優(yōu)化課程體系培養(yǎng)創(chuàng)新人才.pdf

第24卷第5期大學(xué)化學(xué)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(xué)化學(xué)化工學(xué)院安徽合肥230039)摘要從無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容整合和結(jié)構(gòu)優(yōu)化出發(fā),介紹課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容組織方式,探討了凝煉教學(xué)內(nèi)容、改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、探索研究型教學(xué)方法等對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的作用,展示了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)、實(shí)踐能力的效果。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)是為實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容整合和課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化而設(shè)置的一門(mén)新課程,是課程體系改革的產(chǎn)物,是高等學(xué)校化工、材料、高分子、應(yīng)用化學(xué)等專(zhuān)業(yè)和生命科學(xué)學(xué)院、醫(yī)學(xué)院所有專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程,對(duì)化學(xué)、化工、材料、生物、醫(yī)藥各專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)起著非常重要的作用。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課程既有本學(xué)科自身的豐富內(nèi)容,又要為后續(xù)的有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程打基礎(chǔ)。按照國(guó)家理工科化學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的要求,在大幅度減少總學(xué)時(shí)數(shù)的形勢(shì)下,該課程的學(xué)時(shí)數(shù)仍為100左右,顯然無(wú)機(jī)及分析化學(xué)是一門(mén)重要的基礎(chǔ)課程1。1999年以來(lái),隨著21世紀(jì)對(duì)人才發(fā)展的新要求,我們學(xué)院按照學(xué)科發(fā)展的新標(biāo)準(zhǔn)、新起點(diǎn),根據(jù)學(xué)科融合、規(guī)整和精簡(jiǎn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)的需要,對(duì)教學(xué)思想、教學(xué)形式、教學(xué)方法、教學(xué)手段、人才培養(yǎng)模式等不斷進(jìn)行改革。多次修訂教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃,優(yōu)化課程體系,整合教學(xué)內(nèi)容,運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)手段進(jìn)行多媒體教學(xué),根據(jù)學(xué)生來(lái)源和基礎(chǔ)不同進(jìn)行分層次教學(xué)；理論課和實(shí)驗(yàn)課協(xié)同改革,分階段開(kāi)設(shè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力,取得了良好的教學(xué)效果,在培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面進(jìn)行了有益的嘗試。1課程內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容組織方式無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容包括基本理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)兩大部分。主要介紹化學(xué)基本原理、元素化學(xué)、溶液的四大平衡及四大滴定、化學(xué)分離法和基本儀器分析2,目的是使學(xué)生系統(tǒng)地掌握化學(xué)基本原理和元素性質(zhì),學(xué)習(xí)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(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)基本原理中的原子結(jié)構(gòu)與分子結(jié)構(gòu)是難點(diǎn),需重點(diǎn)講述；對(duì)于化學(xué)反應(yīng)的能量關(guān)系以及化學(xué)平衡與反應(yīng)速率,中學(xué)教材均有所涉及,因此采取教師講解和學(xué)生講解相結(jié)合的授課方式；溶液的四大平衡及四大滴定是無(wú)機(jī)化學(xué)與分析化學(xué)緊密相連的知識(shí)體系,因此由教師詳細(xì)講述；元素化學(xué)內(nèi)容豐富,有限的課時(shí)不允許詳細(xì)講解,一般采取以點(diǎn)帶面的方式挑選重點(diǎn)、難點(diǎn)講,強(qiáng)調(diào)元素的周期性和規(guī)律性；對(duì)于某些擴(kuò)展性強(qiáng)、有趣的章節(jié),可由教師指導(dǎo)學(xué)生查找資料,圍繞教師給出的專(zhuān)題撰寫(xiě)小論文,并在班級(jí)演講、討論；定量分析概論部分較抽象,可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行講解和練習(xí),使學(xué)生能夠?qū)⒏行哉J(rèn)識(shí)同理性認(rèn)識(shí)協(xié)調(diào)統(tǒng)一；對(duì)化學(xué)24分離法和儀器分析部分可只作簡(jiǎn)單介紹,因?yàn)楹罄m(xù)課程還會(huì)進(jìn)行相關(guān)的講述。