高校化学实验课程的作用及改革方向探索

尚成新 郝俊生

(1. 山西大学 化学化工学院，山西 太原 030006;2. 山西大学 国家级实验教学示范中心，山西 太原 030006)

化学是一门实践性很强的基础学科，依靠化学实验课程可以将理论知识应用于实践，也是高校化学化工类专业必要的教学环节。化学实验是化学学科教学的重要方式之一，在训练学生实验技能、培养科研习惯、提高创新思维等方面的重要性不言而喻。实验教学是高校教学体系的组成部分，在实验人才建设方面具有不可替代的作用，也是培养学生科研创新能力和实践能力的关键环节[1-3]。所以，实验课程在化学教学体系中具有极其重要的地位。

1 化学实验课程的重要作用

1.1 实验人才队伍的建设

化学实验教学离不开一支高水平的教学队伍，其中包括授课教师、实验技术人员、管理人员等。授课教师多为具有实践经验的理论课教师，或为实验中心的专职教师，他们自身的教学水平决定了实验课的效果。实验技术人员负责实验课的准备、实验材料的采购、实验中心的日常管理等，是实验教学的保障，每个环节都离不开他们的日常工作。因此，教学队伍的水平，决定了实验教学效果的好坏。高校应认识到实验队伍建设的重要性，在人才引进、职称评审、项目立项等方面，应具有完善的政策制度[4,5]。

在实验队伍建设过程中，应注意以下问题。第一，人才队伍的结构要合理，人员数量、年龄学历、专职教师与兼职教师比例等，要形成良好的人才梯队。第二，实验员岗位的稳定性。化学实验技术人员负责实验仪器的准备和实验室的日常管理，工作内容繁杂、细致、耗时多，是化学实验能否顺利开展的重要环节。第三，专职实验教师的进修制度。由于专职实验教师课程较多，知识体系更新较慢。化学实验教学中心应完善其进修制度，建议每年都要有一次进修机会，可以是在岗培训也可脱产进修。只有教师的知识内容不断更新，才能提升实验教学水平。第四，为实验技术人员科研创造条件。随着高学历人才加入实验教学队伍，实验技术人员的水平越来越高，不再仅仅满足于实验教学，将有更多精力投入到科研中。实验教学中心应为有科研能力的人员提供条件，促进教学与科研协同发展。

1.2 学生科研能力的培养

化学实验是建立在理论课基础上的实践性内容，是高校本科生提高实验水平的主要途径。部分学生在进入化学实验室前，没有接触过化学实验，甚至不认识常见的玻璃仪器。对于本科生而言，实验的过程就是科学探索的过程，在实验过程中，可能会遇到各种各样的问题，需要自己去思考去解决。在预写实验报告时，各种试剂的性质、实验操作规范、数据采集方法等，都需要自己提前熟悉。实验条件的选择，可能需要多次探索尝试。实验结束后，要及时处理数据，科学分析实验结果，推导出正确的结论，并用理论知识加以解释。

化学实验课程对学生能力的培养，体现在三个方面：一是认识熟悉常见的仪器，学习使用方法，做到独立操作。二是提高基本的实验操作，提高动手、观察、思考的能力。三是培养创新精神和科研习惯，遇到科研难题要学会发现问题、分析问题、解决问题。

为了培养本科生的科研能力，很多高校都开设了创新性实验。这需要学生自己去查阅文献，找到实验方法，学会设计实验方案，动手做实验去验证可行性，写成实验报告，对结果加以论证。整个过程，不仅锻炼了学生的基本操作能力，还激发了学生的学习兴趣，培养了创新精神和实践能力[6]。

1.3 教与学的促进过程

实验教学既是教师传授实验技能、学生学习知识的过程，又是教与学相互影响、相互促进的过程[7]。实验教学中，第一是“教”，教师需要把知识、技能、习惯传授给学生。这个过程与理论教学不同，需要面对面地指导，更要注重言传身教，是教师自身能力和素质的集中体现。实验课上每个学生的能力和水平都有差别，因材施教显得尤为重要，针对不同的学生，方法各异，不能一概而论。化学实验教学中不仅要教会学生掌握实验的基本原理，提高操作技能，更要传授实验的设计思想，培养勇于实验探索的习惯。实验教学的第二方面是“学”。首先是观念的转变，传统的“传道受业解惑”已经不能满足现代教育的需要，只有不断提高自身能力，不断更新知识水平，才能跟上教育改革的步伐。教师在传授知识时，还要重新审视自己的教学过程，根据学生的反馈，进一步总结经验，丰富自己的教学内容，提高教学水平。学生思维活跃，实验过程中常常会给教师提出一些新问题，启发教师去思考，思想的一个“闪光点”往往可以成为一个新的研究课题。在化学实验的教学实践中，教师需要不断研究教学规律和学生特点，提高教学的针对性，同时利用教学中的学生反馈，不断提高自己，促使“教”与“学”和谐发展。

