付穎 葉非

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院 黑龍江哈爾濱150030)

高等農(nóng)業(yè)院校中的基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗課程是基礎(chǔ)化學(xué)課程體系的重要組成部分，開設(shè)目的是加深學(xué)生對于所學(xué)化學(xué)知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、觀察能力及研究能力，并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

1 基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗課程體系中存在的問題

目前東北農(nóng)業(yè)大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗課程主要包括:大學(xué)化學(xué)實驗、普通化學(xué)實驗、分析化學(xué)實驗、有機化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗、儀器分析實驗等。由于學(xué)科分支的關(guān)系，在內(nèi)容上存在不同程度的重復(fù)、脫節(jié)以及系統(tǒng)性差等問題。在教學(xué)內(nèi)容上，基本操作訓(xùn)練、化學(xué)物理量測定及驗證性實驗比重大，而綜合性、設(shè)計性實驗比重小，這樣雖然可以強化對學(xué)生實驗基本技能的培養(yǎng)，但對于學(xué)生邏輯思維、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都略顯不足。這些問題的存在削弱了化學(xué)實驗作為一門學(xué)科的整體效應(yīng)，而且也不符合知識經(jīng)濟時代對創(chuàng)新人才的要求。

2 基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗課程體系的優(yōu)化

我們針對目前基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗課程中的問題，對6門基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程進行整合，確定了以基本能力訓(xùn)練為基礎(chǔ)、以綜合素質(zhì)培養(yǎng)為核心、以開放實驗為拓展的目標，優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容和體系，將現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融于實驗教學(xué)之中，建立了基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗課程的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和電子課件資源，構(gòu)建了“一體化、多層次，開放式”的基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗課程教學(xué)新體系和立體化教學(xué)模式。

2.1 模塊式教學(xué)模式

基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗(包括大學(xué)化學(xué)實驗、普通化學(xué)實驗、分析化學(xué)實驗、有機化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗、儀器分析實驗)是面向全校開設(shè)的化學(xué)類實驗課程。基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程內(nèi)容改革以“加強基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、突出創(chuàng)新、重視應(yīng)用”的實驗教學(xué)理念為指導(dǎo)，依據(jù)實驗教學(xué)的自身規(guī)律，構(gòu)建了基礎(chǔ)化學(xué)實驗“三模塊”(公共模塊、技術(shù)應(yīng)用模塊、拓展開放模塊)體系。實驗項目設(shè)置充分考慮不同專業(yè)的差異，力求體現(xiàn)化學(xué)實驗技術(shù)在不同學(xué)科或不同專業(yè)中的具體應(yīng)用;同時還優(yōu)化整合了實驗內(nèi)容，提高了綜合性、設(shè)計性實驗項目數(shù)量。模塊化課程中的實驗項目按照是否達到化學(xué)實驗教學(xué)要求進行設(shè)計和篩選;并根據(jù)前期教學(xué)改革效果，對實驗內(nèi)容進行了補充，強化了基本操作，更加注重對學(xué)生基本實驗技能及綜合能力的培養(yǎng)。我們所做的主要工作有:(1)增加了基本操作訓(xùn)練難度;(2)將單一的基本操作訓(xùn)練更改為訓(xùn)練內(nèi)容與小綜合實驗相結(jié)合;(3)刪除了與后續(xù)實驗重復(fù)的內(nèi)容。在新的實驗教學(xué)內(nèi)容中，注重將單一化合物的合成實驗更新為綜合性的多步合成實驗，涵蓋了有機化學(xué)的基本操作;將單一驗證性的性質(zhì)實驗及部分單一的基本操作技能訓(xùn)練實驗更新為包含多個基本操作技能訓(xùn)練的綜合性驗證實驗。例如，在乙酸丁酯的制備實驗中，綜合了回流分水、蒸餾、萃取、干燥等多個有機化學(xué)基本操作實驗;在煙堿的提取實驗中，除了訓(xùn)練水蒸氣蒸餾這個基本操作外，還加入了煙堿熔點測定，煙堿性質(zhì)及主要官能團驗證等內(nèi)容，刪除了以往單純?yōu)榱藢W(xué)習(xí)熔點方法的實驗;又如硫酸亞鐵銨的合成實驗原來為單一的制備實驗，整合后，在(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O制備實驗后安排了氧化還原法測定(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O中鐵含量及分光光度法測定鐵含量。通過這樣的整合，增加了實驗的綜合性、延續(xù)性及實踐性，可使學(xué)生學(xué)會用不同的方法測定鐵含量。

