北京师范大学化学系

北京师范大学化学系

国家教学成果奖总结报告

本科化学专业实验课程体系改革－－课程建设、教学改革及实验中心建设

成果完成人：赵新华申秀民赵云岭

张站斌冯瑞琴

成果完成单位：北京师范大学

推荐等级建议：国家级教学成果二等奖

化学仍然是一门实践性很强的学科，但是由于历史的原因和受经济不发达的制约，我国传统的化学实验教学十分薄弱，已经不能适应新世纪社会对人才的需要，也与国际的教育水平有较大差距。在20世纪80年代末，国内几所重点综合型大学的研究人员洞察了21世纪社会以及化学学科的发展与走向，首先提出面向新世纪的大学化学教学的改革构想，其中大学化学实验教学的改革被提到重要位置。进入21世纪，北京师范大学实行战略转型，建设成为“综合性、有特色、研究型的世界知名高水平大学”的战略目标也对实验教学改革提出了任务。

传统的实验教学依附于讲授课程，教学思想保守，教学内容陈旧，以验证性实验为主；实验手段落后，仪器设备欠缺，不利于培养学生的创新思维和实践能力，也不利于广大教师的教学热情。化学实验教学的改革，首先是教育思想的改革。同时必须从课程设置，教学要求，教学内容，教材，教学手段和方法以及教师队伍，教学保障体系全方位地进行配套改革。因此化学实验教学的改革，必将极大地提升大学化学教育的水平，具有深远的战略意义。

从1999年开始，北京师范大学化学系对国内外的教学改革现状开展了调查研究，在全系教师范围内开展大讨论，统一了认识，充分认识到化学实验教学改革的必要性。在“世行贷款”教改项目的推动下，抓住有利契机，坚定改革信心，遵循1999年教育部理科化学教学指导委员会的化学专业化学实验教学基本内容的精神（大学化学,1999,14(2),pp.9-18.），提出了打破了化学二级学科的界限，在化学一级学科的平台上，统一设计大学本科化学实验课程的教学大纲，提出更高标准的实验教学目标，大幅度更新实验教学内容，增加培养学生科学研究能力的教学模块。系学术委员会专门开会通过了大学化学实验课程体系建设规划和教学大纲[附件4（1）]，为在全系范围内全方位改革化学实验，建设大学化学实验课程体系奠定了坚实的基础。

结合1999年本科教学计划的重新修订，在基础化学教学实验中心的统一组织下，从新入学的化学系本科生开始，大学化学实验教学课程体系的改革与实践分层次、分阶段、全方位地展开了。

一、为培养高质量的综合性人才，构建了完整的实验教学体系：以培养大学本科生的创新意识和

优秀的科学素养，提高化学实践与应用能力为宗旨，制定了在化学一级学科平台上的各实验课的实验教学大纲、基本教学内容和基本要求。经过5个学年的教改实践，完成了大学本科化学实验课程由“化学基础实验”，“化学合成实验”和“化学综合和设计实验”构成的实验课程体系。1999年和2003年两次修订大学本科教学培养计划，都坚持并不断完善这三门实验课，使实验课与讲授课分离出来[附件4（2）]。改变了传统的教学观念，强化了实验教学对培养人才的特殊作用。实验教学学时数已从1999年以前教学计划的410余学时，1999年教学计划的525学时，增加到2004年大学化学实验课程体系教学计划为608学时。与1999年以前相比，实验项目已经全部更新。每位学生在大学本科三年间，新增加了144学时/人的综合

和设计实验，以达到培养大学本科生的科学研究素养和提高实践能力的目标。因此完整的大学本科化学实验课教学体系基本构建完成。

（1）“化学基础实验”打破了二级学科界限：在大学一年级开设的“化学基础实验”涉及到原来的无机化学实验，有机化学实验，化学分析实验和部分物理化学实验。整合以后，该课程计划彻底打破了化学二级学科界限，在150～160学时内完成了化学实验的基础知识，基本技能，基本操作的学习。压缩了学时，提高了学时效率；高标准统一了实验的规范操作，突出了基本知识，基本技能和基本科学素质的培养[附件4（3）]。“化学基础实验”网站(https://www.360docs.net/doc/516217962.html,)的开通为师生的主动，互动学习和加强教学研究及讨论提供了条件。

