应用化学专业《工业分析专业实验》多维度实验教学设计初探

应用化学专业《工业分析专业实验》多维度实验教学设计初探

于京，王彦斌，郭丽，于浩，李振华，苏琼，魏亚军

（西北民族大学 化工学院；环境友好复合材料国家民委重点实验室；甘肃省生物质功能复合材料工程研究中心；甘肃省高校环境友好复合材料及生物质利用省级重点实验室，甘肃 兰州 730030）

摘要：在新工科建设的背景下，实验教学作为化工类专业人才培养的重要教学组成部分，是巩固理论知识，培养学生实践能力和创新精神的重要教学环节，在“三创”（创新、创意、创业）人才培养过程中发挥着重要意义。但是，传统的实验教学不能满足新工科建设培养“三创”人才的要求。因此，本文在其需求下，以工业分析专业实验为例，从教学内容、教学方法以及评价体系等方面进行多维度实验教学设计，使其达到强化学生基础知识、基本技能、改善实验教学效果、激发学生学习的主动性、创造性以及对科学研究一丝不苟态度的目的，培养“三创”人才。

关键词：实验教学；多维度；“三创”人才

引言：

21世纪以来，素质教育作为高校人才培养的主要方向，培养拥有强烈的爱国主义精神、专业基础扎实、知识面宽广、专业竞争力强、创新意识高、综合素质高的应用型创新一流人才是我校的主要任务。其中，化工是社会生产的主要组成部分，实验教学作为化工专业培养学生动手能力、创新创造能力的重要教学内容之一，在“三创”（创新、创意、创业）人才培养过程中发挥着重要意义。

《工业分析专业实验》作为我院应用化学专业的一门实验必修课，该课程的设置是对基础化学及相应理论课程的延续。然而，随着高等教育的目标及教学理念的改变，传统的实验教学方法已不能满足教学需求。因此，为了适应国家战略发展需要，提高实验教学质量，培养化工类“三创”型人才[1]，本文在原有课程内容基础上，从《工业分析专业实验》课程特点出发，采用模块式技能培训（MES）的模式[2]整合实验项目及内容，进行由浅入深的多层次教学设计；设计不同的教学手段和灵活多样、直观、形象的教学方法激励学生的学习热情，充分调动学生的学习积极性、主动性，使之成为实验学习的积极参与者与实践者；优化考核方式，设计多维评价体系实现全员、全过程、全方位的考核目标。将理论、实验与企业需要进行融合、互补，三者同步进行，最终实现三全育人、培养“三创”型人才。

1. 实验教学现状分析

随着社会的进步、发展和社会需求的变化，教育教学改革成为当前教育领域中亟待解决的问题。实验教学作为化工类专业实践培养体系中最基本的组成部分，传统的实验教学模式已经不能适应时代的发展和满足社会对人才的要求。目前，传统的实验课程教学中存在的问题主要有：（1）大部分实验教学模式均采用以教师讲授的教学模式。在这种教学模式下，实验内容的细节（如称重、加液体积、反应时间等）都有明确且详细的规定；所用试剂等都是实验员提前准备好，学生只需照着实验书上的步骤操作。这种被动式、填鸭式的教学，导致学生的学习热情和积极性不高，学生对实验敷衍了事，马马虎虎。（2）基本实验技能掌握不好，缺乏足够的培训和强化：由于实验器材、场地和时间的限制，并且学生实验一般都是几人为一组。因此导致学生并不能熟练、规范的使用实验仪器、器皿等。（3）实验课程中对于课堂表现、综合技能、实验的过程、表现、能力等发展性指标评价存在评价模糊的不足，制约了学生能力和探究性实验的发展。

2. 多维度实验教学及评价体系初探

2.1多维度实验教学的构思和设计

2.1.1基于MES，整合优化实验教学内容

多维度教学模式是通过MES进行梳理和划分，由浅入深地进行多层次教学；基本的实验技能是贯穿整个实验过程中，操作不规范势必会导致实验结果错误，不准确，实验安全事故等一些问题。俗话说“工欲善其事，必先利其器” 因此，通过强化学生的基本实验技能的训练来培养学生规范操作意识是非常必要且重要的。这对后面进行综合、设计类实验也是有帮助的。

