基于創新人才培養的基礎化學實驗論文

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一、農業院校基礎化學實驗教學中存在的一些問題

拔尖創新人才的重要標志是“寬厚扎實的知識基礎、開拓進取的創新能力、求真求實的實踐精神、開闊前瞻的國際視野和穩健卓越的領袖素質”。如何培養拔尖創新人才已成為高等學校教學改革的熱點。化學實驗教學是化學及相關基礎學科培養人才的重要環節，不僅要使學生掌握寬厚扎實的化學實驗基礎知識和基本技能，而且對于拔尖創新人才必備的好奇心、思維水平和實踐能力的培養具有關鍵性作用。但是，目前農業院校基礎化學實驗教學內容、教學模式及考核制度等的改革還不能完全適應培養拔尖創新人才的要求，主要存在以下問題：

1．實驗內容比較陳舊，綜合和設計型實驗較少，反映現代化學在農業生產上應用技術的實驗更是寥寥無幾，學生的科研素養和綜合能力有待提高；

2．過多強調基本理論和基本技能的練習，學生的學習興趣和創新思維受到抑制；

3．過多強調老師的主導性，忽視學生的主體性，學生的科學思維訓練不足；

4．過分強調教學計劃、培養目標的統一性，學生的個性和特長被忽視；

5．考試形式單一，難以激發學生學習的積極性和主動性，不利于學生創新能力的培養和個性的發展。

二、改革基礎化學實驗教學，培養拔尖創新人才

（一）凝練典型實驗，設計科研實驗

隨著現代農業對拔尖創新人才需求量的不斷增多，高等農業院校基礎化學實驗教學必須把“重基礎、突個性、強實踐、跟發展”作為課程教學內容改革的指導思想。扎實的知識基礎是拔尖創新人才必備的條件，是創新的基石和保障，因此，基礎化學實驗教學第一學期，在通盤考慮“知識點”的前提下，對“普化、分析、有機”三大塊基礎課化學實驗教學內容進行重組和凝練，設計系列典型實驗。例如“乙酸丁酯的制備”是我們精選保留的典型實驗，其實驗原理涉及化學平衡、平衡移動、液－液萃取、酯化反應等眾多基礎理論，實驗步驟包含回流分水、萃取、干燥、蒸餾等有機化學基本操作，在此基礎上，我們對實驗的設計采用常量與半微量實驗對比的方法，有針對性地培養學生“綠色化學”理念。通過一系列典型基礎實驗的訓練，使學生具備寬厚扎實的知識基礎。我校拔尖人才培養班包括食品工程、動物生產、植物生產、動醫醫碩和生物科學專業。針對各專業特色，我們將實驗內容與相關專業發展相結合，與生產實際相結合，與教師科研成果相結合，不斷調整相應的教學內容，加快知識更新的步伐，實現教學內容現代化。基礎化學實驗課程第二學期，開設一些具有專業特色的創新、開放的科研實驗。例如，從植物、動物機體中提取活性多糖的研究，并采用大孔樹脂、SephadexLH－20凝膠樹脂對這些活性成分進行初步純化，以及大豆分離蛋白的提取及功能研究、生物農藥的制備、除草劑和安全劑制備及初步表征等等。設計科研實驗使學生能夠涉獵更多更廣的研究領域，以激發起“好奇心”，提高思維水平和實踐能力。

