新工科背景下基础化学实验对大学生创新能力培养的研究*

梁小玉，刘小花，路朝阳，金显春，范彩玲

（河南农业大学 理学院，河南 郑州 450002）

为了形成新技术、新产业、新业态、新模式，推进农业院校“三全育人”综合改革目标，以及国家一系列重大战略深入实施，在新工科背景下，应将落实“立德树人”作为根本任务，将乡村振兴战略、培养知农爱农新型人才作为促进农业院校质量提升的重要途径。实施新工科建设将对人才的需求量大幅增加，对学生能力提升提出了更严格的要求，应大力培养适应基础教育发展需要、具有专业基础知识扎实、综合素质高的高级专门人才［1］。

基础化学实验课程是高等农林院校农科专业非常重要的基础课程，是非化学专业学生的第一门基础实践课程。该课程涉及到有机化学实验、物理化学实验、分析化学实验和无机化学实验等四门实验课程的内容，知识点和操作点涉及面广，并且该课程的学习也会对农科专业其他后续专业课或选修课的学习产生重大的影响［2-3］。对于该课程的教学体系应该打破原有的传统教学模式，将知识与专业能力综合，针对不同学科要求设计不同层次实验项目。因此，基础化学实验作为一门以实验为基础的科学，立足于化学学科，强调化学实验的系统性，内容上突出院校的学科特点，实施过程中尽量做到典型、实用、先进，力争培养农林专业的学生对化学基本理论和概念的理解，提高他们运用化学知识解决专业实际问题的能力。

1 新工科背景下对人才培养的要求

由于对大学生授课大多还是传统的课堂授课，这就导致师生在课下的交流非常少，学生缺乏动手能力，学生的精力主要集中在理论知识的学习与复习，不能把理论知识运用到实践应用中，对学科的基础知识的综合运用能力还有待提高［4-6］。新工科背景建设下，对大学生人才培养的要求发生了改变，主要要求如下：

1）实用性要求。学生在掌握好理论知识的同时，还要注重集中目标，将理论和实践相结合，不能只会纸上谈兵，应灵活运用自己的理论知识在实践中发挥重要作用。

2）交叉性要求。学生在掌握好自己专业课程的基础上，还要积极与其他相关专业构建联系，学会知识的融会贯通，在形成自己的知识体系后，遇到实际问题能更加全面的分析并解决。

3）综合性要求。学生要德智体美劳全面发展，一方面需要掌握好专业知识，另一方面应多加锻炼拥有良好的体格，还要在保持积极、乐观、向上的生活态度的时候能够拥有良好的品格，及具有遇事灵活变通的能力。

2 基础化学实验对人才培养的要求

传统的大学化学实验包含四门实验课程，分别是有机化学实验、无机化学实验、分析化学实验和物理化学实验，即传统的四大化学实验的相关理论和实验内容。四大化学的每门实验课程单独开设，学时分散，不能紧跟对应的理论课程；另外，实验教学大都放在了基础操作、技能训练、及验证实验上，导致学生动手能力和创新能力较为薄弱［7-9］。

基础化学实验作为高等农林院校相关专业的专业基础必修课，是培养创新型综合新农林高素质人才的重要组成部分。基础化学实验不仅是学生学习大学化学综合化的基础，同时也是学习农林专业知识的基础，所以在大学农林等专业化学实验教学中占据着重要地位。但是，传统农林专业基础化学实验在教学过程中存在诸多问题。比如学生生源不同、教学目标分散、教学地位和相应课时不匹配、学生的基础化学实验无法与理论课同步进行、就无法调动学生的学习积极性；受学时限制教学方法和教学过程单一、专业分散而教学资源有待增多、有的实验内容与学生所学专业知识脱节、导致学生无法用所学知识解决实际中遇到的问题等。

