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以大学化学实验推进创新教育的探索与实践
作者：杨 屹 王桂花 张常群 杜洪光 张丽丹 李 蕾
关键词：大学化学实验；创新教育；国家精品课程；实验教学示范中心
实践教学是创新人才培养的重要环节。教育部在“质量工程”相关文件中明确指出，要“大力加强实验、实践教学改革，重点建设500个左右实验教学示范中心，推进高校实验教学内容、方法、手段、队伍、管理及实验教学模式的改革与创新”。
北京化工大学是教育部直属的全国重点大学，同时也是国家“211工程”重点建设大学。大学化学实验作为我校化学、化工、制药和材料类专业本科学生的化学基础课程以及机电信息类专业通识教育课程，不仅起到传授知识、验证理论和训练技能的作用，更重要的是作为创新教育的平台，在创新人才培养中发挥重要作用。长期以来，学校十分重视实验教学，强调实验教学对提高学生的综合素质、培养学生创新与实践能力的特殊作用。将工科基础课程化学教学基地建设、精品课程建设以及实验教学示范中心建设相结合，以高水平的师资队伍、先进的实验条件、科学的实验教学体系、现代化的教学模式、丰富的第二课堂活动、良好的管理体制和运行机制为保障，贯彻“在学习中研究，在研究中学习”的理念，实行课内教学与课外训练相结合，教师导学与学生自学相结合，系统性学习与研究性训练相结合，多方位、多渠道、多形式地融传授知识、培养能力和提高素质为一体，为创新人才培养营造了良好环境。
一、以科学的实验教学体系和现代化的教学模式为学生提供优质的第一课堂创新教育
1、 构建科学的实验教学体系，对学生进行全面系统的培养 在深入研究化学素质及实践能力在人才培养中的地位和作用的基础上，从面向21世纪对人才的化学知识结构、能力结构和基本素质的要求出发，构建人才培养中相应的化学实验教学框架，针对不同的人才培养要求，为不同类型的专业提供不同深度和广度的化学实验课程。打破化学二级学科的壁垒以及实验教学依附理论课教学的传统框架，使之成为独立的、具有自身规律和理论方法及手段的教学体系，形成了一门新的课程—“大学化学实验”，以化学研究为主线，按照“化合物制备一分离一成分分析一结构鉴定一性质测试”来组织实验教学内容。在学习知识的同时，强化各种科学实验的方法(热力学研究方法、电化学研究方法、化学动力学研究方法等)在科学探索过程中的作用，培养学生的科学素养和创新能力。并以研究方法命名实验室，如物性测定实验室、无机合成与分析实验室、有机合成实验室、仪器分析实验室、热力学方法实验室、动力学方法实验室、电化学实验室、表面化学实验室等，使学生掌握化学研究的基本思路、基本技能等系统性知识，培养学生从事科学研究的能力。
2、实现以学生自我训练为主的教学模式，培养学生的综合实践能力
建立循序渐进的三层次实验教学模式，即“基础训练实验一综合实验一设计实验”，实验内容由浅入深，由简单到综合，充分调动学生学习的主动性。学生通过“基础训练实验”教学掌握基本实验操作方法，能够正确地使用仪器设备，准确地采集实验数据，具备正确观察、记录、处理数据和表达实验结果的能力，学会化学实验的基本方法，为综合实验奠定坚实的基础。通过“综合实验”，使学生掌握化学研究的一般方法，培养学生分析判断、逻辑推理、做出结论的能力，并养成良好的科学素质。在“设计实验”阶段，学生通过查阅手册、工具书及其他信息源获得信息，正确选择实验方法、实验条件、仪器和试剂等，培养解决实际问题的能力。在基础训练实验、综合实验和设计实验中，力求反映工科特色，努力联系工程、社会和生活实际，以实验特有的应用性和创造性激发学生的想象力和创造力，培养学生从事科学研究的能力和综合实践能力。
3、教学与科研相结合，使实验内容紧跟学科发展，实验手段和方法不断改进和创新
依托我校化学和应用化学学科优势，实现科研成果、科研方法、科研思维进课堂，不断将教师的科研成果转化为化学综合与研究型实验，更新实验内容，提高实验教学的起点，使学生尽早接触学科前沿，体会“发现一思考一创新”的创造规律。例如：将教师的纵向科研课题“脉冲色谱法研究分子筛催化剂催化异丙苯裂解反应动力学”中的反应物转化率、反应速率常数、反应表观活化能的测定，转化为综合设计型实验；教师在研究新型插层结构功能材料(新型的催化材料)中将“镁铝水滑石清洁合成、组成分析及其晶体结构表征”转化为设计型实验。化学实验引进了科研的新实验手段、方法，让学生尽可能地使用和掌握现代化的大型仪器，培养学生从事科学研究的能力。同时自行研制实验装置用于实验教学，如利用自制溶剂浮选装置，将教师的科学研究成果转化为“溶剂浮选吸光光度法测定痕量铜”的实验。
4、实施开放式实验教学，使学生得到全方位的科学研究的思维方式和研究方法的训练
开放式实验教学是对传统的教学方式的改革，为了激发学生学习的积极性和开创精神，培养学生的创新思维和创新能力，我们进行了开放式综合设计型实验的探索与实践。主要分五个阶段：(1)教师给出实验题目；(2)学生通过自学、自查文献，独立设计实验方案；(3)经教师审批后，学生独立完成实验：(4)总结归纳实验规律，以论文形式完成实验报告；(5)举行小型报告会。
开放式设计实验的选题来源于教师的科研课题和各类文献资料，并与实际生活密切相关，激发了学生解决实际问题的兴趣，使学生们对基础化学实验在各个方面的应用有了更广泛的了解。由于开放式实验教学，教师只给出题目，需要由学生自拟实验方案，学生必须通过到阅览室或图书馆查阅有关文献和参考书籍来制订初步的实验方案，从而培养了学生利用文献工具书的能力，并通过查阅文献资料，拓展了学生的知识面，开阔了眼界。时间的开放和选题的开放较之固定时间、固定题目的传统教学方式给学生以更大的自主学习空间。在开放式综合设计性实验的全过程中，教师导学与学生自学相结合，充分发挥了教师的主导作用和学生的主体作用，调动了学生从事化学实验的积极性和主动性，在锻炼学生独立动手能力、独立观察能力、独立分析能力和表达能力的同时，使学生得到全面的科学研究训练，学到了科学研究的思维方式和科学研究的方法，从能力培养上跃上了高的层次，所受的锻炼发生了质的变化。
二、以多形式的第二课堂实践活动，实现以学生为主体的自主学习，鼓励学生的个性发展
1、课外开放实验室，为学生的个性发展和创新意识的培育提供孵化器
学生在自主实践中更容易掌握知识，训练技能，激发创造意识，培养创新能力。开放化学实验室为学生提供了开放式、自主性、探索性学习的平台，体现了实验内容的
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