都市型农业院校基础化学实验课程改革的思考

近年来,为了提高教学与科学研究的水平,培养学生运用所学理论解决实际问题的能力,国内外许多高校对原有的课程进行了较大程度的革新,无论是在课程设置、教学内容、教学方法方面,还是在对学生的考核方式上均与原来有很大不同[1~6]。在这种大的趋势下,我们对这些问题进行了深入细致的分析与思考,并且走访了北京周边多所农林院校,就基础化学的理论与实验课教学与相关教师进行了交流。结合兄弟院校的经验与目前我校基础化学实验课程的现状,我们对基础化学实验课程的课程设置、教学内容、教学手段与考核方式等几个方面提出初步的改革意见。

1 现状与背景分析

随着教育与科学技术的发展,大学基础化学课程在农业各相关学科如生物技术、植物科学、动物科学、园艺学及食品科学的教学与科研中发挥着越来越重要的作用,无论是基础理论的研究还是应用性研究都离不开化学的指导,尤其是都市型农业院校应更注重对学生理论联系实际的能力和实验操作技能的培养。

21世纪高等教育的目的是培养具有创新思维和创新能力的高素质人才。教育必须以人为本,即以学生为根本,把学生作为教育的主体,充分发挥学生的主动性。这就要求教师必须将教与学统一,在化学实验教学的各个环节贯彻以学生为主体的原则,通过各种不同的教学手段培养学生的创新精神和创造力。

目前我国大学化学实验教学同国外高水平大学相比,差距主要是在实验教学中缺乏主动性和创造性,而综合的化学实验方法和实验技能为载体的知识能力培养直接影响学生在高年级或毕业后的工作能力[1~3]。目前化学实验教学中普遍存在的问题主要有:(1)学生的实验操作能力较为薄弱,缺乏主动性和积极性;(2)实验教学内容陈旧,缺乏新意,往往和实际生活与应用脱节,使学生失去学习的兴趣;(3)学生的理论联系实际能力较低,缺乏创新能力。

产生这些问题的原因固然有学生对基础知识掌握不牢靠和综合运用理论知识的能力不足,但在很大程度上归因于实验课程的设置及实验内容的安排上[7,8]。这两方面的不合理,使得教师难以激发学生的学习热情,因此也很难得到较好的教学效果。

目前,我院化学实验课程设置主要有无机化学、分析化学、有机化学、仪器分析以及物理化学等5门基础实验课程。通过这些基础实验课程的训练,学生基本掌握了化学实验的技能,为后续专业课程的学习打下了一定的基础。尽管实验课设置的门类较为齐全,但这些课程都有成熟的实验方案,学生按“照方拿药”的方式即可完成,并且课程之间往往缺乏有效的衔接,各专业所设实验内容完全一致,与应用偏离太远,缺少与各专业特点相适应的个性化实验,使得学生觉得实验课较为枯燥,甚至是无用,因此学习的积极性不高,不利于学生综合实验能力、自主动手能力和创新能力的培养。

在最近2年为食品科学系开设的仪器分析实验课中,我们设置了多个和生活与应用密切相关的综合性实验,极大地激发了学生的学习兴趣,并且取得很好的教学效果。在老师的指导下,学生独立完成从文献查阅和实验方案的设计到样品的采集、样品的预处理、样品测试(包括经典化学分析和仪器分析)等多个环节。通过这种训练,学生普遍反应收获很大,不但对化学实验课程有了新的认识,而且提高了他们分析问题、解决问题的能力。

2008年暑假,笔者与相关领导曾访问多所北京周边的农业院校,如中国农业大学、北京林业大学、天津农学院、内蒙古农业大学及河北农业大学等高校。在上述各兄弟院校中,基本上都开设了综合化学实验课程,课时数不尽相同,实验内容的侧重点也多种多样,尽管实验内容都涵盖了化学学科的多个分支,但普遍存在的问题是综合化学实验内容还基本上局限于纯粹的化学方面,与各专业特别是农业相关专业的结合、交叉相对较少,因此在实验基础知识、基本技能的训练上缺乏“个性化”。

我们认为若综合性化学实验内容与各专业的特点紧密结合,使之更接近日常生活和应用,开设一些“个性化”的综合实验,改革传统的授课方式与考核方式,必将会收到积极的效果。

因此,立足于提高学生对基础化学课程的认识、激发学生学习的兴趣和主动参与的积极性、提高学生实践能力和科研能力,并且通过化学综合实验课的训练,达到学生能主动发现问题、解决问题以及提高学生综合科研素质的目的,为现代都市型农业的发展培养更多的具有实践经验和创新能力的优秀人才,我们结合我校的现实状况,并借鉴兄弟院校的教改经验,对目前实验课程提出几点改革建议。

2 课程内容、教学与考核方式改革

2.1 实验内容、实验课时及开课时间的设置

在实验课程内容方面,争取实验内容基本涵盖分析化学、无机化学、有机化学、物理化学、环境化学、临床化学、材料化学、胶体化学等诸多领域,但主要侧重于分析化学。另外,根据各专业不同的特点,实验内容的设置可作适当调整。为了提高学生参与实验的积极性与主动性,把每个班的同学分为若干个小组,组内同学在不同的实验中分工各不相同,如有的负责查阅相关文献,有的负责筹备实验仪器,有的负责指定实验方案等。除了教师指定的实验内容外,学生可自行选择一些合适的题目,向教师提出申请,经过小组讨论、教师同意后可予以实施。

