改进实验教学方法，转变教学实验类型探索

王增宝，赵修太，付帅师

(中国石油大学(华东) 石油工程学院，山东 青岛 266580)

改进实验教学方法，转变教学实验类型探索

王增宝，赵修太，付帅师

(中国石油大学(华东) 石油工程学院，山东 青岛 266580)

针对传统的以验证型实验为主的“大统一”实验教学模式的不足,石油工程实验教学中心搭建了资源丰富、功能强大的开放实验教学信息化平台。该平台可实现“大学生网上预习、实验预约、师生交流、实验问题反馈以及实验室日常管理”等诸多功能。依托石油工程学院开放实验教学信息化平台，通过改进实验教学方法，将大学化学中典型性和代表性的基础验证型实验“三组分体系液—液平衡相图的测绘”改革为综合设计型实验，并进行了实验教学改革试点，取得了良好的成效。达到了拓宽学生的学习时空，提高学生自主学习能动性，培养学生创新思维能力的目的。

信息化平台；基础验证型；综合设计型；实验改革；教学方法

近年来，在高等学校本科教学水平评估和实验教学示范中心建设的推动下，实验教学的地位及其重要性逐渐凸显。实验教学作为高校教学工作的重要组成部分，对大学生工程意识和创新思维的培养，以及动手能力、分析问题和解决问题能力的培养都起着重要的作用[1]。

逐渐减少基础验证型实验，增加综合设计型与开放创新型实验在大学实验教学中的比例是培养大学生自主学习能动性、创新思维能力和工程实践能力的主要途径之一，也是实验教学改革的重点。为适应现代高等教育发展的客观要求，我国高校近年来逐步加大实验教学改革方面的投入，并取得了良好的效果。然而，在实验教学改革过程中，删除或更换一些基础验证型实验项目势必会带来旧的实验教学设备的浪费与购买新实验项目仪器设备的巨大经费支出问题。通过改进实验教学方法对实验类型进行改革，可以在一定范围内避免删除或更改基础验证型实验项目带来的问题。本文以中国石油大学(华东)石油工程实验教学中心建立的开放实验教学信息化平台为依托，根据实验教学过程中的经验，以“三组分体系液—液平衡相图的测绘”实验改革为例，改进实验教学方法，将原有的基础验证型实验转变为综合设计型实验，取得了一些有益的成果，获得了初步成效。

1 开放实验教学信息化平台

为提高大学生的工程实践能力，石油工程实验教学中心搭建了一个资源丰富、功能强大的实验教学信息化平台，该平台可实现“大学生网上预习、实验预约、师生交流、实验问题反馈以及实验室日常管理”等诸多功能，提升了实验教学的“智能化、信息化”水平。

1.1 软硬件建设及其功能

1.1.1 实验室开放教学管理平台建设

实验室开放教学管理系统硬件设施包括数据库服务器、学生与教师访问终端等；软件系统包括“开放实验教学管理系统”“教学资源内容管理系统”“仪器设备管理系统”和“创新性实验项目管理系统”等。教师与学生通过访问终端登录实验室开放教学管理系统，可实现网上实验预约、网上提交及批改作业、网上师生交流及有关问题的反馈，为教师与学生互动搭建网络平台。

1.1.2 实验室座位及门禁控制平台建设

实验室座位及门禁控制系统硬件设施包括数据库服务器、派位终端机、实验室门禁等；软件系统包括“实验室派位系统”“实验室门禁控制系统”和“一卡通管理系统”等。学生网上预约实验成功，按照预约时间进入实验室前，先在派位终端机上刷一下学生一卡通，派位终端会开启该学生的门禁系统并自行分配给学生在实验室的实验座位。该平台的建设使学生实验的自由度更大，可以根据自己的时间安排实验时间而不拘泥于传统实验教学模式下的固定课时，有助于发挥学生自主创新能力，提升工程实践能力。

