《实验教学与创新人才培养》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验教学与创新人才培养（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验教学与创新人才培养关于化学实验教学改革的思考化学系 郭祥群高等学校作为知识创新系统的核心组成部分和国家创新体系的重要组成部分，担负着培养高层次创新人才的重任。这一要求对高等理科化学实验教学提出了严峻的挑战，同时也为高等理科化学实验教学的改革提供了机遇。一、化学实验与学科发展和人才培养化学作为自然科学的重要基础学科之一，从一开始就是一门实验性科学。化学实验是化学学科赖以建立和发展的直接基础。自17世纪以来，近代化学中的重要定律与学说无一不是来源于实验同时又为实验所检验的。历史上著名的化学家对实验都有着浓厚的兴趣1。英国著名科学家波义耳（R. Boyle）认为实验是最好的老师，只有实验和观察才
2、是形成科学思维的基础，他做过的化学实验涉及各个方面。正是在大量实验的基础上，波义耳完成了怀疑派化学家一书，首次对化学元素作了科学的定义，为使化学成为一门真正的科学迈出了关键的一步。瑞典化学家舍勒（C. W. Scheele）酷爱实验，实验使他在化学领域中有很多发现，尤其是氧的发现。法国化学家拉瓦锡（A. L. Lavoisier）信奉“不靠猜想，而要根据事实”的实验观点。从投身科学研究起始，拉瓦锡就认识到精确的科学测量的重要性，在每次实验中，他都注重实验设计的完美与测量的精确。正是这一严谨的科学的实验态度，使他得以提出以氧化反应为中心的新的燃烧理论，“使过去在燃素说形式上倒立着的全部化学正立起
3、来”。此外，作为近代化学重要基础的原子学说和元素周期律，同样是在化学家大量化学实验基础上提出并为实验所检验的。同化学科学同步发展起来的化学教育，从一开始就与化学实验密不可分。古代化学没有什么科学传统可言，通过工匠将实用化学的经验和技能代代相传。在近代化学教育中，除了课堂上的化学实验演示操作外，许多化学家是在师徒式化学教育中成长起来的，即学生通过协助老师从事实际的化学研究工作而从中掌握很多化学理论知识和实验操作技术，并培养化学研究能力。像贝采里乌斯（J. J. Berzelius）、盖-吕萨克（J. L. Gay-Lussac）、杜马（J. B. Dumas）等著名化学家都是在其私人实验室中培养
4、化学人才，而杜马本人和后来成为实验室教学先驱者的李比希（J. Liebig）都在盖-吕萨克的私人实验室接受过良好的训练，不仅掌握了精确的化学实验技巧，而且学会了系统研究的方法。李比希、维勒（F. Wohler）、霍夫曼（A. W. Hofmann）、凯库勒（F. A. Kekule）、（N. N. Zinin）等著名化学家则是通过建立化学教学实验室来培养化学研究者和化工专家的。尤其是李比希在德国吉森大学创建的举世闻名的吉森实验室，奠定了近代化学教育的模式，培养了许多世界闻名的化学家和化学教育家，如霍夫曼、凯库勒、武慈（A. Wurtz）、热拉尔（C. F. Gerharedt）、柯普（H. F
5、. M. Kopp）、弗雷泽纽斯（C. R. Fresenius）、威尔（H. Will）、费林（F. Feling）、弗兰克兰（E. Flankland）、齐宁等著名的化学家都在李比希的吉森实验室受过良好的实验室教育2。随着20世纪化学学科的迅猛发展，化学已不再是一门纯实验科学。随着数学、物理、计算机科学的持续发展以及其在化学中的应用的不断深入，20世纪初形成的量子化学持续发展，化学已从描述性学科发展成为推理性学科。然而，化学学科的发展对化学实验的需求并不因此而削弱，相反则因为化学学科从定性研究发展到定量研究，从宏观深入到微观，从静态发展到动态，从单一学科发展到综合学科以及边缘化学学科的兴起
