“一体化、三层次”培养创新人才模式的探讨

［摘 要］ 高等院校已构建起一个以化学一级学科为基础的“一体化、三层次”化学实验教学新体系，包括基础性实验、专业性实验以及融合创新理念的综合实验三大层次，旨在系统地提升学生的实验技能与科研素养。通过创新性地实施多层次、多途径、多模式的开放实验教学策略，不仅加强了学生的基础实验操作能力，还显著激发了他们的实践兴趣和动手热情，有效地培养了学生独立分析问题与解决问题的能力，取得了实践育人的显著成果，为新时代高等教育的创新人才培养探索积累了宝贵的经验。

［关键词］ 高校；“一体化、三层次”；化学实验教学；创新人才

［基金项目］ 2016年度中南民族大学教学改革项目“构建‘一体化，三层次’实验教学体系，培养创新型化学人才”（JYX16007）

［作者简介］ 张泽会（1983—），男，湖南永州人，博士，中南民族大学化学与材料科学学院教授，主要从事生物质催化转化的研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）12-0166-04 ［收稿日期］ 2024-10-08

随着教育教学技术的不断发展，“大学化学实验”的教学模式也在不断创新和完善。目前，诸多高校采取了一体化教学模式，将实验教学与理论教学紧密结合起来，形成了完整的教学体系［1］。同时，还充分利用多媒体技术和网络资源开展辅助教学，提高了教学效果和学生的学习兴趣［2-3］。该模式改变了传统教学模式，即从“填鸭式”教学向启发式、探究式教学转变［4］。鼓励学生自主预习、独立思考和实验操作，减少教师对实验内容的详细讲解，让学生在实践中发现问题、解决问题［5］。构建“一体化、三层次”化学实验教学体系来培养创新型人才，是一项系统性工程，需要从教学体系构建、教学方法与模式更新、实验内容创新以及评价与反馈机制等多个方面入手［6］。

一、一体化实验教学模式的建立

一体化实验教学模式是将实验教学与理论教学、实践能力培养、创新能力培养有机结合，形成一个整体。通过实验教学加深学生对基础理论知识的理解，同时培养学生的创新思维和动手能力［7］。

“化学实验”传统教学模式在大学化学教育中占据重要地位，在教师主导上，在传统教学模式中，教师通常是实验教学的主体，负责讲解实验原理、操作步骤和注意事项，并示范实验过程。学生被动参与，按照教师的指导进行实验，主要任务是观察实验现象、记录数据和完成实验报告。注重实验技能培养，通过反复练习，学生能够掌握基本的实验操作技能，如仪器使用、数据处理等。在优势上，一是确保实验安全，教师的全程指导和监督可以有效防止学生因操作不当而发生安全事故。二是提高实验效率，学生能够在较短时间内完成实验，并获得较为准确的实验结果。三是培养实验基础能力，对于初学者来说，传统教学模式有助于他们快速掌握实验的基本流程和技能。但其也存在很多不足之处，如：（1）学生主动性不足。由于学生在实验中处于被动地位，他们的主动性和创造性可能受到限制，难以培养独立思考和解决问题的能力。（2）实验内容单一。传统教学模式往往侧重于验证性实验，实验内容相对固定和单一，难以激发学生的学习兴趣和探究欲望。（3）忽视实验设计能力的培养。学生通常只是按照既定的实验方案进行操作，缺乏自主设计实验方案的机会和能力。

引入探究式教学，鼓励学生自己提出问题、设计实验方案并进行探究，激发他们的学习兴趣和探究欲望。对于学生而言，通过设计一些综合性强、涉及多个知识点的实验项目，培养其综合应用能力和创新能力。在实验过程中，通过加强师生之间的交流和讨论，鼓励学生提出自己的想法和见解，以促进他们的思维发展。除了实验结果外，教师还应将学生的实验态度、实验设计能力、数据处理能力等纳入评价体系中，以全面评估学生的实验能力。采用多样化的现代教学手段，如利用多媒体技术、虚拟仿真实验平台等现代教学手段，丰富实验教学内容和形式，通过模拟实验、虚拟实验等方式，提高学生的学习兴趣和实验操作的效率。在实验教学中，融入理论教学的内容，让学生在实践中学习理论知识，形成“做中学、学中做”的良性循环。同时，加强实验教学与实习教学的联系，使学生能够在真实或模拟的工作环境中应用所学知识。