在教學(xué)過(guò)程中,始終以學(xué)生為教學(xué)工作的主體,著重講思路,講原理和方法,強(qiáng)調(diào)要點(diǎn)、概念,深入淺出闡述難點(diǎn),舉一反三；及時(shí)將教學(xué)改革、教學(xué)研究成果和學(xué)科最新進(jìn)展引入課堂教學(xué),使教學(xué)內(nèi)容新穎、信息量大,以拓寬學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域和視野；采用啟發(fā)式教學(xué),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課堂討論,形成良好的學(xué)習(xí)氣氛；引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思考并積極參與科研實(shí)踐,培養(yǎng)他們的科學(xué)探索與創(chuàng)新精神；在教學(xué)內(nèi)容的講解和安排上,做到理論聯(lián)系實(shí)際,融知識(shí)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(xí)、課程小論文、專(zhuān)題討論相結(jié)合,在教授科學(xué)知識(shí)的同時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行理想、道德、情操和樹(shù)立科學(xué)發(fā)展觀(guān)的思想教育。2凝煉教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力已成為國(guó)內(nèi)外高等教育界的共識(shí)。知識(shí)是創(chuàng)新能力的載體,離開(kāi)知識(shí)的能力是不存在的。因此,大學(xué)本科教學(xué)必須使學(xué)生牢固掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能。我們?cè)诙嗄甑慕虒W(xué)實(shí)踐中,多次調(diào)整教學(xué)基本內(nèi)容,刪去與中學(xué)物理和化學(xué)課程重復(fù)的內(nèi)容,減少與后續(xù)課程的重復(fù)內(nèi)容,將節(jié)省的學(xué)時(shí)用于加強(qiáng)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的系統(tǒng)化教學(xué)。在教學(xué)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(guān)系。如在化學(xué)鍵理論中講授氫鍵時(shí),告訴學(xué)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(jìn)而簡(jiǎn)介超分子概念和相關(guān)實(shí)例。書(shū)本中氫鍵的實(shí)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(jī)配體及其配合物單晶結(jié)構(gòu)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(xué)生對(duì)氫鍵的理解和認(rèn)識(shí)。在講授元素化學(xué)中的碳單質(zhì)時(shí),引入C60的結(jié)構(gòu),介紹原子團(tuán)簇的概念。通過(guò)實(shí)例分析和深入淺出的講解,讓學(xué)生了解無(wú)機(jī)及分析化學(xué)的最新研究成果,既滿(mǎn)足了青年人對(duì)科研的好奇心,又拓寬了他們的知識(shí)面。在講解無(wú)機(jī)化合物特別是無(wú)機(jī)納米材料的制備時(shí),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(xiàn)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(cè)試中的作用。教學(xué)改革的目的是引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中了解學(xué)科發(fā)展的前沿和動(dòng)態(tài),體會(huì)基礎(chǔ)知識(shí)與科學(xué)研究的辨證關(guān)系,增強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力；從而變被動(dòng)接受為主動(dòng)學(xué)習(xí),在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)。3實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)思想與效果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的選擇和安排上,既要考慮無(wú)機(jī)化學(xué)與分析化學(xué)學(xué)科各自的特點(diǎn),也要考慮二者的相互聯(lián)系,以及本課程與其他基礎(chǔ)課之間的相互銜接；設(shè)置無(wú)機(jī)物的制備與定性、定量分析實(shí)驗(yàn),同時(shí)強(qiáng)化無(wú)機(jī)物制備與產(chǎn)物分析的有機(jī)結(jié)合,增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重,提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中重視培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力,最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索精神和創(chuàng)新能力,拓寬學(xué)生的知識(shí)面。3.1實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性與趣味性在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,不僅注意將理論與實(shí)際相結(jié)合,而且注意將基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)與前沿的生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和材料科學(xué)知識(shí)相聯(lián)系。