(1)公共模塊:面向全校近化學(xué)類專業(yè)本科生開設(shè)。開設(shè)的實驗課為“大學(xué)化學(xué)實驗”和“基礎(chǔ)化學(xué)實驗”。年受益學(xué)生在5000人次以上。實驗內(nèi)容包括驗證性實驗、基本技能訓(xùn)練實驗及綜合設(shè)計性實驗，目的是循序漸進地培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實驗技能。

(2)技術(shù)應(yīng)用模塊:面向我校與化學(xué)學(xué)科密切相關(guān)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)，包括“物理化學(xué)實驗”和“儀器分析實驗”。根據(jù)各專業(yè)對化學(xué)基礎(chǔ)實驗要求的程度不同，將實驗內(nèi)容與專業(yè)方向相結(jié)合，突顯化學(xué)實驗技術(shù)在不同學(xué)科專業(yè)中的具體應(yīng)用，便于學(xué)生后繼課程的學(xué)習(xí)。例如，儀器分析實驗課程只對環(huán)境科學(xué)、生物學(xué)、生物工程、糧食、制藥、應(yīng)用化學(xué)等20個專業(yè)開設(shè)。按照各專業(yè)對儀器分析課程內(nèi)容的不同要求，我們分別開設(shè)了20、32、56學(xué)時的儀器分析實驗課程。對于同種儀器的實驗，結(jié)合各專業(yè)特點開設(shè)不同的實驗。例如，同樣是紫外分光光度計的使用，對于生物工程及環(huán)境科學(xué)專業(yè)的學(xué)生，我們開設(shè)“紫外分光光度法測定水中苯酚含量”;而對于食品專業(yè)的學(xué)生，則開設(shè)“用雙波長法同時測定維生素C和維生素E的含量”。又如原子吸收實驗，對于動物科學(xué)專業(yè)，因硫酸銅是水產(chǎn)養(yǎng)殖中常用的藥物之一，開設(shè)的實驗為“用原子吸收法測定水中的銅”;而對環(huán)境科學(xué)和食品科學(xué)專業(yè)則開設(shè)的實驗為“不同水質(zhì)中鎂含量的測定”。

(3)拓展開放模塊:面向全校開設(shè)的開放實驗及大學(xué)生創(chuàng)新課題。根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)，為學(xué)生開設(shè)與生產(chǎn)實踐密切聯(lián)系的化學(xué)實驗課程。如為食品學(xué)院開設(shè)“大豆皂苷提取的純化”，“稠李子色素提取及穩(wěn)定性”;為資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院開設(shè)“不同來源生活用水幾種指標的檢測”;為農(nóng)學(xué)院開設(shè)“除草劑安全劑的生物活性測定”，“解草酮系列安全劑的生物活性研究”等。

2.2 基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的建設(shè)

