化学类多层次教学实验室建设与管理对策

伍 明 邓克俭 唐万军

[摘要] 通过对化学类本科生多层次教学实验室平台建设、管理和使用的基本情况及具体措施介绍,探讨了以传统的基础化学实验室为依托,建设化学类本科实验教学开设综合性、设计性和研究性实验的实验室平台的工作。坚持建设与管理并重,把“发展、质量、特色”理念融入实验室建设和管理中,为全面提高实验教学质量、培养学生的实践和创新能力打下坚实的基础。

[关键词] 化学类多层次教学实验 实验室建设 实验室管理

根据“新世纪高等教育教学改革工程”的设计方案,化学类专业的化学基础实验课内容分3个层次:基本实验、综合实验和研究型实验。在保留和完善基本经典实验的基础上,增加了综合实验和设计实验,这类实验涉及的知识面宽,要求学生综合运用所学的知识思考并解决实验中的问题。为适应新形势的发展和要求,各高校都在进行实验教学体系与内容的改革与调整。对化学类实验如何改进和如何创新,如何更好地与化学类研究发展相结合,是当前高等院校化学类实验教学中一个崭新的课题。如何达到继承性教育和创新能力培养的目的,并将其转化为可操作的教学行为,实现较好的实验教学效果,引起了同行广泛探讨。我们认为,把“发展、质量、特色”理念融入实验室建设中,对实验室管理重在“理”是提高实验教学质量的保证。

一、我校化学类实验现状

化学类实验综合和涵盖了化学领域各分支学科涉及的研究方法和研究工具,具有综合性、研究性较强和定量化程度较高的特点。它所涉及的知识面广、使用的光学、热学、电学仪器设备多,不仅要求学生能了解仪器的基本结构与重要部件的功能,掌握与仪器相关的实验操作技术,而且要求学生能将化学的理论知识与实验技能培养相结合,用化学的理论知识来指导实验,并通过实验得出合理的、精确的数据,还要求学生掌握实验数据的正确处理方法,培养学生对实验误差进行分析的能力。我校在基础的化学实验中对此进行了各个单元全面训练,也建成了为此服务的实验室平台,这为多层次教学实验的实验室建设打好了基础。

教育的创新既是观念的创新,也是教学内容、方法、手段的创新,综合性、设计性和研究性实验的开设内容、方法、手段各不相同,我们尝试学生独立设计并完成某些实验,学生根据实验题目查阅相关资料,在实验过程中自行选择和确定实验仪器及实验方案等,以培养和训练学生设计实验方案,解决问题的科学研究创新能力。学生依照自己设计方案动手进行实验时,一切都要靠自己摸索进行。既要根据实验室的实际合理选择一定规格的配套仪器,组装实验装置,准确控制实验条件,严格按照规范的操作规程进行一系列操作,又要应付实验中出现的各种意外及难题。这就需要学生学思结合,手脑并用,综合运用所学的知识及实验技能战胜困难,有所发明,有所创造。实验完成后,实验报告以科研论文的形式完成,并写出体会和建议。学生在实验过程中,实验室的所有仪器设备全天开放。目前,各个高校根据自己的条件给出几个或几十个不等的题目。我们也每次给出二十余个题目供学生选做。内容来源为:

1.结合生活实际应用,综合运用化学手段及方法对多项指标进行测定。

2.从化学实验存在的问题出发,让学生自行设计实验,从而解决教学中需要解决的问题。

3.从教师科研项目中提取一部分内容,由学生自行设计实验,从而解决科研中需要解决的问题。

4.学生自带课题,课题完成后可撰写小论文。

开设这类实验主要遇到以下三个方面的问题:

(1)教学设备条件的限制

学生个性化的设计实验更多地接受新信息,现代科学技术的发展使化学实验越来越依赖新的科学仪器。使用新的科学仪器,改进旧的实验方法,尤其是带工作站的实验仪器是学生更愿意在自己的设计中使用。因而实验仪器的更新步伐使综合、设计和研究性实验课的教学受到了一定的限制。

