王春燕， 劉華偉

（南方科技大學化學系，廣東深圳518055）

0 引 言

國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010 ～2020 年）中將提高高等教學質(zhì)量和強化實踐教學環(huán)節(jié)作為一項重要內(nèi)容［1］。我校是國家高等教育綜合改革試驗校、廣東省高水平大學重點建設高校，目標是迅速建成國際化高水平研究型大學，要實現(xiàn)這個目標，培養(yǎng)具備科研創(chuàng)新能力的學生是重要基礎。

化學是一門實踐性和應用性較強的學科，而無機化學實驗是化學化工及相關(guān)專業(yè)的一門重要基礎課程，國內(nèi)多個高校結(jié)合自身的情況對無機化學實驗課程建設［2］、實驗內(nèi)容的設計［3］、教學方法和教學模式［4-10］等方面進行了積極的探索和改革，形成了各自的教學特色和優(yōu)勢，在傳授無機化學實驗的基礎理論和訓練基礎操作技能的同時，注重培養(yǎng)學生分析問題解決問題的能力，注重培養(yǎng)學生的探究能力、創(chuàng)新能力和跨學科交叉合作能力。

1 無機化學實驗教學體系現(xiàn)狀

我校化學系是建校第一批建立的院系之一，成立于2011 年，而無機化學實驗課程也在短時間內(nèi)經(jīng)歷了從無到有，再到逐步完善的過程，目前根據(jù)學科發(fā)展的現(xiàn)狀和需求設置了無機化學實驗和高等無機化學實驗兩門課程，設計了一系列既能訓練學生實驗技能，拓寬學生視野又貼近科研前沿有實際應用價值的實驗，以提高學生專業(yè)綜合素質(zhì)和培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才。

兩門無機化學實驗課程遵循一體化多層次的教學設計理念，無機化學實驗課程是化學系大二學生的必修課，所以實驗內(nèi)容偏基礎，側(cè)重基本技能和實驗習慣的培養(yǎng)；高等無機化學實驗是化學系大三學生的選修課，內(nèi)容側(cè)重于學生自身主觀能動性及科研能力的培養(yǎng)，主要選課群體為化學系大三部分選擇了無機化學研究方向或者對無機化學具有濃厚興趣的學生。

2 無機化學實驗教學體系的設置

2.1 無機化學實驗的內(nèi)容

在一些傳統(tǒng)高校，無機化學實驗是本校化學、化工、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、生物、醫(yī)學和食品等專業(yè)大一新生的一門基礎必修課，是學生進入大學后第一門化學實驗課程，所以大部分出版的無機化學實驗講義中基礎操作的培訓占有較大比例，例如，常用玻璃儀器的洗滌和干燥，溶液的配制、天平的使用、蒸發(fā)和濃縮等。而我校的無機化學實驗課程是化學系大二學生的必修課，其先修課為化學原理、化學原理實驗A 和無機化學導論，即在上無機化學實驗課程之前學生已經(jīng)具備了基本的操作技能和相關(guān)化學理論知識，并且我校大一下學期或大二上學期就有學生進入課題組進行簡單科研工作，所以我校無機化學實驗教學內(nèi)容和教學目標的設置必須結(jié)合本校的定位、培養(yǎng)方案和課程計劃，需要在傳統(tǒng)課程上進行較大改革，使其滿足本校學科發(fā)展的需要，并具有其自身的特點和優(yōu)勢。

課程共2 學分，64 個學時。通常根據(jù)學期教學周的長短安排11 ～13 個驗證實驗和綜合性實驗。無機化學實驗（2019 年）具體實驗內(nèi)容如表1 所示。

表1 無機化學實驗內(nèi)容（2019 年）

無機化學實驗課程內(nèi)容是根據(jù)實際需要和情況自行選擇設計的，具有典型性和代表性，涉及無機化學實驗中常見的反應類型、操作技能及其應用，包括無水無氧操作、微量實驗操作、配合物的合成及應用等，既包含一些基礎實驗，也有根據(jù)科研論文自行設計的應用型和綜合型實驗，同時在課程設置過程中，充分考慮學生的興趣和喜好，例如，在硅氧化合物及硅烷聚合物的合成中，學生最后的產(chǎn)物是他們童年游戲里的“彈彈球”，學生興致高漲，且實驗操作難度適宜，提升了學生對課程的興趣和熱情，另外對于有些缺陷和弊端的實驗，例如時間過長、結(jié)果模糊或者藥品味道大等的實驗，通過實驗方案優(yōu)化改進，或者更換無法優(yōu)化的實驗。所有學生單人操作，獨立完成，學生通過此課程可掌握無機化學實驗中常用的操作和反應類型，加深對相關(guān)基礎理論知識的理解和掌握，培養(yǎng)學生規(guī)范嚴謹?shù)膶嶒灹晳T和實事求是的科學態(tài)度等。

