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实验教学:
 

2-1实验教学理念与改革思路(学校实验教学相关政策,实验教学定位及规划,实验教学改革思路及方案等)

基础化学实验教学在化学化工学科知识体系中具有重要作用,是培养高素质应用型人才的重要教学环节。多年来,我校坚持质量立校、人才强校、特色兴校的先进办学理念,突出教学工作的中心地位,突出实验教学的基本技能训练、综合运用和获取知识和创新能力培养的实验教学模式;本着以学生为主体,以教师为主导,以应用人才培养为核心,以培养学生合理智能结构和创新能力为目标,全面推进素质教育的办学理念。目前,化学实验中心已基本建成全校最大、仪器设备总值最多、具备完整实验教学体系的化学实验教学中心。

实验中心成立后,开展了一系列实验教学体系与内容的改革,结合学科专业建设,打通化学、应用化学、化学工程与工艺、材料化学、高分子材料与工程等本科专业教学,建立一、二年级公共教学平台,三、四年级分专业和考研、就业分流培养,形成多学科专业交叉融合、相互渗透、相互支持实验教学体系。中心以培养创新型人才为出发点,立足于实验教学的系统性、基础性、综合性和创新性,将传统的课程进行重组与优化,形成了一套较完整的符合创新型人才培养要求的新型化学实验教学体系。

中心高度重视实验教学,将实验教学和理论课教学置于同等重要的地位,在课程管理、实验教学师资队伍建设、课程体系和教学内容改革、实验教学手段和教学方法改革的探索以及实验设施、条件的建设等诸方面都制定了相应的政策措施,有关政策配套落实,真正将实验教学作为促进学生知识、能力、素质协调发展的重要手段。

同时十分重视实验课教学在人才培养中的特殊作用和地位,自上个世纪80年代末就已经实行了基础实验课独立设课,除了仪器分析实验之外的所有基础实验课程都实现了单人组操作。在修订本科生教学计划时调整幅度很大,压缩了理论课学时,但加强了实验课。实验教学中心得到了学院重点建设年的鼎力支持,教学环境、设施和条件得到了极大的改善。

实验课教学既是知识传授的手段,也是从理论到实践的知行统一的过程,更是素养和能力的培养过程。为了把学生从知识的学习者培养成知识的创造者,化学实验课教学的目的就不能仅仅满足于帮助学生理解、掌握课堂和书本知识,更要承担起传授科学研究方法和技能,培养科学精神、科学作风和科学实验习惯的重要责任。实验教学中心基于上述认识,根据“加强基础、淡化专业、因材施教、分流培养”的教改方针,提出了“一体化、多层次、开放式、重基础、求创新”的实验课教学改革指导思想,将“学生能力和素质的培养”作为核心追求,积极推动实验课程体系、教学内容、教学模式和教学方法等方面的改革,其目标是通过严谨、规范、系统、细致、循序渐进的实验课训练,使我们培养的学生具有较强的实验能力,实事求是的科学态度,敢于质疑、勇于创新的科学精神,深刻的洞察力,科学的工作习惯(观察、记录、设问、分析、制案、实施),为将来成为具有良好科学素养的创新型人才打好基础。

根据学院人才培养的目标定位,坚持“化学化工教育既传授知识和技术,更训练科学方法和思维,还培养科学精神和品德”的指导思想,重视实验教学,从根本上改变实验教学依附于理论教学的传统观念,充分认识并落实实验教学在人才培养和教学工作中的地位,形成了理论教学与实验教学相互协调的理念,在化学化工实验教学中有计划、有步骤地为学生创造一个做研究工作的平台,使学生在实验室中受到系统的科学熏陶,以达到专业培养目标。

实验教学的总体改革思路是实验教学与理论教学既有机结合又相对独立,明确实验教学的内容与教学方法,对实验教学的功能进行正确定位与建设,实现实现从应试教育向素质教育的转变、培养既有坚实的理论基础又有创新意识的新型人才。

我们在实验教学改革方面做了以下几方面的工作:

1、根据本科培养方案的要求,建立一、二年级公共实验教学平台,重新审定本科实验课程的设置和实验教学内容,改变实验课程完全附属于理论课的传统,形成实验内容科学合理、相对独立、系统的实验教学新体系。

2、调整实验设置,减少验证性实验比例,增加综合性、设计性实验的比例。增加开放实验、综合化学实验、专业实验内容,鼓励和引导学生自行设计实验、参与教师科研课题,着重提高学生的全面素质,加强学生创新能力的培养。

