基础化学开放实验室建设中“同质异形”教学法运用探索

【摘 要】基础化学实验涵盖常见化学实验基本操作技术，是化学相关学科发展的坚实物质基础。河南大学基础化学实验分中心承担学校七个学院二十多个专业基础化学实验教学任务，在开放实验室进一步优化建设中，探索运用“同质异形”教学法，强化基本实验操作技能训练，强调结合不同学科专业实际创新应用。

【关键词】开放实验室；“同质化”训练；“异形化”应用

中图分类号： G642.0 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）21-0130-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.057

高等教育是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志。从规模扩张转向注重质量提升和效益增长，走内涵式发展道路是我国高等教育发展的必由之路。近年来，教育部、财政部在“本科教学工程”中特别要求：在大学生实践能力和创新创业能力等薄弱环节，建设开放共享的大学生实验、实践教学平台，培养适应社会发展需要的应用型、研究型和创新型人才[1]。实验课程是高校实践育人的重要形式，高校实验室在高校教学科研、培训培养环节居于重要地位；“开放、共享、协作、互动”的开放实验室建设成为高校实践教学体系改革研究焦点内容[1-6]。国内很多高校进行开放实验室建设探索和尝试，针对建设过程出现的问题，认为制度建设完善、团队培育提升、场地仪器保障、经费筹措使用、奖惩考核激励是开放实验室建设、运行机制有效关键组成[7-11]。随着开放实验室建设深入，有些高校将实验创新项目、大学生科研训练计划有机结合[12-15]；借鉴国外开放实验室建设经验，在开放实验室管理中引入导师制[3-17]；开发利用信息技术，提升开放實验室运行管理水平[17-20]。

大学基础化学实验一般基于传统无机、有机、分析、物化实验整合优化，是化学、化工、材料、生物科学、医药食品、环境科学等专业的基础必修课程；开设对象主要面向一、二年级学生；注重学生实验基本技能和基本方法培养。基础化学实验教学存在的主要问题：生师比高、学生动手能力和自主创新意识薄弱、教学管理机构重视程度不够、实验内容“经典”但是陈旧等[21-24]。以“教师引导、学生为本”为主要教学理念的开放实验，可以为学生提供更为广阔的自由空间，使学生主动探究、自主创新等综合能力得到更为良好锻炼[1-22]。河南大学基础化学实验室在学校整合本科课程、缩减理论课堂教学和试验计划教学课时以还学生学习自主权及主动权的大环境中，通过开放实验室建设，激发学生试验实践和科研兴趣，促进学生个性发展和创新能力培养；在基础化学开放实验室进一步建设优化中，结合教学服务对象实际和专业大类特点，探索形成“同质异形”教学法，具有明显的教学实践正向效果。

1 基础化学开放实验室建设现状

河南大学基础化学试验分中心于2006年8月由原化学化工学院、医学院、药学院等基础化学实验室合并组建，承担七个学院二十多个专业的基础化学实验教学任务。2007，承担校级教改项目：《分析化学开放性实验的实施》，2009，承担校级教改项目：《基础化学开放性实验平台建设》。通过项目开展，完善开放实验室管理规章制度；依据基础化学试验教学大纲、结合专业培养目标整合优化试验项目和开发试验教材；逐步实现实验时间、实验内容、实验对象三大开放功能，提高场地和仪器设备利用率，促进教学科研质量水平提升；在开放实验室内部，举办实验创新竞赛，释放学生创新热情，锤炼学生创新能力，参与学生在校级和省级大学生“挑战杯”大赛中取得优异成绩；进行“个性化服务的高校实验室开放模式的构建”研究实施，对实验项目进行“多层次、多样化、递进式”划分，采用不同开放模式，优化完善开放实验室建设[25-26]。

2 “同质异形”教学法运用探索

2.1 “同质”-实验基本操作技能和方法相同、培养目标相通

基础化学实验主要是一级教育实验即基本操作和基本技能训练实验，涵盖仪器的洗涤干燥、药品的取用、加热方法、搅拌、过滤、蒸发、蒸馏分馏、结晶重结晶、基本度量仪器使用、沉淀、萃取、滴定分析、溶液配制等常见和基础的化学实验操作技术；广泛应用于化学、化工与制药、医学、生物科学、环境科学等专业大类科学研究和生产实践，典型如电子天平使用和试剂配制。