2.2 高等無機化學實驗的內(nèi)容

高等無機化學實驗課程是在無機化學實驗課程基礎上開設的，作為無機化學實驗課程的高級階段，是化學系大三學生的選修課。高等無機化學實驗具體實驗內(nèi)容（2018）如表2 所示。

表2 高等無機化學實驗內(nèi)容（2018 年）

課程為2 學分，64 學時。通常安排16 次實驗，1 ～3 次實驗完成一個課題。兩門實驗課程一體化多層次設計，循序漸進，無機化學實驗課程的培養(yǎng)目標側(cè)重學生實驗基本技能和實驗習慣的培養(yǎng)；高等無機化學實驗課程的培養(yǎng)目標側(cè)重于學生自身主觀能動性及科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。但兩門課程的教學內(nèi)容都基本兼顧了專業(yè)基礎知識、實驗基本技能以及先進的儀器分析技術(shù)和學科發(fā)展前沿熱點。通過無機化學實驗課程的學習，學生已經(jīng)掌握了基本的實驗方法、操作技能、注意事項、安全知識等，而高等無機化學實驗課程內(nèi)容傾向于單個實驗課題化，將每一個實驗當成課題來做，多數(shù)課題是從當前已發(fā)表的科研論文中選擇的，傾向于更深層次地探索反應的現(xiàn)象、結(jié)果和機理，科研論文的完成是個體化事件，而教學實驗需要幾十個學生平行進行，所以科研論文轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W實驗會經(jīng)過多個地方的改動，例如反應時長，反應過程和檢測儀器等都會進行相應的協(xié)調(diào)和改動，更能夠發(fā)揮學生和教師的主觀能動性。

另外，為保持實驗內(nèi)容與時俱進，目前兩門實驗課的內(nèi)容每年以10% ～20%的比例進行更新。

3 無機化學和高等無機化學實驗的實施方案和特點

除了根據(jù)無機化學和高等無機化學實驗的培養(yǎng)對象和教學目標的不同設置了不同的實驗內(nèi)容以外，根據(jù)其定位和要求不同設計了不同的教學方法、實施方案和考核方式。

3.1 無機化學實驗的實施方案和考核模式

雖然學生在無機化學實驗之前已經(jīng)完成了通識課程化學原理實驗的學習，已經(jīng)具備了化學基礎理論知識和基礎操作技能，但是化學原理實驗基本是一些比較簡單的基礎操作實驗，所涉及的反應類型和操作不能滿足學科發(fā)展的需要，基于此，無機化學實驗在化學原理實驗的基礎上側(cè)重于學生更高難度的基礎技能的訓練，如無水無氧實驗操作基礎技能的訓練，同時也包括化學實驗室安全意識的進一步培養(yǎng)、實驗廢棄物的分類和實驗報告的書寫等，此外實驗中還引入了先進的現(xiàn)代化分析儀器，例如紅外光譜儀、紫外可見分光光度計、熒光光譜儀、高效液相色譜儀和凝膠滲透色譜儀等，還有核磁、質(zhì)譜和單晶等數(shù)據(jù)的解析。除了傳統(tǒng)實驗教學的課前預習和教師講授外，還加入一些新穎有效的教學環(huán)節(jié)以提高教學質(zhì)量：①對于難以理解或者難度較大的實驗操作錄制操作視頻，學生提前預習，并且在課堂講授中進一步詳細講解，加深學生對實驗內(nèi)容的理解和掌握，有助于實驗的順利進行，取得更好的效果。②除了檢查學生的實驗預習報告，在實驗前對學生進行小測試（Quiz），有效地預防了一部分學生簡單抄寫實驗講義，懶于課前查閱資料和思考，上課時接受能力差導致實驗操作問題多的狀況，同時有效地監(jiān)督和檢測了學生的預習情況。③加強學生實驗安全方面的知識，安全問題是化學實驗中的頭等大事，根據(jù)具體實驗內(nèi)容，加入和擴展相關(guān)安全知識，包括國內(nèi)外安全標志的認識、緊急情況的處理、日常防護的要求和未知化學品的處理等。④學期末嚴格安排（一對二，即一個教師監(jiān)考二個學生）實驗操作和化學安全標識的考試。無機化學實驗課程實施方案如圖1 所示。

