非化学专业大学化学实验教学改革思考
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摘 要：工程教育专业认证工作对理工类专业自然科学类课程有明确的要求，这也促使了大学化学课程在非化学类理工科专业覆盖面进一步扩大。课程授课学生人数的增加，给大学化学实验教学环节带来了压力。分析了化学实验的重要性和面临的问题，讨论了新形势下非化学专业实验课程的授课内容和具体授课方式。
关键词：大学化学;实验教学;虚拟仿真
中图分类号：G420 文献标识码：A
2013年中国加入《华盛顿协议》，加速了中国工程教育认证的国际化之路。目前，工程教育专业认证已经在越来越多的高等学校开展，促使国内高等学校相关专业开始进行合理的教学改革，制定明确的课程体系并能持续不断的进行改进，以期培养达到行业认可的高素质毕业生[1]。经过多年的不断推进，工程教育专业认证工作目前已经聚焦到以面向产出的课程目标和毕业要求达成的评价机制。北方工业大学具有以工为主、文理交融、优化理、工、文、经、管、法、艺多学科协调发展的学科体系，近年来坚持在学校工科各专业推动工程教育专业认证工作。专业认证对各学科专业在自然科学类课程有明确的要求。其中，大学化学是广泛开设于高等学校理工类专业的一门重要基础课程，其普及性和覆盖面或将进一步扩大。目前，大学化学作为公共基础课程，已经逐步在北方工业大学材料类、机械类和土木类各个专业开设。大学化学课程包括课堂理论教学和实验教学两个环节。课程授课学生人数的增加对课程实验教学提出了极大的挑战，为此，大学化学课程实验环节内容和授课方式等需要综合考虑多方面的因素。
1 化学实验的重要性
首先，化学实验教学环节是高等学校化学课程授课内容的重要组成部分，它可以促进学生对课堂理论教学内容的理解和掌握，培养学生的实践动手能力和科学素养，还可以激发学生创新思维和能力。因此，化学课程开设实验教学环节是重要的和必要的。长期以来，化学实验教学改革关注的内容主要是实验教学体系、教学方法和内容、运行机制、科学素质培养等方面[2-4]。同时，近年来，随着计算机技术的发展及其在教育教学环节的应用，虚拟仿真也成为化学实验教学改革的重点方向之一[5]。
2 化学实验面临的问题
随着大学化学课程授课对象扩大至非化学类各个专业，授课学生人数会急剧增加，给化学实验环节带来了较大的压力。比如，我校最先在材料系开设大学化学基础课程，每年授课两个班级，约60人左右。考虑到工程教育专业认证要求，自2015年起，陆续在机械类和土木类专业开设大学化学课程，年均授课人数增加至350人左右。面对课程授课人数的增加，不仅会增加授课教师的压力，还需要考虑实验场地和实验教学质量的问题。
首先，化学实验必然涉及实验操作和分析所需的化学试剂和仪器设备，在实际实验过程中存在较大风险，主要考虑到学生的人身安全。现阶段全国范围内对化学试剂的购买、存放、使用和废液的存放及处理等进行严格的管控。因此，在实验过程中，要考慮减少甚至避免化学试剂使用的数量和频次。
其次，正常情况下，单次参与实验的组数和每组人数越少，越有利于保证良好的教学质量。然而，由于学生基数较大，在实际过程中，单次组数和小组人数极难维持在较低水平。如若学校条件允许，扩大实验场地可以提高单次实验学生容量，但需要更多的实验辅助人员和更多的仪器设备，经费投入也将成为一个较大的问题。
再者，目前对于非化学专业的大学化学实验教学环节，普遍存在实验学时数较少的情况。即使是在授课教师事先有安排好实验预习环节的前提下，对于较为复杂的化学实验，学生很难在较短的时间内完成，即使是完成了学生，也很难完全理解实验内容，这就有可能导致部分学生把参与实验环节和完成实验报告等同看待。
3 建议解决方案
如若实验条件允许、实验过程安全，可以通过真实的化学实验最大程度的提升学生的实验技能和综合素养。但若是遇到以上问题，非化学类专业化学实验环节可以考虑修改实验教学内容和实验实施方法。
首先，大学化学是非化学类专业本科人才培养环节的公共基础课，化学课程和今后的其他专业课程相对较弱。因此，对于非化学专业的学生可以侧重于基本化学实验操作和实验室安全方面的教育，重点是培养本科生的基本化学素养。例如进入实验室需要佩戴实验服和手套等、进入实验室带入食物或饮品、通风厨、洗眼器、灭火器和灭火沙等的应用。
其次，如若实验室条件确实不能满足，也可以选择其他渠道，比如说视频教学和虚拟仿真教学。视频教学主要指将相关实验内容制作成视频，在实验环节播放给学生并辅以现场讲解，实验内容可以包括实验室基本制度、安全注意事项和简单的化学实验。虚拟仿真实验教学是目前高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，且已经在部分化学类和非化学类专业的大学化学课程实验教学环节[6，7]。例如，王岩等[8]开发建设的针对分光光度法和电位滴定法的虚拟仿真实验平台。虚拟仿真实验介于视频教学和真实实验之间，它打破了人们对化学实验的认知，具有便捷灵活、安全操作、节约成本等优势，不仅可以作为学生实验操作前的有效辅助，还可以取代复杂或有危险性的真实实验[9]。对于实验平台薄弱的高校，虚拟仿真可以取得有效的补充。
4 结语
实验教学环节是大学化学课程的重要组成部分，可以帮助学生理解和掌握理论知识，利于培养学生的动手能力和科学素养。随着大学化学在非化学类专业覆盖面的扩大，授课学生人数必然增加，对实验条件也提出了较高的要求。为了保证教学质量，可以考虑降低大学化学实验教学内容的难度，同时采用视频教学和虚拟仿真实验等教学方式。
参考文献：
[1]方峥.中国工程教育认证国际化之路——成为《华盛顿协议》预备成员之后.高等工程教育研究，2013（06）：72-76+175.
[2]李海艳.提升大学化学实验教学质量的几点体会.广东化工，2016，43（15）：253-254.
[3]姜海燕，尹彦冰，张宏波.浅谈非化学专业有机化学的教学方法和教学手段.化学时刊，2012，26（07）：69-70.
[4]严华玉.大学化学实验教学中科学素质的培养策略.科技创新导报，2013（29）：210.
[5]郭军红，崔锦峰，杨保平.新工科背景下虚实结合虚拟仿真实验项目的建设.实验技术与管理，2019，36（08）：119-122.
[6]费婷虹，尹守春.化学实验教学中虚拟仿真的建设探究.广东化工，2018，45（06）：240-241+244.
[7]张京玉，刘雅敏.虚拟仿真技术在有机化学实验教学中的应用.教育现代化，2019，6（44）：125-127.
[8]王岩，荆明伟，闫保桦，李国宝，耿金灵，朱志伟.分光光度法和电位滴定法虚拟仿真实验的开发与探索.实验技术与管理，2019，36（08）：190-194.
[9]郑革.虚拟仿真实训系统在分析化学实验中的应用.广州化工，2017，45（15）：222-223.
基金项目：北方工业大学教育教学改革项目资助（108051360019XN141/035）
作者简介：曹雷刚（1985-），男，汉族，河南洛阳人，博士研究生，北方工业大学机械与材料工程学院讲师，研究方向：高熵合金。
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