以创新能力培养为导向的高等林业院校化学实验课教学改革与实践

(1.中南林业科技大学材料科学与工程学院，长沙 410004；2.中南林业科技大学理学院，长沙 410004)

以创新能力培养为导向的高等林业院校化学实验课教学改革与实践

郭鑫1,2吴义强1乔建政1

(1.中南林业科技大学材料科学与工程学院，长沙 410004；2.中南林业科技大学理学院，长沙 410004)

化学实验课教学是高等林业院校实验课教学的重要组成部分，是专业素质和创新能力培养的关键教学环节。为了提高化学实验课教学质量、培养学生的创新能力，对近年来高等林业院校化学实验课教学中存在的突出问题进行了归纳和总结，并针对这些问题提出4项改革措施：①构建多层次化学实验课教学体系；②推进多元化教学法的综合运用；③深化理论与实验教学的有机融合；④重构多元综合考评指标体系。

创新能力；实验教学；教学改革；化学实验

创新是指人类为了满足自身需要，不断深化对事物发展的认识，在遵循事物发展规律的基础上，对事物的整体或部分进行变革，使其得以更新和发展的活动。创新能力是在有目的的实践活动中不断提出新认识、新方法和新技术的能力。创新能力是人的一种基本能力，后天的教育可以大幅度提高学生的创新能力。对于高等院校来说，创新能力培养是对全体学生的创新潜能进行训练和培育，而不仅仅是对少数“天才”学生创新才能进行激发，这是时代以及国家赋予高等院校的使命和要求。化学实验课作为高等院校教学的重要组成部分，是创新能力的综合展示过程。化学实验课教学对于帮助学生巩固化学知识，获得化学实验技能，培养实事求是的科学态度，开启创新潜能，提高创新能力具有不可替代的作用。随着时代的进步和科学技术的发展，传统化学实验课教学中存在的弊端愈加突出，日益无法满足国家、时代对学生创新能力培养的迫切需求。因此，笔者对近年来高等林业院校化学实验课教学中存在的突出问题进行了归纳和总结，针对这些问题提出了相应的改革措施，并评述了这些措施在学生创新能力培养方面取得的有益效果。

一、化学实验课教学存在的问题

(一)教学内容的更新未与科技发展同步

上世纪80年代以来，信息科学、生命科学和纳米科学等领域的迅速发展为化学学科注入了新的研究内容。然而，高等林业院校传统化学实验课教学以经典验证性实验为主，缺少与新兴学科紧密相连而又从属于化学学科的创新性内容[1]。因此，传统化学实验课教学未与时代发展同步，不能反映多学科交叉相容、互促发展的历史趋势，与时代前沿的创新知识更是无缘。

(二)教学方法单一

传统化学实验课教学大多采用“程序化灌输、标准化演示”的教学方法，即教师在黑板上预先写好实验目的、实验原理、操作步骤和实验注意事项等内容，不分专业、年级，依次灌输给学生，然后在预先搭好的实验仪器前演示操作流程，学生仅需记忆、重复实验即可。学生重现所记忆的实验步骤，加什么试剂、加多少、先后顺序等均按照灌输或演示要求进行，机械地操作，毫无主动性可言，对实验的真正目的和意义缺乏理解[2]。近年来，高等林业院校基本实现多媒体教学，教学内容的操作演示更加便捷和高效，但“程序化灌输、标准化演示”愈发严重，整个学科教师都采用同一课件、同一教学方法。在教学过程，缺乏启发和引导，学生无须自习和思考，模拟和重复成为主流。这样的化学实验课教学，很难培养学生动手能力以及思考、解决问题的能力，对学生创新能力的激发和培养更是无从谈起。

(三)与理论知识的教学严重脱节

部分林业院校在院系结构中分设理论化学教研室和实验化学教研室，在职称评定中分设教学序列和实验序列。这种设置助长了化学理论知识和化学实验教学的分离，即由不同教师分别担任理论知识和实验课的教学工作。不同教师间常常缺乏紧密有效的沟通，导致理论知识和实验课教学的严重脱节。学生在做实验前，没有足够的理论知识指导，较易出现盲从的现象，久而久之，使学生学习的积极性和主动性下降[3]。

