、实验教材建设、资源共享、示范辐射等方面的改革和建设情况进行介绍.

关 键 词 :化学基础实验;教学体系;人才培养;示范辐射

一、多层次的本科学生创新培养体系

“基础学科拔尖学生培养试验计划”是教育部为回应“钱学森之问”而出台的一项人才培养计划,由教育部联合中组部、财政部于2009年启动,目的就是培养拔尖创新人才.吉林大学作为首批入选的学校进行了试点改革.化学学院作为培养方向之一,制订了完整独立的培养方案.至此,化学学院原有的理科基地班和“基础学科拔尖学生培养试验计划”唐敖庆班,以及材料化学专业、高分子材料与工程专业、化学工程与工艺专业、应用化学专业共同构成了吉林大学化学学院多层次的本科学生创新培养体系,相关培养方案也在实践中不断完善.因此,构建一个完整的具有基础性、交叉性、综合性、创新性的实验教学体系是整个实验教学团队当前乃至未来的工作重点.

1998年,吉林大学化学系正式成立了吉林大学化学实验教学中心,历经2000年的合校,2003年化学实验室的整合,以及近年来的“质量工程”项目建设,正式成为国家级化学实验教学示范中心.中心总面积1.14万平方米,负责全校63个专业共1.1万学生的化学实验,年教学工作量55万人学时数.多年来,化学实验教学示范中心在实验教学模式改革、实验课程建设、实验条件建设等方面积极拓展工作思路,使教学与实验条件得到极大改观.中心通过提高实验开出率、增加实验项目、丰富实验类型等方式,为学生提供一流的实验教学平台.

2009年,中心的“创新型化学实验教学平台的建设”项目获省级教学成果一等奖.该项目通过整合实验教学资源,建设创新实验教学平台,建立新型实验课成绩考核机制,鼓励科研精英参与指导本科实验和科技实践活动等,有效提升了实验教学的整体水平.2010年化学实验教学团队被评为国家级教学团队.依托吉林大学化学学科优势,教学团队吸引了科研精英承担学生基础实验课的教学,有效提升教学质量,并带动了青年教师的成长.2011年开始实施吉林大学教育教学改革重大项目“构建化学专业本科生科研训练体系和模式”.该项目的实施,促进了本科生科研训练体系建设,实现了教学与科研互动,建立了适合本科生科研能力培养的创新教育模式.此外,在创新人才培养方面,2009年中心开始实施“基础学科拔尖学生培养试验计划”项目,2011年实施“化学拔尖学生专业课程体系设计与教学内容整合”项目,4年间完成了在原有化学专业本科生科研训练体系和模式下,对拔尖学生专业实验课程体系进行重新设计和整合.2013年中心又有多个项目获批吉林大学教育教学改革项目,为今后中心的教学体系建设提供了有力支持.

二、深化实验教学内容改革,构建具有特色的实验教学体系

实验教学示范中心的建设紧紧围绕学生实践能力和创新能力的培养,根据化学学科的特点,结合人才培养目标,统筹规划实验课程,在内容设计方面建立模块化、分层次、各具特色的实验教学体系.主要体现在以下三个方面.

1.实验教学模式

目前,在实验项目设置、内容安排上,仍需不断完善以达到强化基本技能、培养创新思维、提升综合运用及创新能力的要求.实验教学中心已建立“两阶段、三层次”的实验教学模式,即按基础化学实验和综合化学实验两个阶段开展实验教学,实验项目按基础实验、综合实验和创新研究实验三个层次设计.

2.实验项目设计

实验中心根据学科前沿、科研成果、企业难题设计创新实验项目,依托理论课程设计基础性和综合性的实验内容.此外,化学实验教学团队在实验项目类型设计方面实行高于学校实验教学大纲的标准,综合实验和创新研究实验的比例更高、调整速度更快.例如,吉林大学要求从2013年开始综合性、设计性、研究性实验项目比例应达到30%,化学为30%~35%;新增和改造实验项目不少于5%/两年,化学为15%~20%/两年.在实验内容的编排上注意深入浅出,循序渐进.增加系列合成实验和设计实验,设计更多贴近生活、联系生产实际的实验项目,利于激发学生的实验兴趣.例如2013年中心新开设的部分设计性和研究性实验如下:

无机实验开设了“废旧锌锰干电池的综合处理与利用”和“二氧化钛纳米颗粒/微球的制备与光催化分解性能实验”两个实验.两个实验以社会所关注的污染物治理为切入点,让学生掌握相关化学知识与技能,提高社会责任意识.学生将所学技能综合利用,完成相对复杂的实验.这些实验涉及学生没有接触过的多个无机化学实验内容,有助于学生综合练习各个化学实验基本操作,提高实验技能,掌握相关无机基础知识,初步了解科研的基本步骤.分析实验开设了“腌制食品中的亚硝酸盐含量测定和数据处理”实验.实验内容贴近食品安全的热点问题,有助于学生能正确地掌握更多的分析化学实验的操作、知识和分析方法.有机实验课程开设了“外消旋α-苯乙胺的制备与拆分”实验.该实验有助于学生能正确地掌握更多的有机化学实验的原理、目的、操作和分析方法.综合实验中,开设了“乳液聚合制备单分散的聚苯乙烯纳米微球及其胶体晶体的组装”实验.实验内容贴近纳米材料制备与构筑的热点问题,涉及学生没有接触过的多个高分子化学实验内容,有助于学生正确掌握高分子化学实验的基本操作、基本原理和表征方法.在物理化学综合实验方面,以当前能源领域的电容器、锂离子电池为出发点,构建系列电极材料的制备、电容器组装、充放电性质测试等实验内容.


