摘 要：實驗比賽是提高學生實驗綜合能力和創(chuàng)新思維能力的有效方式，是提高實驗教學質(zhì)量的有效途徑。比賽中所暴露出來的一些問題，也會促進實驗教學的整體改革與提升。本文通過對安徽省第三屆大學生化學實驗大賽情況的分析，闡述了本次比賽有機化學組的主要競賽內(nèi)容，并對實驗的教學改革提出相應的對策。

關(guān)鍵詞：大學生；化學競賽；學生培養(yǎng)；教學改革

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1673-260X（2024）06-0102-05

高等學校以培養(yǎng)高素質(zhì)的學生為第一要務，本科生教學是整個學校的重中之重，其教學效果直接關(guān)系到學校的綜合競爭能力?！督y(tǒng)籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》中，將“雙一流”院校及專業(yè)的重點放在了“培育高水平和創(chuàng)新性”等方面[1]。高層次創(chuàng)新人才的培育，其目的是造就一批具備極高學術(shù)潛質(zhì)的學生，并使學生具備較強的創(chuàng)造性和科研能力[2]。實驗教學在培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力方面起著舉足輕重的作用。高校化學實驗技能比賽作為一種“二次教育”活動，既是對學生實際操作水平的一次考核，又是對實驗教學效果的一次較好的檢驗，見圖1。另外，化學競賽能極大地激發(fā)本科生熱愛化學和開展化學研究的熱情[3]。教師也可以通過競賽得到啟發(fā)，優(yōu)選實驗內(nèi)容和教學方式，通過優(yōu)化實驗課程，完善實驗教學體系使學生的綜合能力得到提升。在實驗競賽的準備和實施環(huán)節(jié)中，應考慮安全、環(huán)保、時效性、實驗目標等方面，同時也要兼顧實驗條件、成本和實驗臺套數(shù)等因素[4-6]。

第三屆安徽省大學生化學實驗大賽在安徽省教育廳的指導下，由安徽省化學會和安徽省普通高?；瘜W與化工專業(yè)合作委員會聯(lián)合舉辦，安徽理工學院承辦。今年的比賽共有27所大學，133位學生參賽。

1 競賽試題研究及結(jié)果分析

化學實驗比賽試題涉及范圍廣，以原料前處理、化合物制備、儀器操作、產(chǎn)物成分測定、圖譜分析及結(jié)果處理等為主要內(nèi)容，涉及無機化學、分析化學、有機化學和物理化學等多個學科及相關(guān)的實驗操作。

1.1 競賽試題分析

本次大賽分為實驗理論測試和實驗操作測試兩部分，由各學科主管組織的命題小組進行詳細設計。鑒于此次比賽以大學一、二年級學生為主，所以試題以最基本的實踐操作為主。在本次實驗比賽中，有機化學組的測試題目為“肉桂酸哌啶的合成和結(jié)構(gòu)鑒定”。每名參賽選手在規(guī)定時間內(nèi)要完成：肉桂酰氯的合成；肉桂酸哌啶的合成；肉桂酸哌啶的熔點測定；肉桂酸哌啶化合物的結(jié)構(gòu)鑒定及波譜分析。主要涵蓋了稱量、加熱回流、尾氣吸收、減壓蒸餾、萃取洗滌、減壓抽濾、重結(jié)晶、干燥等方面的基本理論和操作。

1.2 競賽結(jié)果分析

通過競賽結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)實驗教學存在的問題主要是實驗基本操作技能掌握不扎實。實驗理論和實驗操作考試滿分均為100分。實驗操作結(jié)果實驗操作占50%，實驗結(jié)果占20%，實驗報告占30%。表1列出了參賽的各項目的成績。從表1中我們可以看出：（1）學生對實驗基本知識認識不夠深入；（2）部分大學生不了解或不能正確地使用實驗設備；（3）在對實驗結(jié)果進行記錄、處理時，準確性不夠，任意地保存有效數(shù)值；（4）學生的基本操作水平不高，缺乏對操作目的和原理的深入理解。例如3名同學在“合成肉桂酰氯”的過程中，由于稱重操作錯誤而導致扣分和扣時，需要重新進行該步驟。另外，7名同學在“熔點的測定”環(huán)節(jié)不能熟練地運用顯微熔點儀，從而該項得分未能及格。僅有31.5%的考生在“薄層色譜法”分析樣品純度及檢測反應進程環(huán)節(jié)及格。此外，在制備肉桂酰哌啶過程中，溫度和滴加速度控制能力的不足導致產(chǎn)品顏色變深，純度較低。從上述的分析可以推測，學生在平常的實驗中，對實驗原理沒有較深地理解，對實驗步驟和結(jié)果也沒有進行分析和思考。

