面向本科生的开放实验教学设计与探索

【摘 要】开放实验是大学化学实验的重要补充部分，承载着激发学生学习兴趣，引导学生过度到实验训练，提升实验操作、思考设计实验能力，培养探索精神的重大任务。本文从开放实验设计的原则、软硬件支持、教学体系设计三个方面探讨了我院在开放性实验方面所做的探索。

【关键词】开放实验;趣味性和实用性;教学模式设计

中图分类号： G642 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）01-0246-003

化学实验实践课程作为化学专业理论课的重要支撑，有不可取代的优势。实验课程将理论课上的知识点生动形象的体现在学生动手过程中，激发学生体验枯燥专业知识的兴趣，加强学生基本实验技能训练，鼓励学生积极探索，启迪科学思维和创新能力，达到全面培养综合素质的教育目标。

随着社会对化学专业毕业生的要求越来越高，基本实验技能在继续加强的基础上，学生的独立实验能力和创新精神的培养越来越被重视。现阶段的课内实验多是传统的验证式教学模式，已经不能满足对学生综合能力、创新能力的培养。开放实验作为课内实验的重要补充形式，弥补课内实验在探索性、创新性、综合性能力培养的不足。

1 设计原则

1.1 趣味性

化学与人们生活中衣、食、住、行息息相关。与生活相关的化学知识，容易和学生产生共鸣，引发学生的兴趣，通过引导学生认识和理解生活中的化学现象，并在实验室内动手做实验验证，实现理论和实际的结合。通过认识、理解社会热点现象和生活中的常见化学问题，能够学以致用，可以使得学生获得探寻知识的成就感，培养对化学学科的兴趣，为以后持续探索化学奥秘提供动力。

1.2 实用性

化学专业毕业生的两种主要去向：一是从事本行业相关工作，需要扎实的基础实验技能，有初步的研发能力;二是考取研究生，进行科研型实验，需要在细分方向上深入。以上两种去向的毕业生，在本科阶段除了需要扎实的基础实验技能，还需要进行科研实验的启蒙。因此我们需要设计相关的开放实验，在加强基础操作实验技能的同时，兼顾开放性、探索性。设计的实验如能得到与生活相关的有实际应用的材料，或者通过配方设计、改进实验，获得某种产品，而不是单纯的验证知识点，这样实用性的产品会极大满足学生的成就感。成就感会推动学生思考，活跃思维，对企业里的研发不陌生，同时也可以完成科研实验的启蒙。

1.3 互联网+信息化

借助互聯网信息化平台可以使本科生快速了解学院实验中心、可以在进入实验室之前获得仪器操作的培训、安全知识的培训，大大提升了效率，又能获得较好的管理效果。我们建设了学院实验中心网站，能够发布开放实验信息，展示实验环境、管理实验项目，在线学习大型仪器使用等功能，并根据中心功能新建仪器预约共享平台、安全考试培训网站、化学品管理网站，形成具有中心特色的全方位、立体化信息共享平台。

2 软硬件支持

2.1 学院本科实验室建设

我院基础实验平台面积达550平方米，专业实验平台面积达240平方米，实践实训平台，包括国家重点实验室，工程中心，和校外实习基地。在江苏省有机光电子学优势学科二期建设项目、中央支持地方实验室建设项目和校实验室建设项目等项目的支持下，近几年购买实践教学用仪器设备千余套，价值逾7000万元。中心的仪器设备满足每年开设20门课程实验教学需要，60个班次的教学任务，以及20余项的开放项目、近200项大学生STITP创新项目等。实现了教学、综合性、设计性、创新性、开放性、科研性等多种类别实验的综合实验的使用需求。

2.2 教师团队

人员队伍目前达到63人，其中专职实验教师实验教学团队36人（教授14人，副教授10人，讲师12人），100%博士学位;专职实验技术人员共计15人，其中博士后1人，博士9人，在读博士3人，平均年龄34岁。承担了中心实验教学管理、大型仪器管理、实验室安全管理和信息化管理，制定了一系列实验教学保障办法、大型仪器共享办法、实验室安全管理办法等等，鼓励开展自主实验教学、参与科研活动、深挖大型仪器功能、跟踪最新实验前沿技术等等。学院鼓励实验技术人员参与实验教学相关培训会、交流会、学术讨论会等。以培养国内一流“水平高、专业精、学术尖”的高素质实验技术团队。

2.3 经费支持

学校鼓励所有教学实验室、学科科研实验室、各级重点实验室（工程中心）在完成正常教学、科研任务0的同时，充分发掘潜力、优化资源配置，创造条件实施开放。同时鼓励教师积极申报开放实验项目，实验室开放经费含实验耗材费和教师个人工作量补贴。