二、三层次教学体系的构建

三层次实验教学体系是一种循序渐进、分阶段实施的教学模式，旨在通过不同层次的实验教学活动，逐步提升学生的实验技能、创新能力和综合素质。通常包括基础实验层次、综合实验层次和专业设计型实验层次（或称为创新实验层次），每个层次都有其特定的教学目标和内容。特别是通过设计性实验和综合性实验，培养学生的实验设计能力和创新思维能力，使学生能结合所学知识，自行设计实验方案并独立完成实验过程［8］。

大学化学基础实验是与化学相关学科中不可或缺的一部分，它涵盖了无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验等多个基础实验，目的是培养学生的实验操作技能、数据处理能力以及对化学原理的深入理解，从而使学生掌握基本的化学实验技能，了解实验设计的原则和方法，学会运用化学知识解决实际问题。对于大一、大二学生，主要是基本实验技能和实验方法的培养。实验基本操作涉及物质基本性质的测定，物质的分离、提纯和分析，物质的制备及表征等。通过知识点验证型实验，要求学生严格遵守实验室规则，确保实验安全，同时注重实验数据的准确性和可靠性，养成良好的实验素养，为后续学习打下基础。

化学综合性实验是化学教育中不可或缺的一部分，可将学生在“基础化学”课程中学习的理论知识与实际操作技能相结合，通过复杂的实验设计和数据分析，培养学生的实验设计能力、分析问题和解决问题的能力、团队合作能力以及科研素养。课程一般在大三阶段开设，实验内容涉及多个二级学科知识的交叉。通过设计复杂和有挑战性的实验，提高学生的综合运用能力和理解各学科之间联系的能力。比如，典型的大学化学综合性实验“铁氧体纳米材料的合成、表征及其磁性研究”，要求学生掌握化学合成法制备纳米材料的基本原理和操作步骤，学习使用现代分析技术（如X-射线衍射、透射电子显微镜等）对纳米材料进行表征，并研究不同合成条件对铁氧体纳米材料结构和磁性能的影响，重点是培养学生的实验设计、数据处理和科研论文撰写能力。铁氧体纳米材料是一类重要的磁性材料，广泛应用于磁记录、生物医学、催化等领域。本实验通过共沉淀法或溶胶-凝胶法等化学方法合成铁氧体（如Fe3O4）纳米颗粒，探究反应温度、pH值、反应物浓度等条件对纳米颗粒形貌、尺寸和磁性能的影响。在实验中特别注重学生对实验数据的分析和讨论，以及对自己实验设计和操作过程的反思和改进建议。通过此类综合性实验，学生不仅能够深入理解化学原理，还能在实践中锻炼科研能力，为未来的科研工作和职业发展打下坚实的基础。

大学化学研究性实验是化学学科中培养学生科研能力、创新能力和实践操作能力的重要环节。研究性实验主要是针对大四学生，重在培养其独立思考和独立实验设计的能力。通过参与科研项目或追踪学科热点问题，进行深入的研究性实验。这类实验通常具有较高的复杂性和综合性，要求学生不仅掌握扎实的化学理论知识，还要具备独立思考、实验设计和数据分析等能力。如实验“缺陷氧化铝负载Pt基催化剂烷烃脱氢性能研究”，学生通过制备缺陷氧化铝材料和负载Pt基催化剂，然后对其进行表征分析，可使其了解缺陷氧化铝的合成以及催化剂的制备方法，并建立催化剂结构和性能之间的构效关系，阐明缺陷氧化铝在改善催化剂活性、稳定性中的作用机制，并思考其在各个领域的可能的应用前景。

三、实验内容的创新

大学化学实验内容的创新是提升化学教学质量、培养学生创新能力和实践能力的重要方法［9-10］。一方面，实验内容要与时俱进，紧跟科学发展的步伐。将当前化学领域新的热点问题、研究成果和实验方法引入实验教学。如纳米材料、绿色化学、生物催化等，使学生能够接触新的科学知识和技术。另一方面，跨学科融合设计探究性实验，将化学知识与生物、物理、材料等学科进行有机结合，设计跨学科的实验项目。这些项目要鼓励学生紧紧围绕当前科研前沿问题自主设计实验方案、实验操作和数据分析。同时，在内容上注重实践操作能力的培养，加强实验与生活的联系，达到学以致用的目的。通过这些跨学科的具有挑战性和创新性的实验项目，让学生在实践中不断摸索、实践和创新，培养其科研思维、综合素养和创新能力。比如，开发新型环保材料、改进生产工艺等，培养他们的实践能力和社会责任感；食品中添加剂的检测、环境污染物的分析等与日常生活紧密相关的实验，让学生体会到化学知识在生活中的实际应用。

