基础化学系列实验课程体系优化*

2013-03-26付颖叶非

大学化学 2013年2期

付颖叶非

(东北农业大学理学院黑龙江哈尔滨150030)

高等农业院校中的基础化学系列实验课程是基础化学课程体系的重要组成部分，开设目的是加深学生对于所学化学知识的理解，培养学生的动手能力、观察能力及研究能力，并为后续专业课程的学习打好基础。

1 基础化学系列实验课程体系中存在的问题

目前东北农业大学基础化学系列实验课程主要包括:大学化学实验、普通化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验、仪器分析实验等。由于学科分支的关系，在内容上存在不同程度的重复、脱节以及系统性差等问题。在教学内容上，基本操作训练、化学物理量测定及验证性实验比重大，而综合性、设计性实验比重小，这样虽然可以强化对学生实验基本技能的培养，但对于学生逻辑思维、创新能力的培养都略显不足。这些问题的存在削弱了化学实验作为一门学科的整体效应，而且也不符合知识经济时代对创新人才的要求。

2 基础化学系列实验课程体系的优化

我们针对目前基础化学系列实验课程中的问题，对6门基础化学实验课程进行整合，确定了以基本能力训练为基础、以综合素质培养为核心、以开放实验为拓展的目标，优化实验教学内容和体系，将现代网络技术融于实验教学之中，建立了基础化学系列实验课程的网络教学平台和电子课件资源，构建了“一体化、多层次，开放式”的基础化学系列实验课程教学新体系和立体化教学模式。

2.1 模块式教学模式

基础化学系列实验(包括大学化学实验、普通化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验、仪器分析实验)是面向全校开设的化学类实验课程。基础化学实验课程内容改革以“加强基础、培养能力、突出创新、重视应用”的实验教学理念为指导，依据实验教学的自身规律，构建了基础化学实验“三模块”(公共模块、技术应用模块、拓展开放模块)体系。实验项目设置充分考虑不同专业的差异，力求体现化学实验技术在不同学科或不同专业中的具体应用;同时还优化整合了实验内容，提高了综合性、设计性实验项目数量。模块化课程中的实验项目按照是否达到化学实验教学要求进行设计和筛选;并根据前期教学改革效果，对实验内容进行了补充，强化了基本操作，更加注重对学生基本实验技能及综合能力的培养。我们所做的主要工作有:(1)增加了基本操作训练难度;(2)将单一的基本操作训练更改为训练内容与小综合实验相结合;(3)删除了与后续实验重复的内容。在新的实验教学内容中，注重将单一化合物的合成实验更新为综合性的多步合成实验，涵盖了有机化学的基本操作;将单一验证性的性质实验及部分单一的基本操作技能训练实验更新为包含多个基本操作技能训练的综合性验证实验。例如，在乙酸丁酯的制备实验中，综合了回流分水、蒸馏、萃取、干燥等多个有机化学基本操作实验;在烟碱的提取实验中，除了训练水蒸气蒸馏这个基本操作外，还加入了烟碱熔点测定，烟碱性质及主要官能团验证等内容，删除了以往单纯为了学习熔点方法的实验;又如硫酸亚铁铵的合成实验原来为单一的制备实验，整合后，在(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O制备实验后安排了氧化还原法测定(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O中铁含量及分光光度法测定铁含量。通过这样的整合，增加了实验的综合性、延续性及实践性，可使学生学会用不同的方法测定铁含量。

(1)公共模块:面向全校近化学类专业本科生开设。开设的实验课为“大学化学实验”和“基础化学实验”。年受益学生在5000人次以上。实验内容包括验证性实验、基本技能训练实验及综合设计性实验，目的是循序渐进地培养学生的化学实验技能。

(2)技术应用模块:面向我校与化学学科密切相关专业的学生开设，包括“物理化学实验”和“仪器分析实验”。根据各专业对化学基础实验要求的程度不同，将实验内容与专业方向相结合，突显化学实验技术在不同学科专业中的具体应用，便于学生后继课程的学习。例如，仪器分析实验课程只对环境科学、生物学、生物工程、粮食、制药、应用化学等20个专业开设。按照各专业对仪器分析课程内容的不同要求，我们分别开设了20、32、56学时的仪器分析实验课程。对于同种仪器的实验，结合各专业特点开设不同的实验。例如，同样是紫外分光光度计的使用，对于生物工程及环境科学专业的学生，我们开设“紫外分光光度法测定水中苯酚含量”;而对于食品专业的学生，则开设“用双波长法同时测定维生素C和维生素E的含量”。又如原子吸收实验，对于动物科学专业，因硫酸铜是水产养殖中常用的药物之一，开设的实验为“用原子吸收法测定水中的铜”;而对环境科学和食品科学专业则开设的实验为“不同水质中镁含量的测定”。

(3)拓展开放模块:面向全校开设的开放实验及大学生创新课题。根据学生所学专业，为学生开设与生产实践密切联系的化学实验课程。如为食品学院开设“大豆皂苷提取的纯化”，“稠李子色素提取及稳定性”;为资源与环境科学学院开设“不同来源生活用水几种指标的检测”;为农学院开设“除草剂安全剂的生物活性测定”，“解草酮系列安全剂的生物活性研究”等。

