宿 艷， 姜文鳳， 杜 欣， 張永策， 田福平， 潘玉珍

（大連理工大學(xué)化工學(xué)院，遼寧大連116024）

0 引 言

作為首批“國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心”和首批“國家級虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)示范中心”，大連理工大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗中心（以下簡稱“中心”）積極堅持“以本為本”的教學(xué)理念，在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗課程建設(shè)方面，銳意改革，構(gòu)建符合新時代本科教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)踐教學(xué)體系和內(nèi)容。中心共開設(shè)24 門實(shí)驗課程，指導(dǎo)學(xué)生約3 800 人，涵蓋全?；づc制藥類、應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境與生命、機(jī)械、材料、土木等近40 個專業(yè)，實(shí)驗教學(xué)工作量總計約為20 萬人學(xué)時，為本?；瘜W(xué)化工及相關(guān)學(xué)科的本科教學(xué)及人才培養(yǎng)提供有力支撐。

新時代背景下基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗中心在課程建設(shè)過程中遇到如下幾個關(guān)鍵性問題［1-3］：如何避免不同實(shí)驗課程相對孤立，教學(xué)內(nèi)容交叉重復(fù)，欠創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度；如何提高學(xué)生的安全環(huán)保意識，保障實(shí)驗中的安全規(guī)范操作；如何解決實(shí)驗教學(xué)資源不足而導(dǎo)致學(xué)生“照方抓藥”、操作不規(guī)范、創(chuàng)新思維不足；如何改變學(xué)生因缺乏主動性和實(shí)踐思辨性，學(xué)習(xí)成效不顯著等問題。針對上述問題，中心積極探索課程改革新思路，從課程體系和內(nèi)容、教學(xué)資源、教學(xué)模式等方面實(shí)施改革，著力通過資源建設(shè)提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

1 實(shí)驗教學(xué)改革與實(shí)踐

1.1 重構(gòu)系統(tǒng)化、遞進(jìn)式基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗

以無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)和有機(jī)化學(xué)實(shí)驗4 門國家精品實(shí)驗課程建設(shè)為基礎(chǔ)，中心從學(xué)科層面科學(xué)規(guī)劃、頂層設(shè)計，貫通建設(shè)，突破同一學(xué)科不同課程間壁壘，避免課程間內(nèi)容孤立、交叉重復(fù)，重構(gòu)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗課程體系和內(nèi)容，圍繞化學(xué)科學(xué)解決實(shí)際問題這一主線，系統(tǒng)構(gòu)筑“基本技能模塊—制備提純模塊—性質(zhì)測定模塊—分析表征模塊—綜合創(chuàng)新模塊” 5 個漸進(jìn)模塊的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗課程新體系，實(shí)現(xiàn)先導(dǎo)模塊對后續(xù)模塊鋪墊和后續(xù)模塊對前置模塊的延伸。

基本技能模塊既單列，又穿插在各個實(shí)驗項目中，既便于學(xué)生縱觀全貌，又有利于學(xué)生得到基本操作技能的強(qiáng)化訓(xùn)練。課程內(nèi)容貫穿一條主線，幫助學(xué)生系統(tǒng)了解化學(xué)科學(xué)解決實(shí)際問題的方法和手段，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)，幫助學(xué)生形成科學(xué)思維。與學(xué)科前沿相結(jié)合的綜合創(chuàng)新模塊，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用性、趣味性，反映了現(xiàn)代化學(xué)的新進(jìn)展和新技術(shù)，有效解決了因知識體系不系統(tǒng)、不完整而導(dǎo)致創(chuàng)新能力缺失，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，滿足不同層次人才培養(yǎng)的需求，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和社會責(zé)任感。

1.2 建設(shè)系列化、層次化的精品實(shí)驗教學(xué)資源

中心系列化、層次化建設(shè)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗課程的教學(xué)資源，包含課程思政案例庫、數(shù)字化資源庫、科教融合項目庫三大實(shí)驗教學(xué)資源庫。

