Try to Running Chemistry Experimental Teaching
above Platform of the Primary Branch of learning

试论在一级学科平台上运行化学实验教学

段玉峰 刘少恒
(陕西师范大学化学系 西安 710062)

    笔者以《面向21世纪高师化学专业实验教学内容、课程体系改革与中学化学实验教学研究基地建设的研究》为题，承担了教育部“面向21世纪高师教改计划立项”的重点研究课题（项目批准号：JS041A）。问题之所及为理科化学专业基础课实验教学的运行模式和内容设置，改革的基本思路为“新模式、大平台、分层次、相对独立”。简要介绍这方面初步研究的情况，以资更深入的讨论。
1 问题的提出
1.1 基础实验教学是高等院校进行素质教育、培养创新型人才的重要方面
    知识经济即将到来，未来世界的竞争将是对高素质人才的竞争，这迫使我们在教育思想和教育观念上要有大的转变。党的十五大报告中强调学校要“认真贯彻党的教育方针，重视受教育者素质的提高，培养德、智、体等全面发展的社会主义事业的建设者和接班人。”这说明党和国家已经认识到人才培养中素质教育的重要性，将高素质人才培养提升到衡量教育事业成功与否的战略高度。
    什么是高素质人才，仁者见仁，智者见智，但其核心应是“掌握现代科学知识，具有创新意识和创新能力、德才兼备的管理者和劳动者”。而传统教育模式的严重缺陷则是强化应试，学科分隔，知识体系陈旧，因而造就了大量的高分低能人才。据我们初步调查，高中学生具备化学实验基本常识、能够动手完成教学实验的比例不足20%；高等院校化学专业毕业生能够熟练运用已学过的实验方法和技能，独立完成某一简单化学研究过程的比例低于40%。这样的学生只能是知识的“存储器”，难以胜任创造性的工作和劳动。
    高等院校进行素质教育，是高素质人才培养的关键环节，具有承上启下的重要作用。高等院校推行素质教育要解决的问题是多方面的，但对于自然学科特别是以实验为其主要动力源的化学、物理、生物等学科，重视实验教学应是实行素质教育的重要方面。著名化学家、中科院院士戴安邦教授对于化学实验在化学人才培养中的作用有过一段精辟的论述：“化学人才的智力因素由动手、观察、查阅、记忆、思维、想象和表达7种能力组成，而这些能力都可以在实验室中得到全面的训练，实验教学是实施全面化学教育的有效形式”。道理很清楚，但要真正发挥实验教学在素质培养中的作用，就不但要打破旧教育观念和教育思想的束缚，而且必须下大气力解决实验教学的管理机制、运行模式、教学内容和课程设置等问题。
1.2 学科的分化与融合，新技术、新方法的不断涌现，促使实验教学内容、课程体系必须进行大的变革
    信息时代的科学发展，是以知识内涵快速膨胀，学科体系日新月异，新思想、新技术层出不穷为其基本特点的。学科间不断的融合与分化，使得原本清晰的界限变得越来越模糊。以理科化学为例，传统的无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等4个二级学科，由于相互渗透和交叉，界限已变得相对模糊；化学作为自然科学中的一个中心环节，与其它领域也正在发生着越来越密切的联系，如化学与环境科学结合产生了元素环境化学、环境分析化学、环境水化学、环境土壤化学等；化学与生命科学结合产生了生物无机化学、生物有机化学、生物分析化学、生物物理化学等等^[1,2]。
    教育特别是高等教育如何适应科学发展的现状，是把握总趋势，以培养具有广博知识的高素质人才为基点，大环境、大平台实施各科教学，还是进一步强化传统的教学模式，细化专业，以培养专门型人才为基点？国务院学位办关于专业目录的调整已经做出了肯定的回答。不断拓宽专业口径，淡化二级学科，大平台教育业已成为高等院校面向21世纪进行教育教学改革的总体趋势和突破口。
    化学实验教学作为培养具有创新意识、创新能力化学人才的重要环节，在化学专业整体教学过程中占有很重要的地位，其教学内容、课程体系改革亦是整个化学专业教学改革的瓶颈步骤。化学实验教学改革有与化学理论教学改革相适应的一面，但不能依赖或依附于理论教学，更不能等待理论教学改革完成后再进行。必须组织相当规模的力量，认真研究化学实验教学的特点和作用，研究化学实验教学面向21世纪新的教学模式，研究新模式下化学实验的教学内容和课程体系。我们认为，建立在化学一级学科平台上运行的实验教学，是进行化学实验教学内容、课程体系改革的基础。只有在这样的基础上，才能适应本学科发展的趋势和要求；才能设计出科学合理的实验教学运行模式；才能完成教学内容、课程体系的更新任务；也才能真正发挥实验教学在素质培养中的作用，从本质上提高实验教学的水平和质量。