(四)课程考评指标体系简单

教学考核是一种反映学生学习效果的通用方法，具有督促、引导学生强化学习的作用。部分高等林业院校化学实验课的考核体系过于简单，仅包括平时考评和结业考评2部分内容，且考评指标固定，一般以实验报告数据和结业考试为单一指标，缺乏层次性和多样性，无法正确全面区分学生实际的学习情况，严重制约了学生创新能力的发展。

二、化学实验课教学改革的措施

(一)构建多层次的课程教学内容体系

笔者以学生创新能力培养为导向，在化学实验课教学内容上进行了改革，力求推陈出新，使学生掌握的技能与时代发展同步[4]。定期更新化学实验内容，将化学及其交叉学科的最新研究成果补充、添加到化学实验课内容中，构建了“一体化、四层次、重基础、有创新”的化学实验课教学体系。

第一层次：基础化学实验。基础化学实验主要培养学生的“三基”，即基本原理、基本知识和基本技能，使学生熟练掌握基本实验操作方法，熟悉了解实验仪器的使用方法，为后续其他实验课程的学习做好准备、打好基础。

第二层次：综合设计实验。综合设计实验是基础化学实验的汇总、综合和提高。实验过程由教师引导，学生自主设计；实验内容源于基础化学实验，但难度逐步提高。综合设计实验是在第一层次的基础化学实验基础上开设的，主要培养学生的实验设计、数据处理和基础知识的综合运用能力。学生通过该阶段的学习，一方面巩固之前学习的基础化学实验知识；另一方面训练学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。该层次实验的开设，是在化学实验课教学体系中初步引入创新能力培养环节，改变学生仅需记忆、简单重复即可完成化学实验所形成的惰性。

第三层次：专业基础实验。专业基础实验依托专业基础课程，目的是通过实验夯实专业基础知识。专业课教师承担该层次的实验课教学工作，并保证理论知识和实验教学同步，在理论课教学中讲深、讲透理论知识，在实验课教学环节中引导学生通过实验验证所学理论知识。该层次实验的开设，是化学实验课教学体系中理论和实践融合的关键环节，对培养和调动学生探索科学规律的积极性至关重要。

第四层次：研究创新实验。研究创新实验主要源于化学学科最新科研项目，其实验过程重在培养学生创新能力。学生依据自己的兴趣特长，在学科内部任选指导教师，在指导教师的指导下，查阅国内外文献，撰写化学实验项目申报书，独立完成实验操作。该层次实验，可与现有的大学生创新实验项目(校级、省级以及国家级)或“挑战杯”项目相融合，并设置课题申报、中期考核和结题答辩等环节。学生通过这一层次的训练，提高了自身的创新能力。例如，中南林业科技大学某学生参加了导师的国家自然科学基金项目以及湖南省教育厅优秀青年项目设立的研究创新实验，不仅发表了一篇SCI文章，而且还被保送到华南理工大学读研。

(二)采用多元化教学模式

1.问题式教学模式

问题式教学模式是一种以教师设问为出发点，以学生思考、解决问题，进而掌握新知识为目的的新式教学模式。与传统教学模式中教师讲解、学生简单复制相比，问题式教学模式可督促学生主动学习与化学实验课相关的基础理论知识。通过实验检验知识、巩固知识，进而实现培养学生实验技能、提高学生创新能力的目标。在问题式教学模式中，学生自身角色会发生转化，不再是被动的接受者，而是积极的实践者。这种角色的转换，能够有效激发学生学习的兴趣，有利于知识的记忆、技能的提高，适于学生创新能力的培养。

