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摘要:綜合化學實驗是理工科院校一門重要的實驗課程,對提高學生綜合運用化學基礎知識和實驗技能,培養學生的創新精神和創新能力,為社會輸送綜合型人才具有重要的作用。近年來,隨著教學改革的不斷深入,綜合化學實驗教學工作從多方面進行嘗試,尤其是在化學實驗教學內容和教學方式兩方面的改革取得了卓越的成績。在教學內容上與時俱進,不斷更新,緊密聯系學科熱點,培養學生的創新性和前瞻性。在教學方式上采用多樣性的教學方法,培養學生創新意識和團隊協作意識。通過對綜合化學實驗教學的改革與實踐,不僅利于培養學生綜合創新能力,還能夠為學生畢業后繼續深造和進入化學化工科研單位打下堅實的基礎。
關鍵詞:綜合化學實驗;教學改革;綜合能力;創新意識
綜合化學實驗是理工科院校一門重要的實驗課程,該課程的設立以培養學生綜合運用所學知識為目的,將無機化學、有機化學、分析化學、物理化學四大基礎化學實驗課程融為一體。實驗內容的設置是基于學生對實驗基本原理、基本操作掌握的前提下,緊密聯系學科研究前沿,充分體現相關學科的交叉與滲透,教學與科研的相互結合相互促進,并結合化學一級學科的特點而開發設計的。因此,其實驗內容具有綜合性,實驗方法具有多樣性的特點。綜合化學實驗是一門著重培養科研人才和創新人才的實驗課程,該課程旨在提高學生對基礎知識的綜合運用和對實驗基本技能的熟練操作,以解決實際問題為目標的科學研究活動,為今后學習中的創新實驗研究、本科畢業論文打下堅實的基礎。
一、綜合化學實驗的作用
綜合化學實驗中每個實驗在內容上包含合成化學、物理化學、計算化學、儀器分析、生物化學等多種學科的交叉與融合。學生在學習的過程中不僅要熟練掌握基礎知識、基本實驗技能,還要在此基礎上達到能夠綜合運用所學基礎知識分析和解決實際問題,熟練運用所學化學實驗技能進行實驗操作的目的。這就要求學生在學習的過程中,不僅要掌握知識點之間的內在聯系,還要提高對所學知識在深度上的認識。因此,綜合化學實驗不僅能夠提高學生對專業知識綜合運用的能力,還對培養具有創新精神和創新能力的綜合型人才有著重要作用。
1、提高學生對專業知識綜合運用的能力
理工科院校本科教學實踐過程中以培養化學基礎型人才為目標,在本科生課程設置上以滿足基礎型人才培養的需求為主,在教學實踐過程中教師需要不斷思考和探索如何完善學生的知識架構和提高學生的綜合運用能力。而傳統化學實驗課程教學中,學生對化學實驗課投入的時間不足,學習興趣不濃厚,重視程度不高,實驗內容在設置上也主要是以規范和掌握基本知識和實驗技能為主,實驗內容單一,學生通過按照教材“照方抓藥”的方式完成實驗,不利于提高學習者對化學基礎知識的綜合運用能力。綜合化學實驗將四大化學中的實驗方法和技術綜合為一體,在實驗內容的設計上以“知識點”為模塊來選擇,主要以化學學科的內容、學習重點和近年來化學研究的前沿領域為基礎,把學生應該掌握的重要知識點、實驗操作技能、實驗方法和物質表征手段列入綜合化學實驗課程中。因此,綜合化學實驗在實驗內容方面綜合“四大化學”中的重要知識點,在實驗技能方面需要運用多種實驗操作,在實驗性質方面開設探索性實驗,在實驗課程的設置上將多個獨立實驗聯系在一起,盡可能多的綜合運用不同的知識點和實驗技能,在綜合實驗選題上與時俱進,不斷更新,緊密聯系進教師的科研課題,真正達到“研學”統一的目標。
2、培養具有創新精神和創新能力的綜合型人才
綜合化學實驗能夠培養學生的創新能力和獨立的科研能力。綜合化學實驗的內容來自于教師的科研課題,這些實驗是在掌握化學基礎理論知識、實驗基本知識和實驗操作技能的基礎上完成的,實驗項目在內容上具有創新性和前瞻性,對培養學生的創新思維和創新能力具有重要作用。學生在掌握了基礎實驗操作,并了解化學相關研究方向的進展、交叉學科的研究熱點后,再根據自己的興趣點有目的性、有選擇性的進行綜合化學實驗項目,通過調查學習相關資料、設計進行相關實驗、總結實驗,在這一系列學習過程中,不僅培養了學生的創新意識、團隊協作意識,還能夠提高知識整合、解決問題的能力。我國高?;瘜W專業畢業生的去向一部分考研繼續深造,一部分就職于化學化工類科技單位。從畢業生的就業方向考慮,在化學實驗課程的設置上也應該開設技術操作程序融合度較高的探究性實驗課程,有利于學生將基礎的實驗知識和實驗技能活學活用,有利于培養學生的創新精神和創新能力。一方面,應該根據學?,F有的儀器設備,有目的的設計實驗內容,將涉及到的儀器分析原理和操作技術融入到綜合化學實驗中,在合成制備實驗階段完成后,應將分析表征和性能測試這一部融入到實驗教學中,提前了解并應用紅外、核磁、紫外、色譜等表征方法。另一方面,實驗內容上應該與學科前沿聯系起來,可以將教師的科研項目中的部分內容設計為實驗內容,將教學和科研緊密聯系起來,互相促進、共同發展。
