1. 整合实验教学内容,独立设置实验课程
根据化学化工教指委的意见和建议以及对化学、化工类专业课程体系改革的要求,从1997年开始,将原来从属于相应理论课程的无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验和物理化学实验四门课程有机整合,设置独立的基础化学实验课程,并成立了基础化学中心实验室,统一组织教学和实验室管理。2002年在基础化学中心实验室的基础上成立化学实验教学中心,并建设成为首批省级实验教学示范中心。实现了实验教学从依附性、辅助性向与理论教学统筹协调的相对独立性转变。近五年来,通过深化教学研究与改革,努力从化学一级学科层面和高度组织实施一体化的实验教学,有效促进了学生对“四大化学”内在联系和规律的认识与了解,较好地培养了学生全面、系统思考问题的习惯,提高了学生的综合素质和能力,也为开展层次化实验教学创造了良好条件。
2. 提升实验教学理念,构建层次化教学体系
为适应创新型国家建设对人才培养的要求,我们在基础化学实验教育与教学中,提出了着力“五基(基础理论、基础知识、基本技能、基本思维、基本能力)”教学,注重实践能力和创新品质培养,融创新教育于基础教学的教学理念。树立以学生为本和知识、素质、能力协调发展的教学观念,按照实验教学基本规律,采用层次化递进式教学模式,努力让学生学会学习、学会实践、学会思考、学会创新。
经过较长时期的研究与改革,逐步形成了从“基础规范性实验—综合设计性实验―研究探索性实验”到“学生创新训练”的“三层次、一创新、递进式”实验教学新体系。在实验教学的前期,重点放在“五基”教育,强调基本方法和基本技能的掌握。之后,通过引入有机串接系列实验,如甲苯——苯甲酸——苯甲酸乙酯的系列合成实验(把氧化反应和酯化反应实验串接,前一实验的产品用作后一实验的原料),在教学内容上逐步引入整体性和综合性,在教学形式上逐步增强学生的学习自主性。在基础规范实验教学的后期,及时引入“基础综合”、“基本设计”性实验,进一步引导学生学会独立思考,鼓励学生进行批判性思维,培养学生的创新意识和创新素养,激发学生学习兴趣和对科学研究探索的向往。在完成所有基础实验教学内容后,适时开设综合化学实验课程,让学生在一级学科层面上设计、组织、实施实验研究探索,接触和了解科学研究的全过程,让学生在“查阅文献―撰写开题报告—集中讨论交流―实验操作―实验总结、撰写论文”等各个科研环节中得到锻炼,培养学生的知识综合应用能力和采用多种实验手段和方法分析、解决实际问题的能力。通过构建层次化、递进式实验教学体系,实现了从较为单一的演示验证性实验教学到多层次、多样化、递进式教学模式的转变,深受学生欢迎,也取得了很好的创新教学效果,每年有多位在读本科生,在经过基础化学实验教学环节后,作为第一作者在《Acta Crystallographica Section E》、《浙江工业大学学报》、《化学试剂》等核心期刊上发表学术论文。 此外我们将大学生创新实验项目、大学生科技创新项目等课外科技活动和大学生实验技能竞赛等融入创新实验教学体系,将创新教学从课内向课外延伸,积极构建创新教学平台、建设学生创新基地,培养创新人才。
3. 不断更新教学内容,教材建设与时俱进
为与新的实验教学体系相适应,从2007年开始,在原有自编的《现代大学化学实验》教材基础上,围绕新的教学理念和观念,注重五个结合:经典与现代结合、基础与前沿结合、基本规范与综合设计结合、循序渐进与层次化递进结合、独立操作与协作完成结合,引入绿色化理念,增加项目式综合性教学内容,陆续编著了具有我校教学特色的《基础化学实验》系列教材,全部由化工出版社出版。基础化学实验(Ⅱ)多媒体光盘也随之正式出版(ISBN 978-7-900231-31-4/O.12)。同时,从化学一级学科的层面上,编写了《综合化学实验》讲义,在连续三届试用的基础上,准备在2010年6月由化工出版社出版。同时,为扩大学生的知识面,博取百家之长,我们选用了浙江大学、大连理工大学等名校的《基础化学实验》国家规划教材为主要参考教材。
