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基础化学实验教学改革研究

摘要:随着经济全球化的发展,高等教育国际化成为当今世界高等教育发展的必然趋势。如何培养与国际接轨的药学高端人才,是当今药学高等教育的热点话题。实验教学对于药学高端人才的培养起着重要作用,因此,加强实验教学改革是高等院校重要的基础性工作。基础化学实验作为教学中不可或缺的课程,不仅能够为学生实验操作打下坚固的基础,而且能够初步培养大学生科学实验能力和自主创新实验的能力。结合国际化药学专业教学改革的发展趋势及学院实验教学现状,对基础化学实验教学改革进行初步探索。

关键词:国际化;实验教学改革;基础化学实验

天津大学药学院于2014年成功获批“高校国际化示范学院推进计划”试点学院。在国际化示范学院改革的推动下,结合自身的特点和条件,学院于2015年9月正式启用了以英文授课为主的本科生培养方案。该培养方案以培养与国际接轨的药学人才为导向,注重培养学生的实践能力和创新能力,强化学生分析、解决实际问题的能力。实验教学是培养学生创新思维和解决实际问题能力的一个重要的专业教学环节。为了适应国际化教学改革的需要,学院对实验教学进行了全面系统的改革,打破了传承几十年的实验教学依附于理论课程的惯例,建立了一个全新的、与理论教学相适应的、独立的药用基础化学、药用有机化学、药用基础生物、药用生物化学和药学综合实验的实验教学体系[1]。药用基础化学实验是学院大一新生接触到的第一门实验课程,其目的不仅仅是为了培养学生良好的基本实验技能、规范的实验记录技能、基本数据的分析与表达技能和科学严谨的实验素质,更是为了帮助学生养成安全、规范、环保的实验意识,培养学生掌握科学的探索方法和初步的科研能力[2]。药用基础化学实验对学生形成正确的科学方法与科学态度有重要意义。按照药学创新型人才培养的要求,学院从教学理念、教学体系、教学内容、教学方法、教学手段等方面对基础化学实验课程的改革进行了初步探索。

1转变教学理念

理念是实践的前提、行动的先导,有什么样的教学理念就有什么样的教学模式[3]。更新理念是国际化教学改革的需要,也是上好全英文实验教学的必要前提[4]。根据学院“培养具有家国情怀、全球视野、创新精神和实践能力的卓越药学人才”的人才培养目标及教学要求,坚持融合知识传授、能力培养和素质提高为一体的实验教学模式,合理安排演示性实验、验证性实验、设计性实验、综合性实验和创新性实验,实现实验课程都开出设计性实验、综合性实验或创新性实验,着力构建有利于学生自主学习和创新能力培养的实验教学体系,使实验教学体系类型由单纯的教学型转变为研究教学型。同时培养学生掌握国内外先进技术,全面促进学生实践能力、创新能力与综合素质的协调发展,使实验教学由传统的验证理论上升到培养创新思维与综合能力的高度。

2完善课程体系

参考国内外高校基础化学实验教学体系,学院聘请德国专家Bader教授对无机化学、物理化学和分析化学实验的教学内容进行重新整合,打破学科之间原有的旧体系,构建一门全新的药用基础化学实验课程。新的药用基础化学实验课程综合无机化学、物理化学和分析化学三个学科各个层次相关的实验内容,将其进行了融合、贯通和渗透,淘汰陈旧和重复性实验,减少验证性实验,增加设计性、综合性实验。各实验之间既独立又有衔接,循序渐进,逐层深入,保留各化学学科特色实验内容,突出药学专业特点,确保以“药”为本,符合药学教育特点[5]。为了满足实验教学改革的需求,Bader教授编写了全英文版的药用基础化学实验教学讲义。讲义中不仅有实验背景知识介绍、实验相关操作技能介绍以及实验操作步骤,并设计了实验课前、课后思考题,以启发学生积极思维,帮助学生更好地理解实验教学内容。

