張樹永張劍榮陳六平

（1山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，濟南　250100；2南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，南京　210093；3中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，廣州　510275）

化學(xué)類專業(yè)實驗教學(xué)改革的進展、趨勢與重點

張樹永1，*張劍榮2陳六平3

（1山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，濟南250100；2南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，南京210093；3中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，廣州510275）

綜述了過去近20年我國化學(xué)類專業(yè)實驗教學(xué)改革的主要內(nèi)容和取得的主要成績，分析了當(dāng)前實驗教學(xué)中存在的主要問題和挑戰(zhàn)，采用目標(biāo)導(dǎo)向的方式，對實驗教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、管理模式的改革趨勢進行了分析，提出了改革的要求和思路。對今后的實驗教學(xué)改革和建設(shè)具有一定的指導(dǎo)意義。

化學(xué)類專業(yè)；實驗教學(xué)；教學(xué)改革；目標(biāo)導(dǎo)向

實驗教學(xué)在化學(xué)類專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮著不可替代的基礎(chǔ)作用，是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、科研素養(yǎng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和可持續(xù)發(fā)展能力的重要依托。在過去的近20年中，我國的化學(xué)實驗教學(xué)改革取得了巨大進步，但與國際先進水平的差距仍遠遠大于理論課教學(xué)。因此，我們需要在總結(jié)以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，以問題為導(dǎo)向，以培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向、以教學(xué)效果為導(dǎo)向，以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育為契機，對化學(xué)實驗教學(xué)進行深入思考、系統(tǒng)設(shè)計和綜合改革。

1　實驗教學(xué)改革與建設(shè)的歷史成績

1999年，世界銀行貸款啟動的“高等教育發(fā)展項目”是我國新時期化學(xué)實驗教學(xué)改革啟動的標(biāo)志。通過實施該項目，在改善基礎(chǔ)課教學(xué)及實驗教學(xué)條件的同時，提高了師資隊伍水平，推動了教材建設(shè)和教學(xué)改革?！靶率兰o(jì)高等教育教學(xué)改革工程”啟動了“實驗教學(xué)示范中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)”制訂工作，并于2003年底完成，隨后啟動了國家級—省級—校級三級實驗教學(xué)中心建設(shè)。

1.1實驗教學(xué)示范中心建設(shè)

從2004年開始，通過連續(xù)兩個五年計劃的大力推進，我國在33個學(xué)科建設(shè)了901個國家級實驗教學(xué)示范中心和300個國家級虛擬仿真實驗教學(xué)示范中心。其中，化學(xué)和化工類實驗教學(xué)示范中心有65個，虛擬仿真中心有27個，數(shù)量在各學(xué)科中名列前茅，表明化學(xué)化工實驗教學(xué)改革與建設(shè)走在了各學(xué)科的前列。

實驗教學(xué)示范中心的建設(shè)和運行給我國的化學(xué)實驗教學(xué)帶來了系統(tǒng)化、深層次變革，主要表現(xiàn)在實驗獨立設(shè)課、實驗管理體制機制改革、基礎(chǔ)性—綜合性—創(chuàng)新性實驗教學(xué)體系的建立、實驗室條件建設(shè)、實驗室開放制度、教學(xué)技術(shù)和教學(xué)方法改革，并伴隨著一大批新版教材的編寫和使用。隨著高校擴建和資金投入的增加，我國高?；瘜W(xué)實驗教學(xué)條件發(fā)生了根本性改觀。目前，多數(shù)本科院校的化學(xué)實驗室面積、實驗教學(xué)基本條件已經(jīng)接近甚至趕超國外高校。

1.2實驗教學(xué)體系建設(shè)

改革之前，我國的實驗教學(xué)主要依附于理論課，實驗安排的順序就是五大化學(xué)的教學(xué)順序，實驗的作用除了學(xué)習(xí)基本操作、訓(xùn)練動手能力外，主要是驗證理論課內(nèi)容或者加深對理論的理解。普遍存在實驗課時少，實驗安排未考慮實驗技能形成規(guī)律，實驗內(nèi)容比較單一，缺乏綜合性和設(shè)計性，未體現(xiàn)對學(xué)生綜合設(shè)計實驗的能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求等問題［1，2］。這也是我們改革實驗教學(xué)體系的原因。各高校經(jīng)過積極探索之后，形成了2種新的實驗安排模式（表1）。

表1給出的是比較典型的設(shè)計，各學(xué)校會多少有所不同。其中，“延伸設(shè)計體系”與“五大化學(xué)體系”前段類似，只是通過延長體系增加了綜合實驗和創(chuàng)新實驗；而“一體化體系”則完全打破二級學(xué)科界限，按照實驗技能形成規(guī)律安排實驗教學(xué)。