2.2 基础化学系列实验网络教学平台的建设

目前，大学化学、有机化学、实验化学3门基础课程被评为黑龙江省精品课程;仪器分析、物理化学、分析化学课程被评为东北农业大学校级精品课程。这些课程在探索人才培养新模式、深化教学改革等方面已取得了一些经验。为了将现有的成果与资源加以整合，实现有效共享，发挥更大作用，我们建设了基础化学系列实验网络教学平台。建设基础化学系列实验网络教学平台一方面可更新教学手段，改革教学方法，调动学生的学习积极性，提高学习质量;另一方面可提高学生的自主学习效果，拓宽学生的视野，使学生在良好的学习环境中完成化学知识的学习。为此，我们设计制作了两套基础化学系列实验网络教学平台，进行了基础化学系列实验课程数字化资源的建设(http://lxy.neau.edu.cn/syhx/index.htm)。基础化学系列实验网络教学平台集指导系统、预习系统、测试系统、答疑系统于一体，交互性强、实用性强。基于该平台构建的实验多媒体教学资源中心和化学实验仿真模拟室可使学生从网上感受虚拟实验的效果。学生可以在该网络平台通过鼠标与可视化实验对象进行交互，完成虚拟实验，达到预习和课后复习的目的。互动虚拟实验室不仅能激发学生的学习兴趣，还能提高学生的动手能力。如:实验指导教师能明显感到学生安装实验装置的速度快了，实验基本操作方面的问题少了，动手能力增强了。基础化学系列实验网络教学平台的开发打破了时间和空间的限制，突破了以往只能在课堂单调听讲学习的束缚;留言板、论坛等形式使学生与教师的沟通更及时、自然;在线考试、在线答疑、实验模拟、报告上传系统有效地实现了资源共享，达到了助学、助教、考试自测的目的［1］。

2.3 绿色实验的推进

以绿色化学的原则为指导，结合化学实验自身的特点，通过改进实验手段，更新实验内容，实现化学实验绿色化进程［2］。在化学实验教学中采用绿色化学实验，其经济效益、环保效益和教学效果显著。在保证学生掌握实践理论知识、提高动手操作能力的前提下，我们尽可能地选择无毒无害实验，对现有的一些合成实验进行改进。如将污染较大的邻硝基苯酚制备及分离实验改为从烟草中提取烟碱的实验;通过调整实验次序，将上一个实验的产物作为下一个实验的反应物，构成一个实验序列，由此达到循环使用和重新利用的目的;开展微型化学实验，将常量滴定分析改为半微量滴定分析;将现代仪器引入基础化学实验等。化学实验绿色化新体系的建立和完善，有利于学生建立绿色化学的观念和环保意识，为将来自觉地遵循绿色化学的理念打下较为坚实的基础。基础化学实验的绿色化使得实验更新率达到15%。

2.4 开放性综合实验的开设

开放性实验的教学模式是以学生独立操作为核心，教师指导为辅助，将教学重点放在化学实验的设计思想和方法上［3］。学生通过开放实验，将学过的书本知识、研究方法和实验技巧等融会贯通，举一反三，灵活应用，能在较短的时间内取得较大的收获。学生通过开放式实验参与科学研究，激发了学生的学习兴趣及创造性思维，培养了学生的创新能力，同时也能使学生得到科研训练，为学生的素质教育开辟了一条有效途径。通过开放实验，在使学生从实验中了解科学研究的前沿进展，领悟科学探索和研究的方法，提高综合实践能力和创新能力的同时，也进一步提高了教学质量［4］。近年来，我们面向全校学生开设的开放实验有:不同来源生活用水几种指标的检测，双水相法萃取食用色素的研究，苦参碱的提取及分析，除草剂安全剂MON13900的安全作用机理研究，沙棘多糖的制备，南瓜中生物碱提取及纯化研究等，共45项。例如环境分析专业的学生可以通过选择土壤中除草剂残留的检测实验，加强对于现代化学仪器分析技术的掌握;食品科学专业的学生可以选择食品中番茄红素的制备、沙棘多糖的制备、南瓜中生物碱提取及纯化等实验，进行天然产物的制备探索。应化专业的几名学生通过参加除草剂安全剂MON13900的安全作用机理研究这个开放实验，对除草剂安全剂这个研究方向产生了兴趣，在完成开放实验的基础上，申请了“苯并噁嗪类除草剂安全剂的合成”大学生创新课题的研究工作，自主合成出新的化合物，并进行了生物活性测定，实验结果已公开发表［5］。

近年来，我院应用化学系面向全校开设了45项开发实验项目，进行了32项大学生创新课题研究，发表了相关教学改革论文2篇;学生通过开放实验，发表了科研论文11篇，其中2篇论文被SCI收录，2篇论文被EI收录。

3 基础化学系列实验教学改革的推广应用效果

经过多年的教学实践，我校基础化学系列实验教学改革取得了丰硕成果，获得了2011年黑龙江省教学成果一等奖。化学实验课程教学效果良好，本校受益学生达6000人次/年以上。课题组编著的《实验化学》、《物理化学实验》和《仪器分析实验》教材在国内农林院校广泛使用，受到高等农业院校师生的好评。我校设计开发的实验化学多媒体课件及基础化学系列实验网络教学平台被南京农业大学、华中农业大学等多所院校使用，并辐射到国内大部分地区的农业院校。课题组自主研发的《有机化学实验多媒体课件》在高等教育出版社出版;“实验化学网络课件”获黑龙江省多媒体教学课件一等奖;“大学化学实验课件”获黑龙江省教学课件二等奖;“物理化学实验多媒体教学辅助软件”获第7届全国多媒体课件大赛高教理科组三等奖;“有机化学实验——单元操作多媒体课件”获第6届全国多媒体课件大赛高教理科组二等奖。