学生通过基础化学实验，掌握基本操作技能和试验技术，养成严谨求实的科学态度，树立开拓创新意识；提升文献调研、方案设计、现象观察、数据测量、分析判断、文字表达等综合科学素质。学生内化形成的基本实验操作能力、良好的实验习惯和意志品质，既是不同相关专业培养目标的相通部分，也能有效迁移到专业课程实验实践中，为专业课程的学习发展提供坚实的物质基础。

2.2 “异形”-专业不同，实验内容侧重点和运用形式不完全相同

不同的学科、专业各有自身特点，内容研究着眼点、层次范围也有差异，决定相同的实验操作技术在不同专业运用形式有一定差异、实验内容侧重点也不一定完全相同。如溶液的配制，基本操作技术主要有固体药品称量、液体药品量取、溶液体积定容；化学专业常配制使用准确物质的量浓度（mol/L）溶液试剂，药物分析专业常配制使用比例浓度（1：X）和质量浓度（g/L）溶液试剂。又如pH值的测定，基本操作技术为试纸和pH计使用，化学专业侧重于验证理论知识（如醋酸电离度和电离常数测定），医学专业侧重于健康诊断和治疗基准意义（如尿液、胃液、血液pH值测定），制药、食品专业侧重于通过pH值测定控制酶促反应进程和产品储存条件（如抗生素维生素的生产和储存、啤酒的酿造和储存）。

2.3 “同质异形”教学法实施过程探索

（1）准备工作。挑选综合素质相对较高学生作为开放实验室“种子”学员和学习小组负责人，组建班级学习小组qq/微信群。借助基础化学开放性实验平台，实验指导教师预先发布实验室现有药品及仪器目录，具体实验任务、实验基本操作分解步骤、相关操作小视频、所用实验仪器使用规范，要求以小组为单位完成实验预习报告。

（2）“同质化”训练。“同质化”训练是“异形化”应用练习的基础，主要利用实验课时集中训练。实验教学过程中，指导教师严格要求、认真观察、耐心指导示范，因材施教，勉励操作不够熟练的学生利用实验室开放时间单独练习，保证每一位学生熟练规范掌握相关实验基本操作技能。

（3）“异形化”应用练习。学习小组根据所学专业特点和兴趣关注点，自主查阅文献资料，依托实验室现有药品仪器和“同质化”练习中掌握的实验基本操作技能，设计富有专业特色的应用实验练习方案，报实验指导教师指导审核后，通过预约，在实验室开放时间段内自主完成。

这一过程中，学生自由度增加、自主权扩大，无形中满足求知欲和掌控欲；如果实验现象、结果与预期一致，学生的成就感会进一步提升，兴趣和主动性会更高，形成良性循环。这一过程中，实验指导老师应及时加强交流沟通，帮助学生冲破思维藩篱，釋放学生的主动学习探究热情。如通过“EDTA标准溶液的配制与标定”实验项目，完成配位滴定基本操作技能-滴定操作、终点判断、数据分析训练；大多数专业学生都能自主设计相应应用练习实验方案，如环境科学专业的“校园自来水硬度检测”、药学专业的“碱式碳酸铋片中铋含量测定”等；但医学专业学生迟迟找不到和专业知识的结合点，指导老师指点：临床血象常规分析所用真空采血管为抗凝管，其中的抗凝剂是什么？学生思维有了突破口，积极查阅相关资料，最终设计出“血液模拟液中Ca2+含量检测”方案。

（4）考核激励机制。实行“重过程、轻结果”的全过程分段考核，实验预习报告、“同质化”训练情况、“异形化”应用实验方案的设计、“异形化”应用实验开展情况按不同权重计入实验考核成绩；实验报告力求精炼，主要侧重于数据分析、实验结果和预期结果偏差原因分析。综合评定选拔部分责任心强、实验综合素质好、具有一定创新能力和科研热情的学生，利用开放实验基金资助其进行创新实验研究、参加学科创新项目竞赛，或初步纳入实验指导教师负责的科研课题项目组，触摸科研前沿、提前开展毕业论文科研活动。

3 结语

基础化学实验中基本操作技能规范掌握、科学态度和良好科研习惯养成、协作创新等科学素质培育与相关专业培养目标相通，是学生学习发展专业知识技能的坚实物质基础。在基础化学开放实验室进一步优化建设实践中，探索运用“同质异形”教学法：利用“同质化”训练强化实验基本操作技能熟练规范掌握；利用“异形化”应用练习激发学生主动探究兴趣，有效提升综合运用能力；利用合适的考核激励机制保持学生的参与热情和关注度，有效进行分类多层次个性化教学服务。随着信息技术与教学科研活动的深度融合和开放实验平台建设的逐渐完善，师师、师生、生生间互动沟通会越加频繁，同而有异、注重团队协作创新应用的“同质异形”教学法在基础化学开放实验室运行实践中也许更有生命力。

【参考文献】

[1]陈敏，张声森，周家容，刘华日，羊海军，罗志刚.公共基础化学开放实验平台的优化建设与实践[J].实验室研究与探索，2016，35（3），229-231，254.