表1　我國當(dāng)前的實驗教學(xué)體系［3，4］

1.3實驗教材建設(shè)

為了適應(yīng)實驗教學(xué)改革的需要，自2001年以來，我國的化學(xué)實驗教材建設(shè)進入了一個繁榮期。在大量修訂再版原有實驗教材的同時，很多高校都啟動了教材新編工作。以新體系建立后才開始編寫的《綜合化學(xué)實驗》為例，以2001年南京大學(xué)等四校合編出版的《綜合化學(xué)實驗》為起點，到2016年，據(jù)不完全統(tǒng)計，各高校編寫出版的《綜合化學(xué)實驗》指導(dǎo)書已經(jīng)多達41種。其中，僅2009年一年就出版了9種。由于創(chuàng)新設(shè)計實驗的特殊性，很難獨立編寫對應(yīng)的實驗指導(dǎo)書，將綜合實驗與創(chuàng)新實驗合并編寫出版的教材也有7種。另外，由于安全環(huán)保意識的增強，近年來南京大學(xué)和北京大學(xué)分別出版了《高等學(xué)?；瘜W(xué)化工實驗室安全教程》和《化學(xué)實驗室安全知識教程》等。

為了發(fā)揮國家級和省級實驗示范中心對區(qū)域內(nèi)高校實驗教學(xué)改革和教學(xué)建設(shè)的帶動作用，不少國家級或省級實驗教學(xué)示范中心牽頭組織區(qū)域內(nèi)高校，聯(lián)合編寫和使用教材。如南京大學(xué)組織江蘇省高校聯(lián)合編寫的“高等學(xué)?；瘜W(xué)實驗教學(xué)改革規(guī)劃教材”共有12本，是目前國內(nèi)體系最龐大的實驗教學(xué)指導(dǎo)書。

1.4大學(xué)生化學(xué)實驗競賽

5月，中國水務(wù)公司積極推動旗下上市公司錢江水利開展了非公開發(fā)行募投項目。錢江水利自2000年首發(fā)上市后，主要通過銀行貸款、發(fā)行債券等債務(wù)工具籌集發(fā)展所需資金。正處于發(fā)展關(guān)鍵階段的錢江水利，資本支出規(guī)模較大，依靠自有資金積累及銀行貸款難以完全滿足項目資金需求。而通過非公開發(fā)行，可以拓寬融資渠道，募集資金滿足項目建設(shè)需要，為公司實現(xiàn)跨越發(fā)展提供有力保障。募投項目投產(chǎn)后，公司的供水規(guī)模將顯著擴大，核心競爭力將迅速提升。

化學(xué)實驗競賽是展示教學(xué)改革與建設(shè)成果，交流教學(xué)經(jīng)驗的重要平臺。目前，全國性的化學(xué)競賽主要有2個，即“全國大學(xué)生化學(xué)實驗邀請賽”和“全國高等師范院校大學(xué)生化學(xué)實驗邀請賽”。前者由教育部高等學(xué)?；瘜W(xué)教育研究中心主辦，從1998年開始每2年舉行一次，主要邀請國家級基礎(chǔ)科學(xué)研究與教學(xué)人才培養(yǎng)基地、國家級實驗示范中心參加，已成功舉辦10屆。后者由教育部化學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會高師協(xié)作組主辦，主要邀請教育部直屬和地方重點師范大學(xué)參加，從2009年開始每2年舉辦一次。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前還有浙江、湖南、山東等15個省區(qū)舉辦了區(qū)域化學(xué)實驗競賽活動，個別地區(qū)如重慶和上海還舉辦了跨區(qū)競賽。這些競賽絕大多數(shù)都是技能競賽，個別競賽如北京市競賽為創(chuàng)新競賽。

2　當(dāng)前實驗教學(xué)面臨的問題和改革趨勢與重點

隨著經(jīng)濟地位、科技實力、政治影響力的不斷提升，我國已經(jīng)從改革開放初期的跟蹤、學(xué)習(xí)、吸收、再創(chuàng)新逐步過渡到創(chuàng)新和引領(lǐng)，需要一大批拔尖創(chuàng)新人才和高水平專業(yè)人才來引領(lǐng)我國的科技發(fā)展，支撐創(chuàng)新型國家和科技強國的建設(shè)。人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)與國際接軌、畢業(yè)生參與國際競爭也將成為新時期人才培養(yǎng)的新常態(tài)。這必然對實驗教學(xué)改革提出新的更高要求。