    高等师范院校化学专业的实验教学改革既是整个理科化学专业实验教学改革的一个重要方面，也有其特殊的地方。李岚清副总理曾经说过：“师范教育要率先进行素质教育，现在的师范院校的学生就是未来的教师，他们现在的素质决定未来素质教育的水平。师范院校的教学也对这些学生未来的教学方法起着潜移默化的作用”。这段话充分阐述了师范教育的工作母机作用。高师化学专业的实验教学改革，不但要体现理科化学实验教学改革的总体趋势和特点，更要体现师范特色，研究未来基础教育对师范教育的要求，研究21世纪中学化学教师应有的基本素质和知识构架；在重视基础知识传输的同时重视知识更新和拓宽培养口径；在重视基本技能训练的同时重视创新意识、创新能力的培养。
1.3 实验教学体制陈旧、落后，严重制约课程体系和教学内容的改革
    旧的实验教学体制，主要指50年代初照搬前苏联的教学模式。其基本特点是建立在二级学科基础上，自成体系，相互分隔。目前看，这种模式的改革已势在必行，其存在的主要问题包括：
    专业面太窄，教学内容缺乏时代感，浪费有效的教学时间。由于这种教学体制以二级学科为基础，各自强调体系的完整，必然导致教学内容多处重复，更新困难，相当数量的课时浪费在了无谓的低层次循环之中。现行的本科化学专业实验课教材中，有70%左右的实验内容非常陈旧，40%～50%的实验为低层次、验证性实验，20%～30%的实验项目在不同的学科间重复。低层次、验证性实验多了，必然冲击基本技能的培养，不利于综合训练实验的开设。而综合训练实验恰是培养学生科学精神、动手能力和创新意识的基础。其开设必须以淡化二级学科界限，在化学大平台上运行为前提。
    教学观念陈旧，方法单一，培养的是“照方抓药”的药剂师型化学人才。尽管旧体制下的化学实验教学并不直接采用“满堂灌”、“填鸭式”的教学方法，但其本质还是“抱着走”的教学观念，生怕学生做不出正确结果，对实验过程的叙述细之又细，“滴几滴”的字眼比比皆是。以这种模式进行教育，培养出的人才缺乏开拓进取的精神，这与素质教育的宗旨是背道而驰的。
    不利于教育资源的合理配置，人、财、物浪费严重。随着教育事业的发展，经费投入不足已经成为制约实验教学改革的主要因素，旧实验室管理体制更是对这种情况雪上加霜。由于实验教学以学科划分，各学科均有自己的教学实验室，各教学实验室均要求配置尽可能完善，这样必然出现重复投入，资源浪费的问题。这说明实验教学内容、课程体系改革必须以实验室体制改革为先导，而实验室体制改革又为大平台运行实验教学创造了先决条件。
2 基本特点及要求
    在一级学科平台上运行化学实验教学的基本特点及要求为：
2.1 大平台、大范围
    化学实验教学内容、课程体系在一级学科平台上建立，实验项目设计兼容并蓄，在重视化学实验的基础知识传输与基本技能培养的同时，努力追踪化学前沿和新的研究成果，把能力培养融入整个教学进程中。在课程安排上要打破传统学科的界限，按照认识发展的规律和素质教育的要求设置不同的课程。
2.2 统一安排，分部实施
    统一安排是大平台运行化学实验教学的基础，其内容包括教学大纲统一制定、教学内容统一安排、教学资源统一配置，实验教学与课堂教学相对独立。分部实施是大平台运行实验教学中最具特色的方面之一，包括两方面内容：一是按照认识的基本规律，以能力培养为前提，将实验教学内容按照基础知识、基本能力、综合训练、科研初步等划分成不同板块，循序渐进，分步实施；二是课程重新设计、分部安排，体现大平台的基本特色；所形成的教材要有强的自我更新能力和教学内容、难度等方面的可伸缩性。
2.3 教学计划合理，运行模式科学规范
    实行大平台化学实验教学，必须在深入调研、充分论证的基础上，按照大平台实验教学的思路和要求制定切实可行的教学计划。新的教学计划应该在新管理体制发挥作用的前提下，对各门实验教学课程、各类型实验内容统一安排，合理布局；各课程之间的衔接、不同层次实验的相互配合必须顺畅，便于操作。
2.4 管理体制先进，各项规章制度健全
    按照原国家教委[教备95(33)]文件，合格的高校基础课教学实验室必须与教研室脱钩，实行校系两级管理；实验室内部实行人、财、物统一管理，统一调配使用。这是目前比较先进的管理模式，必将为实验教学内容、课程体系改革奠定良好的基础。但从现实情况看，由于旧体制的惯性使然，新管理体制的实行尚存在来自方方面面的阻力，一定要充分认识管理体制改革对于实验教学改革的重要性，下大气力做好落实工作。在实行新管理体制的同时，还要充分认识实验室管理的复杂性，结合实际制定和切实执行各项管理制度和措施。学校要落实教学实验室的责任与权利，充分发挥实验室和实验课教师在实验教学改革中的积极性。
