“双一流”背景下分析化学实验教学改革*

李 昆，高 娜，刘浩然

(湖南大学化学化工学院国家级化学实验教学示范中心，湖南 长沙 410082)

“创新创业教育”概念自提出近十年以来已经得到广泛的关注和认可，逐渐形成了新的教学理念，并建立了新的教学模式[1]。实践是创新创业教育的基础，也是加强受教育者的理论联系实际能力的重要过程[2-3]。在我国《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》中提出的任务之一，就是培养具有历史使命感和社会责任心，富有创新精神和实践能力的各类创新型、应用型、复合型优秀人才[4]。因此，在“双一流”建设的背景下，本科阶段教育培养创新人才，实践教学处于至关重要的地位。

化学是自然科学中实践特色最为突出的学科之一。在化学类专业的本科教育中，理论教学和实践教学处于同等重要的地位。化学实践教学体系是提升学生科学素养、培养学生创新意识、锻炼学生实践能力的关键环节，贯穿了学生培养的全过程，主要包括基础化学实验、专业综合实验、科研实践活动、认识实习和生产实习、毕业论文等内容[5]。其中，基础(四大)化学实验课程是化学类专业实践教学的出发点和重要基石。虽然不同高校的化学专业对实践教学体系的构筑不尽相同，但基础化学实验必定是不可或缺的根本[6]。因此，如何在基础化学实验课程教学中达成对学生实践创新能力的培养，是高校化学类专业在新时期面临的一项共性问题。

湖南大学化学学科始建于1926年，人才培养历史悠久。2017年成为国家“双一流”世界一流学科建设学科，在教育部第四轮学科评估中获得A-。该学科自成立之初即开设化学类本科专业，2008年入选国家级“高等学校特色专业”，2019年入选首批国家一流专业建设“双万计划”。湖南大学分析化学是国家重点学科，建设有化学生物传感与计量学国家重点实验室，在国内外分析化学领域享有重要声誉。《分析化学》先后入选国家精品在线开放课程和国家一流本科课程，《基础化学实验》入选国家一流本科课程。在“双一流”建设的背景下，《基础分析化学实验》课程的改革就是在这些深厚历史底蕴的基础上，依照新时期的创新人才培养目标开展的。本文以2021版教学大纲的修订过程为线索，回顾总结了该课程近些年的发展，特别是2019年实施“双万计划”开展一流专业建设以来进行的新一轮系统性改革的情况，以期能为兄弟院校分析化学实验课程建设提供借鉴与参考。

1 课程基本情况

基础分析化学实验是化学、应用化学专业的专业基础实验，属于学类核心课程。该课程继分析化学理论课程之后开设，是对书本理论的进一步验证，同时又是一门独立的课程，与分析化学理论课程相辅相成。该课程力图使学生在接受严格的分析化学实验基本操作训练的基础上，通过记录并处理实验数据、绘制图表培养学生严谨务实的科学作风，树立严格的“量”的概念。在仪器分析实验中，学生能够接触到很多先进的大型仪器，进一步掌握其构造及使用方法。使学生在动手能力与实验技能、探索发现与开拓意识、独立分析与解决实际问题的能力、严谨求是的科学态度等方面都能得到培养和锻炼。

本科阶段的分析化学教学内容主要包括化学分析和仪器分析两部分。在以往的分析化学教学中，理论教学与实验教学相割裂的现象较为严重，且在学分、课时的安排方面存在一定的“重理论、轻实验”的倾向，给学生造成了“实验课不重要”的误解。针对这些状况，自2019年以来，我们着力促进提高实验课的课堂效率，充实教学内容，并加强教师、学生对课程的重视程度，取得了良好的课堂教学效果。此外，在湖南大学本科培养方案2020版修订时，根据新时期本科教育的要求，本科全程四年压缩了10个学分，且专业必修课相应削减了课时。为适应新形势的变化，同时提高实践教学的重要地位，我们在关键基础知识不缺席的情况下将分析化学理论课程从6学分(96学时)减为5学分(80学时)，而将分析化学实验课程从2学分(64学时)增加到2.5学分(80学时)，并移动到培养方案的实践环节之中。基础分析化学实验分在第5和第6两个学期开设。

