构建研究型实验教学平台 实施研究性实验教学

张剑荣

摘 要：本文介绍了南京大学化学实验教学中心实验课程体系和课程内容的改革方法和思路。化学实验教学中心抓住培养学生能力这个核心，构筑研究型实验教学平台，实施研究性实验教学，形成了“基础—综合—研究”三层次实验教学的特色，在全国实验教学改革中得到了全面推广。

关键词：实验教学；研究型教学；课程体系；实验改革

南京大学化学实验教学中心（以下简称“中心”）于2006年被授予国家级实验教学示范中心，其前身可追溯至20世纪20年代初在南京高等师范创建的普通化学实验室。“中心”由大学化学、仪器分析、有机化学、物理化学、综合化学、化工原理、中级应用化学和化学信息学八个实验室组建。它依托化学学科，由校、院两级管理。

“中心”的教学一贯以戴安邦教授所倡导的“化学教育既传授知识和技术，更训练科学方法和思维，还培养科学精神和品德”的全面化学教育准则为指导思想。自20世纪80年代起，“中心”在全国高校中首先对原实验课程体系、教学内容和方法进行改革，经过20多年努力，在实践中逐步构建了研究型实验教学平台，形成了“基础—综合—研究”三层次推进教学进程和“提高—扬优—早期介入科研” 三层次开放式实验教学模式，在全国得到推广和应用，形成了教学特色。

一、改革实验教学体系和课程内容，构筑研究型实验教学平台

在实施全面化学教育的指导思想下，“中心”改革了以教研室为单位组织实验教学的框架，在化学一级学科层面上组织基础实验教学，提出按“基础—综合—研究”三层次构建实验教学体系和实验室（如下图）。新实验体系突出了以能力培养为核心，并将知识、能力和素质三要素有机结合起来。

1.骨干实验课程建设

“中心”在实验课程内容改革上，突出重视基础，加强综合、设计和科研训练，着重在“激发学生兴趣、启迪学生探索、训练学生科学思维和方法、引导学生创新”等四个方面建设骨干实验课程，培养学生创新意识与初步创新能力。

（1）国家精品课程“大学化学实验”。“大学化学实验”2004年被评为国家精品课程，2009年获第二轮国家精品课程建设资助。2010年3月，《大学化学实验》（第二版）出版。第二版教材更新了大约30%实验内容，增加了实验趣味性、新颖性和综合性；更新增加十余个实验视频录像。

（2）反映兴趣性、设计性的国家精品课程“仪器分析实验”。2009年3月，由科学出版社出版了《仪器分析实验》（第二版）。在新一版教材中增加了一批如“大棚生长的蔬菜、瓜果和自然环境生长的蔬菜、瓜果营养成分是否存在差别”等贴近生活、贴近实际的设计研究型实验项目以激发学生求知欲和兴趣。

（3）突出用新技术改造经典课程“有机化学实验”。多年来，该课程教学小组在注重基础的同时，着重对学生综合能力和科研能力的培养进行了不断地探索和改革，提出了“将经典实验教学内容进行升级改造，引入现代分析技术，使有机合成、分离纯化、结构表征及质量分析有机结合，加强综合性和研究性训练，促进教与学”的教改思路。具体实施办法是：在保证基本合成操作训练外，将色谱-质谱联用仪、核磁共振谱仪、色谱仪等现代分析技术引入教学内容，让学生对所合成的产品进一步进行定量和结构分析，并将分析结果反过来用于引导学生对反应机理的理解和反应条件的选择。而在传统的教学方法中，学生在完成产品合成后，仅仅通过测定沸点、熔点、折光率等简单技术定性地判断产品纯度。在实际生产中，仅仅定性地给出产品的纯度是远远不够的，更重要的是需要知道产品中有哪些杂质，杂质的结构是什么，确切的含量是多少。通过对经典实验的现代化改造，不仅使我们的教学与当今社会的实际需求更加贴近，而且通过对产品中杂质结构的分析，使学生对反应机理的理解更加深刻，丰富和深化了书本知识，拓宽了学生的知识面，激发了学生学习化学的兴趣。

（4）不断推出新的“物理化学实验”课程。2010年，“中心”在高等教育出版社出版了新版《物理化学实验》教材。我们设计的催化剂活性评价新实验装置，可对多种固体催化剂进行活性评价，可满足正常教学实验和开放性研究型实验的需要。另外，“中心”利用此套装置还开设了“气相色谱法测定无限稀释溶液的活度系数”实验，不仅可测量一系列物质的活度系数，还可进一步获得混合热、汽化热、超额焓变化和超额熵变化等实验数据。近两年来，“中心”开出的物理化学研究型新实验项目达到6项。

