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摘要
以創新和創業型人才培養為導向，創新實驗教學理念，融合無機化學、有機化學、分析化學和物理化學等四大化學的實驗教學，發展實驗手段現代化、教學方法多樣化、實驗內容綜合化的醫學和藥學的基礎化學實驗教學新體系。十余年的運行實踐表明，特色鮮明的基礎化學實驗教學新體系已經成功地培養了醫學和藥學的創新和創業型人才。
關鍵詞
基礎化學;實驗教學;創新和創業型人才培養
化學是一門實踐性強的學科，也是醫學和藥學專業的基礎學科。因此，基礎化學實驗教學在創新型和創業型人才培養中具有重要地位［1-2］。首都醫科大學化學生物學與藥學院實驗教學中心自2004年成立至今，一直追求以學生為導向，培養具有動手能力強、綜合素質好、微調自己就可適應社會需求的具有創新和創業雙創人才的實驗教學理念。特別是2006年成為北京市實驗教學示范中心以來，基于“實驗中心”的教學理念，不斷探索和研究面向醫學門類學生和藥學生的基礎化學實驗教學。在不違背實驗教學基本規律和時代要求的前提下，不斷實施實驗教學理念的創新，特別是在教學模式上，打破了傳統的實驗課程的設置和學科的界限，將無機化學、有機化學、分析化學和物理化學等四大化學的實驗教學融合，成為現行的基礎化學實驗一、基礎化學實驗二、基礎化學實驗三和基礎化學實驗四。經過十余年的實踐，基礎化學實驗不僅形成了獨特的實驗教學體系，更為藥學生的專業實驗課程打下了堅實的基礎，形成了具有首都醫科大學化學生物學與藥學院特色的基礎化學實驗教學體系，受到同行專家的關注和肯定，并于2014年獲批國家級實驗教學示范中心，確定了融合的基礎化學實驗是培養創新型和創業型的雙創型醫學人才和藥學人才的重要基石。
1實驗手段現代化
2004年以來，實驗中心針對國家中長期發展對學生創新和創業能力培養的需要，不斷推進以實驗技術組合化、實驗技術現代化和實驗內容信息化為代表的實驗手段現代化基礎進程。
1.1實驗技術組合化
實驗教學中心獨立設置的每門基礎化學實驗課，均有較高比例的基礎性實驗，如稱量技術、滴定技術、溶液配制技術、過濾技術、蒸餾技術、熔點測定技術、沸點測定技術、重結晶技術、色譜技術、燃燒熱測定技術等，為本科生的基本概念、基本原理和基本操作打好基礎。在后續綜合性實驗中，融合了相關學科或同一學科多項技術，如基礎化學實驗二和基礎化學實驗三課程“小茴香中茴香油的提取和分析測定”實驗［3］。在基礎化學實驗二中，學生學習水蒸氣蒸餾法提取小茴香揮發油，掌握水蒸氣蒸餾技術的基本原理和操作技巧，保存好提取物。接著在基礎化學實驗三中，以基礎化學實驗二的提取物作為樣品，以正己烷萃取小茴香油，然后采用常壓蒸餾技術回收正己烷溶劑，樣品采用氣相色譜內標法，定性和定量測定小茴香揮發油中的反式茴香腦。該綜合性實驗設計既有水蒸氣蒸餾、簡單蒸餾和溶劑萃取技術的訓練環節，又有色譜技術的訓練環節，實驗內容通過層次遞進的方式展現給學生:在掌握了簡單蒸餾原理的基礎上，很容易掌握分餾的概念，即分餾就是反復多次的簡單蒸餾;而在掌握了分餾概念的基礎上，學生又很容易理解色譜學中抽象的塔板理論概念，即將色譜柱看作一個分餾塔，待分離組分在分餾塔的塔板間移動，在每一個塔板內組分分子在固定相和流動相之間形成平衡，隨著流動相的流動，組分分子不斷從一個塔板移動到下一個塔板，并不斷形成新的平衡。換句話說，色譜柱的塔板數越多時，其分離效果就越好。小茴香揮發油綜合實驗就是水蒸氣蒸餾、簡單蒸餾、萃取、稱量、溶液配制以及氣相色譜等多種操作技術的綜合組會，實驗的實施全面訓練了學生的實驗技能，提升了學生的創新能力和實踐能力，培養了醫學藥學實用型人才，取得了良好的教學效果［4］。