為了客觀公正地評價學生的課程學習情況，制定了多元化的切實可行的考核模式，如圖2 所示，包括預習報告（5%）、小測試quiz（10%）、實驗操作（50%）、實驗報告（15%）、期末操作考試以及針對性的安全標識考試（20%）。所有的環(huán)節(jié)都設置了統(tǒng)一的評分標準，杜絕了以往由于考核手段單一而造成考核結(jié)果片面和有失公平的弊病。

圖1 無機化學實驗課程實施方案

圖2 無機化學實驗課程考核模式

3.2 高等無機化學實驗的實施方案和特點

作為研究型大學，我系約有50%的畢業(yè)生選擇進一步深造，從事科研工作。而大多數(shù)學生在大學二年級就會確定研究導師和方向，進入課題組進行科學研究工作，所以高等無機化學實驗課程的目的之一就是加強學生和科學研究工作的鏈接，促進學生對科研實驗室工作的適應性，縮短學生到科研實驗室的過渡期。除此之外學生是學習的主體，要想達到好的教學效果就必須提高學生的參與度，調(diào)動學生自主學習的積極性。現(xiàn)在信息化資源豐富，教師制作和提供了詳細的課程講義、視頻和相關(guān)資料，學校能夠提供完善的數(shù)據(jù)庫平臺，學生可以根據(jù)自身情況更好地安排學習時間和選擇學習內(nèi)容。而且進入高等無機化學實驗課程學習的學生都經(jīng)過了無機化學實驗的學習和短期科研工作的前期訓練，具備了一定設計實驗方案和實施具體實驗的能力。

基于學科和我校的特點，對高等無機化學實驗的教學模式進行了各種探索，本著提高學生科研創(chuàng)新能力的目的，結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”的特點和模式［12-16］，探索出了以“學生為主體，學生授課，教師主導，教師輔助”的新型教學模式，如圖3 所示，調(diào)動學生的積極性，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

圖3 高等無機化學實驗課程實施方案

在正式上課之前，教師會根據(jù)教學目的、教學條件、學科發(fā)展的特點、熱點和以往本課程教學內(nèi)容的優(yōu)化方案認真選擇本學期實驗課題，在緒論課上發(fā)給學生相關(guān)資料或者為學生提供獲得相關(guān)資料的鏈接，對所有學生進行分組，隨機分配相應的實驗課題，學生可根據(jù)教師提供的資料和資源，也可自行搜索相關(guān)資料設計實驗方案，制作教學課件，所有相關(guān)實驗問題可提前和教師交流討論，教師對課件和實驗方案進行修改，學生英文授課，整個課堂學生之間和師生之間均使用英文提問，英文回答，對于學生的表現(xiàn)教師制定了詳細的評分標準并進行現(xiàn)場打分。學生由于自行設計方案，在課前對實驗內(nèi)容和方案進行了充分的了解和消化，實驗操作部分會更加從容和順暢，實驗論文中加入大量的討論和結(jié)果分析，充分培養(yǎng)了學生自主創(chuàng)新和主動探索的能力，與此同時，教師由教學主體轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲗Ш洼o助，角色的轉(zhuǎn)變對教師提出了更高的要求，不僅加大了教師的工作量，而且要求教師具有扎實的專業(yè)基礎知識，一定的相關(guān)專業(yè)的知識儲備，并且具備應對突發(fā)狀況的相應能力。但在整個教學過程中，教師和學生進行頻繁的交流溝通，不斷地解答學生提出的問題，在問題中發(fā)現(xiàn)自身的短板和實驗中暴露的問題，教師根據(jù)這些問題不斷優(yōu)化實驗內(nèi)容、實驗方案和教學方法，進一步促進課程建設，在不斷培養(yǎng)學生的同時提升自己，達到良性循環(huán)。