2.5 各种教学手段齐全，教学方法灵活多样
    尽管实验教学本身就是直观教学，但还是要重视现代化教学手段的运用，特别要重视计算机多媒体在实验教学和实验考试考察中的作用；对于高师化学专业学生，还可应用微格教学手段训练教学的基本技能和对教学过程的设计与把握。在教学方法的运用上，要打破原先千人一面孔传统模式，针对不同层次的实验教学，设计并运用灵活多样的教学方法。
    简而言之，“大平台、分层次、相对独立、体制先进”即是在一级学科平台上运行化学实验教学的基本特点。
3 基本教学内容和课程体系
    建立一级学科平台基础上的实验教学体系，应从以下几个方面做好工作。
3.1 制定实验教学与理论教学课时量的合理比例，为确定实验教学内容奠定基础
    网上资源调查显示，国内高校特别是高师化学专业实验教学课时与理论教学课时的比例明显低于国外(表1)。而且为了满足拓宽专业面，压缩专业课教学课时的需要，这个比例还有继续降低的可能。

    笔者认为：压缩专业课教学课时，对于课堂教学而言必然要求加快内容更新速度，精讲多练，鼓励自学；但对于实验教学，就难免减少了学生动手机会，对于实践和创新能力的培养会产生不利影响。教育部理科化学教学指导委员会1999年公布的“理科化学专业和应用化学专业化学教学基本内容”中要求实验教学课时占化学基础课学时的50%～60%^[5]，意即实验教学课时应该等于或稍多于理论教学课时。我们认为这个比例是合理的，在新教学计划制定中应该贯彻这一原则。
3.2 精心设计大平台实验教学的课程体系
    目前关于实验教学课程体系国内外差别较大，不同学校也有不同的考虑和做法。国外许多高校，尽管化学实验课程的名称互相不同，但其在一级学科平台上运行实验教学的思想则是很明显的。试举几例如表2。
    由调研资料还可看出，这些学校的实验教学体系与其理论教学体系是相配套的，即他们的理论教学体系也是建立在一级学科基础之上。
    国内高校以素质教育为特征的教育教学改革从90年代初已经开始，化学专业教学内容、课程体系改革以理科综合类院校为先导取得了明显的进展。但也存在参差不齐，实验教学改革明显滞后等问题。

    以高等师范院校为例，尽管几所教育部直属学校的化学专业同行各自已提出了实验教学体系改革的设想^[7]，个别院校也进行了一些尝试，但未见有关实质性进展的报道。
    参考国外先进教学体系，按照在一级学科基础上运行实验教学的总体要求，我们设计了高师化学专业实验教学的课程体系(见表3)。这个体系尽管是粗线条的，有些地方还不尽合理，但基本体现了大平台、整体化的设计思想。
3.3 确定实验教学的基本层次及主线
    如何利用整体化的优势，将能力培养落实在教学过程中，这是应该着重考虑的问题。参考国外先进经验，按照不同实验项目对能力培养的范围及强度，我们将实验教学过程划分为基础、综合、研究初步三个层次，并以“加强基础、重视综合、旨在发展”为原则，确定三个层次的课时量比例为5～5.5：3.5～4：1。实验教学主线的确定对于内容的筛选起着指导的作用，按照化学各分支学科的特点，我们认为“以化合物合成及结构表征为主线，将基本技能训练融入创新活动中”的思路符合国内外教改的基本趋势，也充分发挥了实验教学的素质培养功能。
3.4 认真筛选实验教学内容，做好教材的编写工作
    这方面笔者的建议是：以化学教学指导委员会确定的实验教学基本内容为依据；着力删除陈旧、重复内容；不断拓宽专业覆盖面，努力追踪最新领域和最新研究成果；体现师范特色，重视实验教学研究能力的培养。

4 矛盾及解决办法
    任何真正的改革过程都不会是一帆风顺的，化学实验教学内容、课程体系改革亦是如此。下面仅就在一级学科平台上运行化学实验教学的改革模式在实行过程中可能遇到的矛盾及解决办法谈一些粗浅的看法。
4.1 新、旧管理体制之间的矛盾