2 實驗競賽揭示的問題

2.1 綜合實驗能力有待提高

實驗競賽對學生綜合實驗能力要求高，因此通過實驗競賽既激勵學生改進和提高自己的實驗能力，也可以為學校和社會挑選出優(yōu)秀的學生。一些學生在實驗操作中遇到非常規(guī)的實驗現(xiàn)象時，不善于分析問題，不能及時提出解決辦法；有的學生實踐能力較弱，同時心理素質(zhì)較差，在實驗中表現(xiàn)出緊張、慌亂、條理不清晰；在使用儀器對試樣進行分析時，無法對實驗結(jié)果進行準確的分析判定，暴露出綜合素質(zhì)訓練不全面的問題。其主要原因是大部分學生在做化學實驗時不是根據(jù)理解而是通過機械地跟從書本步驟來完成實驗，沒有一個完整的學習過程。其次，實驗教材中所給出的操作步驟太過具體、完備，導致一部分懶惰的學生沒有花時間去分析、判斷、思考，長此以往學生的綜合能力和創(chuàng)造性思維能力就會減弱。另外，比賽中所涉及的操作關(guān)鍵點很多，考生需要在沒有具體步驟的情況下，憑借自身所儲備的理論知識和掌握的實驗技能完成實驗。只有不依靠課本，基礎(chǔ)扎實，思路清楚的學生，才能順利地完成所有操作。所以，化學競賽能夠客觀準確地反映出學生的整體能力和素質(zhì)。

2.2 實驗理論與操作融合差

結(jié)合實驗理論和操作考試的成績來看，見圖2，有些同學在實驗理論筆試中獲得了很高的分數(shù)，但在實際操作方面的分數(shù)很低，表明學生對理論知識靈活應用的能力還有待提高。只有一小部分同學可以把理論知識與實際應用結(jié)合起來，將掌握的知識運用到實踐中去。例如，萃取步驟并不繁瑣，只需掌握好分液漏斗的正確使用即可，但在比賽過程中，只要結(jié)果與書本上所描述的現(xiàn)象有所改變，就會讓學生無所適從，無法靈活應用已學到的相關(guān)實驗知識去處理問題。有些考生則無法將實驗所用的裝置圖畫出來。還有部分學生忽略了化學公式的正確書寫，導致在理論產(chǎn)率計算中出現(xiàn)較大的誤差。有的學生對實驗現(xiàn)象記載不全，重點把握不準，造成了對理論分析與詮釋的偏離。在利用薄層色譜法過程中，有些參賽者對其具體操作缺乏了解，不會運用薄層色譜法對產(chǎn)品純度進行鑒定。其中既有學生對理論知識了解不夠深入的原因，也有老師欠缺將理論知識與實際操作相聯(lián)系方面的強化指導。