6、，现代化学科学对化学实验提出了更高的要求。化学人才的培养，尤其是高层次化学创新人才的培养对高等理科化学实验教学的体系、内容以及培养模式都提出了更高的要求。二、高等化学实验教学的现状长期以来，我国高等化学教育的课程体系基本上是沿用五十年代的体系，即以专业和专门化需要为逻辑的专门化课、专业课、专业基础课、基础课等倒推式的窄、专、深的课程体系。这一课程体系以培养各种“专门家”为目标，将学生培养成具备某个二级或三级学科（如无机、有机、分析、物化、催化、结构与量化）知识的专门人才。国内传统的理科化学实验教学则依附于理论课程，随理论课程设课，分属不同的教研室，教学要求重在通过实验加深对理论知识的理解和实验
7、技能的训练。这一课程体系在历史上与当时的学科发展和社会经济发展对人才培养的要求是基本相符合的，为高层次化学人才的培养发挥过重要作用。但今年来，随着化学学科自身的蓬勃发展、随着新的经济时代对人才要求的巨大变化，这一实验教学体系已难适应21世纪对人才的要求了。这一旧实验教学体系的局限大体可以归纳为以下四个方面：1实验教学课程体系以各理论课程为主线设置，各自形成细而全的小系统，内容重复多，教学效率低，尤其是将化学实验局限在传统的二级学科范围内，不合理地割断了化学学科内在的联系，难以适应化学学科综合发展和学科交叉渗透对人才培养的要求，也难以适应新的经济时代经济、社会发展的综合化、多样化对人才思维方式变
8、化的要求。2实验教学内容以验证式实验为主，学生通常按照实验教科书的内容去做实验，学生进行实验教材以外的实验课训练不够，甚至没有，这种以“标准方法”的模式，按部就班进行的实验教学，难以激发学生对化学的兴趣，更难激发学生的创新思维，不能适应21世纪经济发展对高层次化学创新人才的要求。3实验教学以教研室划分实验的管理体制，导致重复建设，实验室人员、用房与仪器设备使用率低。随着化学实验仪器化程度的日益提高，加上资金投入的不足，这一管理体制的弊端已日显突出。4观念上将实验教学作为附设课程，对实验教学研究成果评价不足，缺乏激励机制，难以推陈出新，尤其是缺乏对实验教学本身的教学和认知规律的研究与认识，已严重
9、阻碍了实验教学内容的更新和实验教学质量的提高。随着教学改革的深入，化学教育界人士越来越深刻地认识到旧的实验教学课体系不利于培养知识、能力、素质综合发展型人才，已难适应21世纪化学学科发展和社会经济发展对高层次化学人才的要求。在上世纪末，国家教育部主持的“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的实施，有力地推进了我国高等学校理科化学实验教学和管理体系的改革。实验教学的思想观念有了明显的更新，化学实验教学改革已在全国重点高等学校中开展起来，并已取得了初步的成效，但从总的情况看，目前仍未有根本的突破。三、关于高等化学实验教学改革的思考高层次化学创新人才的培养是一个系统工程，化学实验教学是其
10、中的重要环节。化学实验教学的目的随着化学学科自身的发展、随着人才培养目标的改变而改变。尽管在早期的实验教学中，像李比希这样的化学家也注重科研能力的训练，但在很长一段时间里，实验化学教学的主要任务还是在于传授知识和实验技能。21世纪高层次化学人才的培养目标是知识、能力、素质综合发展创新人才，高等理科化学实验教学面临着新的挑战。1重组教学内容，整合实验教学根据化学学科自身的发展与认知规律，打破旧有实验教学体系附属理论课设课所形成的细而全的小系统，按实验教学基本内容整合实验教学是高等学校理科化学实验教学改革的重要特点之一。整合实验教学包含三方面的任务：（1）重组实验教学，更新实验选题旧的高等理科化学
11、实验教学体系由无机化学实验、定量分析实验、有机化学实验、仪器分析实验、物理化学实验等基础化学实验与各二级学科的专门化实验组成。几十年来，这一实验教学体系几乎无变化，各实验课程教学内容之间既多有低水平的重复又同时出现基本教学内容的缺漏，陈旧的教学内容占有实验课时较多，反映化学新原理新技术的实验难以引入。实验教学内容的重组和实验选题的更新就是要在研究化学实验教学自身的教学与认知规律的基础上建立新的实验教学体系，删除陈旧重复的实验内容，更新实验选题，统一组织实验教学。对究竟应建立什么样的实验教学新体系，国内各高校正在进行积极的探索，目前并未形成统一的模式，当然也没有必要形成统一的模式，但大体上都认为