该课程实行了教材、讲义、参考资料三重模式。课程团队重视教材建设，立足于化学学科优良的传统和雄厚的基础，编写的《基础化学实验》已于2021年完成了第三版修订并在科学出版社出版。在教材的基础上，该课程所有任课教师也共同编写了一套内部使用的讲义，针对湖南大学本科实验教学实验室当年开设实验项目的实际情况，每年都会进行一次修订和完善。此外，也选用了近些年出版的国内其他高校编著的教材作为参考书，供教师和学生研读。

该课程也较早地完成了信息化建设，在学校课程中心网站建立了课程网站，也在中国大学慕课MOOC上线了该课程，截至2021年已经开课11次。线上课程一方面作为学生课前预习的资料，帮助学生及时了解实验相关的基本原理和基础操作；另一方面，也为学生课后复习提供了平台。这些信息化手段的使用，可以打破实验教学的空间和时间限制，促进学生对教学内容的吸收，取得良好的教学效果。

2 教学目标的完善

结合学校办学定位和专业人才培养要求，我们根据课程性质，进一步完善了该课程的教学目标。具体包括了学习该课程后应该达到的知识、能力水平，以及课程思政育人目标等方面。首先，指导学生系统掌握化学分析的基础知识、分析仪器的构造与原理、基本操作和典型的定量分析方法。这是与传统的分析化学实验教学一脉相承的。第二，通过实验加深对有关理论的理解，并能灵活运用所学的理论知识指导实验设计，强调提高学生用理论指导实践的能力。结合分析化学的学科特色，特别提出正确地认识自然科学并掌握正确的科学研究方法，从而教育学生掌握分析化学的研究范式，具备完善的科学精神和创新能力。这有助于利用实验教学促进学生对学科知识体系的融会贯通，也为学生毕业后在相关领域学术界和产业界的工作中展现良好科学素养打下坚实基础。第三，以实验教学内容为依托，将思政元素与实验课程有机融合，培养学生正确的世界观和方法论，培养严谨求是的科学作风和探索创新的思维习惯，激发学生的学习兴趣和科研报国热情。让学生能够成长为具有社会责任感和家国情怀的专业技术人才。通过这些方向地改革，将思想政治教育合理地、有效地融入课堂。

3 实验内容的调整

与分析化学理论课程相对应，分析化学实验分为化学分析实验和仪器分析实验两部分。以前的《基础分析化学实验》课程包括7个化学分析实验项目和8个仪器分析实验项目，这些经典实验项目涵盖了重量分析、容量分析、电化学分析、色谱分析和光谱分析等基础内容。然而，分析化学特别是仪器分析是一个飞速发展的学科，许多实验项目所用到的方法及仪器略显陈旧，无法跟上科技的进步，不能实现对创新人才培养目标的达成。同时，增加的16个学时也有利于我们设计与开展新的实验项目。经过近两年的试验和小范围推广，我们在教学大纲的修订中，增加了3个新设实验项目，大幅度更新了2个实验项目，并对所有保留实验项目进行了修订和完善，使实验项目更贴近于科研实际，且更好地融入了思政元素。