2.启发式教学模式

启发式教学模式是一种根据教学目的、内容、学生的知识水平和知识规律，运用各种教学手段，采用启发诱导办法传授知识、培养能力的一种教学方法。在化学实验课教学中，教师应依据教学内容和教学目的，科学合理地设计“系列问题”，并结合启发式教学模式，激发学生的学习热情，培养学生的创新能力。问题的设置有多种原则和分类，需任课教师集体讨论、共同确定。例如，在化学实验课开始前，教师需面向全体学生，提出涵盖整个实验所需基础知识、基本操作的普遍性问题；在实验进行中，面向部分学生讲解有针对性的具体操作步骤或特定的实验步骤；在实验结束后，面向全体学生提出探究性的问题。问题的设置要与实验教学的层次相匹配，在基础化学实验层次，应以普遍性问题为主；而在研究创新实验层次，应以探究性、启发性问题为主。

多元化教学模式的有效综合运用，必将激发学生探究问题的好奇心和求知欲，进而培养学生的创新能力[5]。

(三)与理论教学内容有机融合

化学实验有助于学生深入理解化学理论知识，而化学理论知识有助于指导学生完成化学实验，两者互相促进、密切相关，因此需要强化理论知识与化学实验教学的深度有机融合。为促进化学理论知识和实验的有机结合，化学实验课课题组尽量安排同一位教师负责理论课和实验课的教学工作，协调理论课和实验课的开课时间、授课进度。理论知识与实验课教学的深度有机融合，不仅将抽象的理论知识变得生动有趣，而且激发了学生学习的兴趣，挖掘了学生学习的潜力，培养了学生的创新能力。

(四)建构多元综合考评指标体系

以学生创新能力培养为核心，对“指挥棒”——考评指标体系进行了改革。为了全面客观评价学生的能力及对知识的理解和掌握情况，笔者建立了学生自评(系数0.2)、班级互评(系数0.3)和教师评定(系数0.5)的多元综合考评指标体系。在该指标体系运行中，化学实验课课题组组长负责落实、监督、检查考评工作的实施情况，任课教师负责安排互评班级、评定学生成绩、汇总考评数据、公示综合考评结果、建立考评档案等工作，被考评学生完成对本人及互评班级学生的客观评价。该考评指标体系突破传统单一的教师评价模式，提升了学生对化学实验课成绩的认可度，避免了学生不参与实验、抄袭他人实验报告等现象的发生，激发了学生互相学习的热情。

三、化学实验课教学改革的成效

(一)实验内容和教材得到不断更新

根据学生创新能力培养的需求，中南林业科技大学构建了“一体化、四层次、重基础、有创新”的化学实验课教学体系。该教学体系以学生创新能力培养为化学实验课的教学目标，改进了化学实验课知识构架，提炼了经典化学实验课内容，拓展了化学实验课的涵盖面。从2015学年开始，为适应新的化学实验课教学体系，化学实验课课题组分批逐步编写出版了新的化学实验教材。其中，新编教材《无机及分析化学实验》于2015年9月由化学工业出版社出版，作为中南林业科技大学化学、化学工程与工艺、食品科学与工程、材料科学与工程、环境科学与工程、生物科学与工程等专业的实验教材，已得到2届学生的广泛好评。《无机及分析化学实验》教材在内容和结构上没有区分无机化学、分析化学实验的界限，但涵盖了这2个分支学科的内容，既有基础化学实验课程本身的系统性和科学性，又照顾到基础化学实验与专业实验的联系和衔接。中南林业科技大学基础化学授课教师王元兰博士认为，《无机及分析化学实验》教材是一本值得推荐的好教材，它注重知识的基础性和前沿性，编写内容有新意、有层次，是国内为数不多的将无机化学实验与分析化学实验整合到一起的教科书，有助于培养学生的创新能力；中南林业科技大学食品科学与工程专业授课教师许东博士认为，《无机及分析化学实验》教材的编排结构强化了基础化学实验与专业化学实验的联系，编排内容增设了综合设计实验，有利于学生创新能力的培养。