[2]王晓华，王杰，李海燕，杨会如，羊海军，王红.高校开放实验室建设的探索[J].实验室研究与探索，2013，32（9），219-221.

[3]杭莉.国内外实验室管理对比及对开放实验室启示[J].智能城市，2017，12，43-45.

[4]薛峰，马骥.高校开放实验室的建设路径研究[J].实验技术与管理，2016，33（11），267-270.

[5]何洋，宋瑱，李东梅.“开放实验室”实验教学模式的实践与探索[J].教育教学论坛，2017，11，267-268.

[6]喻秋山，洪豆.高校开放式实验室建设与管理浅探[J].科技创业，2018，3，154-156.

[7]程静，赵挚，王梓平，李文芳，荣爽.高校开放实验室存在的问题及应对措施[J].卫生职业教育，2017，35（6），83-84.

[8]杨威，尚海茹，冯国奇，陈曦，牛恩利，李宁，甘强.高校开放实验室建设与管理体制探究[J].实验技术与管理，2016，33（3），255-257.

[9]王箫扬，张雄，张富春，刘斌，高瑞.对高校实验室开放管理机制的研究[J].山东工业技术，2018，5，179.

[10]黄正均，张栋，张磊，刘钰.多学科共用实验室开放与安全管理体系建设初探[J].教育教学论坛，2018，5，19-21.

[11]熊芳，杨成群.开放实验室运行机制在教学教研中的作用研究[J].黑龙江教育，2015，6，78-79.

[12]黎昂，曾利军.基于开放实验室的大学生创新项目教学和实践研究[J].现代盐化工，2018，1，114-115.

[13]蒲贤洁，欧增福，韩忠，何光宏.基于开放实验室的大学生科研训练项目实例[J].实验技术与管理，2017，34（3），237-241.

[14]魏绍亮，焦锋，程奉玉.基于创新型人才培养的开放实验室建设研究[J].教育教学论坛，2018，12，275-276.

[15]张建蓉，廖家耀，张娜，李红陵，宋丽，刘德芳.科研前沿研究热点纳入基础化学自主设计型实验的探索与实践[J].西南师范大学（自然科学版），2018，43（5），158-161.

[16]李学林，梁毅贺，天鹏.大学生开放实验室管理之导师制[J].现代交际，2018，7，147-148.

[17]苏辉兰，余炳锋，谢微，唐政.APP智能管理平台在开放式实验室安全管理模式中的研究与实践[J].轻工科技，2018，34（7），80-82.

[18]朱小娟.开放实验室网上预约平台的设计与实现[J].周口师范学院学报，2018，35（2），109-114.

[19]耿学宇.基于云平台的开放实验室管理系统[D].大连：大连海事大学，2015.

[20]曹秀娟.开放式实验室管理系统的设计与开发[D].长沙：湖南大学，2017.

[21]刘永红，文利柏，胡先文，王运，梁建功，吴承春.“互联网+”背景下的公共基础课教学改革的探索—以基础化学实验（I）为例[J].大学化学，2017，32（12），31-34.

[22]黄妙龄，解庆范，陈延民，许妙琼，肖春妹，连小兵.大学基础化学实验课程教学改革与实践[J].高教学刊，2018，6，104-107.

[23]孙红，董建，孙立平，王者辉.PBL教学模式在基础化学实验教学中的应用[J].现代教育装备，2018，5，53-55.

[24]蔡鹰，李思东，杨磊，黄娜，吴湛霞.基础化学实验教学模式创新探讨[J].实验技术与管理，2018，35（3），19-22.

[25]刘云，李杰.无机化学实验教学教改探讨与实践[J].科技信息，2012，8，164.

[26]李杰，刘宝林.个性化服务的高校实验室开放模式的构建[A].赵国祥，刘志军.高等教育研究（第二十一辑）[C].开封：河南大学出版社，2014，173-177.