1.2實驗技術信息化
傳統模式下的大學基礎化學實驗教學存在諸多方面的問題，比如學生被動實驗現象突出、實驗現象不夠直觀，使得學生對教學內容的掌握不完全。當前，科學可視化和電子通信技術的大發展給化學研究和化學課堂教學帶來了令人興奮的應用機會。通過多媒體輔助實驗教學，應用分子模擬程序，可以將一個復雜的分子結構形象化、立體化、動態化地展示給學生，增強學生的學習興趣，提升教學效果［5］。2006年以來，學院用信息化教學手段落實先進的教學理念和實施先進的教學方法。隨著北京市對實驗教學中心經費投入不斷加大，實驗教學中心配備了一流的實驗教學儀器和設備，提供了信息化實驗教學手段。為了用信息化的教學手段落實先進的教學理念和實施先進的教學方法，中心17間實驗室都安裝了多媒體系統，全部實現了多媒體輔助教學，自行設計制作了9套多媒體教學課件，拍攝了20部實驗教學錄像片。將大量教學圖片、視頻資料、多媒體軟件、教學參考光盤等應用于實驗教學，用生動形象的文字、圖像以及視頻等媒體信息直觀地表達實驗的重點、難點及操作方法和要點，增加了教學的信息量，強化了學生的視覺和聽覺感觀，改進了教學效果，優化了教學質量，使學生的創新能力和創業能力得到有效培養。
1.3實驗技術現代化
學院每年用北京市教委提供的300萬元專項基金，購置新的實驗教學儀器和設備，推進中心的實驗設施現代化建設，提升實驗技術現代化。例如，基礎化學實驗二中“熔點的測定”除了教給學生傳統的提勒管測定法外，還用購置的WRS-1B數字熔點儀、SMP3數字熔點儀以及顯微數字熔點儀，使學生能夠學習和掌握現代化熔點測定技術。又例如，在基礎化學實驗二“旋光度的測定”中，除了教會學生樣品用量較大的國產的WXG-4圓盤旋光儀，還教會學生使用樣品用量只有50μL的美國Rudolph微量旋光儀。同時，中心還購置了7臺Agilent氣相色譜儀、7臺Waters高效液相色譜儀和3臺Thermo-Fish-erUltimate3000高效液相色譜儀、6臺Shimadzu2550紫外可見分光光度儀、5臺ShimadzuRF-5301熒光分光光度計、2臺紅外分光光度計、1臺馬爾文納米粒度測定儀。教師充分利用這些新儀器設計開發新的綜合性和設計性實驗項目，豐富實驗教材內容。所購置的現代化的儀器設備向本校本科學生開放，學生在實驗課中零距離接觸這些大型和精密儀器設備。這些一流的實驗設備成為學生牢固掌握基礎化學現代實驗技術的保障，培養了學生的創新思維和創業能力，特別為藥學專業的學生接下來的專業實驗課程的學習打下良好的動手能力基礎。
2實驗教學方法多樣化
學院逐步實現以學生為中心、以教師為主導的教學目標，不斷完善以啟發式教學、互動式教學和研究式教學為代表的實驗教學多樣化，培養創新和創業型人才。
2.1啟發式實驗教學