2.1實驗教學(xué)目標(biāo)

《化學(xué)類專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》對化學(xué)類專業(yè)人才培養(yǎng)的業(yè)務(wù)知識與能力提出了明確要求［5］。教育部評估中心制訂的《化學(xué)類專業(yè)（理科）學(xué)生學(xué)習(xí)成果要求》，進一步明確了化學(xué)類專業(yè)的畢業(yè)要求。這兩個文件對實驗教學(xué)的基本要求可歸納為：掌握化學(xué)實驗基礎(chǔ)知識、基本理論和基本技能；具有化學(xué)研究或化學(xué)品設(shè)計、開發(fā)能力，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識；具有安全意識、環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展理念；能夠利用計算機與信息技術(shù)獲取、處理和運用化學(xué)及相關(guān)學(xué)科信息；具有文字與口頭表達、交流能力；具有協(xié)調(diào)與團隊合作能力；具有適應(yīng)未來科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟發(fā)展的能力。

2.2目標(biāo)導(dǎo)向的實驗教學(xué)分析

按照基于產(chǎn)出/目標(biāo)的教育理念（Outcome/Objective-Based Education，OBE），實驗教學(xué)課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式設(shè)置必須以滿足上述基本要求作為落腳點和出發(fā)點，并利用矩陣設(shè)計理念，將知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)要求落實到實驗教學(xué)中（表2）［6］。

從表2可以看出，改革之前的實驗教學(xué)主要關(guān)注“三基”教學(xué)，存在學(xué)科割裂、實驗內(nèi)容單一、綜合性和挑戰(zhàn)性差、要求不高，容易導(dǎo)致“照方抓藥”式教學(xué)等弊端［1，2，7，8］。而改革之后，隨著綜合實驗、設(shè)計實驗、創(chuàng)新實驗的引入，以及在實驗數(shù)據(jù)處理過程中引入科學(xué)軟件（如Origin，Excel，Matlab，Maple，Guassian，ChemDraw，ChemWindow等），在物理化學(xué)實驗和化工基礎(chǔ)實驗中引入模擬和仿真輔助實驗教學(xué)，強化了學(xué)生的實驗技能，使學(xué)生綜合運用知識和技能解決復(fù)雜問題的能力顯著增強［9-12］。

2.3實驗教學(xué)改革的重點

從表2可以看出，我國目前的化學(xué)實驗教學(xué)還存在不少問題和短板。如何解決這些問題和短板，就成為未來5-10年我國實驗教學(xué)改革的重點。

（1）提升實驗教學(xué)理念。實驗教學(xué)目標(biāo)從傳授知識和技能過渡到能力與素質(zhì)的養(yǎng)成是一種根本性的變化［3，6，14］。理念轉(zhuǎn)變的過程往往艱難而漫長，需要教學(xué)管理人員、教師和學(xué)生共同努力。在加強宣傳和引導(dǎo)的同時，需要先從點上突破，而后通過示范帶動進行推廣，并通過實驗教材及時固化改革成果。對于培養(yǎng)基礎(chǔ)研究型人才的高校，應(yīng)將創(chuàng)新實驗納入培養(yǎng)要求；對于培養(yǎng)應(yīng)用型人才的學(xué)校，應(yīng)該將產(chǎn)品、工藝設(shè)計等納入實驗教學(xué)。在實驗教學(xué)過程中應(yīng)避免片面強調(diào)成功率，否則會導(dǎo)致教師指導(dǎo)過多、過細，學(xué)生畏手畏腳的問題，不利于科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)［15］。要求教師由講授者轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)者，有意識地引導(dǎo)學(xué)生自主思考和設(shè)計實驗，并通過小組討論、方案展示等方式，讓學(xué)生表達自己的看法和意見，激發(fā)學(xué)生的興趣和主動性，培養(yǎng)學(xué)生主動探究、勇于創(chuàng)新的精神［16］。

（2）提高綜合、設(shè)計、創(chuàng)新實驗比例和效果。表2顯示，綜合實驗、設(shè)計實驗、創(chuàng)新實驗在學(xué)生能力和素質(zhì)養(yǎng)成中占據(jù)重要地位，因此，有必要進一步提高該類實驗所占的比例。目前很多高校對于綜合、設(shè)計和創(chuàng)新實驗的內(nèi)涵尚不清晰，用舊理念、舊方法做綜合、設(shè)計和創(chuàng)新實驗的現(xiàn)象比較普遍［3，8，14］。而要發(fā)揮綜合、設(shè)計和創(chuàng)新實驗應(yīng)有的效果，必須以增強學(xué)生的自主性為前提，強調(diào)題目的挑戰(zhàn)性，強調(diào)學(xué)生自主思考、自主設(shè)計、共同研討修改、自主完成、自主總結(jié)評價［14，16］的教學(xué)模式。