1.1.3 实验室VOD视频点播平台建设

实验室VOD视频点播平台由视频点播数据库服务器和“VOD视频点播系统”组成，数据库服务器中上传有石油工程学院本科教学所有实验教学录像。学生可通过访问终端随时随地点播观看实验教学录像，把教师在课堂上的讲解搬到实验室。学生通过点播观看实验教学录像对实验提前预习，然后进入实验室自主实验，从实验中发现问题、解决问题，培养自我思考、自主实验的能力。

1.1.4 其他条件建设

石油工程实验教学中心信息化平台建设还包括记录学生进出实验室的学生考勤管理系统，录制播放实验教学录像的实验教学录播系统，观察大学生实验，保障实验室安全的实验室监控系统以及可实现实验室信息发布、提供下载日常教学资料等的石油工程实验教学中心网站。这些软硬件设施为信息化平台建设、开放实验教学提供了有力的保障。

1.2 实验教学网络资源库建设

为配合信息化平台建设，充分利用各种教学资源，丰富和拓宽实验教学内容，建立了实验教学网络资源库，使学生能够利用丰富的教学资源进行自主学习，为学生进行自主实验提供相应的教学资源。实验教学网络资源库内容包括中英文实验教学大纲、中英文实验讲义、中英文实验教学录像、中英文电子课件等。

1)中英文实验教学大纲：双语教学大纲让包括留学生在内的学生能够了解并把握课程重点内容。

2)中英文实验讲义：讲义中以图片或示意图为主的实验原理、实验流程及仪器设备使用方法介绍，让学生对实验及其设备有更进一步了解，有能力的学生可根据实验讲义介绍的内容自主设计实验流程。

3)中英文实验教学录像：根据教学实验的类型和特点，对基础型、综合型实验教学制作了演示录像片，学生可通过VOD视频点播系统进行点播，预习实验。

4)中英文电子课件：对所有实验项目按实验课程名称全部制作实验教学课件，学生可根据需求下载实验教学课件，巩固教学内容。

1.3 实验教学模式

石油工程实验教学中心以信息化平台建设为依托，改进实验教学模式，构建了“开放式、分散式、预约式、自助(主)式”的实验教学模式。该实验教学模式以实验室智能化信息化管理系统为中心，学生借助网络资源库中的教学资源充分了解实验的相关背景，并对实验进行预习。然后通过实验室智能化信息化管理系统对实验进行预约，根据系统预约的时间及实验安排，学生可通过刷卡派位进入实验室。在实验中，教师仅讲解实验的注意事项，原则上不再讲解实验的原理和流程。学生根据实验预习内容，开始自主实验，对实验过程中遇到的问题先通过自己的思考进行解决，而不是依赖于教师的直接解答。实验结束后，学生对实验过程中实验现象、实验结论、实验中遇到的问题及解决方案撰写实验报告，并将实验报告提交至实验室智能化信息化管理系统，同时可就相关问题对实验教师留言。实验教师对实验室智能化信息化管理系统中的实验报告进行批改，并对学生提出的相关问题进行解答，并将有关问题反馈至实验室智能化信息化管理系统，与学生进行网上互动交流(如图1所示)。

图1 实验教学模式运行图

该实验教学模式提高了实验室的利用率，有效解决了学生工程训练时间不足、因材施教和创新人才选拔培养的问题，有利于培养学生的独立工作能力和自主学习能力。

2 实验教学方法改革

2.1 实验项目背景

“三组分体系液-液平衡相图的测绘”实验是高校大学化学和物理化学实验中具有典型性和代表性的实验之一，实验类型一般设置为基础验证型实验。其主要目的是让学生通过实验学习测绘室温下三组分体系的液-液平衡相图，巩固掌握理论课上所学到的三组分液-液相图的绘制原理及方法。