3优化教学内容

对传统实验教学内容进行筛选、增减和合并,根据化学课作为药学专业基础课的特点,强化化学基础知识、基本操作和基本技能训练。如称量和移液管、滴定管的使用,容量仪器的校准等;选择与药剂学和药代动力学以及药物化学相关的物理化学实验内容,如分配系数、热力学函数、一级反应动力学常数等物理量与物化参数测定实验以及简单二元系统与三元系统相图的绘制实验等;借鉴经典的国内外药学专业分析化学实验,保留分析化学中的四大滴定实验:酸碱滴定、沉淀滴定、络合滴定和氧化还原滴定,将其与药学实验紧密地联系起来,设计了简单药用物质含量的定性和定量测定实验———利用络合滴定检测钙镁片剂中钙离子与镁离子的含量、利用氧化还原滴定检测维生素C片中维C的含量,增加了缓冲容量的测定等实验;调整无机化学实验内容,针对性地选择了与药学联系密切的元素及化合物性质实验,如金属离子的络合反应等[6]。除此之外,适当增加设计性实验教学内容,如常见塑料的简易鉴别实验,引导学生独立设计实验方案,自主完成实验,以培养学生独立思考、敢于创新的精神。不仅如此,新的药用基础化学实验课程体系的教学内容更加注重反映时代特点,与科学发展接轨,教会学生最新仪器的使用方法。如电子分析天平、pH计、紫外-可见分光光度计和熔点仪的使用,开阔了学生眼界,增强了学生的求知欲。总之,新的药用基础化学实验课程在保持传统化学实验基础性的同时,加强其药学性和现代性,不仅为后续课程如药用有机化学实验、药物化学实验、药剂学实验做好铺垫,同时培养了学生的综合能力和今后的发展能力[7]。

4改革教学方法

借鉴国外大学实验教学模式,新的药用基础化学实验课程共设128学时,每周4次课程,共8周完成,其中实验操作112学时,讨论课16学时。笔者将每周3次实验课安排为连续进行,并将每周五的课程安排为实验小组讨论课。为保障实验教学质量,在实验教学中采用研究生助教制度,每组成员由8名学生组成,学生两两合作,在1名研究生助教指导下独立开展实验。研究生助教在每个实验项目开展之前都要跟着带教教师进行预实验,熟悉实验项目,掌握操作要领,了解实验中可能出现的问题。每周五的实验小组讨论课亦由研究生助教组织,讨论内容为预实验和课后实验思考题以及实验数据分析,从而帮助学生更好地理解实验。为了调动学生的主动性、积极性和创造性,使实验教学取得预期的效果,学院首先要求学生在进实验室开始实验前,需要充分做好实验课前预习工作:明确实验目的,理解实验原理,弄清实验步骤和实验注意事项,完成预实验思考题,按要求写好预习报告[8]。其次,在实验过程中,根据不同类型的实验采取不同的教学方法:在基础验证性实验阶段,采取教师示范、助教指导的教学方法,帮助学生规范其实验基本操作技能,保证每个学生每个实验都有独立操作的机会,夯实学生的基本实验技能基础,为后续的综合性、设计性实验以及药学综合实验奠定基础;在综合性实验阶段,采取教师分析、讲解实验注意事项和关键步骤,助教监督并纠正操作问题的教学方法,培养学生运用多种实验技术达到并完成预期实验目的的能力;在设计性实验阶段采取的教学方法为引导学生充分考虑实验的可行性,设计出科学合理的实验方案,经过助教或教师审核,在确保安全的前提下完成自己设计的实验,以提高学生操作实验的独立性,培养其实验的缜密性,增强他们的实践能力和创新能力[9]。再次,要求学生在实验过程中认真仔细观察并及时、准确、完整地记录实验现象和实验数据,有问题随时与同学、助教和教师探讨,不得随意编造、抄袭和篡改数据,以培养学生严谨的逻辑思维能力和敏锐的观察能力,遵守科学道德和学术诚信。最后,实验课结束后,要求学生实事求是地分析处理实验数据和实验结果,完成课后思考题,通过思考题引导学生学会灵活运用理论知识,对实验现象和实验中出现的问题作出合理的解释,得出正确的结论,再通过实验讨论课,调动学生实验的主动性和积极性,提高学习效率。