四、课程评价与反馈机制

大学课程评价与反馈机制是确保教学质量、促进学生学习效果提升的重要环节。评价机制应全面、客观地评估学生的学习成果和能力。大学实验课程评价主要包括实验操作、实验报告以及课程考试，分别占实验课程综合总成绩的40%、40%和20%。实验操作是实验考核的重点，是学生实验技能、实验习惯和实验素养的综合体现，反映学生在实验过程中所展现出的技能水平、熟练度、准确性以及解决问题的能力，对学生后续开展科研实验是至关重要的。实验报告侧重于评估学生的实验操作能力、数据处理能力和科学思维能力。学生需要详细描述实验的目的、原理、步骤、结果及结论，并进行分析讨论。同时要求学生总结完成实验后的收获以及对实验的改进意见，从而能够全面反映学生的实验素养和综合能力。在实验课程结束时，教师安排一个综合性实验对学生所学进行测评。要求学生利用所学的理论知识、实验技术，进行综合分析，完成实验设计和操作，得出结论。最后，教师依据学生的实验设计和完成情况给予评分。在整个教学过程中，也会结合其他方式进行综合性评价，如小组讨论、案例分析、论文写作等，这些方式能够促进学生之间的合作与交流，培养他们的批判性思维和创新能力。

反馈机制是帮助教师提升教学能力，学生改进学习、提高学习效果的关键。在“大学化学实验”教学中，我们通过课堂互动、实验报告批阅、考试反馈等多种方式及时发现实验教师教学和学生学习过程中的问题并及时进行改进。在课堂上，教师通过提问、讨论等方式及时了解学生对本次实验的了解情况。在实验过程中，教师给予学生充分的指导和讨论机会。通过与学生的互动，教师帮助学生发现操作中存在的问题，并提供相应的解决方法。及时批改学生的实验报告，并针对学生的具体问题进行反馈。反馈注重针对性和激励性，既指出了学生的不足之处，又给予肯定，鼓励其继续努力进步。针对操作考试，教师在考试结束后现场分别进行详细的指导和反馈，针对学生常见的错误及原因进行分析，并给出个性化的建议。同时，鼓励学生积极参与反馈过程，提出自己的疑问、错误和错误原因以及改进建议。

通过建立并实施这些多样化的评价方式，并及时反馈与指导，鼓励学生参与以及持续改进等措施，为学生构建了一个高效、互动、个性化的实验学习环境；也促进了教师不断调整和优化教学内容和方法，提高教学质量和效果。

综上所述，构建“一体化、三层次”化学实验教学体系需要在教学体系构建、教学方法与模式更新、实验内容创新以及评价与反馈机制等多个方面进行综合考虑和实施。通过这些措施的实施，可以有效地提升学生的实验技能，培养学生的创新能力和实践能力，为创新型人才培养提供有力保障。

参考文献

［1］秦宣云，李军英，郑建梅.大学数学与数学实验一体化教学模式改革研究［J］.教育教学论坛，2020（21）：193-194.

［2］王祥，朱烈.多媒体融合的教学模式在无机化学实验课程教学中的实践与探究［J］.中国现代教育装备，2024（17）：25-27.

［3］朱平平，冯红艳，邵伟，等.“互联网+”背景下大学化学实验的在线辅助教学模式创新及成效探索［J］.大学化学，2020，35（5）：278-282.

［4］谢绍平.浅析探究式教学与实验教学、启发式教学的关系［J］.教学研究，2019，42（2）：96-100.

［5］曹尔新.改革分析化学实验教学引导学生自主学习［J］.科技资讯，2019，17（33）：153+155.

［6］李沅，谭凤芝，刘兆丽，等.“一体化，三层次”实验教学模式改革与实践探讨［J］.广州化工，2022，50（21）：214-215，229.

［7］尚荣荣.以制备氢氧化亚铁创新实验撬动学生的创新思维［J］.化学教育（中英文），2024，45（13）：95-100.

［8］王兆丹，向世琼，肖国生，等.生物与食品基础教学示范中心“一体化，三层次”实验教学模式的构建［J］.现代食品，2023，29（14）：43-46.

［9］王义明，周长路，赵世成，等.基于科教融合的实验教学探索与实践：以纳米球形聚电解质刷胶体粒子的制备与表征实验为例［J］.化工高等教育，2024，41（1）：149-154.