12、高等理科化学实验教学新体系应由基础化学实验、综合化学实验和研究式实验所组成。基础化学实验是以教育部理科化学教学指导委员会制定的“化学专业化学实验教学基本内容”为依据，在原有无机化学实验、定量分析实验、有机化学实验、仪器分析实验、物理化学实验的基础上重组形成。在这一重组过程中，力求根据化学学科自身发展的规律，结合实验教学的认知规律组织实验教学。近年来，化学学科的发展对学生在实验室所需获得的知识、能力以及思维方式的要求有了很大的改变，打破传统的二级学科障碍，在一级学科层面上整合基础实验教学，更有利于培养学生接受学科交叉所产生的新的科学原理、新的技术、新的研究领域的挑战的能力，也更有利于培养学生的创
13、新思维。将合成制备、分离分析、性能表征整合为一体，结合最先进的仪器方法训练，代表着化学实验教学的新的发展趋势3。这一新的发展趋势在基础化学实验教学中主要体现在总体教学规划和宏观教学内容上的整合，其实验教学仍以单元实验为主。综合化学实验是在对原有专门化实验教学改革的基础上形成的。从化学一级学科上整合化学实验教学的发展趋势在这一层次的实验教学中具体体现在每个实验选题中。为了培养基础宽厚、发展能力强、素质高的高层次化学人才，自1998年起，厦门大学化学系对原有专门化实验进行了全面的更新和改革，将专门化实验由二级学科开设改为由“合成制备分析表征实际应用”“一条龙”实验组成的综合化学实验。现已开出的综合
14、化学实验是在化学一级学科的层面上开设的化学学科综合性基础与设计性实验，其实验内容既体现了厦门大学化学系各二级学科专业方向的特色与优势，又涵盖多个二级学科的知识点，将学生从原有专业知识过窄的二级学科领域引导到一个更高的层次，从化学一级学科的高度上学习化学、领略化学、理解化学各专业学科之间的最本质的联系和内在的规律。这些实验强调知识的综合运用，强调创新能力的培养。综合化学实验从化学一级学科的高度上把握知识、能力、素质综合型化学人才的培养目标，更符合21世纪对化学人才的要求。研究式实验则是在导师指导下自选研究小课题，并自行设计实验方案，完成研究内容。研究式实验教学重在科研能力训练和创新思维的培养，大
15、多以进入科研实验室结合科研课题的内容进行，在培养科研与创新意识的同时，可以使学生了解学科发展与科技创新的前沿领域，受到良好科技氛围的熏陶。这一实验教学层次又不同于毕业论文的科研训练，其形式较为灵活，不受课时限制，可在不同的年段、或课内或课外完成。研究式实验也包含科技开发内容，称作开发实验。这一类型的实验可以是让学生参与小型的科研成果转化中试，培养学生产学研的意识。（2）重组实验室，建立新体系新的化学实验教学体系确定后，教学实验室也应进行相应的重组。教学实验室重组是指突破原有实验教学以教研室划分教学实验室的管理体系，建立新的独立统一的化学实验室体系。这一体系大体上可根据实验教学的三个层次，分设基
16、础化学实验室，综合化学实验室于研究式实验室，分别承担基础化学实验教学、综合化学实验教学和研究式实验教学，5万元以上的大型仪器统一管理，向基础化学实验、综合化学实验以及研究式化学实验教学开放。研究式实验室分实体和虚拟两部分。实体部分是指为学生提供的从事研究与开发实验的教学实验室，有一系列的研究小课题供学生选做。虚拟部分是指结合科研实验室的研究课题，利用科研实验室的先进仪器设备和人才优势，指导学生从事小课题研究。（3）改革管理体制，强化实验教学为了提高实验教学的质量，充分发挥实验教学在创新人才培养方面所起的重要作用，有必要建立一支高素质的实验教学管理队伍。这支实验教学管理队伍，可由具有副高级以上职称的实验主管教授或副教授、具有高级工程师或高级实验师职称的实验工程系列专业人才和具有硕士以上学位的、热心于实验教学的中青年教师组成，研究实验教学的规律，设计实验教学课程体系，制定实验教学的计划，任聘实验指导教师，组织实验教学内容的改革，考评实验教学的效
