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实验教学改革

 

    中心建立以后,既作为我校面向 21 世纪课程内容与课程体系改革的重要组成部分,同时也是我校实验教学管理体制与实验教学改革重要举措之一,我们结合国家工科化学基地课程体系改革的总体规划,进行了实验教学体系的改革工作。

1. 实验教学理念与教学观念

在改革与建设过程中,中心首先确立了以培养具有创新精神和较强实践能力的高素质人才为根本宗旨,逐步认识并树立起以学生为本,知识、能力、素质协调发展的新实验教育理念和以能力培养为核心的实验教学观念。在充分考虑到我校以工为主和理工结合的学科特点的同时,提出了面向工科化类和非化类专业的新实验课程体系,因材施教,取得了良好的教学效果。

2. 实验教学体系

在工科化类(化工、材料、药学、应化、食品、环境和医学等)专业实验课程体系与实验教学内容的改革中,牢牢把握化学系列理论课程在化类人才培养中的基础地位和支撑作用的同时,强化实践能力、创新思维与意识的培养:拓宽基础,淡化二级学科界限,突破原四大基础化学实验课程及化工多门实验单独设课的课程体系,按照“制备—性能测试与表征—工程实践与应用”为主线,实行“两阶段、三层次”的实验教学模式。在化学实验基础教育阶段(即第一阶段),以基本制备和基本性能测试与表征为主,在此基础上开设初级综合性实验和设计性实验。第二阶段为培养学生的科学研究能力和工程实践能力阶段,设计了若干个开放性研究型实验和工程实践方面的综合型实验。

我校是一所以工为主的多学科综合性大学,历来重视不同学科的渗透交叉和相互促进。为此,中心为工科非化类(应用物理、土木、水电、船舶与海洋、港口与海岸、热能、建工、材料成型、过控和光电子等专业)学生开设了“大学化学实验”课程。学生通过对大学化学基本规律、基本原理和基本实验的学习与训练,加深了以化学观点理解工程问题中有关物质变化的规律,审视社会关注的热点问题。培养了学生把化学理论、方法与工程技术观点结合起来考虑问题的实践能力和创新能力,提高了学生的科学素质。

上述实验教学改革方案和实践效果获 2000 年天津市教学成果一等奖和 2001 年国家级教学成果二等奖。同时,上述实验教学改革方案也是我校牵头的《面向 21 世纪化学工程与工艺专业人才培养方案》项目的重要组成部分,后者获 2001 级国家级教学成果一等奖。

3. “两阶段、三层次”的实验教学模式

“两阶段、三层次”的实验教学模式经过五年运行,取得了良好的教学效果。在教学实践中我们逐渐认识到,树立以学生为主体、教师为主导的教学理念是现阶段的实验教学改革之本。在此基础上,确立了以培养实践能力作为实验教学的主线:其中包括( 1 )在基础化学实验中培养一定的基础研究能力;( 2 )在工程化学基础实验中培养较强的工程实践能力。针对不同专业学生,分阶段、分模块、分层次安排实验教学。

第一阶段 培养基本的实践能力

模块一(基本能力培养模块),适用于一、二年级;学习方式:自主学习与教师辅导相结合。包括三个层次实验:

层次 1 基础实验(含无机、有机制备和绿色化学反应,定性定量测定,基本物化参数测定等实验)

层次 2 初级综合性实验(含制备—表征与测试—应用实验)

层次 3 设计性实验(以开放形式完成元素性质测定;常用化合物制备表征与测定实验)

第二阶段 培养研究能力与工程实践能力

模块二(研究能力培养模块),适用于二(下)、三(上)年级;学习方式:合作学习与研究学习相结合。以开放形式,独立完成综合型(带有研究性质)实验,包括文献资料查阅,在教师辅导下制订试验方案;实施方案;总结(写实验报告或小论文);口头报告会。