在基本操作訓(xùn)練的基礎(chǔ)上,設(shè)置趣味性實(shí)驗(yàn),如蔬菜、水果中維生素C的含量測(cè)定,大豆中鈣、鎂、鐵的含量測(cè)定；為強(qiáng)調(diào)環(huán)境與化學(xué)的關(guān)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(xué)生的環(huán)保意識(shí),設(shè)置水質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn):水中化學(xué)耗氧量的測(cè)定；為介紹納米材料的制備與表征方法,設(shè)置無(wú)機(jī)材料的制備實(shí)驗(yàn):納米氧化鋅粉體的合成與表征；介紹生物無(wú)機(jī)化學(xué)的作用和意義,提出化學(xué)元素與人體健康、水體污染與化學(xué)處理、Zn2Mn干電池的回收利用等主題,指導(dǎo)學(xué)生查找資料并制作幻燈片,開(kāi)展專(zhuān)題討論。引導(dǎo)學(xué)生將課堂上所學(xué)的知識(shí)與自己周?chē)纳瞽h(huán)境、當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)問(wèn)題聯(lián)系起來(lái),培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的習(xí)慣,提高運(yùn)用知識(shí)的水平和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。3.2基礎(chǔ)、綜合、開(kāi)拓創(chuàng)新三位一體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革長(zhǎng)期以來(lái),實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系以各自的理論課程為主線(xiàn)進(jìn)行設(shè)置,內(nèi)容重復(fù)多,教學(xué)效率低,難以適應(yīng)學(xué)科綜合發(fā)展和交叉滲透對(duì)人才思維方式綜合化、多樣化培養(yǎng)的要求；教學(xué)內(nèi)容以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,難以激發(fā)學(xué)生探索化學(xué)現(xiàn)象的興趣,更難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維3。2004年,學(xué)院提出了將無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合的教學(xué)思路,建立了以基礎(chǔ)、能力、素質(zhì)為目標(biāo)的新實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系。這樣既避免了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的簡(jiǎn)單拼湊,又體現(xiàn)了知識(shí)點(diǎn)的系統(tǒng)性和關(guān)聯(lián)性；既有利于培養(yǎng)學(xué)生接受學(xué)科交叉所產(chǎn)生的新知識(shí)的能力,又有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。3.2.1加強(qiáng)基礎(chǔ)技能訓(xùn)練將基本操作和基本實(shí)驗(yàn)作為重要部分,通過(guò)操作和基本實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力,規(guī)范學(xué)生的基本操作,形成求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。3.2.2重視綜合能力訓(xùn)練在基本操作和基本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,開(kāi)設(shè)56個(gè)研究性與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),為學(xué)生提供創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的空間,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維以及進(jìn)一步獲取知識(shí)的能力。例如三氯化六氨合鈷的制備與組成測(cè)定實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生站在化學(xué)一級(jí)學(xué)科的層面上理解學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉的意識(shí),既訓(xùn)練學(xué)生制備無(wú)機(jī)物的技能,又培養(yǎng)鍛煉了學(xué)生分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的綜合能力。3.2.3培養(yǎng)開(kāi)拓創(chuàng)新精神及社會(huì)責(zé)任感在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,強(qiáng)化綠色化學(xué)和環(huán)境保護(hù)的意識(shí),介紹化學(xué)電源的種類(lèi)及電池的回收利用,介紹大氣、水污染與化學(xué)的關(guān)系,讓學(xué)生參與社會(huì)調(diào)查,使學(xué)生明白化學(xué)工作者還擔(dān)負(fù)著保護(hù)人類(lèi)生存環(huán)境的責(zé)任。3.3科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)高等教育的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具有良好的人文、科學(xué)素質(zhì)和社會(huì)責(zé)任感,得到基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的訓(xùn)練,具有扎實(shí)的化學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能,動(dòng)手能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高,掌握科學(xué)的思維方法,具有自我學(xué)習(xí)能力、探索精神、創(chuàng)新能力和優(yōu)秀科學(xué)品質(zhì)。據(jù)此,我們將科研成果及學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)引入課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué),以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)思考,鼓勵(lì)學(xué)生積極參與科研實(shí)踐,以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。