目前，大學(xué)化學(xué)、有機化學(xué)、實驗化學(xué)3門基礎(chǔ)課程被評為黑龍江省精品課程;儀器分析、物理化學(xué)、分析化學(xué)課程被評為東北農(nóng)業(yè)大學(xué)校級精品課程。這些課程在探索人才培養(yǎng)新模式、深化教學(xué)改革等方面已取得了一些經(jīng)驗。為了將現(xiàn)有的成果與資源加以整合，實現(xiàn)有效共享，發(fā)揮更大作用，我們建設(shè)了基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。建設(shè)基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺一方面可更新教學(xué)手段，改革教學(xué)方法，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量;另一方面可提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)效果，拓寬學(xué)生的視野，使學(xué)生在良好的學(xué)習(xí)環(huán)境中完成化學(xué)知識的學(xué)習(xí)。為此，我們設(shè)計制作了兩套基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，進行了基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗課程數(shù)字化資源的建設(shè)(http://lxy.neau.edu.cn/syhx/index.htm)?；A(chǔ)化學(xué)系列實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺集指導(dǎo)系統(tǒng)、預(yù)習(xí)系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、答疑系統(tǒng)于一體，交互性強、實用性強?；谠撈脚_構(gòu)建的實驗多媒體教學(xué)資源中心和化學(xué)實驗仿真模擬室可使學(xué)生從網(wǎng)上感受虛擬實驗的效果。學(xué)生可以在該網(wǎng)絡(luò)平臺通過鼠標與可視化實驗對象進行交互，完成虛擬實驗，達到預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)的目的?；犹摂M實驗室不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能提高學(xué)生的動手能力。如:實驗指導(dǎo)教師能明顯感到學(xué)生安裝實驗裝置的速度快了，實驗基本操作方面的問題少了，動手能力增強了?；A(chǔ)化學(xué)系列實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的開發(fā)打破了時間和空間的限制，突破了以往只能在課堂單調(diào)聽講學(xué)習(xí)的束縛;留言板、論壇等形式使學(xué)生與教師的溝通更及時、自然;在線考試、在線答疑、實驗?zāi)M、報告上傳系統(tǒng)有效地實現(xiàn)了資源共享，達到了助學(xué)、助教、考試自測的目的［1］。

2.3 綠色實驗的推進

以綠色化學(xué)的原則為指導(dǎo)，結(jié)合化學(xué)實驗自身的特點，通過改進實驗手段，更新實驗內(nèi)容，實現(xiàn)化學(xué)實驗綠色化進程［2］。在化學(xué)實驗教學(xué)中采用綠色化學(xué)實驗，其經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和教學(xué)效果顯著。在保證學(xué)生掌握實踐理論知識、提高動手操作能力的前提下，我們盡可能地選擇無毒無害實驗，對現(xiàn)有的一些合成實驗進行改進。如將污染較大的鄰硝基苯酚制備及分離實驗改為從煙草中提取煙堿的實驗;通過調(diào)整實驗次序，將上一個實驗的產(chǎn)物作為下一個實驗的反應(yīng)物，構(gòu)成一個實驗序列，由此達到循環(huán)使用和重新利用的目的;開展微型化學(xué)實驗，將常量滴定分析改為半微量滴定分析;將現(xiàn)代儀器引入基礎(chǔ)化學(xué)實驗等?；瘜W(xué)實驗綠色化新體系的建立和完善，有利于學(xué)生建立綠色化學(xué)的觀念和環(huán)保意識，為將來自覺地遵循綠色化學(xué)的理念打下較為堅實的基礎(chǔ)。基礎(chǔ)化學(xué)實驗的綠色化使得實驗更新率達到15%。

2.4 開放性綜合實驗的開設(shè)