“化学基础实验”在教学总体目标的指导下，遵循“一体化，多层次”循序渐进的原则，选择实验内容。单一操作训练，强调操作的标准化和规范化；连续性实验，使学生更加重视实验，提高学习兴趣，同时培养学生节约和环境保护的良好意识。为了使学生在较短的时间里能够独立开展实验，实验深度和难度循序渐进，由简单到综合。通过综合性、实用性和趣味性的实验以及丰富的实验习题、思考题培养学生分析和解决实际问题的能力。在一年级开展测量实验，强化了定量的概念，更加注重数据的科学性、精确性和对误差的分析，强化了严谨的科学态度和品质的培养。元素化学扬弃了大量的验证性实验，融合进元素的分离与鉴定，提高了学生的学习兴趣和积极性，加强了分析和解决问题的能力的培养。学生在大学一年级全面接触化学领域各二级学科，有助于学生开阔视野，有利于提高学生的学习积极性，发挥学生的主观能动性。

教改型普通高等教育“十五”国家级规划教材《化学基础实验》教科书总结了5年实验教改的经验，由北京师范大学主编，于2004年6月由高等教育出版社出版[附件4（4）]。该教材经过悉心编排和对实验的筛选，在每篇综述中对有关实验的理论进行阐述，使实验课不必紧紧依附于讲授课，成为可以独立开设的课程。教材中备有预习题，思考题，实验习题和附注，附录，有利于学生主动学习。《化学基础实验》教材的出版，深化了大学一年级实验教改的成果。

（2）“化学合成实验”突出了化学的学科特点与实践能力的培养：“化学合成实验”强调了化学合成是化学学科的核心的特点，体现了当前化学学科从分化走向综合的大趋势。“化学合成实验”用166学时，以无机合成，有机合成和高分子合成的基本原理和典型的合成方法为基本内容，以反应产物性质的测定以及元素和结构的鉴定等内容为重点，将合成化学与仪器分析化学结合起来[附件4（4）]。通过这样的实验安排，使学生不仅掌握了无机、有机、高分子化合物的基本合成理论，方法和鉴定方法，而且初步了解了科学研究的基本方法和工

业生产的各个最基本的环节，加强了实践能力的培养。开阔了学生的视野，提高了学习效果和学生自主学习的积极性。

在“化学合成实验”中，每个学生独立地从原料的准备开始，运用水溶液中的和非水溶剂体系的各种合成技术，合成，分离，提纯预定的产品。同学们不但亲自用化学分析测定元素组成而且运用常规的物理性质测定方法和各种大型仪器的分析方法，包括各种光谱技术和色谱技术，对合成产物进行元素分析，有机官能团分析和结构的分析。高分子基础实验要求学生掌握高分子材料的简单合成技术与操作，了解高分子化合物在生产实践中的重要作用，拉近了化学与社会的距离。

培养环境保护意识，提倡“绿色化学”也是贯彻于“化学合成实验”始终的重要命题。少量实验，连串实验，试剂回收，废弃物处理，这些现代社会理念在日常实验教学工作中渗透到学生的行动中。

《化学合成实验》是一本教改型普通高等教育“十五”国家级规划教材，2005年即将由高等教育出版社出版。北京师范大学化学系作为设计编写大纲的主要单位之一，参加了本书的编写[附件4（5）]。《化学合成实验》是上述教改思想的总结和提高。《化学合成实验》将系统学习基础知识与技术，掌握典型的合成方法与探究式学习，培养分析问题和解决问题的能力结合起来，强化了严谨的科学态度和品质的培养。

经过“化学基础实验”和“化学合成实验”两年的学习，大学三年级学生达到了基本的化学专业实验要求，为在一定化学理论的高度和化学规律的深度基础上开展“化学综合和设计实验”创造了条件。

（3）“化学综合和设计实验”是完全新增的实验板块：“化学综合和设计实验”由两部分构成，一部分为单元实验，67学时/人，包括传统的物理化学实验，结构化学实验和工业化学实验。另一部分是完全新增的“综合和设计实验”板块，132学时/人[附件4（3）]。

“综合和设计实验”板块将科学研究成果转化为教学实验，新编并开设了18个共470学时较大型的综合和设计教学实验项目，编写了《综合和设计实验》试用教材[附件4（6）]，提升了实验教学的综合性。每个同学可以在“综合和设计实验”板块中选修4~5个实验项目，每个实验项目约为25~30实验学时，总共完成大约135学时。

计算化学实验是以前我校和目前兄弟院校在本科生中没有开设过的实验，是发挥我系量子化学特长而开发的完全创新的为本科生开设的综合实验。它突破化学本科实验教学仅包含传统的实验内容，提出培养学生“分子理性设计”的概念与技能和培养学生科学探索的兴趣，从理论预测的角度，建立新的学科支柱，开辟创造科学概念的新途径。