目前国内高校基本都是采用苯—乙醇—水三组分体系[2-7]和甲苯—乙醇—水三组分体系来完成实验，这些实验都要大量用到苯和甲苯。而苯和甲苯易挥发、毒性大，达到一定的浓度可致癌，既污染环境又对师生的健康不利[8]。除此之外，在实验教学方法上也主要采用手把手的教学方式，忽视学生在教学中的主体地位，只是单纯地着眼于学生基本知识和实验技能的培养，以及理论课教学效果的巩固。使学生始终处于被动学习的地位，对教师有很大依赖性，不利于学生自主学习能力的锻炼和创新人才的培养。为保证师生的实验安全，满足高素质、创新型人才培养的目标，亟须对目前采用的液-液平衡相图三组分体系及教学方法进行改革。

2.2 实验教学方法改革

针对现行高校采用的“三组分体系液-液平衡相图的测绘”实验教学的不足，以实验教学改革为契机，依托石油工程学院国家级实验教学示范中心搭建的开放实验教学信息化平台，通过改进实验教学方法，引导学生自我学习、自主设计，最终达到拓宽学生的学习时空，提高学生自主学习能动性，培养学生创新思维能力的目的。

改革之前的“三组分体系液-液平衡相图的测绘”实验教材固定了一种三组分体系，学生进入实验室后只需要按照实验教材中的步骤及实验数据按部就班地进行实验即可，实验结束后进行的数据处理所用的资料也在教材附录中轻易查得。整个实验过程属于机械式教学，学生对于为什么实验，实验体系能否改变，实验过程中不同组分的配比为什么这样设置等内容考虑很少，甚至根本没有进行相关问题的思考，实验的收获较少。由于整个班级都采用相同的实验体系与方法，学生提交的实验报告存在不同程度的抄袭现象，教学效果与教学成效大打折扣。

改革后的实验项目所用的三组分体系不再固定单一，而是让学生自主设计一种绿色环保的三组分体系进行实验。既增加了学生进行实验的主观能动性，又避免了原有三组分体系对环境的污染及对师生健康的危害。改革后的实验教学流程如图2所示。

图2 实验改革教学流程图

教师通过开放实验室管理平台发布“三组分体系液-液平衡相图的测绘”实验的要求。要求学生在一定的有机溶剂种类范围内，自主设计一种绿色环保的三组分体系。学生通过开放实验室管理平台查看需要进行的实验项目及要求后，根据所学的知识，通过查阅相关资料自己设计绿色环保的三组分液-液平衡相图体系，并参考原有的实验步骤制定与自己设计的实验体系相匹配的实验方案，并将设计好的实验方案提交到开放实验室管理平台。教师登录开放实验室管理平台查看学生提交的实验方案，对于可行的实验方案予以审核通过，并根据学生设计的实验方案准备相关的实验药品。对于设计的实验方案不可行的学生，指出其中存在的问题，并提出修改意见及建议，通过开放实验室管理平台反馈给学生进行修改。实验方案通过审核的学生可通过开放实验室管理平台预约具体实验时间，根据预约时间进入实验室进行自主实验。实验结束后，学生进行数据处理及实验报告的编写，数据处理中所用的两组分间的相互溶解度和不同温度下的不同组分的密度需要学生自己查阅文献获得。因提交的实验报告为电子文档，所以实验报告中的三组分体系相图的绘制也需要学生通过查阅相关资料并学习绘图工具进行绘制。学生在编写实验报告时，需要将查阅的文献资料与绘图方法作为附录附在实验报告后面，将编写完成的实验报告以电子文档提交到开放实验室管理系统。教师登录开放平台后查看并批改实验报告，将批改中发现的问题通过开放平台及时反馈给学生，并通过开放平台与学生互动，对学生在实验过程中遇到的问题进行答疑。

改革实验项目后，学生从开始的实验方案设计到实验操作的进行以及实验报告的处理都是自主进行，大大提高了学生自我学习、自主设计的能动性。首先，学生需要全面掌握三组分体系液—液平衡相图的绘制原理及方法的相关知识点后才能设计完成实验方案，这就引导学生对相关的知识点进行自我学习，不仅巩固了相关知识点，而且提高了学生自主学习的能力；其次，设计的实验方案要求满足三组分体系绿色环保，这就要求学生去探索新知识，解决新问题，培养了学生创新思维能力；再者，学生不管在实验方案设计过程中还是数据处理过程中，都需要自主查阅相关的资料，自主学习相关的绘图方法等，拓宽了学生的学习时空。