3 开放实验教学体系设计

3.1 实验知识、内容设计

根据设计原则，开放实验的主题一是聚焦在化学与生活，与学生已有的生活经验相结合，引起学生的兴趣。二是切入化学与健康的相关知识，培养学生的专业素养和职业道德。重点选取“食”和“用”两个与日常生活息息相关的环节，设计4-6个实验。化学基础包括酸碱知识、油脂知识、表面活性剂知识、食品添加剂知识、蛋白质知识。基本操作涵盖了洗涤、过滤、搅拌、溶解、加热、蒸发、烘干、抽滤，离心等。

开放实验的教学体系不仅重视化学专业基础，还要强调化学知识与食品科学，洗化产品的交叉，彰显有趣实用的特色。如图1所示。

四个实验内容分别为油脂的性质及肥皂的制备，表面活性剂的性质及洗手液的制备，饮料DIY，从牛奶中分离鉴定酪蛋白。脂化反应为高三化学的内容，学生往往基础知识扎实，细节清晰。能在动手实操的过程中自主完成对知识的验证，作为第一次从理论知识过度到实验教学的实验课会让学生更加形象直观地认识到实验教学的意义，成就感会让他们顺利完成实验课的心理建设。在此基础上对于学生的知识进行提升，从肥皂的成分过度到表面活性剂这一大学化学的重要知识点，完成知识的过渡和深化，并自己按照简单的配方来配置洗手液，结合消费者市场认可度，来设计洗手液的细微成分，开发新型卖点的洗手液，完成从实验验证知识到探索，从重复模仿到科研启蒙的过渡。饮料DIY的实验重点是认识各种食品添加剂，包括色素、香精、增稠剂、防腐剂，酸度调节剂等。食品添加剂大大促进了食品工业的发展，并被誉为现代食品工业的灵魂。但是社会上爆出各种化工品充斥在食品行业，或者过量过度添加食品添加剂，甚至于奶昔产品中根本没有牛奶成分全是靠调制。这些严重危化消费者的身体健康。作为一名化学从业者，我们需要正确认识食品添加剂的作业和过度，非法使用的危害，加强职业操守和道德。关爱自己的健康，减少饮料类产品的摄入，关注公众健康，坚决抵制各种非法行为。化学还可以帮助我们认识各类天然物质，酪蛋白是牛奶中主要的蛋白质，其浓度约为35g/L，是含磷蛋白质的复杂结合物。根据简单的蛋白质遇酸变性的特点，我们可以收集到牛奶中的蛋白质，给学生一个形象直观的展示。对于以后走上分析测试岗位的毕业生是大有裨益的。

肥皂、洗手液、调制饮料都是学生可以直观得到的产品，还可以自己设计包装logo，做成类似商业化的成品外观。这些产品都是和生活息息相关，能实用的化学产物。这是本开放实验的特色。

3.2 教学方法、过程设计

开放实验是以知识为基础，以能力为中心，综合素质为培养目标的三位一体的运行模式。在知识提升的基础上，培养动手操作的能力和思考的设计实验的能力，进而形成科学素养。

“學”“知识”主要是通过讲解法，能够使学生在较短时间内获得大量系统的实验相关知识，以便能快速理解实验原理，开展实验操作。“产”“能力”主要是通过动手操作等生产实践活动，提升理解实验原理的能力，验证理论知识的能力，并通过分析获得产物的过程反思实验过程。可以通过演示法和慕课法来实现这部分的实验教学，如演示仪器设备的操作要点，而慕课法可以让学生利用课余时间，自主学习。“研”“素质”，是通过开放性、探索性实验，引发学生达到更高层次的思考实验设计，最终实现综合素质的培养。

3.3 教学结果评价、反馈

学生需要在实验结束后一周内提交实验报告，包含实验目的、实验原理、实验仪器、试剂、实验结果展示（实验成品的图片打印出来后黏贴）。根据实验内容及相关社会现象，就一个方面或者某些方面写一篇小文章，可以是科普文也可以是自己的感想，800字以上，文体不限。

4 结语

兴趣是最好的老师，开放性实验重在激发学生的兴趣，引导学生学以致用，将理论自觉应用到生活中，会解释生活中碰到的实际问题，在分析后能提出建设性意见、甚至初步解决问题。开放性实验在内容设置方面可以更灵活，侧重知识点的前后联系和对比，建设成模块化实验内容体系。

【参考文献】

[1]郭华东.开放化学实验项目层次化设计[J].长春师范大学学报（自然科学版），2014，33（4）：158-159.

[2]王传花，张丽静，周玥，等.化学类开放实验室安全管理初探[J].教育教学论坛，2018，33：262-263.

[3]高云鹏，滕召胜，黎福海，等.开放实验室与学科竞赛平台相结合的创新人才培养模式[J].实验技术与管理，2012，29（4）：360-365.

[4]景志红，孙敏，凌宝萍，等.实施开放实验培养学生综合、创新能力[J].实验室研究与探索，2016，35（2）：152-154.

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