課程思政案例庫涵蓋30 個與學(xué)科相關(guān)的體現(xiàn)職業(yè)道德、環(huán)保理念、家國情懷、科學(xué)精神等教學(xué)案例，通過在各門實(shí)驗課程中引入化學(xué)思政案例，培養(yǎng)學(xué)生正確的價值觀、道德觀和堅韌的科學(xué)品質(zhì)［4-5］。如在物理化學(xué)實(shí)驗課程中，介紹我國著名的物理化學(xué)家、中國催化科學(xué)奠基人之一、我?；W(xué)院創(chuàng)始人張大煜先生，他領(lǐng)導(dǎo)了催化、色譜、化學(xué)激光和化學(xué)工程等領(lǐng)域的科學(xué)研究，對我國的科研事業(yè)和教育育人做出了巨大貢獻(xiàn)，通過對老前輩的介紹鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中要認(rèn)真求實(shí)，激勵學(xué)生的家國情懷和社會責(zé)任感。

多元融合的數(shù)字化資源庫涵蓋實(shí)驗微視頻、虛擬實(shí)驗、動畫、課件、試題庫、新形態(tài)教材6 個模塊內(nèi)容。模塊化、情景化構(gòu)建的數(shù)字化資源庫可高效完成知識的傳輸過程，規(guī)范學(xué)生基本操作技能，提高實(shí)操精準(zhǔn)度，避免課中忙于“照方抓藥”而無暇探究和思考的問題，滿足學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)需求［6-8］；層次化建設(shè)的虛擬實(shí)驗項目既覆蓋化學(xué)實(shí)驗基本操作等基礎(chǔ)實(shí)驗，又包含高毒性、高危險性和涉及大型精密儀器實(shí)驗，通過“以虛補(bǔ)實(shí)”的方式使學(xué)生完成難以實(shí)做的實(shí)驗，實(shí)現(xiàn)對培養(yǎng)方案內(nèi)容的全覆蓋。

科教融合項目庫涵蓋20 個涉及學(xué)科前沿、工程實(shí)踐、競賽轉(zhuǎn)化、科普創(chuàng)新等的實(shí)驗項目。例如，分析化學(xué)實(shí)驗項目中的“Fe3O4修飾的MoS2納米花的制備及類酶活性分析”即由中心教師的科研成果轉(zhuǎn)化而來，學(xué)生通過項目完全可以掌握水熱法、溶劑熱法等納米材料的制備方法，并通過類酶比色傳感分析檢測葡萄糖?？平倘诤享椖抠x予學(xué)生實(shí)施研究性實(shí)驗項目的機(jī)會，通過“做研究”提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，滿足新時期拔尖人才培養(yǎng)的需求［9-12］。

1.3 建設(shè)系列實(shí)驗教學(xué)管理平臺

為保障學(xué)生課上的安全規(guī)范操作，提升學(xué)生安全環(huán)保意識，中心根據(jù)各門實(shí)驗課程特點(diǎn)，針對性創(chuàng)建以虛擬仿真為特色的安全教育學(xué)習(xí)資源庫、安全考核、安全準(zhǔn)入認(rèn)證、安全管理等4 個模塊功能的化學(xué)實(shí)驗安全準(zhǔn)入平臺（見圖1），實(shí)施課前安全準(zhǔn)入考核。學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗室前，需先學(xué)習(xí)安全講義和虛擬實(shí)驗等安全教育資源，并經(jīng)過安全考核、安全準(zhǔn)入認(rèn)證后，方可取得實(shí)驗預(yù)約的資格，保障學(xué)生課上安全規(guī)范操作［13］，提升學(xué)生安全環(huán)保意識。

構(gòu)建移動實(shí)驗教學(xué)平臺（見圖2），全面覆蓋實(shí)驗教學(xué)課前、課中、課后整個學(xué)習(xí)過程，精準(zhǔn)設(shè)計“課前導(dǎo)學(xué)—學(xué)情分析—個性化指導(dǎo)—全過程測評考核—教學(xué)交流與反饋—教學(xué)內(nèi)容循環(huán)優(yōu)化”6 個功能模塊，實(shí)現(xiàn)多元資源學(xué)習(xí)、實(shí)時學(xué)情分析和高效教學(xué)管理，將教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”融為有機(jī)整體，為智慧實(shí)驗教學(xué)提供載體支撐［14-15］。面向高校和社會，實(shí)驗教學(xué)資源在中國大學(xué)MOOC平臺上線，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享。