（5）注重学生个性发展的国家精品课程“综合化学实验”。该课程按照“必修+选修+开放”教学模式，实施适合学生个性发展的能力和全面素质培养。必修实验为精心设计的典型教学实验，通过对化合物和材料的制备、分离和提纯，并使用IR、UV、NMR、HPLC、CE、TG-MS、BET、XRD、GPC、光散射等大型仪器表征，训练学生学会化学二级学科知识的融会贯通和交叉；选修实验为研究式大综合实验，学生可利用网上选课系统选择自己感兴趣的实验内容；开放实验为科研型课题实验，允许学生利用一定的教学实验时间在科研实验室中研究。

2.以学生能力培养为核心的开放式研究性教学内容和方法

除了实验课程改革外，“中心”利用课余时间，将教学实验室全面对学生开放，对学有余力或需要个性化发展的学生进行因材施教。实验室提供开放实验课题或让学生自带他们所感兴趣的研究课题，在老师指导下进行科学研究训练。近年来，开放实验课题达40余项。另外，结合南京大学理科化学人才培养基地建设，“中心”通过国家自然科学基金人才培养基金创新能力培养项目资助了20个子项目。每个子项目分别由科研经验丰富和教学经验丰富的教师组成指导小组，共同指导学生。

3.教学方法和手段

“中心”除了采用开放式、研究式教学方法外，在基础实验教学中强调启发式、互动式教学方法。例如，在“大学化学实验”教学中，由指定预习内容、思考题代替原理部分，实验步骤由全到简，引导学生通过“查、看、思考”式的预习，理解实验原理，剖析实验过程，把握实验重点。同时，建立多元考核机制，关注学生思考、动手、协调和解决问题等综合能力，统筹考核实验过程和结果，调动学生潜能。

“中心”重视网络、多媒体等现代教学手段的应用，投资120万元重新设计和建设了分辨率达到高清的“双向互动音视频辅助实验教学系统”。该系统可实现教师的实验教学实时传送到各实验室，演播室教师和实验室学生通过音、视频实时互动，实现教师优质资源共享，并能使教学质量得到监督和保证。

二、建设能够胜任研究型教学的实验队伍

南京大学历来重视教学队伍建设，制定了一系列相应的措施。例如，明确提出4个“一视同仁”——教学工作与科研工作、教学带头人和科研带头人、教学成果和科研成果、教学项目和科研项目的一视同仁；设立了实验教学教授岗，增设实验技术岗位；制定了“教学和科研奖励条例”等，引导和激励高水平教师积极投入实验教学。“中心”依托南京大学化学学科的人才优势和政策牵引，组建实验教学团队。团队由实验室主任、骨干教师、兼职教师、实验技术人员组成，骨干力量相对稳定。目前已形成了一支以45岁左右中青年教师为主体的、适应研究型实验教学的高水平教学队伍。这支队伍结构合理，既能从事实验教学，还能从事科学研究。2010年，该团队获得国家级教学团队称号。

“中心”十分注意教学队伍的国内外学术交流和学习，派出30多位教师到欧洲、美国等著名大学进行合作研究和学术交流；派出教师和实验技术人员30多人次参加全国化学教学研讨会、大学化学化工课程论坛等各类教学研讨会；组织教师进行教学研究和开发新实验，资助教师发表教学论文59篇；坚持传、帮、带的传统作风，课程小组实行集体备课制，保证教学质量。学院就新上岗教师及TA指导实验制定了相关政策，如在指导实验前必须试做实验、试讲，并组织3人以上考核小组听课考核，合格后方可上岗。

多年来，实验教学团队的教师活跃在教学科研第一线。他们将科研成果转化为教学内容，编写出版了《综合化学实验》，2009年“综合化学实验”获得国家级精品课程。

三、特色

一是“中心”在全国高校中，率先提出并实施按“基础—综合—研究”三层次构建实验教学体系和调整实验室布局，推进实验教学。实现这项改革的重要措施是：在国内高校中首先建立综合化学实验室，开设“综合化学实验”课程，将设计实验和科研训练纳入实验教学计划中，加强学生科研能力培养和科学精神熏陶。该教学体系突出了以能力培养为核心的教学改革，将知识、能力、素质三要素有机地结合了起来，改变了过去重基础、轻能力的教学培养体系。该教学方案和理念已经在人才培养过程中取得明显成效，得到全国兄弟高校普遍认同并借鉴，获得了国家级教学成果二等奖。