3 以實驗競賽為契機，促進培養(yǎng)方案的改進

通過實驗競賽結(jié)果分析，在今后的教學中應加強學生基本實驗操作能力的培養(yǎng)。比賽中出現(xiàn)的問題，反映了實驗教學的不足，促進了實踐能力培養(yǎng)方案的改進。首先應從最基礎(chǔ)的實驗操作進行培訓。對于教師要準確地講解操作過程的關(guān)鍵細節(jié)，及時對不標準、不正確的操作進行改正；鼓勵學生并注重基本技能的培養(yǎng)，使學生逐漸形成良好的學習習慣。在進行有機物的制備實驗之前，應分別設置蒸餾（常規(guī)蒸餾、減壓蒸餾、水蒸氣蒸餾）、洗滌分液和重結(jié)晶等基本操作實驗，并在隨后的化合物制備實驗中對其進行重新回顧，達到反復學習，加深印象的目的。此外，還可以利用虛擬仿真實驗室、MOOC等多媒體手段使傳統(tǒng)的教學方式變得更加生動有趣。對于學生來說，應做好課前的預習任務，在對實驗教材內(nèi)容了如指掌的情況下，在自己的頭腦中生成一幅實驗操作的圖像，并對其進行大量的抽象練習和記憶，摒棄對教材的過度依賴。在這一階段的培訓過程中，最重要的就是打好扎實的基礎(chǔ)。學生在老師的指導下，從基礎(chǔ)單元操作開始，通過對具體操作反復練習，讓他們對實驗技能的學習產(chǎn)生興趣，變被動為主動，為后續(xù)綜合性實驗和設計性實驗的開展奠定很好的基礎(chǔ)[7]。

例如物理化學實驗的網(wǎng)上預習系統(tǒng)是先從網(wǎng)絡中挑選可供選擇的資源，然后再從備選資源中尋找與物理化學實驗的教學目的更為契合的視頻材料作為配套和參考資源。目前MOOC視頻資源添加了相關(guān)的微視頻和配套的習題。在課程開始一星期前，實驗教師將錄制好的教學視頻上傳至“學習通”或是“釘釘”，設定相應的問題，并將相應的思考題發(fā)放給學生。教師可以在線對學生的預習情況進行監(jiān)控，通知和監(jiān)督學生各門實驗課程的開始和結(jié)束。同時，利用“學習通”或是“釘釘”這兩個網(wǎng)絡平臺，各科實驗教師、各個年級和班級的同學可以開展在線交流，在提高學生的學習積極性的同時也可以讓教師更方便地了解學生在實驗過程中遇到的問題。除此之外，教師在完成了實驗教學工作之后，還可以利用平臺評估學生所上傳的實驗報告和通過在線留言的方式對同學們在實驗學習中所碰到的問題進行解決和匯總，以此來掌握同學們完成教學目的的情況，并據(jù)此對線下實驗課程的課程安排及重難點進行適時的修改。此外，在有機化學實驗教學中難免會出現(xiàn)“三廢”問題，教師在備課時應把“三廢”的合理處理設置成實驗過程中的重點，并把有關(guān)“三廢”處置的小視頻或有關(guān)讀物放到網(wǎng)上，讓學生們通過網(wǎng)絡進行交流。在此過程中，培養(yǎng)了同學們的綠色環(huán)保意識、合作能力、創(chuàng)新能力以及參考文獻的能力，這些都是提高學生科學素質(zhì)的關(guān)鍵。通過在線網(wǎng)絡平臺進行的有機化學實驗課前在線教育，可以讓教師對同學們在課堂之外的學業(yè)情況進行實時地掌握，并對學生進行有效的指導、督促和答疑解惑，讓他們更好地掌握與實驗相關(guān)的理論知識，增強學生的主動性和熱情，從而使實驗課更加高效，并培養(yǎng)他們的自我學習能力。

3.1 強化綜合性實驗操作技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

常規(guī)的驗證性實驗，缺乏對學生綜合操作和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。高校想要培養(yǎng)出高質(zhì)量的綜合創(chuàng)新型人才，滿足現(xiàn)代人才培養(yǎng)的要求，就必須采用各種方式健全創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式，以增強學生的綜合操作技能和創(chuàng)新能力。

3.1.1 設置綜合性實驗

綜合性實驗是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力最直觀、最有效的途徑，將無機、有機、物化和分析化學的基礎(chǔ)化學實驗內(nèi)容進行優(yōu)化和融合，并在保留部分具有一定操作性的驗證性實驗的同時，增設綜合類實驗。在化工類實驗課程中，通過對科學研究結(jié)果與創(chuàng)新課題的提取與轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對化工類學科基礎(chǔ)研究的持續(xù)改進與改進，例如，二氧化鈦（TiO2）光催化材料的合成與催化性能測試，四羧基鋅酞菁的合成與酒精濃度的測試。實驗包含合成、過濾、滴定、移液等合成與分析的基本實驗工作，也包括紫外、紅外、液相色譜等各種分析儀器的實際運用，讓學生能夠?qū)⒄麄€化學領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)都掌握在手中，讓他們能夠更好地得到實驗的整體運作訓練，從而大幅提升他們分析問題和解決問題的能力。

