据实验教学的改革方案,中心建设了“以物质制备为主线,以化学基本操作、物理化学实验与研究方法、现代分析手段为基本内容,化学基础实验平台-化学科学与工程综合实验平台-化学创新实验平台,‘三层次一体化’”的实验教学新体系。实验教学新体系的层次结构如图1所示:
1.理论教学体系的改革推动实验教学体系的改革,理论教学与实验教学合理衔接
随着教育形势的发展,对化学基础知识与理论概念的要求越来越高,要求掌握的内容不断增加,而所分配的学时却越来越少。为解决这一矛盾,我们将“五大化学”作为一个整体来考虑,将传统的“无机化学”、“物理化学”(含结构化学)、“有机化学”、“分析化学”和“化工原理”等化学基础课程进行系统整合,将课程体系按“模块”与“网络”相结合的思维框架构筑,合并其中相互重复的内容,保留其相对独立的内容,增加反映学科前沿的知识,将课程内容重新划分为“理论化学”、“反应化学”、“检测化学”和“化工原理”四个版块,在中学化学的基础上,实行先“理论化学”(即化学原理推演)后“反应化学”和“检测化学”(即化学实践知识归纳)教学,形成包含化学科学的必要知识点,能反映现代化学知识的新的大化学知识体系,使工科化学系列课程教学实现“高起点的一步到位”,这种教改模式被教育部化学课程指导委员会定义为“一段式”的教学改革模式。
理论教学体系的改革成果成为实验教学体系改革的重要基。⑼贫耸笛榻萄逑档母母镉胪晟。实验教学新体系一方面强调了化学实验课程的独立性,将化学实验课程从对应的理论课程的附属地位解放出来,实行独立设课;另一方面通过课程体系结构的模块化,将理论教学与实验教学进行合理地衔接、搭配并互相补充。理论教学体系与实验教学体系之间的模块化关系如表1所示:
表1 理论教学体系与实验教学体系的模块化关系表
理论教学内容体系 |
理论教学内容 |
实验教学内容 |
理论 化学 |
化学热力学与化学平衡 |
热化学实验研究方法 |
相律与相平衡 |
平衡实验研究方法 |
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化学动力学 |
动力学实验研究方法 |
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电化学 |
电化学实验研究方法 |
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表面与胶体化学 |
表面与胶体化学实验研究方法 |
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结构化学 |
量子化学实验研究方法 |
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配位化学 |
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量化计算应用 |
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有机结构与波谱技术基础 |
分离与提纯方法 |
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反应 化学 |
有机化学及高分子化学 |
有机合成方法 |
元素化学 |
元素性质实验方法 无机合成方法 |
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检测 化学 |
化学分析 |
理化数据测定方法 化学定量分析方法 |
仪器分析 |
光学分析法 |
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电化学分析方法 |
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色谱分析实验方法 |
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联用仪器及其它分析法 |
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化工 原理 |
流体输送 |
流体输送方法 |
传热与干燥 |
传热与干燥方法 |
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传质与分离 |
传质与分离方法 |
2.化学实验教学新体系的“三层次一体化”
实验教学新体系包括了“化学基础实验平台、化学科学与工程综合实验平台和化学创新实验平台”三个实验平台,涵盖了“基本型实验”、“综合设计型实验”和“研究创新型实验”三种类型的实验。这三种类型的实验仅是化学实验的不同层次,就化学实验的功能而言,都包括“技能训练”和“智能培养”两大功能,这二者相辅相成,构成了无法截然分割的整体。因此,我们将三类实验环环相扣,由浅入深、循序渐进,形成了一体化的有机整体。
“化学基础实验平台”的5门实验课程,强调学生化学基本知识和基本技能培养。通过将化学基本操作、基本技能的培养与对应的理论课程的衔接,使两者相辅相承,互相促进;通过将化学基本操作、基本技能的培养与实际应用相衔接,作到学以致用;通过引入现代测试技术和方法,提高了传统实验的精度,提高传统实验的现代化水平。
“化学科学与工程综合实验平台”的2门实验课程,属于大化学意义下不同实验课程之间的大综合。该平台的化学实验,从制备方法训练到结构表征和物性研究的深化,培养学生的科研能力;实验教学内容与科研、工程、社会应用实践密切联系,形成良性互动,以培养学生的工程意识。
3.化学实验教学体系的模块化结构
按照上述层次结构,各实验课程均以“方法论”进行统帅,即每门实验课程包含多种实验方法模块,对每种实验方法模块安排多个可供选择的实验项目,构成实验教学体系的模块化结构,如表2所示。
表2 实验平台课程与实验方法的模块化结构
实验平台 |
实验课程名称 |
实验教学内容的模块化结构 |
化 学 基 础 实 验 平 台 |
化学基本操作实验 |
常用化学仪器的基本操作方法 |
基本理化数据测定方法 |
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元素和化合物性质实验方法 |
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物质制备实验 |
无机合成方法 |
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有机合成方法 |
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提取与分离方法 |
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物理化学实验与研究方法实验 |
热化学实验研究方法 |
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平衡实验研究方法 |
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电化学实验研究方法 |
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动力学实验研究方法 |
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表面与胶体化学实验研究方法 |
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量子化学实验研究方法 |
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现代分析化学实验 |
化学分析方法 |
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光学分析方法 |
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电化学分析方法 |
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色谱分析方法 |
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化工原理基础实验 |
流体输送方法 |
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传热与干燥方法 |
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传质与分离方法 |
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化学科学与工程 综合实验平台 |
化学工程与工艺 综合实验 |
化学工艺学方法 |
化学工程学方法 |
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化学研究综合实验 |
物质制备的条件与方法 |
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物质的表征与性能研究方法 |