始建于1998年3月,是在化学学院原各二级学科实验室基础上经过管理体制改革后建立的。中心实行校、院(系)领导的二级管理体制,是一个综合性的化学实验教学基地,也是国家理科人才培养基地的重要组成部分。中心承担武汉大学化学专业和非化学专业本科生的全部及部分研究生的实验教学任务。每年承担化学、生物学、物理学、材料学、环境科学与工程、药学、医学、水质科学与技术、给排水、印刷与包装等10个院系有关专业5000余名本科生的化学实验教学任务,年均实验人时数达30万~32万人时。为了充分发挥实验室的最大效益,实现实验室和仪器设备等实验条件的资源共享,中心对本校和外校师生开放实验室,并且对校内外有关科学研究提供服务。自上个世纪90年代开始,尤其是自1999年在全国第三次教育工作会议上发出“推进素质教育,培养创新人才”号召以来,国内很多高校积极开展化学实验教学改革,以适应新形势下社会对化学人才的需求[1-3]。武汉大学与此同时以创新教育思想为指导,以培养化学创新人才为目标,从激发学生学习兴趣入手,提出改革思路与措施,通过多年的实践,取得了可喜的成绩,有了一些体会。
1化学创新人才综合素质的构架与实验教学改革目标
大学实验教学的目的除了强化对基础知识的认识外,更重要的是加强实验技能训练和积累研究经验。以前,那种统一的实验内容及要求和灌输式的教学方法,迫使学生被动接受教育的基本模式,造成了毕业生的知识结构大致相同,“百人一面”,极大地制约了学生创新潜力的挖掘。高分低能是比较普遍的现象,这就加大了就业压力。随着科学技术的发展,社会需求也发生了很大的变化。在选用人才时不仅考查学生学了哪些课程,更重要的是考查学生是否具备明显的业务专长,而且要选用研究兴趣各异、知识结构不同的人才,才能优化本单位的人才构架。检验人才质量的标准也由以前的“凭掌握已有知识之多寡与深浅”改变为“更看重是否具有创造活力、探索未知的能力”[4-8]。在新的形势下,社会对化学人才的需求已经从服务型人才转变为创新型人才[9]。化学创新型人才综合素质可以从5个方面得到体现:一是具有综合应用化学基本知识和基本技能解决问题的能力;二是具备化学为多学科服务的意识和能力;三是善于运用多学科之长为化学所用的能力;四是能发扬团队精神、有调动一切资源解决实际问题的能力;五是具有提出新问题、新思路和新工艺的能力。人才培养方向和化学创新型人才的综合素质要求导致化学教学必须相应进行改革。化学实验教学改革的目标是:使学生建立科学思维,熟悉科研方法,掌握科研技能,具备环保意识,发扬团队精神,为国家经济建设服务。
2化学实验教学中心的教学理念和建设思路
根据化学创新型人才综合素质的构建和实验教学改革目标,为使培养的人才能够满足社会的需求,中心的实验教学理念是:以教师为主导,以学生为主体,以激发学生学习积极性为出发点,以培养学生创新能力为目的,促进学生自我选择学术发展方向、自我设计知识结构、自我完善科研技能。中心建设的基本思路是:强化实验教学队伍建设,全面开放实验室,整合实验资源,优化实验内容,公开评定成绩;将基础理论的验证贯穿于研究应用之中,将基础技能训练实现于课题完成之中;将以教师为中心转变为以学生为主体的实验教学运行模式;将教师的职能扩展为:授业、解惑、服务;将学生培养成有思想、有能力、有热情、科研兴趣各异、实验技能各有所长、对社会需求自有建树的创新型型人才[10]。
3以学生为主体和激发学生学习兴趣的措施
以学生为主体是中心实验教学改革的出发点[11-12],这就要求:教学内容能够激发学生的学习兴趣;教学方法能够引导学生自主学习;教学资源要有足够的开放时间,以满足学生自主学习的需要。因此,以学生为主体是实验教学改革的出发点,必须在这些方面做好各项工作。