4. 改进实验教学方法,提高综合创新能力
为了提高学生的综合能力和创新素养,课程组以改革实验教学方法为切入点,开展“融创新教育于基础教学”的探索与实践。
(1)针对实验教学体系中的不同层次和阶段,依次采用师生互动式、启发式、项目式和开放式等不同教学方法,并通过不同教育方法的有机结合进行渐进式创新教育。在基础规范实验教学初始阶段,主要采用学生预习、教师指导和课后讨论的师生互动式教学方法,其核心在于让学生掌握基本知识、基本方法和基本技能。随后的系列实验和基础综合(基本设计)实验,主要采用了启发式和项目式教学方法,引导学生用全面的、综合的观点和方法思考、分析和解决问题。研究探索性实验则主要采用开放式教学方法,旨在培养学生科研能力和创新品质。
(2)通过积极引入开放式实验教学手段进行创新教育。通过实验室时间、空间的开放和实验教学资源和内容的开放,进一步增强学生学习的主动性和自主性,以此培养学生创新实践能力。
(3)通过绿色化引导推进创新教育。将“绿色化学”的理念渗透到实验教学过程中, 通过引入微波合成、微反应等绿色化学技术,让学生接触绿色科技前沿。同时,将实验过程中产生的废液、废渣处理设计成实验,并与前面实验进行有机串接,在树立节能环保意识的同时,有效提高学生对知识的综合应用能力。
5. 优化教学环境设施,推进教学平台建设
在提升教学理念、优化教学体系、改革教学内容的同时,以高等教育大发展为契机,着力打造实验教学硬件平台。2003年获省财政专项资助建设新校区基础化学实验室(基础化学实验I),2004年成功申报了中央与地方共建基础化学实验室项目,2006年初顺利通过省级化学实验教学示范中心建设的验收。
近五年来,共投入实验室建设经费950多万元,首先对常规实验仪器设备大面积补充、更新,基础化学实验常规仪器按一人一套配置,保证了每一个学生有充分的实验动手机会。其次根据实验教学新手段的需要,又购置了许多微波反应器、微型实验仪器、旋转蒸发仪等,配足了性能优良的可见分光光度计、气相色谱仪、全自动旋光仪等中型仪器。再次根据综合性、研究设计性实验的需要,购置了傅立叶变换红外光谱仪、高效液相色谱仪、紫外光谱仪、质谱仪、原子吸收光谱仪、X射线粉末衍射仪、原子发射光谱仪、差热—热重分析仪、全自动物理化学吸附仪、分子荧光光度计、全自动电位滴定仪等大型分析仪器。这些性能良好、数量充足的仪器设备,为进一步提高实验教学质量提供了有效保障。
6. 依托专业学科优势,促进科研教学互动
充分利用我校化学化工学科优势和师资力量,以及在科学研究、工程开发等方面所取得的丰硕成果,在课程建设中,我们注重将合适的教师科研成果及时融入到实验教学中去,积极更新教学内容。近三年改建和新建基础实验项目29项,占2009/2010学年开设实验项目(71项)的40.8%。“综合化学实验”课程开出的25个实验项目,全部来自于教师的研究和开发成果。经过近几年的实践,促进了“科研成果教学化,教学内容研究化”,学生对化学化工学科的发展有了更深的了解,提高了学习的积极性和主动性。
7. 深入开展教学研究,提升课程建设水平