目前我校开设化学实验课的有生物技术、植物科学、动物科学、园林、食品科学等5个专业,我们希望借鉴兄弟院校的经验,结合每个专业的具体情况,开设不同的实验课程。实验内容中除了最基本的化学实验技能训练,如样品的采集、样品的预处理以及样品的测定等,还须考虑各不同专业的需求,要求针对不同专业所开设的实验课程一定要靠近该专业的应用和目前研究的热点。如食品专业课开设保健品中某些营养及有害成分的测定、水质测定、表面活性剂在食品中的作用、食品中重金属的检测等,动科专业可开设与动物健康密切相关的几种化学成分的测定(如血液中钙的含量)、动物饲料营养成分的测定以及肉制品的质量评价等。分析的方法主要以现代仪器分析为主,辅助以经典的化学分析。

在实验教学中引入计算机辅助教学(CAI)和网络辅助教学,特别是在课时数较少的情况下,很多内容可通过网上交流以弥补课时的不足。学生可通过网上查阅有关资料并拟定实验方案,然后通过网络提交,教师也可通过网上平台随时与学生交流。

我们预计实验课时一般在35~40课时左右,可根据不同的专业做适当调整,其中2/3的课时用于指定实验的内容,1/3的课时可用于自行选择的实验内容。开课时间采用灵活机动的方式,如大二下学期或大三上学期以及二者之间的小学期,在这段时间开课,通过综合实验的训练,必将为后续专业课的学习以及大四的毕业设计打下较好的基础,也为学生将来独立开展科研提供有益的帮助。

2.2 教学方式的改进

以学生为主体,充分发挥学生的主观积极性。将照方抓药的被动实验改为主动实验,鼓励学生自己选择合适的题目,自行设计实验方案,经学生讨论、指导教师提出修改意见后,开始实施。对实验中出现的问题,通过文献调研,每个小组成员提出解决的方案,然后以组会的形式讨论,并在教师的指导下确定最终的实验方案。

2.3 实验考核方式的改革

创新教育离不开思想解放,要真正培养学生的创新精神,就应该充分考虑对学生考试、考核的导向,按照不同实验类型结合每个实验要达到的目的,采用不同的教学手段和考核办法。在实验课的考核方式上,可采用开卷考试(如实验方案设计)、操作考试(分析仪器操作)、口试及读书报告、小论文、交互讨论等多种形式。我们拟采用答辩的方式进行期末的考核,答辩的内容主要是对该学期实验的总结,要求总结实验结果及解决问题的经验教训等。这种训练除了提高学生的主观能动性和科研的综合素质外,还可提高学生的口头表达能力,并为后续研究生阶段的学习打下坚实的基础。

3 要解决的问题及主要特色

综括言之,主要有以下几点:

(1)通过实验内容的更新,使实验内容更贴近各专业的实际情况,提高学生学习的积极性,变被动学习为主动学习。

(2)通过实验课程的训练,使学生掌握发现问题、解决问题的途径,提高学生的综合科研素质,为后续课程及毕业论文、硕士、博士阶段的学习打下坚实的基础。

(3)通过实验课程的学习,使学生理解化学作为高等农业院校的主干基础课程与专业课程之间的紧密联系,明确只有具备较好的化学基础,才能在更高的层次上掌握专业知识,才能在科学研究方面有所建树。

4 预期效果与具体成果

结合初步探索,可以得出以下认识:

(1)在实验课教改研究过程中,我们针对课程内容、教学与考核方式改革积累一定的经验,拿出具体的、可行的实验课课程的教改方案,并编写具有都市型农业特色的综合实验教材,以填补目前这项工作在国内空白的状况。

(2)通过不断的探索,结合各不同专业的需求,争取一年内完成实验内容的设置及开课的前期准备工作,两年内正式开课。初期,可采用全校通选,然后根据学生学习的情况,及时调整课程内容及授课计划,再面向全校各专业推广。

(3)根据不同的专业设置不同的实验内容,通过该课程的实施,改变过去各专业授课内容完全一致的局面,使课程内容更容易满足各专业不同的需求,更适应现代农业发展的潮流。

5 结论

根据国内外高等院校教学改革的经验和我校各专业的不同需求,我们认为有必要对目前我校“千篇一律、非个性化”的实验课教学模式在某种程度上做出适当的调整,并且在一定程度上也具备了革新的条件,如近年大量实验设备及实验室面积的大量增加、师资水平的提高等都为实验课教学的改革打下了一定的基础。因此,我们认为实验课教学的改革是必要的,同时也是可行的。我们相信实验课教学的改革必将对培养学生的基本实验技能、提高学生创新思维和创新能力、树立以学生为本的教学观念产生积极的作用和深远的影响。

参 考 文 献

[1] Reid N.Chem.Educ.Res.Pract., 2008, (9): 51-59

[2] Bonder G M.Chem.Educ.Res.Pract., 2008,(9): 81-83

[3] Toto J, Booth K.Chem.Educ.Res.Pract., 2008,(9): 259-266

[4] 俞汝勤.大学化学, 2008, 23(5): 1-6

[5] 郭祥群.大学化学, 2008, 23(5): 7-10

[6] 程圭芳, 王清江, 宗俊等.大学化学, 2007, 22(6): 20-23

[7] 王志华, 张义建, 沈良等.大学化学, 2007, 22(6) 34-38

[8] 李靖靖, 高广颖, 岳福兴等.大学化学, 2004, 19(1): 28-29