3.1优化实验教学内容是吸引学生兴趣的核心优化实验教学内容必须满足符合教学规律,适合各年级的知识结构,激发学生学习积极性,有利于创新型人才素质的培养等条件[13]。要兼顾各方面并非易事,因此建立“实验教学—理论教学—科学研究相结合”教学平台,并且成立了化学实验教学指导委员会,由院内外有关方面的专家组成。委员会职能有两个方面:一是为化学实验的课程设置、教学内容和教学方法的改革提供咨询和指导;二是利用委员会专家的感召力推动实验教学改革,提高实验教学质量。实验内容的优化,首先要对实验课的功能进行重新构架。实验课不能依附于理论课,要降低为理论教学提供辅助验证的比重,提高应用基本原理解决问题实验的比例,建设培养学生“三创”能力(创造、创新、创业)的独立课程。为了达到改革实验教学内容的目的,我们将实验独立设课,并不表明实验教学不要理论课的教师和搞科研的教师参加。在“实验教学—理论教学—科学研究相结合”教学平台支持下,要求理论课教师每周至少参加一次实验教学,并积极安排科研教师参加实验教学。实验教学与理论教学互动合作,相互促进,实验课进度不一定要与理论课程进度一一对应。通过该平台,保证实验教学队伍的数量和水平的稳定,有利于改革化学实验教学内容。实验教学独立设课,将原来固定的计划教学体系转变为计划教学与开放教学相结合的复合型的教学新体系,以科学研究为主线,按“基础—设计—综合实验相结合”模式组织教学;将验证性的实验内容融会于设计性实验之中,扭转“照方抓药”的实验现象,实施开放式实验教学,提高实验教学效果。实验教学具体内容遴选遵循的原则:一是理论联系实际原则,有利于加深理论知识的理解和学以致用;二是求实拓新原则,涉及新成果、新方法、新手段,有利于学生了解学科前沿;三是以人为本原则,尊重学生对自己知识结构的设计,有利于激发学习积极性,培养科研个性。遵循这3个原则,综合性和研究性实验内容全部来自学院新的科研成果,并根据研究工作的进展不断更新。开放性实验多数来源于企业的招标项目中的课题。仅近3年,科研课题组教师就提供了30余项创新性实验内容,如染料敏化纳米晶薄膜太阳能电池、葡萄糖传感器的制备与表征等。
3.2充分的硬件教学资源是激发学生学习兴趣的物质基础为保证有丰富实验内容实验课的开设,为了满足学生多样的选择,必须有足够的教学硬件资源。我们建立了“实验中心—科研机构—企业公司相结合平台”,不仅利用校内的各种资源,还通过与企业、科研院所(如中国科学院化学研究所、上海有机化学研究所等)建立联合实验室或实践基地,不仅保证了学生有充足的教学硬件资源,还可以让学生了解更多化学前沿知识,培养学生解决实际问题的能力和科研方法,端正学风。
3.3开放实验室是激发学生学习兴趣的基础保障以学生为主体的教学模式冲击着封闭的实验室管理机制。学生自主学习的瓶颈是封闭的实验室,要使实验内容、时间、条件、指导教师等多方面适应学生的要求,就必须开放实验室。开放不等于没有计划、没有秩序,开放是有限和分层次的。因此,我们建立“计划教学—开放实验—业余科研相结合平台”,充分利用教学资源,使学生学习时间有弹性,调动学生的学习兴趣,培养学生的创新意识和科研能力。(1)对学生开放教学实验室。实验室开放,让学生进入实验室可以重做计划内教学实验,进行感兴趣的实验,或者进行自我设计的创新性实验。通过“手拉手”活动,我院学生可以组织和指导文科、社科、工科学生在化学开放实验室学习,提供了一个不同学科之间科学思维方法的交流平台。此外,实验室对华中师范大学、福州大学、孝感学院和郧阳师专等院校化学专业学生开放,增进了我院和兄弟院校之间的交流和沟通。