首先，通过“翻转课堂”等教学形式，让学生在预习时，结合学过的理论知识，提前思考实验的原理和完成测定目标的可行途径。在课堂上，除了基本操作训练之外，特别注重讲授分析方法的选取原则和实验数据的处理过程，并结合实验进一步确立“量”、“相对误差”和“有效数字”等概念。仪器分析理论课上学生只能通过教材、讲义和教师的讲解来“想象”一台仪器，而在实验室中面对真实的仪器，才能更好的理解其构造和设计原理。另外，随着科研仪器的不断更新，教科书中的描述与新近的仪器技术存在一定的时间差。因此，在实验课上更加注重对新技术的讲解，让学生体会在经典原理的基础上，新技术为科研仪器带来的新动能。同时在条件允许的情况下，我们开设的部分实验为学生提供了新仪器与旧仪器之间、国产仪器与进口仪器之间、乃至自组装仪器与商业化仪器之间的比较，让学生不再对科研仪器产生敬畏感，也认识到我国科研仪器制造领域的快速发展和仍存在的差距。

其次，增加的综合性、设计型的无机分析实验是在学生掌握四大滴定的基础上，利用无机化学、分析化学等基础化学原理以及基本操作技能，合成若干材料，并选用适当的分析化学原理与技术进行测定。例如，利用合成的氧化铁纳米颗粒的催化性质，通过吸光光度法测定奶制品中三聚氰胺的含量，并采用重铬酸钾氧化还原滴定来测定纳米颗粒中铁的含量。通过这些实验项目，教育学生养成严谨求实的科学习惯，正确认识理论与实践的关系，深刻理解理论与实践相结合的重要性，并切实掌握实践是检验真理的唯一标准。培养学生的综合实验能力、团队合作意识和沟通协调能力，使学生具有良好的职业素养和道德品质。此外，通过对生活中常见样品测试，让学生理解科研工作在生产生活中的现实意义，扎牢科学研究应服务于社会和国家需要的深刻意识，激发从事科研工作的热情，树立正确的价值观，充分发挥了课程育人功能。

第三，实现了科研反哺教学，科研促进教学。结合湖南大学在分析化学领域的科研优势，推进科研成果向课程教学内容转化，将学术前沿融入转化到实验教学中，从而使教学内容体现了前沿性与时代性。例如，在一项新设的分析化学实验中，对与溶液中活性氧水平检测相关的研究成果重新进行了开发和设计，通过反复调整和验证，形成了一项适合本科教学的、涵盖多种仪器分析手段在内的综合实验。这一实验项目弥补了传统基础化学实验教学中各项内容相割裂的弊端。同时，也有效地实现了实验教学内容和方式的变革，指导学生掌握分析化学的科学研究方法，提升学生的探索精神和创新思维，从而有助于创新人才的培养。

此外，在教学大纲的修订过程中，我们也对标工程教育专业认证，着力为以后的理科教育专业认证做好准备，明确了每个实验项目对相应毕业要求的支撑。该课程在道德和职业修养、专业基础和科研素养、批判性思维和创新能力、问题分析和解决能力、以及团队合作能力方面，为培养创新人才达到毕业要求提供了重要支持。

4 教学过程的规范

由于不同实验项目可能由不同教师讲授，因此在教学团队中形成完善的教学过程规范，从而达到良好的教学效果。课前要求学生通过线上课程开展实验前预习。课堂上利用多媒体演示与黑板讲解，并现场演示实验操作，具体指导实验过程。通过师生现场互动及课后交流，对课堂教学进行补充。

5 结 语

教学大纲在课程建设中具有指导性作用。在“双一流”建设的背景下，该课程开展系统性改革近两年来，已取得了初步成效，在几项重要的学科竞赛中取得了优异成绩。如：在2021年全国大学生化学实验邀请赛中取得了一、二、三等奖各一项，实现了历史性的突破；在2021年湖南省化学实验技能竞赛中获得一等奖一项和三等奖二项。我们总结这部分经验，根据专业培养目标、毕业要求和课程在人才培养中的地位及作用，对标国家一流课程建设标准，科学设计课程目标、课程内容、教学安排，提升课程的高阶性，突出课程的创新性，增加课程的挑战度，编制了新的教学大纲。在落实立德树人根本任务中，这些改革实践对如何充分发挥化学实验课程在创新人才培养中的重要和积极作用给出了纲领和规范。