（二）應用靈活多變的教學模式

1．構建混合式化學實驗教學模式

混合式教學（BlendingLearning），是將傳統學習優勢和以網絡為主的電子學習的優勢結合起來的一種教學模式，既能發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又能充分體現學生作為學習主體的主動性、積極性與創造性。基于這一思想，我們構建并實踐了混合式基礎化學實驗教學模式。在詳細分析農業院校學生的學習特征和學習需求基礎上，我們構建和完善了基礎化學實驗網絡教學平臺，包括便于學生預習的教學大綱、教案、常用軟件及視頻錄像；利于師生課下進行適時互動的在線答疑、報告上傳系統；有助于學生基礎實驗技能提高的基本操作和虛擬實驗系統；拓寬學生認知水平的課外閱讀和國內外相關網站鏈接。在實驗教學過程中，教師以網絡平臺為支撐，以學生為主體，根據學生個體的差異和實驗內容的不同，引導學生進行主動學習、網絡學習、探究學習和團隊學習。“主動學習”和“網絡學習”是學生課下利用基礎化學實驗網絡教學平臺進行自主、交互的學習方式，教師通過課上提問、學生講解及學生演示的方式對學習效果進行檢驗。“探究學習”是在實驗過程中，當學生遇到某些事先未預料到的狀況時，教師通過師生共同探討，啟發學生如何思考并合理地解決問題，鼓勵學生勇于嘗試創新，引導學生主動地去學習一些新知識來解決實驗中無法解釋的一些實驗現象和結果，而不是直接給出解決問題的方案。探究式學習模式可以加深學生對實驗內容的理解，保護學生的好奇心，提高學生發現問題和解決問題的能力。“團隊學習”是指在完成一些綜合設計性實驗時，學生在教師的協助下完成分組、選題、資料收集和分析，通過組內成員的協作，共同完成任務設計和實施，最終形成報告。團隊活動有利于發展學生的思維和實踐能力，增強學生的溝通和包容能力，有助于培養小組負責人的領袖素質。混合式實驗教學模式，不僅能夠更好地實現拔尖創新人才培養目標，而且能夠科學地整合教學資源，使基礎化學實驗課程教學效果達到最優。

2．構建拔尖生優秀教師制的化學實驗教學模式

實驗教師的素質已成為培養高校學生實驗能力的“瓶頸”，在一定意義上，高校實驗教師的素質對提高實驗教學質量和科學研究水平起著決定作用。因此，為將農業院校的實際情況與所培養的拔尖人才數量少的優勢相結合，我們在大一基礎化學實驗教學中引入拔尖生優秀教師制。一方面，充分利用基礎課授課學院最好的資源，安排省教學名師、省教學新秀、教授、博導等為拔尖生上課，使這些學生能夠得到優秀教師的教育和培養；另一方面，拔尖學生可以根據各自的專業特點及個人愛好從這些優秀教師中選擇導師，并成為導師科研團隊中的一員，進行初步的科研訓練和實踐。拔尖生優秀教師制培養模式不但可以使學生盡早進入科研團隊，盡快掌握基本實驗技能，而且學生可以從優秀老師那里學到發現問題、解決問題的基本科研素養，這些都是拔尖創新人才必備的基本素質。實踐表明，以優秀教師為紐帶的實驗教學模式對學生而言是一個全新的磨合過程。在開始階段，因受傳統學習模式的影響，學生中肯定會出現不適應的情況，特別是一些自主學習能力不強的學生，此時必須發揮指導教師的作用，積極扶持，保證拔尖生盡快適應課程學習和科研訓練的節奏。當然，此種模式對指導教師也是一個全新的挑戰，若要保證拔尖生學習效果，教師必須提高自身綜合能力和素養。總之，以優秀教師為紐帶的實驗教學模式在對學生精英意識的培養、個性化培養及主動實踐能力的強化等諸方面都取得了相應的成效。

3．構建三維度化學實驗競賽體系

化學實驗競賽是全面考核學生化學實驗技能和創新能力、檢驗化學實驗教學效果的有效手段。為提高拔尖創新人才思維水平和實踐能力，我們構建了三維度化學實驗競賽體系，包括基礎實驗競賽、綜合實驗競賽和學科競賽三個模塊，參賽學生為我校食品工程、動物生產、植物生產、動醫醫碩和生物科學專業拔尖班學生。競賽參照國家化學實驗競賽模式，略作調整，各參賽專業在賽前一周向組委會提供一份5人的參賽學生名單。競賽安排在每年的七月份舉行，為期3天，內容包括實驗基礎理論考核（筆試）及實驗操作考核。競賽中的操作考核一般進行2天時間，每天從上午8點半開始，至下午3點結束。我們將操作考核分兩個階段，第一個階段是綜合實驗競賽階段，考核方向分別是普化、有機和分析，每個專業的5名同學在進考場前抽簽確定自己的操作方向。第一階段競賽結束后，各專業成績最高的2名同學進入第二階段競賽。第二階段競賽是能夠體現各專業學科特征的學科競賽，實驗題目體現各專業的前沿內容，每個專業進入該階段的2名學生自動組成一組，協力完成實驗。競賽的層層推進，能較為全面地考查這些拔尖學生的基礎、綜合、創新實驗能力。此外，實驗競賽操作考核能夠提高學生的自信心，夯實學生的實驗基本技能，培養學生實事求是的科學態度、相互協作的團隊精神和勇于開拓的創新意識，使拔尖人才脫穎而出。由于我校三維度化學實驗競賽體系的構建尚處于起步階段，還存在一些不足，今后我們將在實驗題目的選擇、參賽選手的培養模式及提高師資隊伍水平等方面進行更加深入的探索和實踐。