（3）實驗教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化。目前，我國的實驗教學(xué)普遍存在內(nèi)容陳舊、過程簡單，與科研、生產(chǎn)、生活脫節(jié)，缺乏設(shè)計性、挑戰(zhàn)性等問題，亟待改革［1，2，7］。一些內(nèi)容包括玻璃加工、滴定實驗［2］、簡單的無機和有機合成等等，占據(jù)大量篇幅和時間，阻礙了新方法、新技術(shù)的引入。因此，對陳舊內(nèi)容進行合并、精簡、淘汰［17］，要將實驗內(nèi)容設(shè)置與區(qū)域經(jīng)濟、日常生活、實驗競賽、崗位技能、科研開發(fā)相結(jié)合［14，19］，使實驗內(nèi)容前沿化、系統(tǒng)化（表3），同時應(yīng)該增加安全、環(huán)保、綠色設(shè)計等內(nèi)容。對一些經(jīng)典實驗，則可以通過引入變量，使之具有一定的探究性，安排學(xué)生獨立或者集體進行數(shù)據(jù)分析，也能取得良好效果［17］。

表3中打“#”的內(nèi)容是建議縮減甚至刪除的內(nèi)容。這些內(nèi)容多數(shù)比較淺顯，或者學(xué)生在中學(xué)即已接觸；打“*”的內(nèi)容是建議引入的，方法比較新穎且容易實現(xiàn)；打“$”的內(nèi)容往往裝備復(fù)雜、技術(shù)困難，難以在教學(xué)實驗室完成，是建議課外了解的內(nèi)容。

表3　大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)化、前沿化舉例

（4）信息化下的實驗教學(xué)。強化學(xué)生的信息意識，使學(xué)生掌握各種常見軟件的應(yīng)用，提高科學(xué)處理數(shù)據(jù)和信息的能力［9-11］；建設(shè)實驗教學(xué)信息資源，建立線上線下相結(jié)合（O2O）的教學(xué)模式，推進實驗教學(xué)的翻轉(zhuǎn)，是提高實驗教學(xué)效率和效果的重要途徑［16，20］。對于那些在教學(xué)實驗室難以完成的實驗（表3中帶$的內(nèi)容），應(yīng)該采用多媒體和網(wǎng)絡(luò)資源方式，通過虛擬實驗、多媒體課件、教學(xué)錄像等資源進行了解。對于實驗教學(xué)內(nèi)容，也可以通過布置作業(yè)讓學(xué)生自學(xué)課程網(wǎng)站資源［19］，讓學(xué)生通過課前學(xué)習(xí)充分了解并通過某種測試再進入實驗室進行操作，一方面可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，另一方面也可以了解學(xué)生存在的問題［21］，開展針對性教學(xué)。對于一些沒有危險的基本操作（如加熱、滴定、過濾等），不妨讓學(xué)生通過線上學(xué)習(xí)的方式自己掌握，這樣課內(nèi)就可以直接安排高層次、綜合性實驗，既可考查學(xué)生掌握情況，又可提高教學(xué)層次和效果。

（5）大力改進實驗教學(xué)方法。實驗教學(xué)方法改革是提高實驗教學(xué)效果，發(fā)揮實驗教學(xué)育人作用的關(guān)鍵。目前的實驗教學(xué)，基本上采取的是教師講內(nèi)容、做示范，學(xué)生聽講、跟做和模仿的方式，學(xué)生往往未對實驗內(nèi)容進行深入思考，只是模仿和被動地接受，無法實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、自主思考、自主操作，這是導(dǎo)致實驗教學(xué)難以引發(fā)興趣、難以發(fā)揮效果的重要原因［8］。提高實驗預(yù)習(xí)程度和要求，使學(xué)生養(yǎng)成深入、系統(tǒng)思考的習(xí)慣，革新教學(xué)方法，以學(xué)生為中心，基于學(xué)生自主學(xué)習(xí)進行教學(xué)設(shè)計，從“手把手”到教師指導(dǎo)下的自主學(xué)習(xí)，變教師講授為學(xué)生的主動探究［14］，采用問題式教學(xué)法（PBL）［22］、探究式教學(xué)法［23］、協(xié)作式教學(xué)法［13］、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法［16，20］等，加強師生、生生的討論和互動，把學(xué)生變成實驗的主體，加強交流與分享，是提升教學(xué)效果的前提。自主學(xué)習(xí)能力和終身學(xué)習(xí)習(xí)慣被稱為關(guān)鍵能力，決定著學(xué)生適應(yīng)未來科學(xué)技術(shù)和社會經(jīng)濟發(fā)展的能力，必須著力加以培養(yǎng)。另外，加強團隊合作實驗，實現(xiàn)實驗的多參數(shù)設(shè)計，協(xié)作完成較復(fù)雜的實驗任務(wù)，鍛煉學(xué)生綜合各種知識和原理進行綜合設(shè)計的能力，做到數(shù)據(jù)共同分析和分享，是培養(yǎng)學(xué)生交流、協(xié)調(diào)能力，團隊合作精神和集體榮譽感的有效方法。