2-2实验教学总体情况(实验中心面向学科专业名称及学生数等)

实验中心设有无机化学实验室、有机化学实验室、分析化学实验室、物理化学实验室、化工原理实验室、精细化工实验室、应用化学实验室、材料化学实验室、仿真实验室等。承担着校内3个系部7个本科专业以及相关专科专业学生的化学实验教学,实验教学对象主要包括化学、应用化学、材料化学、化学工程与工艺、高分子材料与工程、生物科学、环境工程专业的本科生开设的化学基础课实验教学,以及其中三个专科专业的专业课实验教学、各专业的部分专业实习,毕业论文与毕业设计,大学生科技创新等实验与研究。实验课开出率为100%,每年接纳实验学生约2100余人,基础实验中心每年完成学生实验人时数500000左右。同时还为教师、实验人员从事科研、学生参与科研等提供实验环境。在做好本校教学和科研服务的同时,还积极为周边地区的厂矿企业、科研机构、院校等部门提供分析测试服务、开展横向科研合作项目。

2-3实验教学体系与内容(实验教学体系建设,实验课程、实验项目名称及综合性、设计性、创新性实验所占比例,实验教学与科研、工程和社会应用实践结合情况等)

化学实验教学的目的和功能:培养具有较强实验能力和较高科学素质的创新型人才。通过深化实验教学改革,在已有化学实验教学改革的基础上,经过系统的研究与实践,探索出符合创新型人才培养要求的化学实验课程体系和教学模式,以充分发挥化学实验教学在高素质、创新型人才培养中的作用。

具体的改革思路:以培养创新人才的化学实验课程体系和教学模式为目标,建立多层次的实验教学体系,在新体系的框架下实施实验教学内容的全面更新。在化学实验教学过程中全面引进现代教育技术,构建开放式实验教学模式,并以此为前提实施实验室的开放运行。其中所要解决的关键问题是如何在新的实验教学体系框架下实现教学内容的更新,并建立与新的教学体系相适应的全新的教学模式,以有利于培养高素质、创新型人才。

通过研究国内外著名高等院校化学实验教学的教学体系及内容,与各门化学理论课程密切结合,针对化学科学发展的趋势及社会发展的需要,中心确定了四个化学实验教学层次:第一层次,考虑本科生入学的基本状况,明确化学实验教学中哪些基本知识、基本操作和基本技能是高等化学化工教育中本科学生所必须掌握的,突出基本知识、基本操作、基本技能在实验教学中的重要性,也是培养创新人才的必要载体;第二层次,综合性实验,以掌握基本的化学研究方法为目的,旨在培养学生掌握基本的化学科学研究方法;第三层次,研究设计性实验,旨在培养学生的创新能力;第四层次,学生自主实验,突出学生的个性培养,为拔尖人才创造成才条件。

在多层次实验教学体系框架下,对实验内容进行了改革。在具体实施过程中,将原无机合成、有机合成部分的实验与分析及物性测定实验进行综合形成综合性实验,使学生通过这一层次的实验教学,既加强了基本操作训练,又较系统地掌握化学研究的方法与思路。教学内容的改革还包括:删除一些经典但已不再是基本的实验内容和简单的验证性实验,结合社会关心的热点问题,有目的的增加并不断更新综合性、研究设计性实验内容。选择有代表性的研究设计性实验,使学生在对实验基本原理和背景深入了解的基础上,自行研究、设计实验方案,通过实验发现、总结规律,以此构成第三层次的实验内容。增加新实验的基本标准是看其是否有利于学生创新能力的培养。实验教学内容的改革使实验教学的起点提高了。对于学生自主性实验,实验中心在现有学生研究室基础上,由专人负责指导、管理,实行全面对优秀学生开放,学生根据自己的兴趣,通过查阅文献,自主选题,自主设计,在实验研究基础上撰写出研究论文。这一层次的实验内容构成学生自主选择的实验内容。

另外,不断把新技术、新仪器、新方法引入实验教学,提升实验课的水平。近几年,化学实验教学中心新购置了一批大、中型仪器用于本科实验教学。将新的实验技术如微波技术用于合成实验。淘汰污染大的实验,增加环保型实验,以低毒或无毒试剂代替高毒试剂。例如,物理化学实验以Bi代替pb,以乙醇代苯;改革传统常量有机实验,全部开展微型实验;改革水银压力计,以压力、温度传感器来代替;改革原来倒掉实验产物的做法,以第一个实验的产物作为第二个实验的原料。

