＊林璟 喬智威 左建良 楊偉 王琪瑩 劉自力

（廣州大學化學化工學院 廣東 510006）

引言

中國高等工程教育規(guī)模世界排名第一，并且中國工程教育承載著為中國工業(yè)乃至世界工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，提供工程科技人才支撐的責任和使命。一方面是龐大的世界經濟體和市場對工程科技人才的急切需求，而另一方面是目前工程師數(shù)量和質量的供需不平衡，促使了我國現(xiàn)階段必須探索出一條適合本國國情的中國高等工程教育改革的正確道路[1-5]。我國工程教育專業(yè)認證是在中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會領導下，組織有一定基礎一流專業(yè)開展申請評估認證的，我?；瘜W工程與工藝專業(yè)進入了國家一流本科專業(yè)（雙萬計劃）建設名單，并且化學工程學科已進入軟科2020年“世界一流學科排名”榜單，旨在培養(yǎng)適應國家社會經濟發(fā)展以及粵港澳大灣區(qū)經濟與科技發(fā)展需求，能夠在化學工業(yè)及相關過程工業(yè)，特別是精細化工領域從事產品研制、技術開發(fā)、過程控制以及經營管理等方面工作，具有家國情懷、德才兼?zhèn)洹⒁曇伴_闊、能力發(fā)展性強的應用型工程技術人才。“無機化學實驗”是我?；瘜W工程與工藝專業(yè)獨立開設的一門課程，該課程既是對無機化學理論課的延伸，又可以培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的實踐能力，綜合分析和解決問題的能力，但工程教育專業(yè)認證背景下，要求我們更加注重培養(yǎng)學生應用知識的能力、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新發(fā)展能力。那么作為化工專業(yè)的一門專業(yè)基礎類實驗課，“無機化學實驗”應該如何進行教學改革才能符合工程教育專業(yè)認證對學生培養(yǎng)目標的要求，這需要充分認識工程教育專業(yè)認證的理念，了解工程教育專業(yè)認證對化工類學生的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，科學設計和優(yōu)化教學內容，改革教學方法，改進其課程考核評價等針對性開展教學改革[6-9]。

1.工程認證下無機化學實驗課程教學改革思路

本化工專業(yè)的培養(yǎng)目標是培養(yǎng)適應國家社會經濟發(fā)展以及粵港澳大灣區(qū)經濟與科技發(fā)展需求，能夠在化學工業(yè)及相關過程工業(yè)，特別是精細化工領域從事產品研制、技術開發(fā)、過程控制以及經營管理等方面工作，具有家國情懷、德才兼?zhèn)?、視野開闊、能力發(fā)展性強的應用型工程技術人才。無機化學實驗課程為培養(yǎng)目標的達成，培養(yǎng)學生能夠選用或搭建實驗裝置，采用科學的研究方法，安全地開展實驗，在專業(yè)能力、工程素養(yǎng)、發(fā)展能力三方面得到提升。秉承工程教育認證所注重的過程性評價理念，采用新工科培養(yǎng)模式，以學生為中心，優(yōu)化課程內容設置，突出模塊化教學改革，鍛煉實驗方案設計能力，提升分析和解決問題能力，提升實踐和創(chuàng)新能力，提升學習的積極性，構建靈活且嚴格的成績量化評定方式，不斷持續(xù)性改進，提升教學質量，達到工程教育專業(yè)認證要求（圖1）。

圖1 達程度導向教學設計流程和教學改革思路

2.無機化學實驗課程教學目標任務和要求

無機化學實驗是學習和掌握無機化學知識和技能的重要環(huán)節(jié)，其目的是以實驗為手段來研究無機化學的重要理論、典型元素及其化合物的性質和反應變化。通過無機化學實驗課程的的基本操作、基本技能訓練，培養(yǎng)學生規(guī)范地掌握基本操作與基本技能，讓學生掌握無機化合物的制備、分離、提純和鑒定等化工研究方法，培養(yǎng)學生具有自我獲取知識、提出問題、分析問題、分析數(shù)據(jù)、提出方案解決問題的獨立工作能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力。要求實驗前做好預習，對實驗目的、裝置流程、測取的數(shù)據(jù)等有清楚的了解后方可進行實驗；要求獨立或協(xié)助完成實驗，實驗過程中正確操作、準確讀取數(shù)據(jù)，處理實驗過程中出現(xiàn)的問題，解釋實驗現(xiàn)象；應具備對實驗數(shù)據(jù)分析和處理的能力，按要求獨立完成實驗報告并對實驗進行評價；最終實現(xiàn)訓練學生運用理論知識進行實驗操作、實驗數(shù)據(jù)處理和實驗結果分析的能力的課程教學目標。設定的內涵觀測點是能選用或搭建實驗裝置，采用科學的研究方法，安全地開展實驗。以達到訓練學生運用理論知識進行實驗操作、實驗數(shù)據(jù)處理和實驗結果分析的能力的課程教學目標，并培養(yǎng)學生達到能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜化學工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結論的畢業(yè)要求（見表1）。