模块三(工程实践能力培养模块),适用于三年级;学习方式:自主学习、合作学习与研究学习相结合。 这一阶段以突出实验设计方法、设计思路、先进实验手段的合理运用等教学内容为主体,充分发挥学生的主观能动性,因材施教,在实验教学过程中培养学生的实验技能、科学研究能力、团队精神、管理能力和可持续发展的意识;引导学生利用化工过程技术与设备、试验方法学、现代测控原理、环境等理论知识,分析和设计化工过程单元操作的实验并独立完成,进而全面提升学生的创新能力。同时还强调学生的过程开发能力和工程设计能力,在实验过程中充分体现了系统工程、技术经济等知识内容。本模块的实验分为四个层次:

层次 1 化工过程基本试验

层次 2 化工设计型、研究型实验与化工新技术实验

层次 3 单元操作组合及流程型实验

 

模块四(计算机仿真实习模块,贯穿于模块一、二、三中),适用于一、二、三年级;学习方式:自主学习、合作学习与研究学习相结合。 在这一阶段中,作为对常规实验教学的重要补充,采用计算机模拟、仿真技术改造化学化工传统课程内容,对培养学生分析实际问题、提高解决化学化工生产问题的能力,起到了十分显著的效果。

4. 教学方法与手段

中心十分重视发挥学生在教学活动中的主体地位,注重采用自主学习的教学形式,有效地使用现代教育技术,培养学生的创新能力。例如,学生以选修课形式,到开放实验室做综合型实验,做完一个实验(约 30 学时以上)记 1 个学分,最多可以得到 4 个学分。学生还可以自带课题到开放实验室搞小研究或小发明,如“家乡水分析”、“天财杯竞赛”等。不仅体现了学生的主体作用,而且有利于培养学生解决较复杂问题的能力、创造发明的兴趣,以及独立工作的能力。

中心在教学过程中,注重适时分析和讨论,鼓励合作式学习和研究式学习,加强师生互动环节:例如做完实验后,组织学生对实验结果、内容、方法及相关内容进行现场讨论,鼓励学生大胆发表意见,指导教师适当提问,引导学生积极思考,以培养学生对实验结果的分析能力,同时对实验背景知识及相关领域内的发展作进一步了解。此外还要求学生从多方面(如从理论上对实验所得的结果进行分析和解释,分析误差的大小和原因及如何提高测量精度,本实验结果在生产实践中的意义,由本实验结果提出进一步的研究方向或对实验方法及装置提出改进建议等)来探讨。

完善计算机辅助教学:利用 CAI 课件进行课堂教学,便于从工程角度讲清思路、方法,以培养学生分析和解决工程实际问题的能力。中心还注意利用化工基础实验仿真软件来强化学习效果。中心开发的仿真实验网络版软件,包括实验原理、操作和数据测定、数据处理及思考题四大部分内容,将基本理论和上机操作有机的融合在一起。

中心积极地进行了考核制度的改革,将考核重点放在学生的表达能力和实际操作能力方面,全面评判学生的综合归纳能力和分析类比能力;在期末考试中,以设计实验作为主要考核内容,全面考核学生的实验基础和创新能力。为了配合考核方法的改革,还制定了详细的实验操作、报告评分标准和期末考核试题库。在考试方式上也进行了改革尝试,既包括课堂试题,也以实验中写出的小论文作为考试的补充形式。 5. 实验教材建设情况

中心坚持“以出版精品教材提高实验教学质量,以实验教学改革促进实验教材更新”的指导思想认真组织编写高水平实验教材。自中心建立以来,共编写各类实验教材、参考书以及计算机辅助实验教学软件 14 套,累计发行总量为 10 万余册(套),其中有三套在多次印刷的基础上已经进行了再版。另外,《化工基础实验》作为面向 21 世纪课程教材,于 2002 年在中国石油和化学工业协会组织的优秀教材评选中,获得第六届石油和化学工业优秀教材一等奖;该教材与课程教学大纲已被国内 20 余所院校采用,形成了较广泛的示范作用。

 实验教学简介
实验教学方法与手段
实验教学改革
实验教学体系与内容
学生实验守则
学生实习守则
关于开发综合型化学实验的计划
关于加强本科生实验教学管理的规定(试用稿)
化学化工实验教学中心关于实验课教学管理规定
本科生实验教学要求(试行稿 )
获奖情况
实验课程教学大纲
教学软件
工程化学实验教程
常用实验数据表
实验使用仪器