傳統的基礎化學實驗教學一般采取的是“配方抓藥”的方式，學生按照教科書寫好的步驟去做實驗，在整個實驗過程中很少設置有讓學生去思考的環節，學生處于一種被動學習的狀態中，學生的實驗技能僅僅處于“會操作”這樣一個低水平階段，對化學科學的本質的理解力和創新能力沒有得到有效訓練［6］。因此，用互動式教學方法貫穿實驗教學是中心的基本原則，教學中以教師的啟發指導為主，通過學生認真思考和研究來完成實驗，以提高學生對基礎化學知識的靈活運用能力。在每次開始上實驗課時，授課教師會圍繞實驗原理、實驗方法、實驗難點、實驗預期結果和可能出現的問題等啟發學生主動思維，讓學生談看法。比如在基礎化學實驗二“柱色譜分離甲基橙和亞甲基藍”的實驗中，都會讓學生觀察實驗現象，啟發學生提問題［7］。比如提問學生實驗中是藍色條帶還是黃色條帶先流出色譜柱?為什么?然后讓學生觀察實驗結果與自己最初的判斷是否一致，假若判斷有錯誤，首先讓學生獨立思考原因，然后在實驗課結束時，會組織學生即時小結。通過小結，啟發學生注意聯系理論知識，引導學生從被分離化合物的結構和極性以及固定相硅膠的結構、極性和化合物與硅膠的相互作用等方面去思考，對實驗結果給出正確的理論解釋，對實驗出現的問題給出合理的分析。啟發式實驗教學不僅調動了學生自主學習的積極性，管理理論課與實驗課知識，尤其是提升了學生分析問題和解決問題的能力，是創新和創業型人才培養的重要教學方法。
2.2互動式實驗教學
自發性和即興表演等多種方式的互動式教學對提高學生化學學習具有重要意義。在互動式教學過程中，教師和學生雙方要充分利用互動式教學資源如視覺、語調、手勢和體態等。教師通過與學生的交流，了解學生的想法，調動學生學習的主動性。教師在授課中要經常提出適宜的問題，征求學生的答案，同時鼓勵學生積極提問，并組織學生討論，培養學生的創造性思維［8］。因此，用互動式教學方法貫穿實驗教學也是中心的基本原則，積極鼓勵授課教師在課堂上采用互動式教學模式進行教學，優化教學方法，提高教學質量，激發學生的學習興趣，充分調動全體學生的學習積極性，提高學生學習效率。例如，在基礎化學實驗二“從茶葉中提取咖啡因”的實驗中，由于升華時對溫度的控制不同，實驗現象和結果會有很大的差異，有的學生在升華過程中很快聞到了糊味兒，升華用的濾紙由白色變成了焦黃色，升華的咖啡因產品晶體細小且很短，夾雜著黃色;而有些學生在升華過程中沒有聞到糊味兒，咖啡因晶體潔白，顆粒很大且很長，附著在濾紙上干凈整潔，產率較高。對于這樣的實驗教學情況，教師就組織全班學生一起探討原因，將產生不同實驗現象的學生分成小組相互觀摩、探討和交流，認真比較實驗現象，仔細分析實驗過程的異同，最后總結出實驗成功的經驗:茶葉的提取物在焙炒過程中要充分去除提取溶劑，形成墨綠色的均勻細小顆粒，升華時溫度上升要緩慢，不能著急，若提取溶劑去除不干凈和升華溫度上升過快會導致咖啡因結晶色澤較差和產率較低。學生通過這樣的討論，發現問題和解決問題的能力有了很大的提高，并且實驗熱情高漲，培養了學生主動參與、勇于爭論、敢于表態的實驗態度，提高了學生的創造性思維能力。在相互討論的過程中教師自身也得到了很大提高，與學生之間也有了近距離的情感交流，達到了教學相長。
2.3研究式實驗教學