    大平台化学实验教学的基础是实验室管理体制改革，没有实验室较高层次、统一先进的管理，就不可能实施一体化、大平台的实验教学。而实验室管理体制的变革和施行会遇到许多矛盾：首先，许多学校的大环境还不利于各基层实验室管理机构的正常运作，体制上尚存在许多不顺的地方，这会造成实验室有职无权或无职无权的尴尬局面，导致体制改革落不到实处或流于形式；在这种情况下进行实验教学内容、课程体系改革必然是修修补补，不会从根本上解决问题。其次，实验室体制改革对于有实验教学任务的单位来说，是一次大的变动，会影响到方方面面，甚至触动某些个人的利益，这必然会使改革过程遇到重重阻力，许多单位的实验室管理体制徒有外表、华而不实主要就是这种原因造成的。好在教育部已经制定了实验室管理体制改革的方向，改革势在必行，谁不改革、谁在改革中弄虚作假，谁最终就会被淘汰。这也是我们提出大平台运行化学实验教学改革思路的基础。
4.2 习惯势力与新模式、新思路之间的矛盾
    我们均是在旧模式下培养出来的且又按照旧模式从事了多年的实验教学工作。要改变这早已熟悉的、得心应手的教学过程和方法，的确有许多不习惯的地方，有时这种不习惯会表现得非常强烈，这也会对改革造成影响甚至延缓改革进程。这个矛盾的克服，有赖于认真学习十五大文件及中央教育工作会议精神，有赖于教育思想、教育观念的深刻转变。
4.3 实验教学和理论教学之间相互衔接的矛盾
    大平台运行化学实验教学要求实验教学与理论教学相对独立。独立体现了实验教学对于学生素质培养的重要性，体现了实验教学改革的必要性，与实验室体制改革的方向相一致，也会对理论教学的改革产生促进作用；但这种独立又只能是相对的，相对有两层含义：一是同属化学专业的课程，其关系相当于一个人的两只手，缺一不可，不可能完全独立；二是目前实验教学改革，实施大平台教学，不可能一下子把实验课提到所要求独立的程度，其原因是原先联系得太紧密了，而教学改革尚处于初级阶段。解决这个矛盾的办法一方面要有坚定的改革信念，坚持改革；另一方面要理论教学改革和实验教学改革同步推进，相互照应，如不同步也要在任何一种改革中，充分考虑另外一种改革的趋势和速度，争取达到最终的相互配套，浑然一体。还有就是在目前情况下，不论那种改革的实施方案(包括教学大纲、课程设置及教材编写等)，都要保持相应的弹性，以求为进一步调整留有必要的余地。
4.4 新旧教学方法之间的矛盾
    实施大平台、分层次实验教学，其教学方法要求现代化、灵活多样，充分发挥学生学习的积极性和主观能动性。这与原先单一、“抱着走”的教学方法必然相互冲突。解决的办法一是要在教学大纲的制定过程中充分考虑不同层次实验的教学要求和特点，设计出与之相适应的教学方法；二是实验课教师要积极学习和掌握先进的教学手段和方法，以加强能力培养、实施素质教育为基本原则，逐渐适应实验课教学的要求。
4.5 高消耗和低投入之间的矛盾
    实验教学，特别是化学实验教学是一个高消耗的过程，需要在仪器设备更新、试剂药品充足供应等方面不断加大投入，而这方面恰是各高校化学专业最感头疼的问题。这个矛盾的解决有赖于国家投资额度的不断加大，也需要各学校领导充分重视实验室建设、提高实验教学质量对于培养高层次人才的重要性。
    实验室管理体制改革、实施大平台化学实验教学可能遇到的矛盾还有许多，仅择主要略加如上论述。
    本文仅是作者实验教学改革研究中的一些初步体会，浮浅乃至谬误之处在所难免，敬请同行批评指正。
5 参考文献
[1] 徐匡迪. 飞速发展中的现代科技. 自然杂志, 1999,21(2):63-65.
[2] 唐有祺主编. 当代化学前沿.北京：中国致公出版社，1996：836-822.
[3] Chem.Dep.of Georgia State University,Chemistry Undergraduate Program,1998-1999. http://chemistry.gsu.edu/gsuchem.shtm/.
[4] Chem.Dep.of Brown University, Offered Courses for Chemitry,1998-1999.http://www.brown.edu/.
[5]教育部理科化学教学指导委员会.《理科化学专业和应用化学专业化学教学基本内容》.大学化学 1999,14(2)：9-18.
[6] Chem.Dep.of Baylor University,Undergraduate Chemistry Program,1998-1999,http://www.baylor.edu/^～chemistry/ .
[7] (1)高剑南, 戴立益, 陆嘉星等. 世纪之交的高师化学课程体系改革.(2)祝心德, 万洪文, 万家亮等. 化学实验层面教学模式探索. (3)李天安. 以素质培养为目标，分层次实验教学.以上三篇文章在“高师化学专业实验教学改革研讨会，1999,西安”上交流.