简析以培养科学素质为目标的开放式综合化学实验教学的实践

21世纪,是知识经济时代,经济和科技的竞争,不仅是人才数量和结构的竞争,更是人才创新精神和创造能力的竞争。许多发达国家把提高本国人民的科学素质看成是保持国家经济持续增长的重要因素和竞争的关键。正是在这一时代大背景下,党中央和国务院发出了全面推进素质教育的进军令,明确指出素质教育以培养学生的创新精神和实践能力为重点,造就`有理想、有道德、有文化、有纪律的德智体美等全面发展的社会主义事业建设者和接班人,。因此,培养大学生的科学素质成为当代科学教育的焦点。

实验教学是高等教育中,理论联系实际的重要教学环节,是培养学生逻辑思维、创新能力、实践能力和严谨的工作作风等科学素质的重要手段。浙江大学理学院化学系于1984年起为本系高年级本科生开设了综合化学实验课程,经过多年的探索和改革,在保持原有的多学科性和实验技能综合性的特点下,逐渐将综合化学实验课程作为素质教育改革的突破点,着重培养学生的创新能力。通过开放式的实验教学模式、多层次的教学内容,弹性和严谨的实验教学管理制度、大型仪器公共平台及考评体系等各方面的改革,激发学生主动学习的热情,唤醒其内在创新意识。同时在开放式综合化学实验的教学过程中,为培养学生的表达能力、交流能力、协作能力,开展多次的Seimanr活动,如基于课题研究的小组讨论;实验经验、体会和建议的交流等。在开放式综合化学实验的考核中将单一的面向结果的考核转变为面向结果和面向过程并重的考核,并引进面试的环节,以便更直接、更科学地评估学生的实验能力,总结能力,表达能力。目的通过开放式综合实验课程的训练,不仅使学生能够掌握综合实验操作技能;实验总体方案的设计;实验方法的选择以及实验数据的采集、处理、分析和综合能力,更重要是激发他们强烈的创新意识,进而提高界定问题、分析问题和解决问题的能力,养成科学、严谨、合作的科学态度和工作作风。希望在不断的实践和改革中,开放式的综合化学实验为科学研究、工程实践输送高素质的人才,成为研究型大学在本科教育方面的一个特色和优势。

一、综合化学实验的开放式教学模式

培养创新人才的关键之一在于教学模式。创新人才的培养要求尽可能使较多的学生在学科方面的个性得以充分发展和强化,成为某一方面的创新人才。但在现行的教学体制下,存在着如何处理好统一的教学要求与学生的个性发展之间的矛盾。实验室、实验课题的开放是目前情况下能比较好地处理绝大部分学生个性发展与教学统一要求之间关系的教学模式,可为学生在专业学习上提供更大的自主权,有利于培养交叉型、复合型、创新型人才。

1.实验时间的开放

学分制的实行,使得学生一人一课表的矛盾尤为突出,为此我们在综合化学实验的教学中,全天候地开放实验室,将选择实验时间的权利交给学生,使学生有了自主学习的时间和空间。学生可以规划和利用课余时间,通过教师自己开发的开放实验的网络管理系统,完成实验内容选择和实验时间的预约登记。改变学生被动式实验为主动式,调动和激发学生学习的主动性和积极性。

2.实验内容的开放

创新能力的培养不是告诉学生怎样去创新,而是要唤醒学生内在的创新意识,心理学研究表明,只有当一个人的自主意识觉醒时,他的创新能力才可以得到发挥。我们通过加大实验内容的开放力度,激发学生的创新意识,开设多个平行实验,学生不仅在课程开设的多个平行实验中可以选择自己感兴趣的实验,还鼓励学生,对同一实验提出不同的实验路线、方法,提倡学生自带实验和自己设计实验内容,在实验条件允许的情况下,可在实验室具体实施自己的设计思想。从而极大程度地激发了学生的兴趣和创新意识。