深入开展实验教学的研究和改革,不断地推出课程建设的新思路、新方法,提升课程建设水平,稳步、有序地开展课程建设工作,基础化学实验课程从“校级优秀课程-校级精品课程-省级精品课程”,水平质量不断提升,呈现出良好的发展势头。2005年以来,教师承担教育部、财政部、省教育厅、学校、学院等各类教改和实验室建设项目33项,总经费1000.4万元。以基础化学实验课程为重要支撑的化学工程与工艺、应用化学、生物化工等三个专业先后被评为国家级特色专业,物理化学课程被评为国家级双语教学示范课程,无机及分析化学、有机化学等理论课程先后被评为省级精品课程。课程组成员获得省级教学成果奖二等奖一项,校级教学成果奖一等奖两项,在《高等工程教育研究》、《中国高教研究》、《大学化学》、《实验室研究与探索》、《实验技术与管理》等核心类期刊上发表了相关的教学研究论文32篇,及时推广、介绍我们在实验教学改革中的具体实践。
8. 强化信息网络建设,拓宽开放教学途径
(1)建立基础化学实验专题学习网站(http://kczy.zjut.edu.cn/chemistry),积极开展开放式网络化实验教学,开发了基础化学实验多媒体教学课件,并获得浙江省高校教师自制多媒体教学课件二等奖。学生通过该网站可以远程进行预习、复习,下载有关实验资料,并进行师生互动,增强了学生学习的自主性和多样性。
(2)建立了基础化学实验多媒体教学基地,通过引入基础化学仿真实验教学软件,方便学生进行实验预习,同时,对一些污染严重或目前没有条件开设的实验,通过计算机模拟,让学生了解和掌握相关的知识和实验操作技能,进一步拓展学生的学习视野。在基础化学实验(Ⅲ)中许多实验采用无纸记录仪,并局域网络连接,学生在无纸记录仪的显示屏上可以先观察实验图形,待实验结果正确后,可直接输入到多媒体教学基地终端进行数据处理。
(3)开发基础化学实验预约、管理软件,为实验室的开放管理创造了良好的条件。此外,实验中心的所有固定资产通过学校的固定资产管理平台入帐、增补、报损等等,中心所有大型仪器全部进入学校大型仪器管理系统和共享平台,实现信息化和规范化管理,提高使用效率。
9. 改革实验考核方式,完善质量保障体系
在基础化学实验教学中,我们注重对学生实验理论与实验操作技能的培养与考查,重在平时,重在过程,学生不仅要掌握实验操作技能,还要掌握完备的实验知识与理论。因此,要求学生写实验报告时必须做课后习题,此外,还在实验开设之前给学生发放相关习题,引导学生在预习的时候进行思考,搞清楚三个问题“实验为什么要这样做?不这样做行不行?还有没有别的实验方法?”,使学生知其然并知其所以然。期末考试包括实验理论笔试与操作考试。在基础化学实验(Ⅰ)中,采用自行开发的数据处理软件进行实验数据的评判并打印结果,增加了实验数据的客观性。在基础化学实验(Ⅱ)中,采用笔试与实际操作相结合的方法,达到既掌握实验理论知识,又充分考查学生的动手能力。在基础化学实验(Ⅲ)实验中,采用学生现场抽题的方式来进行口试和实际操作,促使学生全方位的复习学过的实验知识和操作方法。
10. 创建研究交流平台,扩大改革成果辐射
2004年成功发起并组办首届全省高校大学生化学实验技能大奖赛,之后,该赛事已成为省内高校两年一届的重要赛事,对促进高校化学实验教学质量的提高,推进课程建设,检验实验教学实际效果,起到了非常重要的作用。组队参加全国大学生化学实验邀请赛,推动了实验教学的改革和实验教学质量的提高。2005年倡导建立了全省高校化学实验中心(室)主任联席会议制度,省内20多所高校一年一次定期交流实验教学和实验室建设的新情况、新问题。包括:(1)化学实验中心(室)建设、管理及实验教学经验的交流和研讨;(2)实验教学改革课题的协作或合作申请;(3)新实验的协作开发、实验教材的合作编写和互通使用;(4)实验仪器、设备采购信息和使用情况的交流协作;(5)实验室、实验仪器设备的资源共享;(6)不定期举办实验技术人员的培训班;(7)指导全省高校化学实验竞赛;(8)向省和学校有关部门反映高校化学实验中心(室)建设、管理、教学的现状,实验教学改革的困难和问题。这些工作的开展,有效地发挥了我们教学改革的成果在省内高校的引领和示范作用。