(二)教学模式的创新激发了学生的学习积极性

从2015年起，根据学生创新能力培养的要求，中南林业科技大学在化学实验课教学中采用了多元化的教学模式开展教学活动，其教学效果受到学生的肯定和欢迎。笔者对2016级化学工程与工艺专业的本科生进行了随机采访，学生认为“很享受自己动手解决问题的过程，上化学实验课很有成就感、幸福感”“教师的授课方式别具匠心，问题的答案不是在课本上找到的，而是自己慢慢想出来、做出来的”“问题与讨论是一种好方式，逼迫自己用心观察、用脑思考”。

(三)双师型师资队伍日益壮大

理论知识与化学实验教学有机融合的推动者和落实者是任课教师，因此围绕师资队伍做文章，必将有助于推动理论知识与实验教学的深度有机融合。

一方面，中南林业科技大学注重双师型人才的引进。2010年，学校提出“人才强校”战略，加大师资队伍“四化”工程(年轻化、博士化、国际化、实践化)建设力度，注重特殊人才和高端技能型人才的引进。截至2017年，中南林业科技大学专任教师中具有博士学位的比例达到40%，具有海外学习和研修经历的比例达到25%。这些学术造诣深、科研能力强、有特殊职业技能的人才走上讲台，成为理论和实验教学有机融合的有力推动者和积极的落实者。

另一方面，中南林业科技大学注重师资队伍的培养。中南林业科技大学在制度上打通了理论课与实验课教师转换的通道，淡化了“理论化学教研室”和“实验化学教研室”的概念，促使教师既站讲台又上实验台、既是实验课教师又是理论课教师。

从2016年起，中南林业科技大学化学学科的任课教师实现了理论课和实验课教学的双肩挑。同时，中南林业科技大学定期举行了化学学科研讨会，对化学理论课和实验课的建设进行了广泛讨论，增进了教师之间的相互交流，使理论和实验的融合日益加深。另外，中南林业科技大学还积极推进国际国内教学交流活动，鼓励教师出国交流或进修，如课程负责人谢练武博士多次访问奥地利维也纳大学，学习、消化和吸收国外先进的教学理念、经验，并服务于化学实验课教学工作，取得了良好的教学效果。

(四)学生的创新成果异彩纷呈

多元综合考评指标体系的应用，促进了化学实验课教学改革，学生的创新能力日益提高。特别是部分学生在低年级就进入导师课题组参与科研活动，撰写科研论文，如黄浩同学撰写的科研论文“木材细胞壁水分子活性位和空间吸附规律的原位显微光谱研究”，获第七届湖南省大学生课外化学化工创新作品竞赛一等奖；吴俊杰同学参与导师的国家自然科学基金项目，申报1项发明专利。

总之，化学实验课教学改革是一项艰巨的任务，在改革过程中势必需要教师和学生的共同努力。通过构建多层次化学实验课教学体系，推进了多元化教学模式的有效综合运用，强化了理论与实验的深度有机融合，加速了多元综合考评指标体系的有效科学重构，实现了培养学生创新能力的目标。

[1] 邸明伟，韦双颖.林业院校高分子材料与工程专业人才培养模式的探索[J].广东化工，2016(14)：261-262.

[2] 沈昊宇，毛红雷，王永红.以能力为导向的近化学类专业实验教学体系建设与实践[J].化学教育，2015(8)：52-57.

[3] 张凤，屠小菊，罗景.“高分子化学”实验教学改革初探[J].化工时刊，2015(12)：57-58.

[4] 王杰，钟爱国.化工专业物化实验一体化双语三层次教改实践[J].广州化工，2016(8)：198-200.

[5] 王珏，丁霞，刘宏斌.如何加强培养学生实践动手能力的探索——以林业院校园林及相关专业为例[J].经济研究导刊，2016(28)：119-121.

(责任编辑 孙艳玲)

2016年国家自然科学基金项目“基于原位显微光谱的木材细胞壁微区化学成分和基团水分吸附分子机制研究”，项目编号31500475；2015年湖南省教育厅教改项目“基于创新驱动发展战略的化学实验教学改革与实践”，项目编号湘教通[2015]291号；2015年湖南省教育厅优秀青年项目“基于化学成分的木材细胞壁水分吸附分子机制研究”，项目编号15B256。