5拓展教学手段

随着信息技术的飞速发展,人们的工作、学习与思维方式发生了极大地改变。利用网络技术拓展教学方法、丰富教学手段成为高等教育发展的一种必然趋势。在大学实验教学中运用现代化教学手段,不仅能够丰富教学形式、拓展学生的创新思维,还能够收到意想不到的教学效果。在药用基础化学实验教学改革过程中,笔者充分利用传统实验教学手段的优势,结合多媒体技术、网络技术与数字影像技术等现代化教学手段,保证实践教学的效果。为了让学生更直观地学习知识,学院提供了网络连接点,学生可借助多媒体、视频展示的基本操作技能,进行课前预习,便于学生基本操作技能的掌握。利用视频资料既可以增强基础实验操作的趣味性,又能够提高学生自主学习的能力;还可利用网络社交平台开展课堂外的交流与学习,学生与教师、研究生助教以及同学之间都可以通过微信、QQ、电子邮件等方式交流,取得了较好的教学效果[10]。

6健全考核机制

科学的考核制度不仅能够公正、客观地考核学生的实验成绩,而且有利于强化药用基础化学实验管理,调动学生积极性,提高药用基础化学实验的教学质量。笔者将实验考核分为两个方面:一是平时表现,包括实验操作技能和安全意识、实验预习情况、实验台整洁和卫生清理、实验讨论课表现、化学药品的认识与理解等,占总成绩的50%。该成绩由研究生助教评定,研究生助教会认真、详细、及时地记录学生平时实验操作情况,实事求是地给出实验技能以及实验室表现成绩并说明原因;二是实验报告,包括预实验报告、实验现象和实验数据的记录,要求实验步骤的说明条理清晰,根据该说明可重现实验,结果正确。实验报告要对实验数据进行科学合理的分析,对实验中出现的问题作出合理的解释,这部分成绩占总成绩的50%。每周五讨论课后,研究生助教会检查学生的实验报告,及时指出学生实验报告中的错误和不足,签名并注明批改日期。在课程结束后,由研究生助教负责督促收齐本门实验课程的实验报告,再由教师统一批改实验报告,给出评语和实验报告成绩。药用基础化学实验课制定的具体评分标准为:{实验室平时表现分数=[实验操作技能和安全意识×0.4+实验台整洁和卫生清理×0.2+实验讨论课表现×0.2+化学药品的认识与理解×0.2=4.0]×50%}+{实验报告分数=[预实验报告(实验目的+实验原理+实验中所用药品的基本性质+实验中所用药品引起的危害及相应的注意事项+课前思考题)×0.2+实验记录(实验现象+实验数据+实验步骤的可重复性)×0.4+实验结果分析(数据分析处理+实验结果与讨论+实验结论+课后思考题)×0.4=4.0]×50%}=4.0(药用基础化学实验课的最终成绩)。各实验项目的成绩和总成绩及评语会登记在电子版实验成绩登记表中。平时表现与实验报告考核都合格则该课程考核合格,任一部分不合格均视为不合格。以培养高层次的与国际接轨的药学创新型人才为目标,全面实行综合性的实验教学是改革的最终目标[11]。笔者对药用基础化学、药用有机化学、药用基础生物、药用生物化学和药学综合实验等五门实验课程的实验内容,经调整和优化实现实验教学环节相辅相成、相互融合,同时配合本科生走进科研实验室,形成教学科研的良性互动,构成完整的本科生实践教学体系,从而最大限度地发挥每个学生的潜能[12]。药用基础化学实验课作为首门必修基础实验课,对培养学生良好实验素养至关重要。为了顺应学院教育改革和发展的需求,药用基础化学实验课的改革着重突出了非化学专业的特点,充分调动学生的学习兴趣,提高学生基础实验的操作技能和熟练程度,培养学生良好的实验习惯和综合应用知识的能力,注重学生科学的思维方式、科学研究的态度和科学探究能力的培养,并为其今后专业实验的学习打下坚实的基础。

本着“以学生为本,以能力培养为核心,知识、能力、素质协调发展”的实验教学新理念,笔者将继续探索实验内容和教学方法,积极促进药用基础化学实验教学的深入改革,切实有效地提高药学专业基础化学实验教学的质量和效果,从而系统培养学生的综合设计能力、创新能力和初步的科研能力。

作者:赵红霞 张玲 张鲲 单位:1.天津大学健康科学平台2.天津大学药物科学与技术学院

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