表1 課程目標對畢業(yè)要求的支撐關系

3.無機化學實驗教學內容模塊的優(yōu)化和改革

課程達標要求：圖2所示，根據(jù)課程培養(yǎng)目標，我們將課程內容分為四大模塊：基本知識模塊、驗證性實驗模塊、綜合性實驗模塊、創(chuàng)新設計性實驗模塊。以下為各模塊的具體要求。

圖2 實驗教學內容模塊

基本知識模塊：培養(yǎng)學生練就扎實的實驗基本操作和技能，要求學生熟記實驗室規(guī)則和安全注意事項；熟悉玻璃儀器的洗滌、酒精燈的使用、加熱操作、試劑的取用與稱量、溶液的配制；熟悉常用儀器的名稱、規(guī)格和使用方法；學會酸堿滴定操作；了解常用試劑的分類與保管、安全防火知識、常見意外事故中的急救和處理，為后續(xù)其它實驗課的開展以及將來從事化學化工行業(yè)的工作打下基礎。

驗證性實驗模塊：通過掌握滴定的原理，練習滴定操作技術和滴定終點的判斷，掌握滴定數(shù)據(jù)結果的處理方法，以熟練酸堿滴定操作，并了解展望滴定在化工產品開發(fā)和檢測中的應用。

通過掌握移液管和吸量管的使用，掌握測定醋酸解離度和解離常數(shù)的方法，加深對弱電解質解離平衡的理解，學會pH計的使用方法，以掌握解離度和解離常數(shù)的測定；掌握ds區(qū)元素及其化合物的制備及性質，熟悉化學反應實驗的基本操作，學習離心機分析提純物質，并了解展望ds區(qū)元素及其化合物在化工納米材料中的制備應用；驗證性實驗模塊可鍛煉學生的基本操作技能，加深對理論知識理解和實踐應用，培養(yǎng)觀察實驗過程及現(xiàn)象的能力。

綜合性實驗模塊：了解結晶法提純物質的原理和方法，掌握溶解、蒸發(fā)、結晶的原理和方法，掌握減壓過濾的基本操作，鞏固學習電子天平的使用，掌握結晶過程的影響因數(shù)和過程控制分析，以掌握化工產品結晶制備和分離提純操作；了解復鹽的產品特性，掌握水浴加熱、溶解、過濾、蒸發(fā)、結晶等基本操作，制備硫酸亞鐵銨復鹽，了解分光光度計法定量分析硫酸亞鐵銨雜質含量。訓練學生綜合應用所學知識和技能來分析和解決一些實際問題的能力，與基本操作實驗和單純的驗證型實驗相比有一定的難度；完成這些實驗時，有的要綜合應用無機化學實驗和分析化學實驗的方法，有的要綜合運用無機合成、有機合成的方法和技術以及現(xiàn)代分析測試技術。

創(chuàng)新設計性實驗模塊：了解常見25種陽離子的鑒定方法，了解混合離子的系統(tǒng)分離法，訓練常見陽離子的分離與鑒定，鍛煉學生自主設計未知陽離子的分離與鑒定方案設計能力；任課老師可探索以下前沿性的化工納米材料的實驗供學生作為創(chuàng)新設計實驗，（1）了解石墨烯的結構與性質，熟悉氧化石墨烯的制備方法，拓展學習石墨烯在增強、導電、導熱化工產品的應用；（2）學習水熱法制備納米氧化鋅形態(tài)的調控，學習納米氧化鋅微觀形貌表征，認知納米氧化鋅在抗菌化工產品中的應用；（3）探究納米銀三角片的合成，了解影響納米銀三角片粒子生長的因數(shù)，學習紫外-可見吸收光譜表征納米粒子的方法，熟悉納米銀三角片的形貌與表面等離子體共振吸收的關系，認知納米銀三角片在抗菌化工產品中的應用；通過以上創(chuàng)新設計性實驗的訓練，可以顯著提高學生查閱科技文獻或專利的能力，并能運用相關理論知識和加工整理后的文獻資料設計實驗方案，可以提高學生的學習興趣，培養(yǎng)獨立思考的能力、分析和解決問題的能力，創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。