2 化学实验课程的改革方向

为了具体分析目前国内高校的化学实验课程，调研了19所院校，这些院校中有15所是2017年9月教育部、财政部、国家发展改革委联合发布的《关于公布世界一流大学和一流学科建设高校及建设学科名单的通知》中的世界一流大学建设高校，还有4所是世界一流学科建设高校，且具有教育部在2005—2015年遴选出的化学类国家级实验教学示范中心。结果见表1。这19所院校，无论是一流大学建设高校，还是一流学科建设高校，在化学化工学科，整体实力比较突出，排在全国高校的前列。通过对其调研发现，化学实验课程呈现出新的发展方向。

表1 部分高校的化学实验课程

2.1 课程设置日趋完善，突出教学特色

目前多数高校的基础化学实验课，都延续了传统的课程设置方法，分为无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、仪器分析、综合化学、化工实验……。其中无机化学、分析化学、有机化学和物理化学，被称为四大化学，在这19所高校中，都开设了这四门实验课，占到100%。在此基础上，开设仪器分析、综合化学实验、化工实验课程的分别有15所、6所、9所，占到的比例是78.9%、31.6%、47.4%。可以说，高校基础化学实验主要由以上七门实验课组成，共同构成了实验教学体系。

除此之外，各个高校更加突出了自己的教学特色。比如，清华大学基础化学实验教学中心近年来新开设了《化学生物学实验》、《现代高分子化学实验》、《计算化学实验》课程。北京理工大学开设了与纳米材料、功能材料、银纳米粒子相关的材料化学实验。中国农业大学开设了《胶体化学实验》，包括电渗法测定胶体溶液的电动势、硫悬浮剂的制备及表征、固体颗粒的沉降分析、电泳、离子液体的表面活性及胶束化性质等实验项目。各个院校开设的实验课程多数都会与理论课程相关，院校的课程体系决定了实验教学内容的差别。

2.2 由简到繁，构建多层次教学体系

大学化学实验课程的设置，各高校间略有差距，但基本上都遵循了由易到难由简到繁的规律，如大一开设无机化学、分析化学，大二开设有机化学、物理化学，大三开设仪器分析、综合化学实验、化工实验、高分子化学、材料化学等。从教学内容上，可以细分为基础性实验、综合性实验、专业性实验。基础性实验的目的是让学生熟悉实验仪器，掌握基本操作技术，无机化学、分析化学、有机化学、物理化学都属于基础性实验。综合性实验，主要是将无机物或有机物的合成，与仪器分析课程结合起来。专业性实验，是针对各个专业或不同研究方向而开设的特定实验，具有专业选择性，化工实验、高分子化学实验、材料化学实验基本都属于这一范畴[8,9]。

从实验的性质上，归结为验证性实验、综合性实验、研究型实验。目前各高校开设的化学实验中，验证性实验比例较大，只需按讲义把实验结果重复出来即可，是对本科生的最低要求。综合性实验是将多个知识点结合起来，包含化合物的制备、物理化学性质测定、含量或结构测定等内容，是对学生更高层次的要求。研究型实验，主要来源于科研项目，需要学生自己查阅文献，设计方案，解决科研中的实际问题。

对学生能力的培养，由低到高分为三个层次，基本操作能力、科研思维能力、创新能力。通过基本操作训练，学生学习各种仪器的使用，可以独立进行实验操作，学会观测实验现象和数据处理。化学实验不仅教授技术知识，还要训练学生运用化学知识和实验方法，解决实验中的各种问题，初步培养科研思维。最高层次的要求是，在追踪学科前沿时，能及时发现新问题，提出有创造性的思路，这是对学生培养过程中创新能力的体现[10,11]。

