醫學類專業無機化學開放性實驗教學模式改革與實踐

郝芳芳，藍 海，劉 熙，胡 侃

（大理大學藥學院，云南 大理 671000）

無機化學實驗是以實驗操作為主的技能課程，是藥學、藥物制劑、臨床藥學、醫學檢驗、衛生檢驗、食品質量與安全等醫學類專業學生的第一門基礎實驗課，對學生后續實驗課程的學習極其重要〔1〕。該課程分3個層次：基礎性實驗、綜合性實驗和設計性實驗〔2〕。近年來由于學校課程數量不斷增加，各門課程教學總學時不斷壓縮，導致無機化學實驗教學學時大幅度縮減〔3〕。2011年大理大學教師編著的《無機化學實驗指導》教材中涉及13個實驗項目，但目前只開設其中7 個項目，而且大部分屬于驗證性實驗〔4〕。過多的驗證性實驗容易讓學生養成接受式的學習模式，不利于激發學生的創新思維和培養學生的創新能力。

面對有限的實驗教學課時和創新型人才培養之間的矛盾，開放性實驗教學模式的出現成為必然趨勢〔5-6〕。開放性實驗教學的意義主要有提高學生獨立實驗操作技能，提升實驗教師的素質，提高實驗儀器設備的利用率，培養學生創新思維和科研興趣，提高學生查閱文獻和撰寫科研論文的能力等等〔7-8〕。無機化學開放性實驗是傳統無機化學實驗的改進和延伸，也是激發學生創新思維和培養學生創新能力的有效手段。

開放性實驗教學對創新型人才培養具有明顯優勢，被教育部納入本科教學評估的測評內容，目前很多高校已將開放性實驗作為本科教學改革的重點內容〔9-12〕。由于不同學校、不同專業的教學目標要求和教學環境不同，開放性實驗的教學模式也存在差異。本研究從大理大學醫學類專業無機化學實驗課程設置和開設條件實際出發，論述了現階段該校醫學類專業無機化學開放性實驗教學模式改革與實踐情況，吐故納新，制定出適合該校醫學類專業無機化學開放性實驗教學的考核評價體系，以適應創新型人才培養的需求。

1 常見的開放性實驗開放形式

1.1 實驗內容的開放開放性實驗教學的內容可分為驗證性實驗、綜合性實驗和設計性實驗。開放性實驗教學內容應符合學生的認知規律和實際水平，同時考慮到不同學生的專業基礎，設定符合學生專業特點的實驗項目，培養學生的基本實驗操作技能和分析、解決問題的能力〔13〕。

1.2 實驗時間的開放開放性實驗教學目的之一就是作為有限的課堂教學的補充手段。一般周一至周五時段學生的必修教學課程較多，可以充分利用周末時段進行開放實驗教學。另外，不同專業或選修不同課程學生的課余時間段也不同，學生可以根據個人時間來安排實驗時間。對于可進行線上實驗的項目，實驗時間的選擇性更大〔14〕。

1.3 實驗專業的開放開放性實驗教學可滿足學生對實驗的濃厚興趣，因而可根據實驗難易程度面向各專業學生開放。演示性和驗證性實驗難度較低，可開放專業多；設計性實驗難度適中，需要學生具備專業基礎知識和較好的實驗操作技能。當然，實驗專業的開放還應考慮到實驗室自身的容納率，而且必須建立在符合實驗室安全管理辦法和熟悉實驗操作流程的基礎上〔14〕。

1.4 教學方式的開放開放性實驗教學最大的特點就是培養學生獨立設計和完成實驗的能力。區別于課堂教學實驗，開放性實驗要求學生自主查閱文獻資料，設計實驗方案，獨立完成實驗，必要時再請專業教師進行指導與討論。該實驗不是為了獲得較好的實驗結果，最重要的是實驗過程中學生學會發現、記錄、討論和解決問題，為今后的科學研究打下堅實基礎〔7〕。

2 傳統醫學類專業無機化學開放性實驗的局限

該校前期也進行過醫學類專業無機化學開放性實驗的開設與探索，但教學模式陳舊單一，考核評價體系不完善。存在的問題主要有：開放性實驗教學內容單一，實驗項目基本固定，學生缺乏自主選擇性；開放專業較少，只針對藥學和藥物制劑專業開放，其他如衛生檢驗等專業學生沒有機會參加；實驗指導教師固定，一般是由此門課的課程負責人和實驗室管理人承擔指導工作；學生不是自主完成所有開放性實驗試劑的配制，大部分試劑由實驗準備教師提前配制；考核評價體系不完善，學生以小組為單位，每組4~5人，考核方式以學生的實驗方案和實驗論文為依據，由指導教師進行評價，但沒有客觀的評價標準，成績也是以小組為單位給出，必然有個別學生濫竽充數，對學生實驗操作是否規范、每位學生的動手能力以及整個實驗過程的參與情況不能做出準確客觀的評價，考核方式無法體現差異性。