4.創(chuàng)新設計性實驗設計探究

創(chuàng)新設計性實驗設計探究應以無機化合物的制備及性質在化工產品中的實踐應用為基礎，設計和更新創(chuàng)新設計性實驗設計內容，采用科學的邏輯思維配合實驗方法和技術，對擬定研究的目的（或問題）進行的一種有明確目的的探索性研究。創(chuàng)新設計實驗有別于基礎性實驗，是在借助前人的研究工作與經驗的基礎上，通過研究對象進行積極的思考與歸納，對未知因素進行創(chuàng)新設計、探究創(chuàng)新科學的一種研究實驗。此實驗環(huán)節(jié)可以引導學生掌握科技文獻查閱的能力、閱讀科學文獻和分析歸納科研課題國內外研究進展的能力，了解前沿性科技動態(tài)，洞察和掌握未來科技發(fā)展方向，激發(fā)學生的科學研究興趣，鍛煉提出科學合理的實驗方案的能力，觀察實驗現(xiàn)象、分析和解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。可以結合無機化學研究的前沿性問題，可結合任課老師的研究基礎，設立研究無機化學材料的性質、組成、結構、制備、功能等一系列相關領域的創(chuàng)新設計性實驗，如新型配合物、有機金屬化合物、生物無機配合物、具有光、電、熱、磁特性或生物功能配合物、具有特異性能及新結構的化合物，如高溫超導材料、納米材料、光學材料、多孔晶體材料、納米相功能材料、無機膜敏感材料等。創(chuàng)新設計性實驗設計探究示例見圖3，加深了學生對無機化學理論知識的理解，拓展其在化工產品中的應用，為社會培養(yǎng)工程人才奠定更扎實的基礎。學生反饋效果良好，實驗過程非常投入，鍛煉了其設計方案的能力和動手能力，為以后的其它課程實驗打下了扎實的基礎，并為以后參加科學研究也奠定了良好的理論和實踐基礎。

圖3 創(chuàng)新設計性實驗設計探究示例

5.構建科學有效的成績評價體系和持續(xù)改進機制

構建科學有效的成績評價體系是全面真實反映學生對無機化學實驗課程參與度和課程目標達成度的保障，為此，我們設立實驗準備、實驗過程、實驗報告三大部分進行評價，其中，實驗準備考察學生課前預習、實驗前教師課堂講解的互動程度、實驗方案的設計等（比重：20%）；實驗過程考察學生實驗過程的操作、數(shù)據(jù)記錄、實驗現(xiàn)象觀察等（比重：20%）；實驗報告考察學生的實驗數(shù)據(jù)處理、實驗結果分析、實驗評價等情況（比重：60%）。

建立有效的評價反饋和持續(xù)改進機制更是保障教學質量評估和持續(xù)改進、學生的培養(yǎng)目標達成度進行跟蹤反饋的保障，評價內容可包括：課程目標分解是否合理，課程目標是否達成，教學內容和環(huán)節(jié)的設置是否合理等，強調合格評價與質量持續(xù)改進[10-13]。

6.結語

本文以化工專業(yè)工程教育認證為契機，基于新工科培養(yǎng)模式和工程教育專業(yè)認證理念，貫徹“以人為本”的評價理念，探究了改革無機化學實驗課程教學模式，修訂無機化學實驗教學大綱、優(yōu)化和改革其教學內容和教學方法、改進其課程考核評價和構建持續(xù)改進機制等措施，對現(xiàn)有教學的分析，以無機化學實驗課程實驗工程實踐為抓手，以學生學習產出為導向，強調合格評價與質量持續(xù)改進，培養(yǎng)了化工專業(yè)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力、跨學科交叉融合能力、解決復雜工程問題能力，為培養(yǎng)學生滿足化工專業(yè)工程教育認證達成度提供教學參考。