北京師范大學化學系

1、北京師范大學化學系國家教學成果獎總結報告本科化學專業(yè)實驗課程體系改革-課程建設、教學改革及實驗中心建設成果完成人：趙新華申秀民趙云嶺張站斌馮瑞琴成果完成單位：北京師范大學推薦等級建議:國家級教學成果二等獎化學仍然是一門實踐性很強的學科，但是由于歷史的原因和受經(jīng)濟不發(fā)達的制約，我國傳統(tǒng)的化學實驗教學十分薄弱，已經(jīng)不能適應新世紀社會對人才的需要，也與國際的教育水平有較大差距。在20世紀80年代末，國內(nèi)幾所重點綜合型大學的研究人員洞察了21世紀社會以及化學學科的發(fā)展與走向，首先提出面向新世紀的大學化學教學的改革構想，其中大學化學實驗教學的改革被提到重要位置。進入21世紀，北京師范大學實行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，建

2、設成為“綜合性、有特色、研究型的世界知名高水平大學”的戰(zhàn)略目標也對實驗教學改革提出了任務。傳統(tǒng)的實驗教學依附于講授課程，教學思想保守，教學內(nèi)容陳舊，以驗證性實驗為主；實驗手段落后，儀器設備欠缺，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，也不利于廣大教師的教學熱情?；瘜W實驗教學的改革，首先是教育思想的改革。同時必須從課程設置，教學要求，教學內(nèi)容，教材，教學手段和方法以及教師隊伍，教學保障體系全方位地進行配套改革。因此化學實驗教學的改革，必將極大地提升大學化學教育的水平，具有深遠的戰(zhàn)略意義。從1999年開始，北京師范大學化學系對國內(nèi)外的教學改革現(xiàn)狀開展了調(diào)查研究，在全系教師范圍內(nèi)開展大討論，統(tǒng)一了認識，

3、充分認識到化學實驗教學改革的必要性。在“世行貸款”教改項目的推動下，抓住有利契機，堅定改革信心，遵循1999年教育部理科化學教學指導委員會的化學專業(yè)化學實驗教學基本內(nèi)容的精神(大學化學，1999,14(2),pp.9-18.),提出了打破了化學二級學科的界限，在化學一級學科的平臺上，統(tǒng)一設計大學本科化學實驗課程的教學大綱，提出更高標準的實驗教學目標，大幅度更新實驗教學內(nèi)容，增加培養(yǎng)學生科學研究能力的教學模塊。系學術委員會專門開會通過了大學化學實驗課程體系建設規(guī)劃和教學大綱附件4(1),為在全系范圍內(nèi)全方位改革化學實驗，建設大學化學實驗課程體系奠定了堅實的基礎。結合1999年本科教學計劃的重新修

4、訂，在基礎化學教學實驗中心的統(tǒng)一組織下，從新入學的化學系本科生開始，大學化學實驗教學課程體系的改革與實踐分層次、分階段、全方位地展開了。一、為培養(yǎng)高質(zhì)量的綜合性人才，構建了完整的實驗教學體系：以培養(yǎng)大學本科生的創(chuàng)新意識和優(yōu)秀的科學素養(yǎng)，提高化學實踐與應用能力為宗旨，制定了在化學一級學科平臺上的各實驗課的實驗教學大綱、基本教學內(nèi)容和基本要求。經(jīng)過5個學年的教改實踐，完成了大學本科化學實驗課程由“化學基礎實驗”，“化學合成實驗”和“化學綜合和設計實驗”構成的實驗課程體系。1999年和2003年兩次修訂大學本科教學培養(yǎng)計劃，都堅持并不斷完善這三門實驗課，使實驗課與講授課分離出來附件4(2)。改變了傳

5、統(tǒng)的教學觀念，強化了實驗教學對培養(yǎng)人才的特殊作用。實驗教學學時數(shù)已從1999年以前教學計劃的410余學時，1999年教學計劃的525學時，增加到2004年大學化學實驗課程體系教學計劃為608學時。與1999年以前相比，實驗項目已經(jīng)全部更新。每位學生在大學本科三年間，新增加了144學時/人的綜合和設計實驗，以達到培養(yǎng)大學本科生的科學研究素養(yǎng)和提高實踐能力的目標。因此完整的大學本科化學實驗課教學體系基本構建完成。(1)“化學基礎實驗”打破了二級學科界限：在大學一年級開設的“化學基礎實驗”涉及到原來的無機化學實驗，有機化學實驗，化學分析實驗和部分物理化學實驗。整合以后，該課程計劃徹底打破了化學二級學