基础化学实验

指导思想是:技能培训是基础,规范操作是关键,能力培养是目标。按照各实验课程制定了实验规范操作要点,着重培养学生规范化操作和实验技能,做到平时试验严格规范化操作,这样让学生从入校开始就形成良好的实验习惯与操作训练,使学生的实验技能不断得到升华,实验综合能力不断得到提高。

基础化学实验开设无机化学实验(30个实验)、分析化学实验(23个实验)、有机化学实验(25个实验)、物理化学实验(16个实验)等10门实验课,140个实验项目。

综合性实验

综合性实验要求学生在预习实验时,必须进行一些必要的思考和准备,达到训练和培养独立思考及实验设计能力的目的。

实验项目为32个。具体实验项目为:

1.Fe3+、Al3+离子的分离--液液萃取与分离综合型

2.过氧化氢分解热的测定 综合型

3.碘化铅溶度积的测定综合型

4.一种钴(III)配合物的制备综合型

5.十二钨磷酸和十二钨硅酸的制备综合型

6.四碘化铅的制备综合型

7.环已烯的制备综合型

8.2-硝基-1,3-苯二酚的制备 综合型

9.叔丁基氯的制备综合型

10.二苄叉丙酮的制备综合型

11.环己酮肟的制备综合型

12.肉桂酸的制备综合型

13.糠醛的制备综合型

14.β-五乙酰葡萄糖的制备 综合型

15.混合碱分析测定综合型

16.Pb、Bi混合液中Pb、Bi含量的连续测定 综合型

17.K2Cr2O7测定铁矿石中Fe的含量综合型

18.间接碘量法测定铜盐中铜的含量综合型

19.邻二氮菲分光光度法测定Fe的含量 综合型

20.燃烧热的测定综合型

21.双液系的气-液平衡相图 综合型

22.二组分固-液相图的测绘综合型

23.最大气泡压力法测定溶液的表面张力综合型

24.电渗、电泳综合型

25.粘度法测水溶性高聚物的分子质量综合型

26.络合物磁化率的测定综合型

27.大气中SO2气体浓度的测定综合型

29.活性炭吸附实验综合型

30.富马酸二甲酯(DMF)的合成综合型

31.水杨酸甲酯的合成综合型

32.乙酸正丁酯的制备 综合型

研究设计性实验:

研究设计实验是实验中心为高年级学生开设的创新性、设计性、探索性实验,是为深化教育改革、全面培养学生科学思维和创新意识而新开设的实验课程。该课程是学生完成各基础化学实验以后向毕业论文过渡的一个重要的教学环节。旨在通过该层次的实验训练,使学生从实验中领悟科学探索和研究的方法,使其创新意识和创新能力得到更好的启迪和培养。

A、实验程序

(1)根据学生所选实验题目到资料室查阅文献(其中至少有2篇外文文献)

(2)根据所选实验内容阅读文献,设计实验方案。

(3)指导老师批阅方案,并签出能否进实验室的具体意见。

(4)指导学生实验过程,完成合成—测试—表征—性质研究等实验内容。

(5)注意实验室安全,评阅实验报告。

B、要求与成绩评定

(1)每位学生必填实验记录本,记载每次进实验室的时间,实验工作内容等。实验完成后收回记录本,以作为评定平时成绩的依据之一。

(2)学生所查阅文献资料,设计方案等交指导教师评定平时成绩。

(3)以论文形式写出本实验报告。

(4)学生成绩评定依据查阅文献、设计方案占30%;实验过程与实验结果占40%;实验报告(论文形式)占30%,总分100。

C、实验形式为全方位开放,学生根据个人志愿选择实验项目中的2-3个实验

学生做实验后普遍反映:每做一个研究设计实验,感觉到既是一个实验,又象完成了一个课题,通过查文献,整理文献,设计方案,做实验,表征实验,分析实验,讨论结果,写实验报告(以论文形式写出)。这一系列的实验环节的培养与培训,使我们实践了科学研究的环节,培养了我们综合能力,如查阅、分析文献的能力;实验动手能力;用现代化学理论知识和综合实验技能表征实验结果的能力;学到了许多在课本中学不到的东西,在基础实验中许多没有接触到的东西,从而使自己的科研精神、科研素养得到了有效锻练,并得到显著的提高。

研究设计实验项目为25个,具体实验项目为:

1.葡萄糖酸锌的合成及表征研究创新型

2.无机纳米材料的制备研究创新型

3.有机物的制备研究创新型

4.药物成分的分析 研究创新型

5.实验的改进与探索设计型

6.碱式碳酸铜的制备设计型

7.硫酸亚铁铵的制备设计型

8.离子鉴定和未知物的鉴别设计型

9.液体香波的配制研究创新型

10.精馏实验 设计型

11.传热系数测定实验设计型

12.雪花膏的配制设计型

13.香豆素的设计合成设计型

14.AES法测定自来水中的多种微量元素设计型

15.秦皮中七叶苷、七叶内酯的提取、分离和鉴定研究创新型

16.泵性能曲线测定实验设计型

17.从茶叶中提取咖啡因设计型

18.荧光法测定维生素B2设计型

19.有机物的红外光谱分析研究创新型

20.分光光度法测定溴百里酚兰指示剂的离解常数设计型

21.尼泊酯的杂多酸催化合成及动力学研究研究创新型

22.流体阻力实验设计型

23.过滤实验设计型

24.萃取实验设计型

25.干燥实验 设计型

2-4实验教学方法与手段(实验技术、方法、手段,实验考核方法等)

实验教学的方法与手段直接影响到教学质量、学生的兴趣和学习效果。目前实验教学改变了以教材为中心、以课堂为中心、以教师为中心的传统教学方式。在实验教学中根据现有的条件,采取稳步推进,先易后难,系统训练、四年不间断的方式,重视实验技术研究,实验项目选择、实验方案设计,重视启迪学生科学思维和创新意识,培养学生扎实的基础实验能力,培养学生综合实验能力和解决实际问题的能力,改进实验教学方法,建立以学生为中心的实验教学模式,形成以自主式、合作式、研究式为主的学习方式。

化学实验中心所开设的140个实验项目,都要经过认真筛选,反复研究,既要考虑到学生基本操作和基本技能的训练,又要考虑学生科学思维和创新能力的培养。对实验内容的全面改革使这一教学主导思想得以充分体现,尤其是综合性、研究性实验比例的增加,部分实验采用开放型实验方案,对学生研究能力的提高起到了重要的作用。通过开出开放性实验、无机、分析、有机综合实验来培养学生的综合实验能力和设计实验的能力。通过开出专业实验、创新性实验来培养学生的实际应用能力和创新能力。

在教学方法的改革方面,各门实验课程改变了以往教师详细讲解,学生被动接受,实验过程中照方抓药等以教师为中心的教学方法,代之以给学生充分的发挥和想象空间。在教学过程中积极推广启发式、互动式、研究式教学新模式,运用网络信息平台和多媒体教学手段指导学生的课前预习和课后讨论。指导教师通过课前讲解、现场指导、课后总结点评以及启发学生参与讨论,帮助学生沟通所学理论与实验的关系,领会每个实验的设计思想和目的,起到融会贯通、举一反三的教学效果。改进实验教学方法,采取多媒体、计算机仿真教学等形式,理论与实习、实践相结合,提高了实验效果。

在教学模式和教学方法的改革中,贯彻以学生为中心的理念,注重从验证式教学模式向探究式教学模式过渡,由灌输式教学法向诱导式再到自主式教学法的转变,从学生被动的被灌输到诱导学生学习,再到学生能自主学习相关知识和技能。通过各种形式和层次的实验课教学,以及实验室资源、时间和空间以及实验内容和项目的开放,极大地调动了广大学生对实验课的学习积极性,各个层次的学生都有自由发挥的余地,体现了因材施教、分层次培养的原则。

在实验考核方面以“重在过程,不惟结果”为指导思想,各门实验课程根据自身特点制定相应的考核方法和标准。平时成绩注重学生在每个实验过程中的综合表现和实验报告的质量,基础实验部分在期末则分别以操作考试、笔试、口试或课程总结论文的形式全面考察学生在该课程中的学习效果,期末成绩一般在总成绩中占30%左右。

以上措施既保证了学生具有宽厚的理论知识体系,又能充分调动学生的主观能动性,提高学习化学的兴趣和树立从事化学研究的志向,为进一步发展成为基础扎实,视野开阔、适应能力和创新意识强的化学基础研究人才奠定了坚实的基础。

2-5实验教材(出版实验教材名称、自编实验讲义情况等)

经过几年实验教学的探索和总结,在实验教材方面,我们采取的措施是基础实验教材尽量采用面向21世纪教材或重点大学编写的优秀教材。如:无机化学实验采用是大连理工大学和中山大学编写的《无机化学实验》。

同时我们根据专业特点、学生实际和实验室特色,自编了一些具有自己特色的实验教材,如“应用化学实验”、“仪器分析实验”、“化工原理实验”和“精细化工实验”等自编教材。