二是“中心”提出并实施了“提高—扬优—早期介入科研”三层次开放式实验教学模式和管理方法。这项教改的重大举措是：在时空上全方位向学生开放各类实验室，包括：教学实验室双休日和寒暑假开放； 科研实验室向教学、向学生全面开放；大型仪器实验室24小时开放。其中，提高层次主要对象是一二年级实验能力较弱的学生。“中心”利用双休日对他们开放实验室，按照实验进度分段列出实验。有的内容比课堂实验要求高，操作要求也高；有些与课堂内容接近，但不是简单重复。以供不同需要的学生选择，给他们增加实践机会，提高实践能力。

扬优层次主要对象是一二年级学有余力的学生。“中心”利用寒暑假、双休日开放实验室，为申请获得国家、省级、校级各类创新计划和开放课题的学生提供研究平台。

早期介入科研层次的主要对象是高年级对研究感兴趣的学生。他们利用课余时间直接进入科研实验室工作，在浓厚的科研气氛中迅速成长。

三层次的开放式实验教学方法是实现“因材施教、个性化培养、主体地位、以人为本”等教学理念的有力举措，获得了国家级教学成果二等奖。

三是“中心”构建了“校级—省级—国家级”三层次全国示范辐射网。“中心”在全国高校中率先牵头组织和制定“化学实验教学示范中心建设标准”的课题研究，并参加了国家“实验教学示范中心评审标准”制定；在全国首先牵头成立了省级高校化学实验教学中心联席会。通过该平台，定期召开“示范中心”建设交流会，组织编写实验课程要教材，组织实验竞赛，举办教师培训班等。这项工作获得国家级教学成果二等奖。

四、推动示范中心建设可持续发展

按照“综合性、研究型、国际化”的创建世界一流大学目标和“学科建设和本科教学融通、通识教育与个性化培养融通、拓宽基础与强化实践融通、学会学习和学会做人融通”的人才培养思路，南京大学于2009年实施了“三三”制本科教学改革。 “三三”制中的第一个“三”指的是对学生实施“大类培养”、“专业培养”和“多元培养”三个培养阶段；第二个“三”指的是在三个培养阶段中，学生可以根据自身的学习基础和学习兴趣，进行“专业学术类”、“学术交叉类”和“就业创业类”三种发展途径的选择。南京大学“三三”制本科教学改革旨在建立个性化、多元化的人才培养新模式，致力于为学生提供更多的课程选择、专业选择和发展路径选择权，帮助学生完成由“学习转型”到“学术转型”，激发学生的创新思维，为全体本科生全面开放南京大学各专业课程和优质教学资源。

在学校“三三”制本科教学改革背景下，“中心”的主要任务是为南京大学培养专业学术类人才、复合交叉类人才发挥重要作用。虽然“中心”对专业学术类人才的培养已具备比较成熟的实验教学体系，教学条件也比较先进，但是对照《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年》精神和南京大学“三三”制本科教学改革的要求，我们的工作还存在欠缺。为此，我们将重点做好以下工作：

一是坚持以学生为本，进一步加强实验教学内容、教学方法的改革和质量建设，如注重学生学习兴趣和研究激情培养，积极引导学生对化学前沿研究领域知识与技术的掌握，丰富培养学生研究能力的手段和方式。以国家、省和学校各类创新性项目和开放式实验为牵引，引导和培养学生创新意识、创新精神和创新能力。

二是针对交叉复合类人才培养基础薄弱问题，着重做好学科交叉课程及其相应教学条件的建设、教学体系及其培养方法的探索。

三是仙林新校区1万多平方米教学实验室科学文化氛围建设，展示南京大学百年高校的科学文化积淀，这是当前“中心”在落实“三三”制本科教学改革、实施本科基础阶段全面的科学、人文素质教育的一项紧迫的文化工程。同时，这也是我国大部分高校在进行新校区建设中普遍所面临的共同问题。

四是在“校级—省级—国家级”三层次示范体系基础上，进一步加强示范辐射的内涵建设。通过申请教育部青年骨干教师培训班，举办若干期“无机及分析化学实验”、“有机化学实验”技术操作培训班。促进实验操作示教规范化，提高青年教师实验教学水平。

[责任编辑：夏鲁惠]