優(yōu)化課程體系培養(yǎng)創(chuàng)新人才.pdf

第24卷第5期大學化學2009年10月優(yōu)化課程體系培養(yǎng)創(chuàng)新人才宋繼梅胡剛李勝利馬文(安徽大學化學化工學院安徽合肥230039)摘要從無機及分析化學課程的教學內(nèi)容整合和結構優(yōu)化出發(fā),介紹課程內(nèi)容體系結構與教學內(nèi)容組織方式,探討了凝煉教學內(nèi)容、改革實驗教學模式、探索研究型教學方法等對培養(yǎng)創(chuàng)新人才的作用,展示了培養(yǎng)學生創(chuàng)新素質(zhì)、實踐能力的效果。無機及分析化學是為實現(xiàn)教學內(nèi)容整合和課程結構優(yōu)化而設置的一門新課程,是課程體系改革的產(chǎn)物,是高等學校化工、材料、高分子、應用化學等專業(yè)和生命科學學院、醫(yī)學院所有專業(yè)的一門重要基礎課程,對化學、化工、材料、生物、醫(yī)藥各專業(yè)人才的培養(yǎng)起著非常重要的作用。無機及分析化學課程既有本學科自身的豐富內(nèi)容,又要為后續(xù)的有機化學、物理化學、結構化學及相關專業(yè)課程打基礎。按照國家理工科化學教學指導委員會的要求,在大幅度減少總學時數(shù)的形勢下,該課程的學時數(shù)仍為100左右,顯然無機及分析化學是一門重要的基礎課程1。1999年以來,隨著21世紀對人才發(fā)展的新要求,我們學院按照學科發(fā)展的新標準、新起點,根據(jù)學科融合、規(guī)整和精簡教學學時數(shù)的需要,對教學思想、教學形式、教學方法、教學手段、人才培養(yǎng)模式等不斷進行改革。多次修訂教學大綱和教學計劃,優(yōu)化課程體系,整合教學內(nèi)容,運用現(xiàn)代教學手段進行多媒體教學,根據(jù)學生來源和基礎不同進行分層次教學；理論課和實驗課協(xié)同改革,分階段開設基礎實驗、綜合性實驗和設計性實驗,培養(yǎng)學生分析問題與解決問題的能力,取得了良好的教學效果,在培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面進行了有益的嘗試。1課程內(nèi)容體系結構與教學內(nèi)容組織方式無機及分析化學課程教學內(nèi)容包括基本理論和實驗教學環(huán)節(jié)兩大部分。主要介紹化學基本原理、元素化學、溶液的四大平衡及四大滴定、化學分離法和基本儀器分析2,目的是使學生系統(tǒng)地掌握化學基本原理和元素性質(zhì),學習定性、定量分析的基本方法與獲取綜合分析的技能,為后續(xù)課程和各自專業(yè)課程學習打下堅實的基礎?；瘜W基本原理中的原子結構與分子結構是難點,需重點講述；對于化學反應的能量關系以及化學平衡與反應速率,中學教材均有所涉及,因此采取教師講解和學生講解相結合的授課方式；溶液的四大平衡及四大滴定是無機化學與分析化學緊密相連的知識體系,因此由教師詳細講述；元素化學內(nèi)容豐富,有限的課時不允許詳細講解,一般采取以點帶面的方式挑選重點、難點講,強調(diào)元素的周期性和規(guī)律性；對于某些擴展性強、有趣的章節(jié),可由教師指導學生查找資料,圍繞教師給出的專題撰寫小論文,并在班級演講、討論；定量分析概論部分較抽象,可以結合實驗過程和實驗數(shù)據(jù)進行講解和練習,使學生能夠?qū)⒏行哉J識同理性認識協(xié)調(diào)統(tǒng)一；對化學24分離法和儀器分析部分可只作簡單介紹,因為后續(xù)課程還會進行相關的講述。在教學過程中,始終以學生為教學工作的主體,著重講思路,講原理和方法,強調(diào)要點、概念,深入淺出闡述難點,舉一反三；及時將教學改革、教學研究成果和學科最新進展引入課堂教學,使教學內(nèi)容新穎、信息量大,以拓寬學生的知識領域和視野；采用啟發(fā)式教學,激發(fā)學生的學習積極性和主動性,鼓勵學生積極參與課堂討論,形成良好的學習氣氛；引導學生進行科學思考并積極參與科研實踐,培養(yǎng)他們的科學探索與創(chuàng)新精神；在教學內(nèi)容的講解和安排上,做到理論聯(lián)系實際,融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育于一體,課內(nèi)講授與課外練習、課程小論文、專題討論相結合,在教授科學知識的同時對學生進行理想、道德、情操和樹立科學發(fā)展觀的思想教育。2凝煉教學內(nèi)容與培養(yǎng)科學素養(yǎng)培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力已成為國內(nèi)外高等教育界的共識。知識是創(chuàng)新能力的載體,離開知識的能力是不存在的。因此,大學本科教學必須使學生牢固掌握化學基礎知識和基本實驗技能。我們在多年的教學實踐中,多次調(diào)整教學基本內(nèi)容,刪去與中學物理和化學課程重復的內(nèi)容,減少與后續(xù)課程的重復內(nèi)容,將節(jié)省的學時用于加強化學基礎知識的系統(tǒng)化教學。