近5年發(fā)表的有關(guān)化學(xué)實驗教學(xué)方法改革的論文有近1400篇，說明各高校已經(jīng)意識到教學(xué)方法改革的重要性。

（6）改革實驗考核模式。以往的實驗考核往往過于強調(diào)分析測定結(jié)果的準(zhǔn)確度、精密度及實驗報告的書寫情況，忽視了對學(xué)生創(chuàng)新意識、綜合素質(zhì)的考核。雖然很多高校都設(shè)計了“注重過程，不惟結(jié)果”的考核改革，但往往也只是注重考核操作規(guī)范與熟練程度，對實驗素養(yǎng)和能力形成，對過程目標(biāo)和情感目標(biāo)的考核仍不到位［19］。此外，將安全、環(huán)保、學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范納入考核體系也是必要的。近年來，通過引入CDIO模式［24］，國際認(rèn)證理念［25］、OBE理念［1］進行能力達成度考核的模式正在逐步引入實驗教學(xué)考核。

（7）實驗教學(xué)管理模式改革。目前，我國高校的實驗安排基本上還在采用固定內(nèi)容、固定時間、固定指導(dǎo)教師的方式，缺乏靈活性。該種安排與學(xué)分制、學(xué)生選修第二學(xué)位和輔修的要求不相吻合。國外的化學(xué)實驗教學(xué)主要采用一周一個內(nèi)容，一天3-10個時段，學(xué)生提前預(yù)約實驗的教學(xué)管理模式。國外的實驗有50 min、110 min、230 min 3種時長，每天可以分別安排10、6、3個實驗時段，使學(xué)生能夠根據(jù)自己的情況自主選擇實驗時間。而我們的實驗時長6小時，這表明一天只能安排下午-晚上1個時段，這給理論課教學(xué)安排帶來困難，且導(dǎo)致實驗室利用效率低下，造成資源浪費。

3　結(jié)論

經(jīng)過過去近20年的改革和建設(shè)，我國的化學(xué)實驗教學(xué)條件、實驗管理模式、教學(xué)內(nèi)容和方法發(fā)生了諸多意義深遠的變革。新時期，我們需要進一步明確實驗教學(xué)目標(biāo)，以目標(biāo)為導(dǎo)向，對教學(xué)理念、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等進行系統(tǒng)設(shè)計和綜合改革，使化學(xué)實驗在化學(xué)類專業(yè)人才培養(yǎng)中更好地發(fā)揮效果，助力創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)。

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［23］孫宏，都雪.高師理科學(xué)刊，2013，33（6），112.

［24］程利平，肖秀珍.大學(xué)教育，2015，No.12，116.

［25］王燕，殷馨，孫學(xué)芹，熊焰.實驗技術(shù)與管理，2015，32（2），208.

Progresses，Tendency and Key Points of Chemistry Laboratory Teaching Reform for Chemistry Majors

ZHANG Shu-Yong1，*ZHANG Jian-Rong2CHEN Liu-Ping3

（1School of Chemistry and Chemical Engineering，Shandong University，Jinan 250100，P.R.China；

2School of Chemistry and Chemical Engineering，Nanjing University，Nanjing 210093，P.R.China；

3School of Chemistry and Chemical Engineering，Sun Yat-Sen University，Guangzhou 510275，P.R.China）

The important reforms and progresses of chemistry laboratory teaching in China during the past 20 years are summarized.The main problems and challenges for the present chemistry laboratory teaching are analyzed.Using the objective-orientated strategy，the reform tendency and main approaches for defining the teaching objective，teaching contents，teaching pedagogies，and administration regime are discussed.It is of theoretical significance for future reform in laboratory teaching for chemistry majors.

Chemistry majors；Laboratory teaching；Teaching reform；Objective-orientation

O6-3；G64

10.3866/PKU.DXHX201606015

，Email:syzhang@sdu.edu.cn