對于傳統(tǒng)的預習實驗報告，大多照搬照抄實驗講義，流于形式，故在高等無機化學實驗課中不對預習實驗報告做硬性要求，但要求學生實驗結(jié)束后以科研論文的形式寫實驗報告，因為本科生進入課題組時間長，會有越來越多的成果需要發(fā)表，所以在提高學生科研能力的同時，培養(yǎng)學生文章寫作的能力也顯得非常重要，將科研論文寫作的學習訓練有機地結(jié)合到實驗報告中不僅增強了學生的寫作能力和閱讀能力，也相應地提高了學生的科研綜合水平，論文中側(cè)重于實驗現(xiàn)象和結(jié)果的討論，并且對論文寫作中的常規(guī)細節(jié)有較嚴格的要求。

在高等無機化學實驗課程的整個實施過程中，學生獨立完成課題，包括課題前自主學習，自行設計實驗方案，團隊分工合作，極大地提高了學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、團隊合作、英語口頭表達及科研創(chuàng)新的能力。根據(jù)教學目的和教學內(nèi)容，制定了較為合理的考核模式，包括實驗講解成績（30%）、實驗操作成績（40%）和實驗論文成績（30%），每部分成績又根據(jù)課程考核要求和側(cè)重點將其細化成多處不同比重的考核點，最后綜合核算后成為學生本門課程的成績，如圖4 所示。除了實驗講解部分，實驗操作和實驗論文部分也均制定了詳細的評分標準，此教學方式和考核模式極大地調(diào)動了學生的積極性。

圖4 高等無機化學實驗課程考核模式

4 無機化學實驗教學體系的特點

無機化學實驗和高等無機化學實驗均在2015 年獨立開課，在此之前無機化學實驗和分析化學實驗作為一門實驗課，而高等無機化學實驗是在2015 年正式開課，到目前為止，課程已經(jīng)正式運行了4 ～5 年，課程設計得到了學校院系學生及部分校外專家的好評。概括起來有如下一些特點：

（1）課程教學體系一體化多層次設計。設計和建立“化學原理實驗-無機化學實驗-高等無機化學實驗”體系和模式，大體上遵循由淺入深、由簡單到復雜、由點到面、由基礎到創(chuàng)新的課程思路，對無機化學實驗和高等無機化學實驗的內(nèi)容進行了認真的考慮和選擇，既具有典型性和代表性，又具有系統(tǒng)性和先進性。

（2）教學方法和考核模式新穎有效。兩門課程根據(jù)不同的教學目的和培養(yǎng)對象設置了完全不同的教學方法和多元化的考核模式。例如無機化學實驗中加入了大量的視頻資料，有利于學生有效自由的學習實驗內(nèi)容，高等無機化學實驗采用翻轉(zhuǎn)教學模式，大大提高了學生的參與度，發(fā)揮了學生的主觀能動性，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力等。

（3）單個內(nèi)容課題化設計。無機化學實驗和高等無機化學實驗都包含了一些系統(tǒng)的課題，注重了實驗的完整性，例如無機化學實驗中的鎳催化劑的合成及其在烯烴異構(gòu)化反應中的應用，并使用高效液相色譜儀進行檢測實驗的結(jié)果。

（4）實驗內(nèi)容不斷更新，課程建設動態(tài)化。根據(jù)課程發(fā)展需要保證每年兩門實驗課的內(nèi)容有一定比例的更新，保持實驗內(nèi)容始終處于動態(tài)建設中。

（5）注重雙語教學。所有課程均為雙語課程，鍛煉了學生對英語聽說讀寫的能力，增強國際競爭力。

5 結(jié) 語

開設無機化學實驗課程已有幾年的時間，隨著教學的軟硬件條件不斷改善，在教師不斷努力探索和學生高度配合下已經(jīng)取得了一些初步的成績，兩門課程從無機化學實驗中的基礎知識、基本原理的驗證性實驗到綜合性應用實驗，再到高等無機化學課程中的自行設計實驗、擔當教師的角色進行授課、制作課件、撰寫完整的課題論文，建立了一體化多層次的教學體系，有效地培養(yǎng)了學生的開放性思維和科研創(chuàng)新能力，提高了學生的綜合素質(zhì)。為培養(yǎng)具備創(chuàng)新能力和初步科研能力的復合型人才奠定了基礎。但與此同時還存在不少問題，例如，高等無機化學實驗中小組在完成課題時，個別學生依賴性強，參與度不高，集體意識和團隊意識薄弱，沒有調(diào)動每個學生的積極性。路漫漫其修遠兮，要想提高教學質(zhì)量和課程吸引力，提高學生的積極性和建設成精品課程，還需要付出很多努力，包括課程內(nèi)容的選擇、課程教學方法和考核模式的完善。