6、科界限，在150160學時內(nèi)完成了化學實驗的基礎知識，基本技能，基本操作的學習。壓縮了學時，提高了學時效率；高標準統(tǒng)一了實驗的規(guī)范操作，突出了基本知識，基本技能和基本科學素質(zhì)的培養(yǎng)附件4(3)?！盎瘜W基礎實驗”網(wǎng)站()的開通為師生的主動，互動學習和加強教學研究及討論提供了條件。“化學基礎實驗”在教學總體目標的指導下，遵循“一體化，多層次”循序漸進的原則，選擇實驗內(nèi)容。單一操作訓練，強調(diào)操作的標準化和規(guī)范化；連續(xù)性實驗，使學生更加重視實驗，提高學習興趣，同時培養(yǎng)學生節(jié)約和環(huán)境保護的良好意識。為了使學生在較短的時間里能夠獨立開展實驗，實驗深度和難度循序漸進，由簡單到綜合。通過綜合性、實用性和趣味性

7、的實驗以及豐富的實驗習題、思考題培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力。在一年級開展測量實驗，強化了定量的概念，更加注重數(shù)據(jù)的科學性、精確性和對誤差的分析，強化了嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和品質(zhì)的培養(yǎng)。元素化學揚棄了大量的驗證性實驗，融合進元素的分離與鑒定，提高了學生的學習興趣和積極性，加強了分析和解決問題的能力的培養(yǎng)。學生在大學一年級全面接觸化學領域各二級學科，有助于學生開闊視野，有利于提高學生的學習積極性，發(fā)揮學生的主觀能動性。教改型普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材化學基礎實驗教科書總結了5年實驗教改的經(jīng)驗，由北京師范大學主編，于2004年6月由高等教育出版社出版附件4(4)。該教材經(jīng)過悉心編排和對實驗的

8、篩選，在每篇綜述中對有關實驗的理論進行闡述，使實驗課不必緊緊依附于講授課，成為可以獨立開設的課程。教材中備有預習題，思考題，實驗習題和附注，附錄，有利于學生主動學習。化學基礎實驗教材的出版，深化了大學一年級實驗教改的成果。(2) “化學合成實驗”突出了化學的學科特點與實踐能力的培養(yǎng)：“化學合成實驗”強調(diào)了化學合成是化學學科的核心的特點，體現(xiàn)了當前化學學科從分化走向綜合的大趨勢?！盎瘜W合成實驗”用166學時，以無機合成，有機合成和高分子合成的基本原理和典型的合成方法為基本內(nèi)容，以反應產(chǎn)物性質(zhì)的測定以及元素和結構的鑒定等內(nèi)容為重點，將合成化學與儀器分析化學結合起來附件4(4)o通過這樣的實驗安排，

9、使學生不僅掌握了無機、有機、高分子化合物的基本合成理論，方法和鑒定方法，而且初步了解了科學研究的基本方法和工業(yè)生產(chǎn)的各個最基本的環(huán)節(jié)，加強了實踐能力的培養(yǎng)。開闊了學生的視野，提高了學習效果和學生自主學習的積極性。在“化學合成實驗”中，每個學生獨立地從原料的準備開始，運用水溶液中的和非水溶劑體系的各種合成技術，合成，分離，提純預定的產(chǎn)品。同學們不但親自用化學分析測定元素組成而且運用常規(guī)的物理性質(zhì)測定方法和各種大型儀器的分析方法，包括各種光譜技術和色譜技術，對合成產(chǎn)物進行元素分析，有機官能團分析和結構的分析。高分子基礎實驗要求學生掌握高分子材料的簡單合成技術與操作，了解高分子化合物在生產(chǎn)實踐中的重

10、要作用，拉近了化學與社會的距離。培養(yǎng)環(huán)境保護意識，提倡“綠色化學”也是貫徹于“化學合成實驗”始終的重要命題。少量實驗，連串實驗，試劑回收，廢棄物處理，這些現(xiàn)代社會理念在日常實驗教學工作中滲透到學生的行動中?；瘜W合成實驗是一本教改型普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材，2005年即將由高等教育出版社出版。北京師范大學化學系作為設計編寫大綱的主要單位之一，參加了本書的編寫附件4(5)?；瘜W合成實驗是上述教改思想的總結和提高?；瘜W合成實驗將系統(tǒng)學習基礎知識與技術，掌握典型的合成方法與探究式學習，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力結合起來，強化了嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和品質(zhì)的培養(yǎng)。經(jīng)過“化學基礎實驗”和“化學合成實驗

11、”兩年的學習，大學三年級學生達到了基本的化學專業(yè)實驗要求，為在一定化學理論的高度和化學規(guī)律的深度基礎上開展“化學綜合和設計實驗”創(chuàng)造了條件。(3) “化學綜合和設計實驗”是完全新增的實驗板塊：“化學綜合和設計實驗”由兩部分構成，一部分為單元實驗，67學時/人，包括傳統(tǒng)的物理化學實驗，結構化學實驗和工業(yè)化學實驗。另一部分是完全新增的“綜合和設計實驗”板塊，132學時/人附件4(3)?！熬C合和設計實驗”板塊將科學研究成果轉(zhuǎn)化為教學實驗，新編并開設了18個共470學時較大型的綜合和設計教學實驗項目，編寫了綜合和設計實驗試用教材附件4(6),提升了實驗教學的綜合性。每個同學可以在“綜合和設計實驗”板塊