（三）建立教考一體化實驗考核模式

為實現培養農業拔尖創新人才的目標，我們探索和構建了一種既能評價學生對實驗技能的掌握程度和應用水平，又能調動學生學習積極性和主動性的教考一體化模式。

1．將期末考試分散到整個實驗課程中。第一階段是基本操作考核，檢查學生對容量瓶、滴定管等使用的掌握情況，考核結果將對學生基本實驗技能的掌握起到促進作用，同時幫助教師及時發現問題并予以糾正；第二階段是綜合設計實驗考核，學生隨機抽簽，查閱資料，設計方案，獨立完成實驗，以訓練獨立分析問題與解決問題的能力和將理論與實際結合的能力；第三階段是創新實驗考核，以小組為單位進行，實驗題目與各拔尖班專業方向一致。通過三階段實驗考核，一方面學生在實踐能力、綜合能力和創新能力等方面都得到了培養和提高；另一方面適時的實驗考核能及時把學生在每一階段的學習現狀反饋給授課教師，教師及時調整教學內容和教學方法，改進教與學的關系，提高教學效果。

2．為了讓學生在實驗中主動運用學過的理論知識積極展開邏輯思維，我們將“探究學習”模式與平時成績掛鉤，就是在實驗過程中或結束時，針對實驗現象、步驟中某些事先未預料到的狀況，通過老師引導，讓學生回答并予以評價。這種個別化質疑考核使得在實驗中提問題的人數和討論實驗的人數明顯增多，感到實驗有收獲的人數也增加了。此外，在師生探討實驗中出現異常現象時，教師會獲得某些改進實驗的啟迪，促進實驗教學內容的改革。這種“教—考，考—教”模式有利于保護拔尖創新人才的好奇心和思考力。

3．實驗報告既是對實驗課教學過程的總結，也是對學生綜合分析和表達能力的有效鍛煉，一般占平時成績10％～20％左右。傳統的實驗報告為“五步走”格式：實驗目的、實驗原理、實驗步驟、數據處理和思考題，這種固定模式在一定程度上限制了學生的思維，不利于拔尖創新人才的培養。鑒于拔尖班實驗內容的經典性、專業性和創新性，我們要求學生以每次實驗的基本目的為依據，自己總結實驗的收獲，分析產生問題的原因及解決方法，寫出自己的心得體會；針對某些科研實驗如“除草劑和安全劑制備及初步表征”。我們還要求學生廣開思路，寫出形式多樣、分析性的論文，并將實驗報告成績提高到占平時成績的30％～40％。靈活多樣的實驗報告形式有效地培養了學生的邏輯思維能力，強化了學生的分析、歸納、總結和解決實際問題的能力。

三、結語

基礎化學實驗是農業院校最重要的基礎課程之一，是培養學生實踐能力、創新能力和科學素質的重要途徑。為了實現農業拔尖創新人才的培養目標，實驗內容上將典型實驗與科研實驗相結合；教學上采用以網絡教學平臺為支撐的混合式教學方式，以及拔尖生優秀教師制、三維度實驗競賽等多種靈活的培養模式；并將考核分散到整個實驗過程中，構建了教考一體化的實驗考核模式。通過幾年的摸索與實踐，教改在保護拔尖生好奇心、提高學生思維水平和實踐能力方面取得了一些成效。

作者：楊昱徐雅琴楊玉玲白靖文單位：東北農業大學理學院