实验教学学术论文撰写
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此外,努力做到因材施教,利用少而精的实验解决部分实验压缩课时带来的影响,并且利用实验知识的交叉和融合,努力将灌输式的教学模式向主动式和探究式发展.通过这些实验内容的逐步开展与深化,有利于进一步完善学院实验课程体系的建设.实验新内容设计以“拔尖人才培养试验班―化学学院普通班―全校其他专业学生”的模式渐进推广.通过全方位细化工作,进一步完善化学实验教学示范中心实验教学体系的建设. 在实验内容上,坚持以“学生能力培养为宗旨”的原则,注重培养学生的创新能力,要求学生自行查阅相关文献、设计具体实验步骤、优化方法、操作仪器、处理数据并撰写报告,教师仅负责原理介绍、技术答疑、方案审核和操作监督.

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通过实验课程的学习,有利于提高学生发现问题和解决问题的能力,培养良好的科学作风、创新意识和团队合作精神,为学生日后的科研与工作打下良好的基础.


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3.实验教材建设

目前中心有完整的教材体系.其中《基础化学实验》(上、中、下)于2006年由高等教育出版社作为“十五”国家级规划教材出版,现已评为国家“十二五”规划教材,目前中心正组织精干的教材编写队伍进行编写,将综合型、创新型实验项目编入新教材,计划于2014年出版.同时,“十五”国家级规划教材《综合和设计化学实验》的修订工作与《基础化学实验》修订工作正同时进行.《基础化学实验》、《综合和设计化学实验》和《新大学化学实验》自出版以来,发行总数近6万余册,为国内许多院校采用.教材应用范围广,教材建设影响大.中心将借助“十二五”规划教材建设的契机,进一步丰富、锤炼实验内容.

三、发挥示范辐射作用,引领实验教学改革

中心在精品课程建设、实验室开放、社会化服务以及会议、培训与经验交流等方面不断强化,取得了系列成果,充分发挥了实验教学中心的示范辐射作用.

1.网络资源建设

中心网络环境下学习模式的研究始于2011年吉林大学教育教学改革重大项目“网络环境下仪器分析实验学生自主学习模式的设计研究”.首先以化学实验教学中心网站和学生网上选课系统为基础,利用丰富的网上辅导资源、完善的选课系统,探索学生心理特征及自主学习能力的发展规律,并根据具体情况调整和完善学生自主学习的模式和过程.现已经逐步推广到其他基础实验教学过程中.

依托信息技术的发展,可以有效提高实验教学质量,其方法是通过网络预习―示范观摩―具体操作.“化学基础和综合实验”已经成为第三批国家级精品资源共享课立项项目,在2014年继续建设.持续更新和完善课程教学资源,充分运用现代信息技术进行课程资源建设和教学方法及教学手段改革.课程资源系统做到内容完整、丰富多样、特色鲜明、实用性强、适合网络公开传播共享.学生完全可以通过网络学习,对实验原理和操作方法进行初步的预习,进而在具体实验操作过程中,强化基本操作技能,加深实验原理的学习以及创新思维的培养.

2.实验室开放制度

为提高实验室和仪器设备的利用率,充分挖掘实验室资源,更好地为教学、科研和社会服务,中心在保证正常教学工作的前提下,部分实验室对外开放.以多种方式吸引学生利用课余时间进行实验研究,培养学生的动手能力和创新能力,充分发挥实验室在实施素质教育以及高新技术开发和科技成果转化中的重要作用,推动学生素质教育的深入开展.例如:以化学基地为依托,一方面教师提出实验项目,另一方面是学生提出实验项目,经审批通过后可以在开放实验室进行独立实验工作.此外,学院也鼓励学生利用校内的国家重点实验室、省级重点实验室和各科研课题组的实验资源,完成实验项目.通过各种实践平台,为学生的个性发展创造条件,让学生充分发挥聪明才智.

目前,中心不断加大实验室校内外开放力度,向非化学类学生开放.同时将实验室向高中学生开放,普及化学知识,并且积极参与中国化学会组织的活动.

总之,实验教学是高等教育教学的重要环节.从基本操作技能的练习开始,让学生初步具备从事科研的基本能力;再通过综合实验和专业实验让学生逐步参与科学研究,分层次培养学生的能力.在课程安排上,依据前导课程与后续实验先后衔接的逻辑关系,合理调整理论课和实验课的横向关系和纵向次序.实验教学体系的建设作为实验教学改革的重要环节,要充分利用学科的优势,巩固现有实验教学体系建设成果,进一步提高师资队伍规模和水平,提高实验教学质量和管理水平,更好地为基础学科人才培养服务.

[吉林大学化学学院宋志光副教授、魏士刚高级工程师为本文的撰写做了大量工作,在此向他们致谢]

[责任编辑:余大品]

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