针对上述问题，在顺应当前新工科建设的背景下，通过不断优化、有机融合传统四大化学的课程特点，基础化学实验在实验内容、教学方法、教学手段等方面均发生极大的改革，使得实验项目具有更强的综合操作性。根据不同专业、学生的不同背景开展探究性实验、创新性实验、验证性实验等不同类型、不同层次选修实验项目，这样可以解决学生生源地不同带来的教学学情差异，增强学生的学习信心；同时，也可以充分满足学校对人才培养时因材施教的要求，为教学改革探索出一条行之有效的新路径。

在新工科背景下，基础化学实验对大学生的培养有如下要求：

1）理论知识要求。新工科背景下，根据学校高素质人才培养要求，农林专业学生既要根据自身专业需要和基础化学实验能力的要求，依据设立的对应专业基础化学实验充分掌握实验教学体系，同时还要兼顾相应的理论知识体系。按照实验教学大纲的内容，保证学生能够根据自身专业需求和实验能力的要求，分阶段分层次学习。这是由于基础化学实验课程设置在大一第一学期，不同生源的学生高中阶段的化学知识结构复杂不一，学习背景层次、理解能力等都不同。在实验前预习教材，结合理论知识写出完整的实验预习报告，明确实验目的、实验原理和实验步骤。教师根据学生的预习报告，掌握学生的基础，做到因材施教，达到既保证教学目标的实现，又能充分照顾到不同学生学习水平的差异，这些对教师来说会是个极大的挑战［10-11］。

2）逻辑能力要求。在实验过程中，要注重培养学生的逻辑思维能力。在实验项目过程中不要采用灌输式的方式让学生机械执行规定的实验步骤，这样很容易使学生的思维被限制，不能获得思维创新能力的提高。学生需要将已学理论知识理解掌握，灵活变通。在实验过程中遇到不常见的问题时，要根据已学知识及脑海中所形成的思维导图，快速灵活的分析问题，养成良好的实验观察能力和思维创造力。

3）实践能力要求。大学生大部分时间都是在课堂里接受知识，进实验室的时间极其不足，使大学生对基础化学实验的理解大都只停留在书本，导致学生的实践操作能力减弱［12-13］。在新工科背景下，基础化学实验在大学生培养中对实践能力的要求大大提高。高校在开展基础化学实验教学的过程中，还需要了解未来企业对人才的需求标准，选择采用较强综合性的实验项目，大力培养学生的创新性和实用性，真正增强校企的深度融合，把握人才培养方向。

4）总结能力要求。总结是对已学知识的一种归纳。通过归纳总结，可以将肤浅、表面的感性认识上升到系统、全面的理性认识，加深对知识的理解，将已学的知识形成一套比较清晰的知识体系，利用简洁的语言、清晰的逻辑将实验的关键点和重难点知识描述出来，把复杂的实验过程变得浅显易懂。

3 基础化学实验对大学生创新能力的培养

我国《高等教育法》明确规定：高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。因此，在大学生培养过程中，应按照知识、能力、素质三方面同步发展的培养模式，加强对大学生创新知识的传授，注意培养大学生的创新能力、实践能力以及严谨的科学态度，培养出具有创新精神和实践能力的高素质大学生。

在新工科背景下，基础化学实验对大学生创新能力的培养分为以下四个方面：

1）培养大学生对理论知识的掌握能力。教师在实验前要求学生充分预习，明确实验原理、实验内容和实验目的，并且在实验开始之前检查学生的预习情况，要求学生用自己的语言来概括实验过程，可以将此作为实验考核平时成绩的一部分，完成较佳适当给予加分。教师讲授时可以理论联系实际，列举日常生活中碰到的相似的问题，增加学生对实验内容的积极性和关注度，同时也可以达到举一反三的效果。实验过程中，教师还应该注意规范学生的正确操作，只有学会正确操作，才能逐步熟练掌握实验，才可以在原有基础上进行创新能力的提升。但是，很多学生受高中灌输式教学模式的影响，进入大学比较难适应主动式学习，导致学生对老师提出的课前预习的要求，不能引起足够重视。大多数学生都只是简单的抄写一遍实验内容，等到老师课堂讲授演示操作后，学生照搬书本步骤机械的完成实验。