研究式實驗教學的特點是課堂上有更多的互動、學生可分組實驗以及會像科研實驗那樣產生真實的問題等。通過研究式實驗教學，學生對基礎化學概念的理解和學習態度上比傳統的教學方式更有效［9］。因此，在實驗課中開設研究式實驗是一項非常有意義的工作，是培養學生獨立思考、大膽探索和勇于創新的科學精神的有效途徑。為此，實驗教學中心積極推行研究式教學，讓設計實驗內容更加靠近正規的科研實驗［10］，成為中心實驗教學的重要環節之一。例如，在“紫外分光光度法測定未知物的含量”設計性實驗中，教師在實驗課開始前2周，向學生布置實驗題目、內容和實驗要求，指導學生查閱文獻，以課題小組為單位自主設計實驗方案并說明實驗原理;實驗實施前1周，收集學生的實驗方案，由教師進行審閱;實驗實施前1天，組織一個討論會，由各課題組提出自己的實驗方案，全班討論、歸納，在教師的指導下，最終形成一個公認合理可行的實驗實施方案;學生從調整儀器、配置試劑開始，完全自己動手完成實驗方案的實施;學生實驗完成后，獨立完成實驗報告。通過研究性實驗教學的培養，學生查閱文獻的能力、歸納總結能力和團隊協作能力有了很大提高，對理論知識的理解也更加深刻和透徹。
3實驗內容綜合化
傳統藥學基礎實驗課程體系強調無機、有機、分析和物化實驗的專業性和獨立性，課程開設基本分屬于各教研室，各建一套，各自為政，不重視各學科之間的相互交叉滲透，結果導致學生的創新能力、綜合分析問題和解決問題能力不足，同時也制約了各教研室的資源共享。將藥學基礎實驗課程體系各學科相互融合，注重相關學科的交叉聯系，開展綜合性實驗訓練，提高學生創新精神和實踐能力，是當前藥學實驗教學改革的主要方向［4］。綜合性實驗對培養學生的創新精神和科學素養意義重大，也是中心實驗教學改革的重要內容之一。2006年以來，中心利用專項資金購置了一大批用于光學、電化學和色譜學分析等技術的教學儀器設備。例如，紫外可見分光光度計、熒光分光光度計、紅外分光光度計、氣相色譜儀和高效液相色譜儀等。如何在現有條件下，最大限度地提高教學質量和效果，提升學生的創新能力和實踐能力，綜合性實驗項目的開設就顯得非常必要。為此，實驗中心積極推行綜合性實驗項目教學。比如在“基礎化學實驗二”中，乙醇浸提茶葉、升華法提純咖啡因，中心管理好學生的樣品;在“基礎化學實驗三”中，讓學生使用自己的樣品采用液相色譜法分析咖啡因的純度及含量測定，學生可以在“基礎化學實驗三”中體會在“基礎化學實驗二”中自己樣品的好壞程度。再如在“基礎化學實驗二”中，學生合成和純化阿司匹林，保留樣品;在“基礎化學實驗三”中，分別采用紫外二階導數光譜法和液相色譜法分析阿司匹林及其雜質水楊酸的含量，在“基礎化學實驗四”中，測定阿司匹林的燃燒熱。這種將相關實驗技術融合在既相對獨立又互相關聯的具體實驗中，使這些選定的實驗項目串聯成一個大實驗，通過實驗原料傳遞的方法，使實驗內容變成一系列前后關聯的有機整體，實驗設計整合了有機化學、分析化學和物理化學的實驗內容，注重上下游課程之間的滲透和銜接，提升了學生對科學知識和實驗課程學習的興趣，培養了學生的科學素養和創新思維能力。
4化學實驗教學改革的展望
本校實驗教學中心在未來將繼續以培養創新和創業型人才為指導思想，不斷探索、研究醫學化學和藥學基礎化學實驗教學的基本規律、特點，不斷吸取實驗教學改革和科學研究的新成果，不斷完善基礎化學實驗教學內容和體系，切實提高我國醫學和藥學專業人才的培養質量和水平。
作者：唐靜成 王玉記 吳建輝 趙明 單位：首都醫科大學化學生物學與藥學院
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