(2)教学管理上的新问题

实验课的教学主要目的是培养和训练学生的实验动手能力,解决实际问题的能力和开拓创新能力。学生自主综合、设计和研究性实验的实施往往是利用课余时间到实验室进行研究,这要求随时开放图书馆、资料室和实验室,给图书资料和实验室的管理带来了困难,也给这些教学管理部门的改革提出了新要求。实验室的开放在各高校也逐步开始,学生可以随时进入实验室,进行必要的准备工作和尝试性实验。实验进行开放式教学的确有很多优点,但在具体实施过程当中难免要遇到一些实际问题,如仪器、设备的维护,由于学生操作能力及水平参差不齐,存在一个由生到熟的过程,难免造成一定程度上的损坏,增加了维护费用和教学工作量; 这些问题的解决需要对策。

(3)对指导教师的新要求

由于实验内容增多且具有不确定性,学生会随时提出各种各样的问题,这就要求教师本身要有更多、更广的知识面和先进的教育理念及创新精神,才能引导学生去学会实践,学会创新。要求教师努力学习新知识,提高自身素质和专业能力,接受新信息,创造新经验。

二、实验室平台建设

实验室建设水平是反映学校教学质量、科研水平和管理水平的重要标志之一。我们追求以发展为主题,以质量为核心,以特色为导向,把实验室建设成集基础性实验平台、综合性实验平台、科学研究训练平台于一体,逐渐形成一个技能化、个性化、多元化、现代化的实验教学内容系统,使化学类实验内容高起点进行成为可能。

首先,我们在传统的化学基础实验室中,进行实验室布局优化,调整、更新实验内容,根据实验教学的要求,结合学校科研特色,及时更新陈旧、老化设备, 通过实验仪器设备的升级换代,引入现代测试技术和方法,提高了传统实验的精度和现代化水平,保证了高质量完成实验教学任务。实验室建设中考虑的另外一个问题是如何提高实验室建设资金的利用效率。我们采取了两种办法;一是先定实验内容,内容应满足课程的基础性、先进性、启示性和综合性,还应达到培养学生动手能力和综合素质的目的。然后定设备,目的是利用率不高的设备不买、没有扩展性的设备不买、能在实验中心其它实验室共用的不买。保证所购买的每一台设备都能够得到合理使用。充分考虑本学科前沿领域结合我校在该领域的科研具代表性的基础实验手段,不求全也不过分求新,但一定要涵盖化学基本单元、基本工具、交流平台,以满足不同要求的学习者使用。如我们选购了带工作站的热综合分析仪、气相色谱仪等。其次,充分考虑网络化的实验教学和实验室管理信息平台,逐步完善网上辅助教学和网络化、智能化管理。适时建立各实验室间互动、互补机制及时信息沟通,彰显综合性大学优势。而在自主综合设计、研究性实验阶段,根据需要考虑合理利用整合后校内的现有实验教学资源,使学生在大学期间就能够经常接触和使用最新最好的仪器, 并使他们有机会接触现代化的大型贵重仪器。满足学生高层次实验的同时还可最大限度地发挥学校已有的实验教学资源优势。随着人们环境意识的增强,实验环境也越来越受到师生的重视。因而,如何以人为本,营造一个安全无污染的实验环境,也是我们多层次化学类实验室建设中重视的问题之一。

