隨着我國高等教育制度的不斷改革和就業競爭的日趨激烈,用人單位已從單純的學歷要求,轉向對學生動手能力和綜合能力的考查。能力來源於實踐,實踐教學環節對於培養學生的實踐能力和創新能力尤爲重要,而實驗教學是高校教學體系和實踐教學的重要組成部分。如何利用實驗教學,提高學生觀察、分析和解決問題的能力,培養學生嚴謹的學術作風、實事求是的科學態度和創新精神,已經成爲高校實驗教學改革的重要目標。開放實驗是現代高等教育實踐教學改革的趨勢。近年來,我校化學實驗教學中心在對林業院校基礎化學實驗課調查的基礎上,分析了實驗教學存在的問題,利用現有資源對林業院校基礎化學實驗開放教學模式進行了一些探索,並取得了一定成效。
1 基礎化學實驗課的現狀與問題
基礎化學實驗是化學學科的重要組成部分,它既配合了化學理論的教學,又有相對的獨立性和系統性,對學生專業知識、實驗技能和創新能力的培養具有重要作用。化學學科是林業學科專業發展的基礎平臺,調查表明,目前林業高等院校的基礎化學實驗教學存在着如下問題:(1)多數化學實驗課程處於輔助和從屬地位,依附於理論教學,難以適應當今人才培養的要求。(2)開設的實驗內容與林業院校各專業結合不夠緊密,實用性不強,沒能貼近社會與生活,很少聯繫現代生產實際。 (3)教師講實驗目的、實驗步驟,學生按照實驗指導書或教師給出的實驗步驟進行實驗,操作機械。(4)大多數學生爲低年級學生,在動手、獨立分析問題、靈活運用所學知識等方面的能力較欠缺,僅靠課堂內實踐遠遠不夠。
在這種相對封閉的實驗模式中,學生課外進行實踐能力的訓練沒有得到充分引導;學生實驗處於被動狀態,很少創造性地改變實驗步驟或對實驗條件進行多種嘗試; 實驗內容缺乏吸引力,挫傷了學生的實驗積極性和主動性,限制了學生的求知熱情和創造性思維的發揮。因此,改革教學方式勢在必行。
2 建立基礎化學開放實驗教學模式
開放實驗是上課時間和內容在一定範圍內可由學生自行選擇的一種教學方式。開放式實驗教學有利於激發學生的學習熱情,培養學生的創新精神和實驗能力,還可以提高實驗室及儀器設備的使用率,發揮實驗教學資源的效益。我校化學實驗教學中心承擔了林學、生物學、材料學、環境科學等非化學專業的基礎化學實驗教學,結合學校基礎化學實驗室的設施條件,針對非化學專業學生,開展了開放化學實驗教學的嘗試,給學生提供自由探索和發展的空間,建立有利於培養學生實踐能力和創新能力的實驗教學體系。總結實踐工作,我們主要做了以下幾方面改革。
2.1 確定化學實驗的開放教學內容
根據各專業的人才培養方案,在制定化學實驗教學大綱時,考慮將基礎訓練和創新培養相結合、必要實驗和開放實驗相結合的教學模式。必要實驗項目主要是讓學生掌握基本的實驗技能。開放實驗教學內容選擇綜合設計性實驗,具有科學性、先進性和實用性的特點,並且具有一定創新性和綜合性。鼓勵學生自主開展實驗,由教師設計出貼近生活和現代工業生產實際、與林業專業有一定聯繫的實驗內容,涉及的化學知識和實驗技能面較廣,能引起學生的興趣。每門基礎化學實驗課都開設 2~4個可供開放教學的實驗項目,如無機化學實驗:測定物質的化學反應熱、海帶中碘的提取;分析化學實驗:食醋酸度的測定、雞蛋殼中鈣含量測定、水的硬度測定、土壤中有機碳含量測定;有機化學實驗:油脂的提取及鑑定、植物揮發性油的提取、色素的提取和分離;物理化學實驗:固體在溶液中的吸附測定、溶膠的製備淨化和穩定性測定。同時,學生也可自主選題,確定一些感興趣的實驗項目進行開放實驗。
2.2 確定化學實驗開放教學的方法