在教學內(nèi)容體系方面,注意將現(xiàn)代理論滲透到經(jīng)典理論中,處理好經(jīng)典與現(xiàn)代的關系。如在化學鍵理論中講授氫鍵時,告訴學生雖然氫鍵鍵能不大,但在超分子組裝中卻有著重要作用,進而簡介超分子概念和相關實例。書本中氫鍵的實例僅限于氟、氧、氮與氫原子之間的作用,借助本課程組教師在科研中合成的有機配體及其配合物單晶結構立體圖和數(shù)據(jù),展示硫、鹵素原子與氫原子也能形成多種非經(jīng)典氫鍵,加深學生對氫鍵的理解和認識。在講授元素化學中的碳單質(zhì)時,引入C60的結構,介紹原子團簇的概念。通過實例分析和深入淺出的講解,讓學生了解無機及分析化學的最新研究成果,既滿足了青年人對科研的好奇心,又拓寬了他們的知識面。在講解無機化合物特別是無機納米材料的制備時,向?qū)W生介紹物質(zhì)的表征與研究方法,如紅外、紫外、元素分析、X射線衍射、核磁共振、光電子能譜等大型儀器在物質(zhì)表征及物理性質(zhì)測試中的作用。教學改革的目的是引導學生在學習過程中了解學科發(fā)展的前沿和動態(tài),體會基礎知識與科學研究的辨證關系,增強理論聯(lián)系實際的能力；從而變被動接受為主動學習,在潛移默化中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和科學素質(zhì)。3實驗教學的設計思想與效果在實驗教學內(nèi)容的選擇和安排上,既要考慮無機化學與分析化學學科各自的特點,也要考慮二者的相互聯(lián)系,以及本課程與其他基礎課之間的相互銜接；設置無機物的制備與定性、定量分析實驗,同時強化無機物制備與產(chǎn)物分析的有機結合,增加綜合性、設計性實驗,以培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。強調(diào)理論教學與實驗教學并重,提高實踐教學質(zhì)量,在實驗教學中重視培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力,最大限度地調(diào)動學生學習的主動性和積極性,培養(yǎng)學生的科學探索精神和創(chuàng)新能力,拓寬學生的知識面。3.1實驗的實用性與趣味性在實驗教學過程中,不僅注意將理論與實際相結合,而且注意將基礎化學知識與前沿的生命科學、環(huán)境科學和材料科學知識相聯(lián)系。在基本操作訓練的基礎上,設置趣味性實驗,如蔬菜、水果中維生素C的含量測定,大豆中鈣、鎂、鐵的含量測定；為強調(diào)環(huán)境與化學的關系,講34解大氣的污染與治理、水體污染與處理方法以培養(yǎng)學生的環(huán)保意識,設置水質(zhì)檢測實驗:水中化學耗氧量的測定；為介紹納米材料的制備與表征方法,設置無機材料的制備實驗:納米氧化鋅粉體的合成與表征；介紹生物無機化學的作用和意義,提出化學元素與人體健康、水體污染與化學處理、Zn2Mn干電池的回收利用等主題,指導學生查找資料并制作幻燈片,開展專題討論。引導學生將課堂上所學的知識與自己周圍的生活環(huán)境、當今社會的熱點問題聯(lián)系起來,培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的習慣,提高運用知識的水平和解決實際問題的能力。3.2基礎、綜合、開拓創(chuàng)新三位一體的實驗教學改革長期以來,實驗教學課程體系以各自的理論課程為主線進行設置,內(nèi)容重復多,教學效率低,難以適應學科綜合發(fā)展和交叉滲透對人才思維方式綜合化、多樣化培養(yǎng)的要求；教學內(nèi)容以驗證性實驗為主,難以激發(fā)學生探索化學現(xiàn)象的興趣,更難培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維3。2004年,學院提出了將無機化學實驗與分析化學實驗進行整合的教學思路,建立了以基礎、能力、素質(zhì)為目標的新實驗教學課程體系。這樣既避免了實驗內(nèi)容的簡單拼湊,又體現(xiàn)了知識點的系統(tǒng)性和關聯(lián)性；既有利于培養(yǎng)學生接受學科交叉所產(chǎn)生的新知識的能力,又有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。3.2.1加強基礎技能訓練將基本操作和基本實驗作為重要部分,通過操作和基本實驗的訓練,培養(yǎng)學生的實驗動手能力,規(guī)范學生的基本操作,形成求實的科學作風、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與良好的實驗習慣。3.2.2重視綜合能力訓練在基本操作和基本實驗的基礎上,開設56個研究性與設計性實驗,為學生提供創(chuàng)造性學習的空間,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維以及進一步獲取知識的能力。