2）培养大学生的逻辑思维能力。无论是在传授理论知识还是在讲述实验操作时，教师可以先导入问题，以启发式教学方式进行传授，促进学生对实验的思考，有助于提高学生的逻辑思维能力。在日常理论教学中也可以有意的引导学生对知识有一个串联。在实验操作时不应呆板的一味照搬书上的实验步骤、操作，可以让学生在此基础上提出自己的想法，当想法不合适时不应全盘否定，应给出相应的建议，指出问题所在，引导学生朝着正确的目标前进；或者课前预习后让学生自己设计一个不同的实验方案来完成实验项目，这样的过程需要学生独立查阅资料、改变实验条件，激发学生的自主学习、自主探索和相互交流，由此达到培养学生的学习和动手兴趣、增进学生的发散思维、扩大知识面。

3）培养大学生实践能力。大学生接受知识大部分是在课堂上，所以实践能力相对薄弱。教师除了实验课上演示规范操作外，针对每一次实验课中的每一个基本操作都应该明确相应的操作要点或注意事项，在实验课堂上巡回检查时，及时纠正学生在实验过程中出现的操作错误，对于普遍出现的错误操作，可以集中再一次进行示范操作讲解［14］。此外，教师在“小班化”的实验教学过程中，可以采用翻转课堂教学模式，让学生通过预习掌握知识要点，在课堂上自己演示一些自认比较重要的操作步骤或实验装置的安装，增强学生自主学习的能力和实验动手能力［15］。另外，老师应该尽可能的增加学生进实验室的机会，让他们在自己动手的过程中提高自身的实践动手能力；课下还可以适当布置一些和生活相关的实践作业，以此去培养学生的实践应用能力［16-17］。对于在实验平台相对不足的情况下，利用现代化的多媒体教学手段，可以建立虚拟仿真实验教学平台。学生利用虚拟仿真实验教学平台中的虚拟仿真实验库，在多次重复练习操作的情况下，实现虚实完美融合；教师根据平台后台记录，也可以更全面的掌握学生实际情况，有针对性的调整线下课程内容［18］。

4）培养大学生的总结能力。在理论知识教学时，每章结束时让学生用简洁、总结性的语句，或者逻辑比较清晰的思维导图去概括，以培养学生的总结能力［19］。另外，每次基础化学实验后，学生根据所学知识、实验操作和实验数据，借助于软件作图，整理实验结果进行组内分析讨论，针对实验过程中出现的问题进行相应分析，最后总结实验经验、撰写一份完整的实验报告，这部分工作是整个实验的关键环节。实验老师根据学生的实验报告指出学生相对应的问题，同时针对具体的问题教师也应该进行教学反思及完善教学方法的改进，真正改变师生关系，做到以学生为中心的教学。

作为教师，在基础化学实验课的教学过程中始终要坚持训练学生的基本技能、重视学生实验能力的提高、激发学生的创新意识，不断改进实验教学方法，达到不断推动基础化学实验教学的发展的目的［20-21］。

4 结束语

基础化学实验教学是高等农林院校本科专业人才培养的重要组成部分，是理论联系实际的一个非常重要的环节。在新工科背景下，基础化学实验对大学生的要求，以及该如何对大学生进行基础化学实验创新能力的培养是我们教学改革刻不容缓的事情。教师是基础化学实验教学过程中的引导者，需要在讲授教学内容时立足学生实际，以多元化的课堂来引导学生主动参与，帮助学生养成比较好的归纳总结能力，为后续的综合能力的提高奠定坚实的基础；同时，教师也需要充分了解到创新能力在基础化学实验中的重要性，在以后的教学中要更加注重创新能力的培养。在基础化学实验的教学过程中，时刻关注对学生动手能力、学习能力、科研能力、协作能力的培养，对学生学习兴趣的激发等。紧跟当前教学改革的大方向，通过利用基础化学实验的综合性特点，体现出学生掌握四大化学知识与个人能力的综合性和完整性的表现，提高基础化学实验教学效果在高等农林院校不同专业中的重要作用。