第一个阶段重在对学生实验基本技能的提升，主要包括：玻璃仪器的洗涤、规范使用；药品的称量与溶液配置；工业样品的预处理技术；滴定分析；相关仪器的使用培训、参数的选择及注意事项等，使学生掌握后续实验过程中涉及的实验操作技能。该阶段旨在“夯实基础，狠抓细节。”

第二阶段为将理论、实验与企业进行融合、互补，三者同步进行，该阶段重在对理论教学中所涉及的各领域工业分析中产品成分的检测，该实验内容、方法的选择应与目前市场、企业相一致，且具有一定的代表性。逐步培养学生科学的思维方法和严肃认真的科学态度该阶段旨在使学生能够拥有社会竞争力。

第三个阶段为提升和扩展阶段，该阶段开设几项贴近生活又具有一定研究意义的实验项目，项目中需要学生自己组队，从实验方案的构建、实施、条件的优化以及结果呈现，都需要通过自己或者团队来完成，充分调动学生的学习积极性、主动性，使之成为实验学习的践行者。这个过程通过团队合作，强化理论认知，熟练掌握实验操作技能，将创新思维和创新能力培养融入课程教学过程中，增强了学生对所学学科的了解和热爱。三个阶段逐层提升，层层深化，从而实现课程内容的革新。

2.1.2融合多种授课/教学方法，提升教学效果

（1）“混合式”的教学方法

互联网时代推动传统教育模式转型升级，教师的教学模式与现代网络技术结合已成为必然。课堂教学与互联网学习平台相结合的混合式教学方法[3]为学生自主学习提供了便利条件。打破传统教师-学生的单线模式，建立课堂内外、线上线下多时空、多角度的新型教学方法。

（2）基于问题导向的教学方法

以案例为导向、围绕问题展开实验，课前充分调动学生兴趣，团队成员积极查阅资料，课上教师通过互动检验学习效果，充分体现了“以学生为主体”的教学理念，培养学生自主学习、探知创新和与人合作的能力[4]。

（3）“角色互变”的教学方法

“角色互变”教学模式[5]是从《关于社会价值的角色扮演》一书中演绎而来。“角色互变”是教师在课前布置和安排教学任务，学生扮演教师角色通备课，授课来完成教学工作。该模式能够激发学生的参与性和积极性。例如，根据实验项目将学生进行分组，每组根据分配给的项目，在课前，从实验项目的背景了解、实验试剂的配置，样品的准备，实验条件的摸索以及数据的处理与分析进行系统而全面的全程参与。课中，该组学生为主体进行实验的讲授，教师可适当进行补充，实验过程中辅助教师完成带教工作。学生既发挥更多的主观能动性，也增强了学生间相互协作、团队合作等意识。

（4）“虚实结合”的教学方法

在实际的实验教学计划设计环节中，对于一些实验条件不足，对环境造成较大污染以及危险系数较大的实验是不开设的，这势必会造成教学内容不系统和不完整的弊端。随着科技的飞速发展，虚拟仿真实验教学平台成为了一种新的教学工具。该工具模拟实际的实验场景，学生通过电子设备在虚拟环境中进行实验操作，观察实验现象，记录实验数据，从而获得实验结果、知识和实际技能。“虚实结合”的教学方法为学生提供了更加灵活、互动和实践性的学习体验[6-7]。