3大型仪器公共平台的建立

大型仪器的使用是科学研究不可缺少的环节。学生的大型仪器的操作能力,解析谱图的能力是在不断的实践中得以熟练操作,积累经验。浙江大学化学系建立了向本科生开放的大型仪器公共平台,在学生通过训练获得上岗证后,可独立操作液相色谱仪、气相色谱仪、气相色谱一质谱仪、核磁共振波谱仪、X一粉末衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、综合热分析仪、激光粒径分析仪等大型分析仪器,并随时可通过图谱的解析,验证实验,不仅培养了学生的大型仪器的操作能力,解析谱图的能力,更为学生创造了科研环境,保护和激发了学生的创新热情。

二、开放式综合化学实验的教学内容的改革

实验教学内容改革的关键是为学生提供足够数量的高质量实验,以适应个性化发展的需要。教学内容除了有扎实的基本技能训练,还应有反映学科发展的新鲜课题,让学生通过实验能真真切切体会到科学研究的酸甜苦辣,又能因为接触到学科的研究前沿、高新技术而激发学习热情。

1递进式的教学内容

综合化学实验教学内容以三个层次递进、交叉、深化:基础性综合实验,设计性综合实验和探索性综合实验。对于基础性综合实验,主要是培养学生综合运用所学知识,提高实验技能.我们选择一些实用性较强,必要的和经典的实验作为基础性综合实验的内容,学生在完成实验时,老师只起到督促、指导作用.

设计性综合实验是文献型实验,实验教材上只给出大致实验步骤、可供实验条件和参考文献,有意隐藏实验的操作细节和关键环节,需要学生自己查阅文献,在前人工作的基础上提出自己的见解,自己设计实验。

探索性综合实验是属于研究型的实验,提倡让学生充分开动脑筋,学生可以自己设计实验内容,选择实验方案,只要实验条件许可,即允许其开展试验。在实验中,允许学生实验失败,使教学实验更接近科研和生产实践。

通过设计性综合实验和探索性综合实验的开设,培养学生总结文献的能力,让学生在实验预习时主动去查阅文献资料,接近原著原作,丰富实验内容:增强学生观察实验现象的敏锐性;磨练学生的耐心和意志;通过总结实验经验和教训,使他们学而知不足,明白自己将来进入化学化工研究领域和实践活动时尚存在的差距,衔接好本科毕业论文设计环节。

2.实验内容与时俱进

为使学生在实验阶段了解学科的发展,接触我系教师的研究内容,增加学生对我系教师科研的了解和对科研的兴趣,在开设新实验的同时,我们积极开展把具有学科前沿的、我系教师比较成熟的科研成果转化为综合化学实验中的探索性实验。把原有的成熟的探索性实验、设计性试验转变为设计性试验和基础性实验。使得实验内容不断更新。在近三年中,我们己开出五个具有学科前沿性探索性实验:(1)毗哇琳的液相合成方法学;(2)组合化学;(3)离子液体中的裂解反应研究;(4)一氯丙酮碳基化合成乙酞乙酸乙酷;(5)直链醚一氨基酸类cShiff碱及其配合物的催化和生物活性。占总开设实验的25%。

3.实验内容在实验中丰富

为培养学生的团结协作精神,了解化学实验条件的重要性,我们在设计性实验中,鼓励学生组织课题研究小组,选出小组负责人,分配不同学生的实验重点,如研究温度、反应时间对实验结果的影响,实验手段的比较,实验结果的不同评价。从而通过团结协作在较短的实验时间可以完成实验条件的正交试验,极大丰富实验内容,而且不仅培养了学生的团结协作精神,而且积极调动了学生的创新热情。

三、开放式综合化学实验的教学方法的改革

1.文献的搜集与整理

对于本科生来说,学会搜集与科研任务相关的资料是最重要的事情。设计性综合实验和探索性综合实验需要学生经过查阅文献一设计实验方案一seminar论证方案一准备仪器和试剂一实验操作一实验报告的程序完成实验。在查阅文献这一环节不能简单地将一堆资料给学生,或者放任学生在文献的海洋中捞针。授人以鱼,不如授之以渔。应该引导学生工具书的应用,告诉学生哪些是学科的前沿,获取研究资料的一般途径,包括怎样利用图书馆的中外文资料及电子资源,怎样较好地利用互联网上的搜索引擎,此外还要告诉学生本研究领域比较经典的中外文资料的杂志名称,获得的途径等。