3 取得的成效

本实验教学改革先在中国石油大学石油工程学院2012级9班与10班两个班级进行试点，取得了良好的成效。

1)经过改革的实验项目训练后，在后续的几个实验中，这两个班级的自主学习能力与自主实验能力明显好于其他班级；实验报告的数据处理更专业，实验思考题的解答更加准确全面，而且部分学生还主动查阅资料对处理的数据曲线上的异常点进行分析总结。

2)进行改革试点的两个班级对于三组分体系相图方面的知识点掌握更加牢固。通过统计，在实验课课上提问与理论课结课考试中，这两个班级在三组分体系相图方面的知识点的正确率要明显高于其他几个班级。

3)在引导并鼓励大学生申报创新实验项目方面，这两个班级咨询创新项目方面的人数多于其他班级，而且大部分学生能够针对感兴趣的课题自主查阅相关资料，并在指导教师的引导下，独立完成开题报告与实验方案的撰写。

改变实验教学方法后，学生普遍反映通过自主查阅文献、自主设计实验方案与自主实验的过程，学会了探讨、研究问题的方法与思路。改进的实验教学培养了学生发现问题、综合分析问题、自主解决问题的能力，增强了创新意识，是一种值得推广的实验教学方法。

4 结束语

虽然改进的实验教学方法取得了些许成绩，但是实验教学改革是一项系统工程，还需要在实验考核标准与方法、实验教学管理等方面进行配套改革，建立健全提高学生实验兴趣的激励机制；进一步深化“以学生为主体，以教师为主导”的实验教学理念，完善预约式、开放式、自主式的实验教学模式，全面提高实验教学水平。

[1]杨明波.材料科学与工程实验教学示范中心建设的思考与实践[J].实验技术与管理，2008，25(10)：97-100.

[2]古凤才，肖衍繁.基础化学实验[M].北京：科学出版社，2000.

[3]方能虎.实验化学[M].北京：科学出版社，2005.

[4]顾月姝.基础化学实验Ⅲ[M].北京：化学工业出版社，2004.

[5]曾明，马祥志.化学实验[M].北京：北京大学医学出版社，2005.

[6]王秋长，赵鸿喜，张守民.基础化学实验[M].北京：科学出版社，2003.

[7]孙在春，蔺五正，刘金河，等.物理化学实验[M].2版.东营：石油大学出版社，2002.

[8]孟庆民，刘百军.液-液三组分相图实验的绿色化研究[J].实验室科学，2009(1)：107-109.

Exploration of Improving Experiment Teaching Method to Change the Experiment Type

WANG Zengbao，ZHAO Xiutai，FU Shuaishi

(School of Petroleum Engineering, China University of Petroleum (Huadong)，Qingdao 266580，China)

The traditional experiment teaching model has some shortcomings. For these shortcomings, experimental teaching center of petroleum engineering set up a resource-rich and powerful experimental teaching platform, which can realize lots of functions, such as preparation online, experiment booking, communication between teachers and students, experimental feedback and the daily management of the laboratory. Relying on the open Laboratory management platform of school of Petroleum Engineering, we improve the experiment teaching method, the typical and representative fundamental verification experiment “ liquid-liquid equilibrium phase diagram mapping of three component system” from college chemistry is reformed as comprehensive and designing experiment. Experiment teaching pilot reform is conducted and good effects are achieved. Thus broadened students’ learning space improved their learning initiative and cultivated the creative thinking ability.

information platform；fundamental verification type；comprehensive and designing type；experimental reform；teaching method

2014-07-08；修改日期:2015-01-09

中国石油大学(华东)教学实验技术改革项目(SY-B201218)；中国石油大学(华东)精品实验建设项目(JS201403)。

王增宝(1985-)，男，硕士，实验师，主要从事油田化学科研及实验室的教学研究工作。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.054