圖1 化學(xué)實(shí)驗安全準(zhǔn)入平臺

圖2 移動實(shí)驗教學(xué)平臺

2 新型教學(xué)模式探索

中心以獨(dú)創(chuàng)的化學(xué)實(shí)驗安全準(zhǔn)入平臺和移動實(shí)驗教學(xué)平臺為載體，設(shè)計并實(shí)踐了全覆蓋基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗課程的智慧教學(xué)流程（見圖3）。課前安全教育、資源導(dǎo)學(xué)、學(xué)情分析、設(shè)計教學(xué)內(nèi)容；課中實(shí)時操作、個性化指導(dǎo)、科教融合項目引入、全過程實(shí)時考核評價；課后提交電子報告、教學(xué)反思，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容循環(huán)優(yōu)化的“閉環(huán)”教學(xué)流程。通過將科研項目轉(zhuǎn)化為實(shí)驗教學(xué)項目，并利用數(shù)字化資源進(jìn)行課前內(nèi)容的導(dǎo)學(xué)，建立并實(shí)踐一種線上線下融合、教學(xué)科研融合的智慧教學(xué)模式，扭轉(zhuǎn)學(xué)生在實(shí)驗過程中“機(jī)械照搬”和思考不足的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和能力，滿足學(xué)生個性化培養(yǎng)需求和高校拔尖人才培養(yǎng)需求。

圖3 實(shí)驗教學(xué)流程

3 教學(xué)成效

3.1 建成實(shí)用的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗課程

中心層次化建成了課程思政案例庫、數(shù)字化資源庫、科教融合項目庫3 個精品實(shí)驗教學(xué)資源庫。固化課程資源在高等教育出版社出版了“基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗”“化學(xué)實(shí)驗室安全基礎(chǔ)”2 部新形態(tài)實(shí)驗教材，被國內(nèi)其他高校廣泛使用，在同類實(shí)驗教材中處于領(lǐng)先地位。自主研發(fā)的虛擬實(shí)驗項目廣泛應(yīng)用于全國11 所高校，發(fā)表相應(yīng)教學(xué)軟著5 部，其中“小晶粒ZSM-5 分子篩的合成、表征及甲醇制芳烴催化活性研究虛擬實(shí)驗” 被評為遼寧省虛擬實(shí)驗項目。率先創(chuàng)建了化學(xué)實(shí)驗安全準(zhǔn)入平臺和移動實(shí)驗教學(xué)平臺兩個實(shí)驗教學(xué)管理平臺。獲批了分析化學(xué)實(shí)驗和無機(jī)化學(xué)實(shí)驗2 門基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗課程在中國大學(xué)MOOC 平臺上線。面向化工及相關(guān)專業(yè)學(xué)生2 600 余人，實(shí)施課前安全教育，全部學(xué)生均獲得安全準(zhǔn)入資格，達(dá)標(biāo)率為100%。

3.2 實(shí)施線上線下融合的、教學(xué)科研融合的教學(xué)模式

針對化工及相關(guān)專業(yè)六屆學(xué)生4 000 余人實(shí)施實(shí)驗教學(xué)改革，實(shí)踐表明學(xué)生創(chuàng)新能力明顯提高。學(xué)生參與科研項目的積極性增加，近2 年累計參加國家級等大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗項目22 項，在卓越杯等重要賽事中獲獎20 余項，其中2019 年3 名學(xué)生設(shè)計的“基于綠色化學(xué)理念的苯甲醛與安息香的相互轉(zhuǎn)化”實(shí)驗在首屆全國大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗創(chuàng)新設(shè)計賽中榮獲特等獎，通過苯甲醛與安息香這一循環(huán)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)理念和安全環(huán)保意識，提升學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。