三、建立新的实验室管理体系

面对21世纪教学改革的挑战,实验室也改革了传统的管理体制,构筑了面向未来的实验教学新体系。院实验中心提出了新的实验室管理模式即集中型管理模式。但尚需不断理顺和完善管理机制,根据不同使用对象,从实际出发,制订具体的实施细则。完善的管理制度是充分发挥实验室作用的基础,我们根据不同方面不同层次制定了相关的细化规章制度。例如,学生进入自主综合、设计、研究性实验前需通过相关仪器的单元操作考核的制度、分层次的实验室开放制度、实验室资料管理取用制度等等。学生实验规则细化到学生未进实验室前,对每个班的学生进行分组、编号,固定序号;进入实验室除携带记录本,其余物品换钥匙储存;所用仪器药品都固定到人,丢失、损坏的仪器及时查清,药品的消耗及时补充,尽管实验室天天投入使用,也能确保实验顺利进行。实践证明,让学生明确奖惩条例,自觉遵守实验室的各项制度,能管好、用好实验室。

要让实验室充分发挥教学效益,我们加强了以下三方面的管理:(1)仪器设备的管理。实验设备能否安全正常运行直接关系到教学和科研的质量,没有一个完善的管理措施,就不可能高效合理的运行。抓好验收、建账、存放、正常使用操作培训、保管维修等各个环节。符合科学、规范、安全、合理、美观、方便的原则,使仪器使用、存放规范化,同时建立维修维护等技术档案,健全仪器设备的原始资料,加强实验设备日常维护和保养。使仪器使用制度化、规范化。(2)实验室资料管理。主要有:实验通知单,学生实验登记记录薄、借仪器记录薄、损坏赔偿记录薄、预备实验记录、实验报告及仪器说明书、实验参考书等。(3)实验室的卫生安全管理。只有做到安全实验,才能真正发挥仪器在实验教学中的作用,使学生更好地理解和巩固知识,培养科学的学习态度。

随着化学类实验的学习从基础层次到综合、设计和研究层次,学生的学习由计划性学习到个性化、随机性的学习,这与实验教学管理的计划性要求相违背,为了解决这一问题,实验室必须采取一定的措施来加以协调,实行开放预约制度是广泛采用且行之有效的办法。我们倡导实验技术人员和教师共同管理实验室。如果仅仅依靠实验技术人员来照管学生,从时间上或实验指导上都不能得到有效保证。仅有时间上开放,而没有丰富的内容和自主性环境支撑,就会使实验室开放这一生动形式变得缺乏吸引力,使实际效果大打折扣。我们努力保持高级阶段的开放,但靠教师超额付出的实验室开放其持久性是值得怀疑的,我们也期望在管理上有相应可持久运用的对策。在高层次的化学类实验中加强实验室现代化管理,合理利用实验室资源。实现研究室与实验室的更加紧密结合;充分利用网络技术,特别是利用大型实验设备和分析仪器的统一管理、使用,使部分自主综合设计性实验能高质量的完成。

管理好实验室,开展好实验教学,一支结构合理、素质优良、精干的实验室队伍是教学实验室建设管理的决定因素,实验室的体制和实验室人员的素质将决定实验教学质量的优劣。我们通过竟聘产生的实验主讲教师主持讨论并全面安排不同层次的实验内容,组织实验教学实施,合理安排实验指导教师,经常性组织经验交流和问题讨论,协调和配合好实验技术人员实验室日常管理。强化和提高实验技术人员从事实验前后的准备、实验技术的开发、仪器设备的管理和维护以及实验室日常工作的管理水平。但随着学生增多,实验层次增多,实验室的工作量不断增加,每天要做大量的工作,十分劳累,其劳动强度和工作质量在更大的程度上取决于他们的自觉性和责任感, 在这种情况下,我们将配制药品的工作分解到勤工岗的同学,经过简单药品前处理和配制培训,加强监管并要求在溶液试剂瓶上标明品名、单位、配制者名字和日期,经过两年实践效果很好。总之,实验室管理是一项综合工程,是实验室管理人员的责任心、事业心、业务水平与组织才能高低的反映。

通过建设,我们的实验条件、环境得到了改善,建成了完善的管理机制,形成了以深化基础教学、面向全校开放、注重实践能力、鼓励创新思维为特色的多层次教学型化学类实验平台。

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基金资助:湖北省高等院校教学研究项目的资助(立项编号:2009151)