“双一流”背景下农科院校综合化学实验课程教学改革与实践

曹秀芳，李雪刚，马忠华，马济美，石 炜

(华中农业大学 理学院，湖北 武汉 430070)

1 引言

建设一流大学和一流学科，是我国高等教育领域继“211工程”“985工程”后的又一国家战略[1]。“双一流”旨在提高高等学校人才培养、科学研究、社会服务和文化传承创新水平，把培养卓越拔尖创新人才作为大学的基本出发点。华中农业大学学科优势特色明显，园艺学和作物学学科群、生物学、畜牧学、兽医学、农林经济管理5个学科(群)入选国家“双一流”建设学科。该校始终坚持以立德树人为根本、以强农兴农为己任，坚持以学生为中心，以培养学生社会责任感、自主学习能力、实践创新力、全球胜任力为重点，打造一流本科教育，着力培养德智体美劳全面发展、担当民族复兴大任的新时代青年。

《教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知》指出，先进的实验教学体系、内容和方法“应当从人才培养体系整体出发，建立以能力培养为主线，分层次、多模块、相互衔接的科学系统的实验教学体系，与理论教学既有机结合又相对独立”[2]。在“双一流”建设背景下，传统的实验课堂教学模式已经跟不上现代社会飞速发展对人才要求的步伐，国内众多高校对实验教学模式进行了改革与探索[3]。

《综合化学实验》是该校应用化学专业的核心必修课，作为创新人才培养的关键课程，其目标是培养学生综合运用化学基础知识和实验技术的能力，提高科研素养，包括发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的综合能力，以及创新意识、学术规范意识、学术表达能力、团结协作精神等，以满足创新人才培养的需要。对学生掌握知识、应用知识的广度和深度也有了更高的要求，实验突出了知识的内在联系。在“双一流”建设背景下，为了提高学生的实践动手能力，培养其科研素养和创新意识，进一步促进理农结合，彰显农科特色，对实验教学开展了一系列改革与探索，建立了新的实验教学体系，并提出了相关的措施和解决方案。

2 综合化学实验教学改革举措

2.1 优化实验教学内容

《综合化学实验》着眼于学生综合实践能力的培养，使学生能综合应用化学知识、多种化学研究方法和技术，培养学生综合分析问题、解决问题的能力，培养学生的科研能力和探索精神，改造传统的实验教学内容和实验技术方法，加强综合性、设计性、创新性实验。综合了无机化学、有机化学、分析化学、仪器分析、物理化学和高分子化学的重要实验方法和操作技术，在化学一级学科的基础上安排实验内容，是几个实验的有机组合[4]。内容包括生物资源化学、农药化学、食品化学等学科，结合大学生课外创新项目与教师的科学研究项目等。将最新的研究成果融入教学内容，每一个实验基本上都包含了两个及以上二级学科内容，使得学生能从实际的化学研究，产品开发等方面培养解决综合性问题和实际问题的能力，更好地掌握科学研究和生产实践的思想方法和基本技能。

课程具体分为基础性综合实验，设计性综合实验，研究性综合实验3个层次[5]。基础性实验有详细的实验步骤，学生按照步骤就能完成实验；设计性实验只有实验路线框架，具体操作细节需学生自行设计，与老师讨论后，方案可行再进行实验；研究性实验属于探索性实验，学生与老师一起拟定一个题目，然后进行文献调研，文献整理，设计合理的实验方案，并拟定具体的实验操作步骤，与老师讨论后确定最终实施方案[6]。

在实验内容的选择方面，重视绿色化、现代化原则，强调化学在医药、农业领域的应用性，尤其是综合农业生物资源的应用，农产品中天然产物的提取分离、鉴定及应用，重要杀菌剂、卫生杀虫剂、食品保鲜剂、药物等精细化学品的合成，体现农林高校的特色[7]，着重培养学生的动手实践能力和专业应用能力。例如，药物阿司匹林的绿色合成及结构表征，学生分组查阅文献，设计不同合成路线，包括超声波辅助、维生素C催化等方案的实施，产物的分离纯化，通过熔点测定、红外、液相色谱-质谱联用、核磁共振等多种分析手段对化合物的结构进行表征和确证。

2.2 改革教学方法与手段

培养具有扎实的理论基础和较强的实践动手能力，具有一定创新能力，能独立从事相关工作的大学毕业生是努力的方向[8]。探索研究性实验教学模式，教学过程以问题为导向，采用开放式和研讨式的教学方法，讲授与指导相结合，引入多媒体辅助教学，使实验课堂教学环节具有规范性、科学性[9～12]。