3.1.2 引入探究性實驗

將探究式實驗導入到有機化學實驗教學體系中，由探究學習組來引導學生完成探究性實驗，在查閱相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，自行制定出包括實驗參數(shù)、反應物或合成路徑在內(nèi)的多種實驗方案，在老師的引導下進行具體的實驗操作、數(shù)據(jù)處理、分析探究、結(jié)果總結(jié)和撰寫論文，使學生的積極性和創(chuàng)造力得到最大限度的激發(fā)，從而拓展學生的思維，增強他們的成就感和探索欲。如在固—液界面吸附實驗方面，探索木質(zhì)素、交聯(lián)羧甲基纖維素、改性淀粉等各種自然環(huán)保吸附材料的篩選與合成；通過對各種性能的銀納米粒的合成和性能的研究，探索如何對多個條件下的催化效應進行對比和優(yōu)化。實驗采用了原子吸收法、紫外光譜法、熒光光譜法和紅外光譜法等大規(guī)模設備，加強了現(xiàn)代化的檢測手段，提高了學生的綜合、創(chuàng)新和科研能力，為日后的科學研究和本科畢業(yè)論文的撰寫奠定較好的基礎(chǔ)[7，8]。

3.1.3 參加科研訓練和競賽活動

通過參與各種技能競賽，開展科技創(chuàng)新項目，參與教師的科研課題和課外實踐活動，會對學生綜合創(chuàng)新素質(zhì)的提升起到很好的促進作用。學校在各類國家級和省級高校科技創(chuàng)新比賽中的獲獎人數(shù)也將會不斷地增加，從而推動優(yōu)秀大學生人才的不斷涌現(xiàn)。與此同時，在引導學生參加競賽活動的過程中，也啟發(fā)了新的教學理念，從而推動對人才培養(yǎng)方案、教學內(nèi)容及教學方式的主動變革[9，10]。

3.2 創(chuàng)新化學實驗技能競賽活動的組織機制和動員機制

為擴大參賽學生的覆蓋范圍可以針對不同的競賽賽道，采用不同的動員管理方式和考核機制，全面調(diào)動學生參賽積極性。比如，建立由各學科實驗和理論教學教師組成的教學團隊，在大一新生開學后，進行學科比賽的組織與動員工作，并對學生進行相關(guān)的專題演講。在綜合性和應用性競賽活動中，學校的基礎(chǔ)化學實驗室可以為學生提供實驗技能培訓。學校應組織大一和大二的學生進行第一輪的比賽，而不限制學生的專業(yè)。如果比賽項目受場地的限制，可以采取學院內(nèi)部遴選制度，擇優(yōu)錄取后再參加學?？倹Q賽。

3.3 改革考評方法與優(yōu)化評價指標

對課程評價方法需進行改革。在課程評價標準的制定過程中，可以將實驗技能競賽的評分標準納入其中，使學生的實際能力能夠更加客觀、全面地體現(xiàn)出來。技能競賽成績的評定依據(jù)為理論知識應用、實驗操作、數(shù)據(jù)處理、綜合運用等。對于參加比賽并在比賽中取得成績的學生，可以得到相應的獎勵和積分，以此來激勵學生積極備戰(zhàn)，積極參加比賽。將課程評估貫穿于整個課程的學習過程，在“項目式”教學中，以“技能”為指標，對學生的學習狀況進行評估。在此基礎(chǔ)上，提出“以人為本”的教學模式[11]。