2.Seminar活动的开展

在开放式综合实验教学过程中,每学期开展2~3次的Seimnar活动。对文献型、研究型的设计性实验和探索性实验,需要学生在查阅文献的基础上,自己设计实验,模拟开题报告,学生将自己设计的实验路线、试验方法以PPT形式进行科研小组的讨论,通过同学之间互相交流,教师、学生的提问,完善实验方案。从而让学生体会科学研究的氛围,了解获得知识的新途径,锻炼了口头表达能力,加强交流的能力。

3.重视写作能力的培养

对于一个通过高考进入高等学府的大学生来说,写文章不是一件难事。但如何遵循科技论文的规范进行命题写作,如何在论文中更好地展示自己的工作成果以及正确运用学术论文中的习惯用语等,都是需要在具体写作中练习的,因而综合实验的实验报告要求按正式发表论文的格式撰写,具体请学生参照中国科学(B辑),化学学报等杂志中发表的研究性论文格式撰写,这只是本科生学习撰写学术论文的开始,学生只有在实践过程中,在指导老师具体的指导中才能获得这些非专业技能。

四、开放式综合化学实验的教学管理制度的建立

教学管理制度的建立和完善是保障创新教育的有力保障。浙江大学化学系通过岗位聘任聘请了l位教授担任开放式综合实验的课程负责人,负责课程的指导。1位副教授担任综合实验室主任,负责实验室的正常运行,包括实验人员、实验室、仪器设备的管理。聘请的四位实验指导教师都是副教授以上的各研究所中的科研骨干,且都有5年以上的实验教学经验。以此保证了实验教学的顺利进行由于实验室的开放,学生在实验过程中的自主选择空间加大,为避免放任自由,我们为每一位学生建立实验档案,记录每次进出实验室的时间,实验进度,卫生状况等。以此培养学生严谨的工作作风。

五、开放式综合化学实验的考评体系

考试不仅能考察学生对知识的掌握和运用情况,而且能对整个教学活动进行客观的评价,及时发现和解决教学中存在的问题,从而保证教学始终围绕创新人才培养的目标进行。考试是引导学生主动地、创造性地学习的重要手段。通过采取多样而灵活的考试可以不断锻炼和提高学生分析问题和解决问题的能力,使考试成为学生主动配合教师完成的一种教学活动;考试是检测和提高学生创新思维和创新能力的重要环节。综合实验的考评强调学生的创新精神;强调学生提出问题、分析问题、解决问题的科学素养。将考评内容贯穿于课程的始终。

综合化学实验及综合技能训练课程分为基础、设计、探索性三类三个层次的实验,对每一层次的实验分别制定考评标准,在基础实验部分严格训练学生的基本操作,以规范化为目的;对设计性实验通过组织Seminar活动促进学生探寻式、互助式,团队式学习;对探索性实验,再次组织Seminar活动,开展实验结果的汇报,实验经验、体会的交流,以此考查学生表达能力,提出问题的能力。最后的考试为面试,考查学生解决实际问题和灵活应用所学知识的能力。使实验考评真正起到促进培养学生自主学习、实践动手能力、创新精神和启发思维等重要职育旨。

以上开放式综合实验教学的改革和实践,对于培养学生的创新意识、科研能力和团结协作精神起到了十分重要的作用。而且,学生在完成毕业论文过程中,取得了不少学术成果。例如,1998~2002年基地本科生正式发表学术论文74篇,其中34篇被SCI收录,1篇为基地学生署名第一作者;而在2003年一年中,基地本科生发表SCI收录论文20篇,其中8篇为基地学生署名第一作者。