运用雨课堂等现代化信息管理手段，教师在系统里提供实验讲义及相关文献，对学生进行分组，一般5～6人为一个小组，课前分小组调研文献，了解实验背景，明确实验要解决的问题。教师针对每一个实验的具体教学目标及内容，精心设计出课前预习问题，学生通过进门测试后方能进实验室。教师通过科学地引导学生进行独立学习与思考，使学生在课前就能明确学习目标与内容。课上学生每组派一个代表阐述本组的实验方案，教师引导学生展开讨论，确定最终实施方案，推进学生自主学习、合作学习、研究性学习[11]。如“肉桂皮中肉桂油的提取及衍生物的制备、表征”实验中，课前问题设置：①天然产物提取方法有哪些？②水蒸气蒸馏和索氏提取方法适用范围？其优势与不足分别是什么？③热敏性，挥发性天然产物提取方法的选择要注意什么？④粗提物分离提纯方法有哪些？课上通过讨论，一致认为对于挥发性肉桂油的提取采用水蒸气蒸馏方法更适合，且产物易提纯。

2.3 创新考核方法

科学合理的考核方式不仅能激起学生的积极主动性，还能提高学生的学习效率和实践动手能力[13]。采取了实验预习、实验操作、实验结果、实验数据处理与分析、实验报告书写、实验方案设计、期末考试等相结合的全方位考核方式。具体为：课前，通过雨课堂发布进门测了解学生预习情况；课中，根据学生的实际动手能力，实验操作是否规范，实验数据记录是否及时，实验结果与分析是否准确等方方面面进行考核；课后，根据学生实验报告的完整性，数据处理和分析的科学性，结果讨论的充分性等来考核[14]。

综合化学实验是在大学生第七学期开课，每年10月底本科毕业论文选题结束，学生经过本课程的训练，在综合能力方面有所提高，因此让学生以自己的本科毕业论文为题，通过文献调研，整理资料，设计一个合理的实验方案，此方案的设计占总成绩的10%。这样既可以锻炼学生运用知识的综合能力，又能督促学生很好的进入毕业论文开题阶段。

同时，对实验报告也进行了改革，采用科研论文式实验报告[15]，从文献调研、文献整理概括总结，到问题的提出，到具体方案的设计与实施，再到实验数据的如实记录、科学处理分析、总结与讨论，最后得出合理的结论，并给出切身体会和建议，整个过程渗透着能力的培养和综合素质的提高。摒弃了不动脑，把内容从教材照抄到实验报告上的撰写方法。培养了学生解决问题的逻辑思维方法，提高了学生概括总结表达的能力，提升了学生的综合创新能力。

3 结果分析与讨论

课程结束后，设置了课后问卷调查，以了解学生对教学效果的反馈。问卷调查显示，97.6%的学生认为教学内容设置合理；93.7%的同学认为综合化学实验课程增强了他们学习主动性，查阅、整理文献能力大幅度提升；89.8%的同学能够自主设计实验方案，自主学习能力、实践能力明显提高；94.5%的同学认为考核方式合理，客观公正，实验报告的书写需要花费较多时间；96.8%的同学认为课程的学习对思维的拓展，创新精神和科学素养的培养，以及后续毕业论文的开展有着很大的作用。

较好的教学效果和学生的高满意度，得益于结合该校办学定位和人才培养目标实际情况，在整个综合化学实验教学过程中分别从优化实验教学内容、改革实验教学方法、创新考核方式等3方面进行了教学课程的改革探索。首先，通过分层次的实验设计及教学内容的合理优化，使得教学内容和方式更具农林高校的特色；采用一个实验多种方案，融入新方法新手段，引入新的科研成果，开阔了学生的眼界，启迪学生的发散思维，为培养卓越拔尖性人才打下了良好的基础。其次，通过问题导向式教学及雨课堂等现代技术手段的运用，增加了学生与老师之间的互动环节；课后的总结与反思，学生撰写科研论文式实验报告等教学模式的创新将教师的“主导”与学生的“主体”作用最大限度地激发出活力，有利于培养学生的科研能力和探索精神，为过渡到毕业论文和继续学习深造打下良好的基础。最后，通过创新性的过程式考核模式，有效提高了学生的自主学习能力，重点突出对学生综合分析问题、解决问题和创新能力的考核，全方位、多角度，全面客观地评定学生的成绩，能够反映学生的真实水平。

4 结语

在“双一流”建设的背景下，教师必须改变教学理念，以科学思维为导向，融合多学科内容，强调学生的主体性，有利于卓越拔尖性人才的培养。通过综合化学实验的系统学习，学生对各学科的理论知识内在联系和实验方法有了更深刻的了解。在教学过程中倡导严谨的科学态度和科学思维方法，有利于教师的科研成果转化为教学资源，锻炼了学生的主动探索精神和综合实践能力，调动了学生的科研兴趣，为毕业论文和后续学习深造打下了坚实基础。