在“综合和设计实验”板块中引用英文原版教材实验，是我系在双语教学基础上的大胆尝试。我们选用了英国牛津大学实验教材（Organic Practical Course, University of Oxford）的部分实验。学生在实验的同时，既结合了“双语教学”的化学和专业外语的知识，又了解了国际知名大学的实验学习情况，提高了教学水平。

综合性实验内容至少包含两个化学二级学科的内容，学生在进行实验之前全面应用理论知识进行预习，写出预习报告，实验完成后按科研论文格式和基本要求写出实验报告。设计型实验，由老师给出实验题目，要求学生经过查阅文献自行设计实验方案，经分小组讨论和老师审查实验方案后，学生独立完成实验。再通过现代仪器进行结构表征，检验自己的产物是否为目标产物。科研型实验是由科研工作中提炼出的适合本科生进行的实验。通过此类实验，使学生对科学研究有较全面的认识和体会；锻炼查阅﹑分析﹑综合﹑应用文献的能力，初步了解科研的思路和方法，学习科研论文的基本写法。

在大学本科化学实验课程中，学生们可以在大型仪器上实践100小时。使学生受到规范的科学研究的训练，增强了综合实验能力和科学素养的培养，明显提高了大学本科生的创新思维能力，独立分析和解决问题的能力。

（4）通过课堂上的系统学习与课堂外大学生科技创新活动的紧密结合，更好地培养大学生的创新意识和创新能力。从2002~2004年以来，我们每年完成12~14项学校组织的大学生科技创新活动项目，每年二、三年级的学生有约1/3的学生参加了这项活动，进一步调动了学生的学习热情与主动精神[附件4（7）]。大约有26名教师参加了这项活动，其中主要为教授与副教授。教师们开放自己的科研实验室，将这些学生引入自己的科研活动，使学生较早地接受科学研究气氛的熏陶。

二、完善了开展全新的实验教学活动的外部环境：在世界银行贷款“高等教育发展”的项目的推动

下，1998年北京师范大学化学基础教学实验中心成立。2002年通过了北京市教委“化学基础教学实验中心”实验室评估的合格鉴定[附件4（8）]，基本实现了科学，高效的基础化学实验教学管理系统。建立了以教授和副教授为主体的实验教学主讲教师和实验教学任课教师队伍，实现了教辅人员由基础化学教学实验中心统一管理。原分散于化学二级学科的教学实验室重新被统一规划，调整为五个大学化学教学实验室：化学基础实验室，化学合成实验室，仪器分析与测试实验室，化学综合实验室，大型仪器服务实验室。目前基础化学教学实验中心面积已达到约2500平方米，大部分实验室房屋已经重新装修，改善了实验室的环境和条件，加强了对化学污染物，三废的处理。实验设备和普通仪器已经更新，新购置了十余台10万元以上的大型仪器设备，能够优先满足基础化学实验教学需要。

为了保证正常的教学秩序，调动教师的实验教学积极性，实验中心配合化学系，制定了实验教学工作量计算办法，维护了实验教师的合法权益。鼓励高学历的年轻教师投身到综合和设计实验行列中来，为年轻教师开设综合和设计实验积极创造条件，提供方便。

制定和坚持实验课成绩评定办法，规范对学生的管理和保持学生实验课成绩的严肃性。坚持结构评分标准，坚持平时成绩与笔试成绩的合理比例，使学生平行班的实验成绩具有可比性。提高实验课成绩的质量，使实验课成绩与讲授课成绩一样，在研究生保送及其他排序中具有同等地位。这也为提高实验课的地位奠定了基础。2003年以来，北京师范大学化学系在录取硕士研究生的复试内容中，将大学化学实验课程作为每位学生的必考内容。这一个举措，已经对高等院校的实验教学改革产生积极的影响，提高了大学本科毕业生对实验教学的重视。

制定有利于开展本科大学化学实验教学的仪器使用和管理办法，是提高实验水平的关键环节。坚持实验中心的所有仪器都统一由实验中心的教辅教师管理，优先本科生的实验教学。大型仪器制定收费办法，教学机时同样付费。这样既维护了管理仪器的教师的利益，也保证了教学的优先权。目前实验中心的大型仪器在保证本科教学之余还可以为研究生教学，本科生论文和教师的科研有偿服务，提高了仪器的使用效率。