改變傳統的課時限制和進出實驗室的時間規定,採用課堂時間與業餘時間相結合,向學生開放實驗。實行半開放的模式,在實驗時間上,不是完全由學生決定,而是提供學生可選擇的時間段。充分運用校園網絡資源,將化學實驗開放教學與網絡學習相結合,把實驗電子課件、參考教案、實驗裝置照片、基本操作電教片等在網上發佈,學生可根據需要選擇網絡學習,幫助學生了解實驗內容,示範正確規範的實驗操作,提醒重要的注意事項。
實施開放實驗教學以學生爲主,教師爲輔。以植物色素的提取分離實驗爲例,我們提前一個月佈置課程任務,讓學生查閱文獻,在滿足科學性和可操作性的條件下, 根據資料自主設計實驗方案,寫出實驗預習報告。由教師組織班級學生集體討論,對每種方法涉及的實驗原理、具體操作步驟、實驗注意事項等都進行了詳細的分析討論。在討論中,發現學生對這樣的實驗模式興趣很高,積極查找資料,提出了各種實驗方案。如在材料的選擇上,有樹葉、菜葉或花瓣;提取中採用了常溫研磨法、直接溶劑萃取法、加熱攪拌溶劑萃取法等;分離上採用了柱層析法、薄層層析法;分析上採用了分光光度法分析、紫外光譜法。學生普遍反映,經討論分析,感覺思路更清晰,能有目的開展實驗。討論後,學生向教師預約實驗時間,實行課內學時有限開放實驗,提供幾個不同的時間段,學生自主完成實驗。在實驗過程中, 要求學生積極思考,認真操作,把實驗中的每個重要步驟及出現的實驗現象用相機拍攝下來,作爲原始的實驗記錄。實驗結束後,要求學生撰寫實驗報告做PPT文檔,並進行彙報交流,鼓勵有創新成果的學生髮表論文。透過綜合設計實驗,開放實驗教學,使學生真正得到創新性的訓練,培養他們的科研素質。
2.3 明確化學實驗開放教學的考覈方法
化學實驗開放教學,學生所做實驗項目內容不同,操作難易程度和要求不同,所以單一的考覈方式不能全面、客觀地反映學生對化學實驗的掌握情況。在考覈上,綜合學生必做實驗和開放實驗兩方面的表現,進行評定。對必做實驗項目採取現場抽籤進行實驗,考覈基本實驗技能,並以筆試考覈學生對基本實驗理論的掌握;對於開放實驗,主要在文獻資料的查閱、實驗方案的設計、討論課的表現、實驗操作的規範及實驗結果的有效性等方面對學生進行評價,這種做法激發了學生的學習熱情,對調動學生的'主動性和積極性,樹立良好的學風起到了積極作用。
3 建設實驗教學環境,保障開放實驗教學的正常進行
林業院校基礎化學實驗教學涉及的專業和班級多,使用的儀器設備和實驗試劑複雜,實行開放實驗教學,必將對實驗室的管理和教師素質提出巨大的挑戰,必須建設合理的實驗教學環境,保障開放實驗教學的順利進行。在實驗室使用上,優化配置,合理安排各類實驗室的使用,提高實驗室資源利用率。根據教學計劃的要求,針對大一、大二的學生,把每門基礎化學實驗安排在學年的不同學期,無機化學實驗和物理化學實驗主要安排在上學期,有機化學實驗和分析化學實驗安排在下學期,各類實驗室可以打通使用,以緩解開放實驗室的緊缺。建立健全各項管理制度,規範實驗室的開放和儀器設備的管理,嚴格遵守實驗室的有關安全管理規定。實驗開放教學開設後,實驗室每天接納的學生人數增多,儀器設備滿負荷運轉,實驗技術人員應加強對儀器設備的日常維護,確保開放實驗教學的順利開展。指導教師應加強對學生實驗素質、技能和嚴謹治學態度的培養,引導學生愛護儀器設備,對化學試劑要注重節約和環保。規定學生每次實驗結束後,要清點儀器設備並按規定放好,及時歸還借用的物品,填寫儀器使用記錄,經實驗教師或技術人員簽字後方能離開實驗室。