例如三氯化六氨合鈷的制備與組成測定實驗,引導學生站在化學一級學科的層面上理解學習,培養(yǎng)學生學科交叉的意識,既訓練學生制備無機物的技能,又培養(yǎng)鍛煉了學生分析問題與解決問題的綜合能力。3.2.3培養(yǎng)開拓創(chuàng)新精神及社會責任感在實驗教學過程中,強化綠色化學和環(huán)境保護的意識,介紹化學電源的種類及電池的回收利用,介紹大氣、水污染與化學的關系,讓學生參與社會調(diào)查,使學生明白化學工作者還擔負著保護人類生存環(huán)境的責任。3.3科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學高等教育的目標是培養(yǎng)學生具有良好的人文、科學素質(zhì)和社會責任感,得到基礎研究和應用研究的訓練,具有扎實的化學基礎理論知識和實驗技能,動手能力強、綜合素質(zhì)高,掌握科學的思維方法,具有自我學習能力、探索精神、創(chuàng)新能力和優(yōu)秀科學品質(zhì)。據(jù)此,我們將科研成果及學科發(fā)展動態(tài)引入課堂教學和實驗教學,以激發(fā)學生的學習興趣,引導學生進行科學思考,鼓勵學生積極參與科研實踐,以調(diào)動學生的學習積極性和主動性。(1)無機及分析化學拓展實驗:光催化降解有機污染物。環(huán)境污染問題越來越為人們重視,其中染料廢水的治理是當前研究的熱點和難點,采取一般的生物降解往往效果不佳。近年來,人們探索利用半導體催化劑進行光氧化還原反應,使有機污染物發(fā)生化學鍵斷裂,大分子變成小分子,最終降解為CO2和H2O。銳鈦礦型TiO2是最常用的光催化劑,并且降解效果好。依據(jù)本課程組教師的科研成果,我們將TiO2的制備及其光催化降解有機污染物作為綜合實驗,從而激發(fā)了學生的積極性。在實驗工作的基礎上,組織同學查找資料并討論TiO2作為催化劑在光催化降解有機污染物時的優(yōu)缺點。進而提出新的問44題:如何進一步提高TiO2的催化效率?或者如何改善TiO2的結構性能?鼓勵學生通過查找資料努力自己解決問題。最后,通過集體討論,告訴學生摻雜是改進材料性能的重要方法之一,并鼓勵學生積極實踐,參與教師的相關科研課題。(2)無機及分析化學實驗:化學振蕩反應。根據(jù)氧化還原反應的基本原理,將化學振蕩反應引入基礎實驗教學,介紹非平衡態(tài)和耗散結構理論。開設硝酸鈰2丙二酸2溴酸鉀體系的化學振蕩反應實驗,討論溶液顏色與物質(zhì)濃度的關系、氧化還原反應發(fā)生的可能性與現(xiàn)實性4。在此基礎上,結合我們的科研工作,向?qū)W生展示大環(huán)配合物在生命體系中參與化學振蕩反應的實例及其對于探索生命奧秘的重要意義。進而,在綜合實驗中開設金屬大環(huán)配合物的合成及其參與化學振蕩反應的實驗,拓寬了學生的視野,培養(yǎng)、鍛煉了學生的科研思維與科研能力。4探索研究型教學模式教育的目的是培養(yǎng)具有較高道德素養(yǎng)、自主能力和創(chuàng)新能力強、綜合素質(zhì)高的人才；教學的目的是為了讓學生學會自覺、主動地學習。因此教學應理論聯(lián)系實際,解決一些化學與社會、化學與生活、化學與生產(chǎn)等實際問題,培養(yǎng)學生探究學習方法,培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和實踐能力,為學生的發(fā)展打好基礎。在教學工作中強調(diào)教學觀念與學習觀念的更新,積極探索實踐由傳統(tǒng)的單向知識傳授的“教學型”模式向?qū)W習研究結合的“研究型”教學模式轉(zhuǎn)化,努力通過濃縮課堂教學、課堂討論、課外閱讀、課程小論文、課堂提問等手段,鼓勵學生積極思考,敢于質(zhì)疑,勇于創(chuàng)新。(1)課堂講授注重引導學生把握核心的知識點及學科的思維方式和研究方法。講授內(nèi)容少而精,重點、難點講深講透,對易接受或事實性的知識點,則少講或不講,留給學生一定的學習時間和思維空間,引導學生積極思考；以學科的發(fā)展為大背景,讓學生了解課程基本原理在學科中的定位以及與學科最新發(fā)展的聯(lián)系。(2)進行考試方式的調(diào)整與改革,采用閉卷考試與課堂作業(yè)、小論文、課堂討論相結合的評價方式,從對獲取知識量多少的評價向知識、能力、素質(zhì)綜合評價轉(zhuǎn)化。選擇一些實用性、設計性、開放式、綜合性習題,避免陳舊、重復的題海訓練,激活學生的創(chuàng)新思維。(3)通過小論文、口頭報告、課堂討論培養(yǎng)學生自主學習與研究的能力。通過課堂提問,鼓勵學生積極思考,強化對重要知識點的理解；提出專題,指導學生查閱文獻,研讀教材,了解學科的發(fā)展與應用,培養(yǎng)獲取知識的能力,學習提出問題和解決問題的方法,變被動接受知識為主動探索學習?？傊?通過一系列改革措施,充分調(diào)動了學生學習的主