二、綜合化學實驗課程教學內容的改革
1、開展以目標產物的檢測和表征為目標的實驗
在大部分高校中儀器分析實驗是一門單獨的實驗課程,但是化合物的合成制備與結構表征和性能測試是分不開的,在綜合化學實驗課程中將儀器分析融入到實驗中,不僅為合成的物質結構進行了分析測試,還節省了儀器分析實驗中所需化合物的來源問題,在這一過程中,學生不僅接觸到了無機化學、有機化學中的化合物合成實驗,還能掌握部分儀器的操作和使用,在化學學習過程中完成了“一條龍”的訓練模式,有利于提高學習興趣,為日后的進一步學習提前打好堅實的基礎。
2、綜合實驗內容的選擇應該具有前沿性
綜合化學實驗的內容來源主要為教師的科研課題,這些科研項目體現了化學各研究方向的熱點、前沿和不同學科的交叉領域,對學生科研創新能力的培養起到重要作用?;瘜W專業的學生在熟練掌握基礎化學實驗基本原理和操作后,可以根據老師的研究方向和自己的興趣點有目的進行綜合化學實驗項目,一個綜合化學實驗的開展,從查閱資料了解相關知識、準備實驗所需藥品和試劑到進行實驗操作、表征和測試產物這一系列工作學生都要參與其中,使學生對科學研究過程有一個整體的認識,團隊合作意識得到提高。
3、學生在教師指導下完成化合物的鑒定和表征工作
以往的化學實驗課只要求學生得到目標產物即可,這樣的教學模式不利于創新型人才的培養。將分析化學和儀器分析融入到綜合化學實驗中,學生在合成目標產物后,還需要利于已有的測試手段,比如,物質的熔點、沸點、密度、折射率等性能的測定。教師需要復核測定的數據,通過指引的方式讓學生對有問題的數據進行改正。在此基礎上,在教師的指導下,學生還要學習紅外光譜、紫外光譜和核磁譜圖的分析,從而獲得該目標化合物的正確分析結論。
三、綜合化學實驗教學方式的改革
傳統的化學實驗教學方式單一,學生在實驗課堂上以“照方抓藥“的方式的完成實驗內容,過分依賴教材,不利于發展學生的綜合能力和創新能力。因此,在綜合化學實驗的教學中,應采用多樣式的教學方式,使學生的綜合能力和創新能力得到全面發展。
1、采用案例式教學方式
傳統的化學實驗教學方式主要以演示為主,偏重于實驗目的、實驗原理、實驗內容和注意事項等基礎知識的講解,教學形式比較單一,學生只能被動接受,實驗過程中不加入自己的主動思考,激發不起學習的興趣。在綜合化學實驗教學過程中加入案例式教學,可以通過相關的案例介紹,激發學生的學習興趣,主動思考,充分發揮學習的主觀能動性,將所學知識融會貫通,有利于學生創新意識和創新能力的培養。
2、采用探究式教學方式
部分綜合化學實驗和傳統的實驗在內容上有本質的不同,對于探究性的綜合實驗,沒有具體的實驗內容可以參考,學生需要通過查閱相關資料,設計實驗方案,通過小組討論的方式對實驗方案的可行性進行分析,教師要通過引導的方式使學生對實驗中可能遇到的問題進行分析并提出解決辦法。在部分綜合化學實驗教學中采用探究式教學方式,不僅能夠調動全員參與的積極性、重視團隊協作,還能夠提高對實驗評價和應用的重視,有利于豐富學生獲取知識的途徑、開拓學生的知識面。
四、結語
近年來,通過對綜合化學實驗教學的改革與實踐,學生的創新能力和創新意識得到很大的提高。在實驗教學中,注重對學生綜合能力的培養,為學生畢業后繼續深造和進入化學化工科研單位打下堅實的基礎。另外,在綜合化學實驗教學改革中特別重視大型分析儀器的使用,將儀器分析課程的內容融入到綜合化學實驗教學中,不僅可以節省儀器分析實驗中所需藥品,還可以讓學生形成一個比較完整的實驗研究體系,對實驗結果有更加客觀的評價。總之,綜合化學實驗教學改革效果明顯,為學生日后的學習和工作起到深遠影響。
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作者:茹婷婷 趙越 劉杉杉 單位:吉林建筑大學基礎科學部