3.3 開設(shè)獨(dú)創(chuàng)的移動實(shí)驗教學(xué)平臺和MOOC平臺

移動實(shí)驗教學(xué)平臺全面覆蓋基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗課程群的教學(xué)資源。運(yùn)行以來，截至目前注冊用戶1.2 萬人，預(yù)約2.1 萬人次，日訪問高峰在8 921 人次，國內(nèi)11所高校如哈爾濱工業(yè)大學(xué)等依托本移動平臺進(jìn)行混合式實(shí)驗教學(xué)實(shí)踐，均取得很好的教學(xué)效果。2019 年秋季學(xué)期分析化學(xué)、無機(jī)化學(xué)2 門實(shí)驗課程在中國大學(xué)MOOC平臺首次上線，在各個高校實(shí)驗教學(xué)體系不盡相同的情況下，注冊學(xué)習(xí)人數(shù)高達(dá)1 萬人次，在同類化學(xué)實(shí)驗?zāi)秸n中處于前列。

3.4 帶動高校實(shí)驗課程建設(shè)和教學(xué)模式改革

近2 年，中心教師受邀在課程建設(shè)、示范中心建設(shè)和虛擬仿真項目建設(shè)等研討會上作大會專題報告10多次，受到廣泛贊譽(yù)。在“2019 年新時代高?；瘜W(xué)化工教學(xué)改革與創(chuàng)新研討會”上，中心3 位教師以大工元素亮相，分別介紹分析化學(xué)實(shí)驗、無機(jī)化學(xué)實(shí)驗和物理化學(xué)實(shí)驗的課程建設(shè)經(jīng)驗，得到與會代表的高度關(guān)注。中心每年接待清華大學(xué)等近20 所高校的參觀和深度交流學(xué)習(xí)，積極發(fā)揮了國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心的引領(lǐng)作用。近2 年，團(tuán)隊成員發(fā)表教學(xué)論文27 篇，獲得國家級等獎勵12 項。

3.5 發(fā)揮數(shù)字化資源優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗課程在線教學(xué)

2020 年春季學(xué)期，突發(fā)其來的疫情使得各高校無法正常開學(xué)。為減小疫情對實(shí)驗教學(xué)的影響、緩解開學(xué)后學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，中心充分利用已建設(shè)的中國大學(xué)MOOC、遼寧省虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)項目等優(yōu)質(zhì)課程資源進(jìn)行在線教學(xué)；依托移動端實(shí)驗教學(xué)管理平臺、QQ群、微信群等提供在線教學(xué)服務(wù)。各門課程分別按時間節(jié)點(diǎn)布置任務(wù)，要求學(xué)生在線完成安全教育和準(zhǔn)入考核、視頻等精品資源學(xué)習(xí)、預(yù)習(xí)測試考核、虛擬實(shí)驗?zāi)M操作，利用平臺大數(shù)據(jù)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，通過線上討論、線上答疑等教學(xué)環(huán)節(jié)在線指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高課程的“兩性一度”。疫情期間，在線教學(xué)的實(shí)施有利于進(jìn)一步引導(dǎo)教師做好優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的建設(shè)和共享，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)和培養(yǎng)創(chuàng)新思維，進(jìn)一步引導(dǎo)師生推動傳統(tǒng)教育教學(xué)實(shí)現(xiàn)革命性轉(zhuǎn)變。

4 結(jié) 語

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗中心以培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新實(shí)踐型人才為核心，圍繞化學(xué)科學(xué)解決實(shí)際問題方法這一主線，系統(tǒng)構(gòu)筑5 個漸進(jìn)模塊的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗課程新體系，層次化建設(shè)3 個精品實(shí)驗教學(xué)資源庫，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)專業(yè)素養(yǎng)，幫助學(xué)生形成科學(xué)思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和社會責(zé)任感，滿足不同層次人才培養(yǎng)的需求。依托課程資源，以獨(dú)創(chuàng)的化學(xué)實(shí)驗安全準(zhǔn)入平臺和移動實(shí)驗教學(xué)平臺為載體創(chuàng)新教學(xué)流程，實(shí)施教學(xué)與科研融合、線上與線下融合的智慧教學(xué)模式，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，形成對實(shí)驗教學(xué)中心建設(shè)具有重要參考和借鑒意義的實(shí)驗教學(xué)新范式。新冠肺炎疫情期間，中心利用已有課程資源進(jìn)行在線教學(xué)，實(shí)現(xiàn)了“停課不停教，停課不停學(xué)”，有效促進(jìn)了優(yōu)質(zhì)資源共享。