4 加強教師的培養(yǎng)，建立專業(yè)化的隊伍

提高實驗教學質(zhì)量，關(guān)鍵是師資隊伍。在實驗技能大賽這個平臺上，教師們要在對學生進行培訓的同時，還要對自身進行深入的探索與實踐，學習新的技巧，總結(jié)經(jīng)驗，讓自己的實際操作水平得到提升。通過指導學生比賽，教師可以在比賽中取得進步。教師的創(chuàng)造力、分析能力、指導能力和實踐能力將得到較大提升。這將推動教師隊伍的建設，有助于建立一支專業(yè)的教師指導隊伍。

5 競賽激發(fā)對實驗室管理的重新認識

學院的基礎(chǔ)化學實驗教學中心作為學科滲透、資源共享的教學實踐基地，承擔了大量的實驗訓練任務，隨著學校的發(fā)展，實驗教學工作的內(nèi)容也在逐漸增加，所以對實驗技術(shù)人才的要求也隨之增加[12]。本次實驗大賽的成功舉辦拓展了實驗技術(shù)人員的思路，采取了靈活的“開放—重組—聯(lián)合”的模式，重組了一個專業(yè)的競賽綜合實驗室，大大促進了大賽的成功舉辦。通過本次比賽，實驗室采用“開放式—重構(gòu)—并聯(lián)”的方式，對跨學科、跨專業(yè)學生的綜合素質(zhì)進行了初步探討，并可以達到資源共享、交流學習、合作研究、共同培養(yǎng)等目的。特別是實驗隊伍中博士、碩士生數(shù)量急劇增加，迫切需要建設多個跨領(lǐng)域的實驗室。

6 結(jié)語

實驗競賽涵蓋了從應知應會的基本知識到注重理論與實踐相結(jié)合的應用性、綜合性操作，同時還可以對學生進行有目的地培訓，以提高他們的學習興趣和激情，從而提高他們的動手能力、工匠精神和社會責任感。通過創(chuàng)新大學生參加比賽的組織方式和動員方式，通過對多層次、多渠道、全方位的實驗技能競賽系統(tǒng)的研究和實踐，可以全面調(diào)動各層面的學生，拓寬參加人員的范圍，建立科學、合理、系統(tǒng)的實踐技能競賽制度，使其在對學生的培養(yǎng)、選拔和激勵方面具有良好的學術(shù)價值和社會價值，從而增強大學生的創(chuàng)新意識、環(huán)保意識和自主研究能力。通過與傳統(tǒng)的實驗教學方式進行有機的結(jié)合，以實驗競賽作為引導和手段，達到以賽促教、以賽促學、以賽促練的目的。通過對傳統(tǒng)化學實驗教學方式進行深入研究，穩(wěn)中求變，再變化創(chuàng)新，促進不同專業(yè)之間交叉與交融、協(xié)調(diào)發(fā)展，讓選拔性教育真正地向素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育邁進，將學與教、實踐與創(chuàng)新融入新工科與一流專業(yè)的建設之中，從而構(gòu)建具有本學校特色的新型化學實驗教學，達到“以德樹人”的目的。

以實驗技能大賽為平臺，把實驗技能比賽與實驗教學相結(jié)合，把實驗技能大賽的思想和規(guī)范融入課程的教學與實踐之中，從而達到以賽促學、以賽促教、以賽促改的課賽相結(jié)合的目的。在課程內(nèi)容、教學模式以及教師隊伍的構(gòu)建上進行革新，目的是讓學生能夠更好地應對各種現(xiàn)實問題和不斷改變的環(huán)境，從而為他們的職業(yè)生涯打下堅實的根基。未來學校和學院應借助教育部虛擬實驗室和各級別化學類教學指導委員會平臺，借助化學類實驗競賽的舉辦，從教師和學生的角度出發(fā)進行探索，充分發(fā)掘適合本學院的實驗教學[12，13]。

積極推廣創(chuàng)新實驗項目，并基于網(wǎng)絡平臺、期刊和書籍等載體展示實驗的實際操作視頻和文本，為化學人才實踐能力的培養(yǎng)與提升探索新路徑，助力學院實驗教學改革，助力人才培養(yǎng)，助力“雙一流”學科建設從而為我國的發(fā)展提供更多高素質(zhì)的應用型人才。

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