2.3 教学内容不断更新，与科研有机结合

教学内容是实验教学的核心要素，教学内容的不断更新也是教学改革的基础。然而在“重科研轻教学”“重理论轻实验”传统思想的影响下，实验教学往往不受重视，导致实验课程体系不完善、教学内容陈旧，实验教学与科技成果脱节严重。近几年来，随着对教学的重视程度有所提升，这些情况有所改善，各高校都在寻找解决办法[12,13]。

及时更新实验教学内容，是高等教育中教学改革的一项重要内容，最直接有效的一种办法就是与科研相结合，加强科研成果向实验教学转化，把科研项目中的研究内容转化成实验项目，作为基础化学实验的项目来源。福州大学的措施是，把本科生的开放性创新实验与导师的科研项目结合，鼓励教师将自己的科研成果融入到实验教学中。通过把科研项目转化为教学内容，实验课程的内容能够及时更新，与学科前沿相结合，同时任课老师的积极性提高，实现实验教学与科研的协同发展。

教学与科研的协同作用，主要在两个方面：科研工作可以提高教师的知识积累水平，提升对本领域的熟悉程度，为教学打好基础，同时科研成果能够丰富教学内容。教学对于科研也具有推动作用，高水平的教学要求教师对自身的研究领域有着全面精深的理解，迫使教师的科研工作必须更加专业化，促进了科研工作的提升。

2.4 倡导绿色化学

化学实验不可避免地会使用各种化学原料，甚至有些是毒性大、易燃易爆、易挥发、有腐蚀性的材料，处理不当势必会污染环境。化学实验过程中，部分学生没有按规定处理废弃物，甚至随意丢弃化学品，都会带来安全隐患，绿色化学意识淡薄。随着整个社会环保意识的增强，绿色化学的呼声越来越高，因此，高校化学实验课中，必须及时将绿色化学的内容融入到实验教学中[14]。

在高校的化学实验中实现绿色化，需要从几个方面入手：第一，引导学生树立绿色化学的观念，化学实验方法得当可以做到低毒、无污染的水平。第二，调整实验内容，选择低毒性的实验材料，从根本上降低环境污染和实验人员的身体危害。第三，改变实验反应的条件，在原料固定的情况下，提高转化率，减少污染物的产生。第四，对于实验产生的废液和废气，尽可能回收再利用，妥善处理。第五，实验过程中规范操作，培养学生良好的实验习惯，尽量少用化学药品，杜绝浪费。第六，实验规模上，由常量操作向“微型化”转变，减少试剂用量，提高安全性，降低污染。

2.5 开放式实验教学

传统的实验教学模式中，实验作为理论课的辅助课程，学生只能在规定好的上课时间来实验室，完成既定实验项目。实验时，只需按照实验教材中的步骤完成操作即可，主要练习实验操作技能，对科研思维、创新意识的培养没有要求，不利于大学生综合能力的提高。

因此，近年来有多所学校设置了开放式实验，由学校实验中心提供实验条件，给学生提供科研训练的机会，学生可以自主选择实验项目，进行实验训练和学术研究。这个过程中，学生成为实验教学的主体，可以根据兴趣自拟实验项目，主动去查阅文献，找思路、找方法，完成课题。而实验教师作为辅助角色，起到理论指导、保障安全的作用。开放式实验是实验模式与教学方式的新形式，有可能成为培养综合性创新人才的有效途径[15,16]。

开放式教学与传统实验教学相比，优势体现在很多方面。第一，时间上更自由。学生可以利用课余时间，自行安排实验进度，既充分利用了在校时间，又调动了实验积极性。第二，提高了实验项目的兴趣性。学生可以根据自己的兴趣，选取实验的材料和方法，在教师辅导下，按实验方案自主开展实验活动。第三，对学生科研能力的提高。这个过程中，几乎各个环节都有学生自主完成，在查询资料、研究思路、方案设计、数据分析等方面，对学生能力的培养效果显著。开放式实验课程类似于科研活动，促使学生的思维不拘泥于传统实验的特定程序，需要主动提出自己的观点，激发探索精神，去钻研问题，培养了创新意识。

3 结语

化学实验教学处在实践教学的前沿，在整个化学学科的教学体系中占有重要作用，既是高校实验教学队伍建设的阵地，又是培养学生科研能力的平台。随着教学改革的发展和对实验教学的重视，近年来呈现出新的发展趋势，由简到繁构建起多层次的教学体系，教学内容不断更新，教学与科研有机结合，绿色化学观念深入人心，开放式实验教学逐步得到认可，这些都给实验教学的改进指明了方向。