2.2多维度评价体系设计

开展多维度评价是对学生实验进行定量考核的手段，是对实验教学效果的评价依据，也是对于实验的可持续发展的有效保证[8]。

对于该课程所涉及的基本操作技能以及实验理论考核，应制定详细、科学的评分标准，规范具体实验操作步骤，保证成绩评定的科学性和公平性，以提高实验教学的质量。

对于提升和扩展阶段的实验项目，评价内容应由以下几个方面组成：学习态度、合作精神、探究能力、社会实践和交往能力、收集和处理信息的能力、实验态度与习惯、实验设计与操作技能等。并且，根据课程价值追求和课程特点，设计型实验多维度评价的目标包括知识与技能，过程与方法，情感、态度和价值观3个维度。第一个维度是知识与技能，主要涉及学生在设计型实验开展前对实验的基本概念、原理和方法的掌握程度，对常用仪器设备的操控能力以及对实验常用实验方法的运用能力。第二个维度是过程与方法，主要涉及评价实验方案的制定状况。评价学生制定具体设计型实验方案的能力、实验方案本身的合理性程度、 实验方案的具体化程度等；评价学生在实验过程中的具体行为，如操作的合理性、文献资料搜集情况等；评价实验结果的情况，如学生的实验报告。第三个维度是情感、态度和价值观，主要涉及学生参与实验的主动性、积极性和创造性状况；学生在活动中的合作精神；学生在实验过程中的环境保护意识、服务意识、安全意识、效率意识以及社会责任感等。

2. 总结

本文在紧密围绕新工科建设需要，结合学院办学定位，根据课程内容特点的背景下，对《工业分析专业实验》进行了系统、多维度实验教学设计，旨在转变教学理念，改变教学模式，完善评价机制，实现理论与实验教学的衔接、融合和延伸。培养拥有强烈的爱国主义精神、专业基础扎实、知识面宽广、专业竞争力强、创新意识高、综合素质高的应用型创新一流人才。

参考文献：

[1] 崔敏. 化工类大学生“三创”人才培养体系的探索[J]. 就业与保障, 2023, (08): 127-129.

[2] 廖勇. 地方本科院校应用型人才培养的思考—基于模块化技能培训模式(MES)介绍[J]. 襄阳职业技术学院学报, 2016, 15(03): 122-125.

[3] 戴沩, 储大可, 王思娜, 等. 分层递进式教育下的线上线下混合式教学模式融入中药化学实验教学改革研究[J]. 广东化工, 2023, 50(23): 172-174.

[4] 赵卫光, 关英. 问题导向的有机化学实验翻转课堂教学模式与学生创新精神培养方法[J].化学教育(中英文), 2023, 44(24): 43-50.

[5] 王英, 邓改改, 何毓敏. 基于角色互换翻转课堂的药用有机化学实验教学改革探索与实践[J]. 试题与研究, 2021(23): 39-40.

[6]吴囡, 王冰, 董颖, 等. 基于“虚拟仿真+微课”的线上实验教学的设计与应用[J]. 继续医学教育, 2022, 36(05): 21-24.

[7]刘婧, 于斌, 杨斌. 虚实结合在工科类专业大型实践课程教学中的应用[J]. 大学, 2020(50): 155-156.

[8]蔺延洁, 张金然, 王佳, 等. 多维度教学评价的物理化学实验教学改革探究[J]. 云南化工, 2023, 50(05): 174-176.

课题项目：

（1）校级线下一流课程《环境分析化学》（编号：YLKC-176）；

（2）校级课程思政示范课程《环境分析化学》（编号：2022KCSZKC-29）；

（3）校级教育教学改革研究一般项目《《工业分析专业实验》多维度教学模式的研究与探索》（编号：2022XJJG-34）；

（4）校级一流专业建设项目《应用化学一流专业》（编号：2021XJYLZY-07）；

（5）课程思政示范专业-应用化学专业（编号：2022KCSZSFZY-15）；

（6）西北民族大学化学学科创新团队建设项目（编号：1110130139、1110130141）；
（7）省级一流专业建设项目（编号：2019SJYLZY-08）；
（8）甘肃省高校创新创业项目（编号：2021SJCXCYXM-01、2021SJCXCYTD-01）

作者简介：于京，女，1987年生，汉族，吉林长春人，博士研究生，副教授（分析化学）。