開放性實驗的教學(xué)模式是以學(xué)生獨立操作為核心，教師指導(dǎo)為輔助，將教學(xué)重點放在化學(xué)實驗的設(shè)計思想和方法上［3］。學(xué)生通過開放實驗，將學(xué)過的書本知識、研究方法和實驗技巧等融會貫通，舉一反三，靈活應(yīng)用，能在較短的時間內(nèi)取得較大的收獲。學(xué)生通過開放式實驗參與科學(xué)研究，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時也能使學(xué)生得到科研訓(xùn)練，為學(xué)生的素質(zhì)教育開辟了一條有效途徑。通過開放實驗，在使學(xué)生從實驗中了解科學(xué)研究的前沿進展，領(lǐng)悟科學(xué)探索和研究的方法，提高綜合實踐能力和創(chuàng)新能力的同時，也進一步提高了教學(xué)質(zhì)量［4］。近年來，我們面向全校學(xué)生開設(shè)的開放實驗有:不同來源生活用水幾種指標的檢測，雙水相法萃取食用色素的研究，苦參堿的提取及分析，除草劑安全劑MON13900的安全作用機理研究，沙棘多糖的制備，南瓜中生物堿提取及純化研究等，共45項。例如環(huán)境分析專業(yè)的學(xué)生可以通過選擇土壤中除草劑殘留的檢測實驗，加強對于現(xiàn)代化學(xué)儀器分析技術(shù)的掌握;食品科學(xué)專業(yè)的學(xué)生可以選擇食品中番茄紅素的制備、沙棘多糖的制備、南瓜中生物堿提取及純化等實驗，進行天然產(chǎn)物的制備探索。應(yīng)化專業(yè)的幾名學(xué)生通過參加除草劑安全劑MON13900的安全作用機理研究這個開放實驗，對除草劑安全劑這個研究方向產(chǎn)生了興趣，在完成開放實驗的基礎(chǔ)上，申請了“苯并噁嗪類除草劑安全劑的合成”大學(xué)生創(chuàng)新課題的研究工作，自主合成出新的化合物，并進行了生物活性測定，實驗結(jié)果已公開發(fā)表［5］。

近年來，我院應(yīng)用化學(xué)系面向全校開設(shè)了45項開發(fā)實驗項目，進行了32項大學(xué)生創(chuàng)新課題研究，發(fā)表了相關(guān)教學(xué)改革論文2篇;學(xué)生通過開放實驗，發(fā)表了科研論文11篇，其中2篇論文被SCI收錄，2篇論文被EI收錄。

3 基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗教學(xué)改革的推廣應(yīng)用效果

經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，我?；A(chǔ)化學(xué)系列實驗教學(xué)改革取得了豐碩成果，獲得了2011年黑龍江省教學(xué)成果一等獎?；瘜W(xué)實驗課程教學(xué)效果良好，本校受益學(xué)生達6000人次/年以上。課題組編著的《實驗化學(xué)》、《物理化學(xué)實驗》和《儀器分析實驗》教材在國內(nèi)農(nóng)林院校廣泛使用，受到高等農(nóng)業(yè)院校師生的好評。我校設(shè)計開發(fā)的實驗化學(xué)多媒體課件及基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺被南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等多所院校使用，并輻射到國內(nèi)大部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)院校。課題組自主研發(fā)的《有機化學(xué)實驗多媒體課件》在高等教育出版社出版;“實驗化學(xué)網(wǎng)絡(luò)課件”獲黑龍江省多媒體教學(xué)課件一等獎;“大學(xué)化學(xué)實驗課件”獲黑龍江省教學(xué)課件二等獎;“物理化學(xué)實驗多媒體教學(xué)輔助軟件”獲第7屆全國多媒體課件大賽高教理科組三等獎;“有機化學(xué)實驗——單元操作多媒體課件”獲第6屆全國多媒體課件大賽高教理科組二等獎。

4 結(jié)束語

多年的教學(xué)實踐表明，通過對基礎(chǔ)化學(xué)系列實驗課程體系的優(yōu)化與網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)平臺的建設(shè)，大幅度提高了本校本科化學(xué)實驗教學(xué)水平，學(xué)生的知識面得以擴展，解決問題的能力得到提高，學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和動手能力得到加強。

［1］白靖文，徐雅琴，葉非，等.大學(xué)化學(xué)，2011，26(1):42

［2］歐陽玉祝，陳小東，彭曉春，等.化工高等教育，2010(2):64

［3］倪春林，周家容，羅志剛，等.理工高教研究，2010，29(1):108

［4］付穎，葉非，徐雅琴.實驗室研究與探索，2008，27(3):79

［5］邵明雪，付穎，葉非.農(nóng)藥科學(xué)與管理，2011，32(6):22