(2)对学生开放科研实验室。为了更好地激发学生的学习兴趣,充分利用学院广大科研教师所具备的软、硬条件,我院采用业余科学研究的方式,对学生开放科研实验室。学校也采取建立大学生业余科学研究基金和给予创新学分的措施,推动学生进行业余科学研究。采用学生业余科研成果公开学术报告的形式,推动业余科研质量的提高。(3)组织学生进入社会实验室。我们和的一些研究所和相关企业公司共建联合教育基地,让学生进入这些联合教育基地学习,学习国家重点科研机构特有的科研思路、方法、科研态度,了解科技前沿知识,或学习利用理论知识解决工厂的实际问题。
3.4搭建展示平台,提高学生成就感,培养科研道德和素质学生自主学习空间越大,交流的内容越多,学生的创造积极性越高,其学习成就就越大,这是一种良性循环。我们创办了武汉大学《大学生化学学报》,为化学类专业本科学生提供交流、学习的园地。学报刊登优秀的实验报告和业余科研论文,不断提高学生进行设计性、开放性、研究性实验的质量和业余科学研究的积极性。为了端正学风,学院对激励政策进行了修订,发扬“淡名利、重能力”的传统。实施对学生科研成果的公开答辩,加强对创新学分的管理,营造浓厚的学术氛围。我们十分重视科技活动在科技创新人才培养上的重要作用,积极开展各种科技活动,努力在全院营造刻苦钻研、勇于创新的良好氛围。学院邀请诺贝尔奖获得者、院士、知名学者举办各类科技创新讲座及报告会,强化学生科技创新意识。我们积极履行竞争的管理机制,激励学生争取资源、创造条件、展示实力、提高水平、实现“梦想”。竞争机制的雏形是培养学生科研能力、环保意识和团队精神的有效方法,有利于学生的思想尽快适应市场经济的运行模式。
3.5加强师资队伍建设是实现以学生为主体、激发学生兴趣和中心建设的关键叶圣陶先生讲:“教是为了不教。”这首先是突出教师的教,即教师的主导作用。为提高学生的学习兴趣优化实验教学内容、建设实验平台、积极进行开放实验等,均需要教师的主导和引导,这对师资队伍提出了很高的要求:适应研究型和开放型的实验内容,要求教师必须有科学研究的经历和熟练的实验技能;适应综合性的实验内容,要求教师具有广博的专业基础知识;实验内容的多样化,要求教师必须有很强的应变能力;实验室开放的运行模式,要求教师必须有奉献精神和很高的职业道德。原有的师资队伍已经不能适应新的教学体系,必须从素质上、观念上有跨越式的提高。因此,我们建立的“实验教学—理论教学—科学研究相结合”平台,为实验教学的师资队伍的提高创造了条件。首先,在 1998年通过对中心实施全员聘任制,建立了一支水平高、数量相对稳定的专职实验教师队伍。这些教师来自化学学院各单位教学和科研第一线的教师。通过全员聘任,使中心师资队伍在结构、思想观念、工作态度、支持力度等多方面都发生了很大的变化。在随后几年中,不断引进博士毕业研究生和归国留学人员。目前中心的15位专职教师中:博士13人,其中归国博士后9人,博士生导师5人。其次,在平台的支持下,理论课教师和科研教师纷纷参与实验教学,并且提供了大量的创新性实验。据不完全统计,每年参与实验教学的教师有80余人。
4化学实验教学中心的建设效果通过多年的实践,中心实验教学取得了明显的效果。在第1—6届全国大学生化学实验邀请赛中,我院学生获得一等奖5项、二等奖10项、三等奖3项。化学学院本科生从2005—2010年5年间发表SCI论文294篇,其中典型代表是2008届学生何川在本科阶段以第一作者身份在《Angew.Chem.Int.Ed.》发表论文1篇。2006—2009年,武汉大学化学学院学生有65篇学士学位论文被评为湖北省优秀学位论文