12、中選修45個實驗項目，每個實驗項目約為2530實驗學時，總共完成大約135學時。計算化學實驗是以前我校和目前兄弟院校在本科生中沒有開設過的實驗，是發(fā)揮我系量子化學特長而開發(fā)的完全創(chuàng)新的為本科生開設的綜合實驗。它突破化學本科實驗教學僅包含傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容，提出培養(yǎng)學生“分子理性設計”的概念與技能和培養(yǎng)學生科學探索的興趣，從理論預測的角度，建立新的學科支柱，開辟創(chuàng)造科學概念的新途徑。在“綜合和設計實驗”板塊中引用英文原版教材實驗，是我系在雙語教學基礎上的大膽嘗試。我們選用了英國牛津大學實驗教材(OrganicPracticalCourse,UniversityofOxford)的部分實驗。學生在實驗

13、的同時，既結合了“雙語教學”的化學和專業(yè)外語的知識，又了解了國際知名大學的實驗學習情況，提高了教學水平。綜合性實驗內(nèi)容至少包含兩個化學二級學科的內(nèi)容，學生在進行實驗之前全面應用理論知識進行預習，寫出預習報告，實驗完成后按科研論文格式和基本要求寫出實驗報告。設計型實驗，由老師給出實驗題目，要求學生經(jīng)過查閱文獻自行設計實驗方案，經(jīng)分小組討論和老師審查實驗方案后，學生獨立完成實驗。再通過現(xiàn)代儀器進行結構表征，檢驗自己的產(chǎn)物是否為目標產(chǎn)物。科研型實驗是由科研工作中提煉出的適合本科生進行的實驗。通過此類實驗，使學生對科學研究有較全面的認識和體會；鍛煉查閱、分析、綜合、應用文獻的能力，初步了解科研的思路和

14、方法，學習科研論文的基本寫法。在大學本科化學實驗課程中，學生們可以在大型儀器上實踐100小時。使學生受到規(guī)范的科學研究的訓練，增強了綜合實驗能力和科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，明顯提高了大學本科生的創(chuàng)新思維能力，獨立分析和解決問題的能力。(4)通過課堂上的系統(tǒng)學習與課堂外大學生科技創(chuàng)新活動的緊密結合，更好地培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。從20022004年以來，我們每年完成1214項學校組織的大學生科技創(chuàng)新活動項目，每年二、三年級的學生有約1/3的學生參加了這項活動，進一步調(diào)動了學生的學習熱情與主動精神附件4(7)。大約有26名教師參加了這項活動，其中主要為教授與副教授。教師們開放自己的科研實驗室，將這些

15、學生引入自己的科研活動，使學生較早地接受科學研究氣氛的熏陶。、完善了開展全新的實驗教學活動的外部環(huán)境：在世界銀行貸款高等教育發(fā)展”的項目的推動下，1998年北京師范大學化學基礎教學實驗中心成立。2002年通過了北京市教委“化學基礎教學實驗中心”實驗室評估的合格鑒定附件4(8),基本實現(xiàn)了科學，高效的基礎化學實驗教學管理系統(tǒng)。建立了以教授和副教授為主體的實驗教學主講教師和實驗教學任課教師隊伍，實現(xiàn)了教輔人員由基礎化學教學實驗中心統(tǒng)一管理。原分散于化學二級學科的教學實驗室重新被統(tǒng)一規(guī)劃，調(diào)整為五個大學化學教學實驗室：化學基礎實驗室，化學合成實驗室，儀器分析與測試實驗室，化學綜合實驗室，大型儀器服務

16、實驗室。目前基礎化學教學實驗中心面積已達到約2500平方米，大部分實驗室房屋已經(jīng)重新裝修，改善了實驗室的環(huán)境和條件，加強了對化學污染物，三廢的處理。實驗設備和普通儀器已經(jīng)更新，新購置了十余臺10萬元以上的大型儀器設備，能夠優(yōu)先滿足基礎化學實驗教學需要。為了保證正常的教學秩序，調(diào)動教師的實驗教學積極性，實驗中心配合化學系，制定了實驗教學工作量計算辦法，維護了實驗教師的合法權益。鼓勵高學歷的年輕教師投身到綜合和設計實驗行列中來，為年輕教師開設綜合和設計實驗積極創(chuàng)造條件，提供方便。制定和堅持實驗課成績評定辦法，規(guī)范對學生的管理和保持學生實驗課成績的嚴肅性。堅持結構評分標準，堅持平時成績與筆試成績的合理比例，使學生平行班的實驗成績具有可比性。提高實驗課成績的質(zhì)量，使實驗課成績與講授課成績一樣，在研究生保送及其他排序中具有同等地位。這也為提高實驗課的地位奠定了基礎。2003年以來，北京師范大學化學系在錄取碩士研究生的