(1)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)拓展實(shí)驗(yàn):光催化降解有機(jī)污染物。環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越為人們重視,其中染料廢水的治理是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn),采取一般的生物降解往往效果不佳。近年來(lái),人們探索利用半導(dǎo)體催化劑進(jìn)行光氧化還原反應(yīng),使有機(jī)污染物發(fā)生化學(xué)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(jī)污染物作為綜合實(shí)驗(yàn),從而激發(fā)了學(xué)生的積極性。在實(shí)驗(yàn)工作的基礎(chǔ)上,組織同學(xué)查找資料并討論TiO2作為催化劑在光催化降解有機(jī)污染物時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)。進(jìn)而提出新的問(wèn)44題:如何進(jìn)一步提高TiO2的催化效率?或者如何改善TiO2的結(jié)構(gòu)性能?鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)查找資料努力自己解決問(wèn)題。最后,通過(guò)集體討論,告訴學(xué)生摻雜是改進(jìn)材料性能的重要方法之一,并鼓勵(lì)學(xué)生積極實(shí)踐,參與教師的相關(guān)科研課題。(2)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn):化學(xué)振蕩反應(yīng)。根據(jù)氧化還原反應(yīng)的基本原理,將化學(xué)振蕩反應(yīng)引入基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué),介紹非平衡態(tài)和耗散結(jié)構(gòu)理論。開(kāi)設(shè)硝酸鈰2丙二酸2溴酸鉀體系的化學(xué)振蕩反應(yīng)實(shí)驗(yàn),討論溶液顏色與物質(zhì)濃度的關(guān)系、氧化還原反應(yīng)發(fā)生的可能性與現(xiàn)實(shí)性4。在此基礎(chǔ)上,結(jié)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(xué)振蕩反應(yīng)的實(shí)例及其對(duì)于探索生命奧秘的重要意義。進(jìn)而,在綜合實(shí)驗(yàn)中開(kāi)設(shè)金屬大環(huán)配合物的合成及其參與化學(xué)振蕩反應(yīng)的實(shí)驗(yàn),拓寬了學(xué)生的視野,培養(yǎng)、鍛煉了學(xué)生的科研思維與科研能力。4探索研究型教學(xué)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(qiáng)、綜合素質(zhì)高的人才；教學(xué)的目的是為了讓學(xué)生學(xué)會(huì)自覺(jué)、主動(dòng)地學(xué)習(xí)。因此教學(xué)應(yīng)理論聯(lián)系實(shí)際,解決一些化學(xué)與社會(huì)、化學(xué)與生活、化學(xué)與生產(chǎn)等實(shí)際問(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生探究學(xué)習(xí)方法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力,為學(xué)生的發(fā)展打好基礎(chǔ)。在教學(xué)工作中強(qiáng)調(diào)教學(xué)觀(guān)念與學(xué)習(xí)觀(guān)念的更新,積極探索實(shí)踐由傳統(tǒng)的單向知識(shí)傳授的“教學(xué)型”模式向?qū)W習(xí)研究結(jié)合的“研究型”教學(xué)模式轉(zhuǎn)化,努力通過(guò)濃縮課堂教學(xué)、課堂討論、課外閱讀、課程小論文、課堂提問(wèn)等手段,鼓勵(lì)學(xué)生積極思考,敢于質(zhì)疑,勇于創(chuàng)新。(1)課堂講授注重引導(dǎo)學(xué)生把握核心的知識(shí)點(diǎn)及學(xué)科的思維方式和研究方法。講授內(nèi)容少而精,重點(diǎn)、難點(diǎn)講深講透,對(duì)易接受或事實(shí)性的知識(shí)點(diǎn),則少講或不講,留給學(xué)生一定的學(xué)習(xí)時(shí)間和思維空間,引導(dǎo)學(xué)生積極思考；以學(xué)科的發(fā)展為大背景,讓學(xué)生了解課程基本原理在學(xué)科中的定位以及與學(xué)科最新發(fā)展的聯(lián)系。(2)進(jìn)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(jié)合的評(píng)價(jià)方式,從對(duì)獲取知識(shí)量多少的評(píng)價(jià)向知識(shí)、能力、素質(zhì)綜合評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化。選擇一些實(shí)用性、設(shè)計(jì)性、開(kāi)放式、綜合性習(xí)題,避免陳舊、重復(fù)的題海訓(xùn)練,激活學(xué)生的創(chuàng)新思維。(3)通過(guò)小論文、口頭報(bào)告、課堂討論培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與研究的能力。通過(guò)課堂提問(wèn),鼓勵(lì)學(xué)生積極思考,強(qiáng)化對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的理解；提出專(zhuān)題,指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn),研讀教材,了解學(xué)科的發(fā)展與應(yīng)用,培養(yǎng)獲取知識(shí)的能力,學(xué)習(xí)提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法,變被動(dòng)接受知識(shí)為主動(dòng)探索學(xué)習(xí)?？傊?通過(guò)一系列改革措施,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主