3 醫學類專業無機化學開放性實驗改革內容

3.1 確立醫學類專業無機化學開放性實驗教學模式充分考慮該校無機化學實驗條件，從開放實驗項目、開放實驗時間、開放實驗專業、開放人數、開放實驗指導教師等方面確定醫學類專業無機化學開放性實驗的具體形式，真正意義上發揮開放性實驗教學的優勢。

3.2 完善醫學類專業無機化學開放性實驗考核評價體系開放性實驗作為無機化學實驗課的補充和延伸，學生的開放性實驗成績將作為加分項計入實驗總成績。為了更客觀科學地評價每位學生的開放性實驗全過程，將從開放性實驗方案設計、操作過程、總結匯報等方面進行評價，每個方面的評分點還將具體到很多細節。

3.3 建設醫學類專業無機化學開放性實驗多媒體資源庫根據學生的開放性實驗情況，篩選出比較優秀的素材，包括實驗方案、實驗視頻、實驗圖片、實驗論文、實驗PPT 等，制作成內容充實、能充分展現無機化學開放性實驗全過程的微視頻，并刻錄成光盤保存，為今后開展醫學類專業無機化學課程的網絡教學提供保障。

4 醫學類專業無機化學開放性實驗改革實踐情況

4.1 醫學類專業無機化學開放性實驗教學模式構建從實際出發，初步構建了醫學類專業無機化學開放性實驗的教學模式。見圖1。

圖1 醫學類專業無機化學開放性實驗教學模式圖

4.2 醫學類專業無機化學設計性實驗實踐設計性實驗是科研思維與教學效果的結合，充分體現了學生自主學習和實驗操作的能力〔15〕。由于是初步進行開放性實驗改革，同時需要學生具備相應的專業基礎知識，因此該模塊未設定過多的實驗項目，且只針對藥學專業學生開放，實驗時間由學生與實驗室管理教師進行預約。根據考核評價方式，要求學生實驗前完成實驗方案設計，并請相關專業教師進行指導、討論和修改，同時學習和鞏固相關實驗操作技術；實驗開始準備好實驗儀器和試劑，認真記錄實驗結果，同時拍攝好課件制作和視頻剪輯需要的素材，順利完成實驗；實驗后認真歸納總結，利用好收集的素材，認真完成論文撰寫、課件制作和視頻剪輯等。以“茶葉中微量元素的分離和提取”實驗為例，圖2~3 分別展示了學生完成該實驗的部分論文內容和視頻剪輯截圖。設計性實驗的考核成績采用百分制，實驗方案占30%，實驗操作占30%，實驗視頻占20%，實驗論文占20%。設計性實驗成績在無機化學實驗總成績的權重視當年教學大綱要求進行調整。

圖2 設計性實驗示例論文部分內容

圖3 設計性實驗示例視頻截圖

4.3 醫學類專業無機化學虛擬仿真實驗實踐虛擬仿真實驗是傳統實驗的發展，能夠彌補傳統實驗資源和課時有限等短板，實現實驗的綠色化和微型化，采用開放化、個性化的學習方式，搭建線上和線下混合式的虛擬仿真實驗教學平臺，建立虛實結合的課程教學體系〔16〕。傳統的醫學類專業無機化學實驗主要以線下教學為主，由于疫情防控期間無法開展線下教學，逐步開始了線上教學。在學校相關教學建設經費的支持下，引入無機化學虛擬仿真實驗，彌補了線下教學實驗的不足。由科技公司授權，學生用手機下載虛擬仿真實驗APP，教師通過虛擬仿真教學管理平臺開通學生實驗權限，學生可利用課余時間登錄APP 完成相關實驗，教師可通過管理平臺查看學生實驗完成進度和成績等。虛擬仿真實驗不受時間、空間限制，可操作性強，已對2021、2022 級藥學、醫學檢驗等專業學生進行了開放教學，學生實驗興趣濃厚，達到課前預習和課后拓展的目的。以“氯化鈉的提純”實驗為例，圖4~5分別展示了學生端實驗操作界面和教師端管理界面。虛擬仿真實驗的考核成績采用百分制，由系統直接評定，教師端管理系統可導出學生成績。虛擬仿真實驗成績在無機化學實驗總成績的權重視當年教學大綱要求進行調整。

圖4 虛擬仿真實驗示例學生端操作界面

圖5 虛擬仿真實驗示例教師端管理界面

4.4 醫學類專業無機化學驗證性實驗實踐這里所述的驗證性實驗主要指該校醫學類專業無機化學實驗教材中所列的實驗項目，由于課時壓縮等原因，目前還未開設的實驗項目。這些實驗項目可作為教學實驗的補充，通過開放性實驗的方式，學生可自由選擇，以達到鞏固知識、鍛煉實驗操作技能的目的。這些實驗項目需要學生提前向實驗室管理教師申請，由實驗室教師提供相關的儀器和試劑，學生做好實驗預習，按預約時間進行實驗操作。與設計性實驗相比，驗證性實驗操作難度不大，大部分學生可獨立操作完成實驗。對于開放的驗證性實驗，要求學生記錄實驗現象，拍攝實驗素材，完成實驗報告，并將實驗內容做成多媒體課件，教師篩選出優質的多媒體課件，用于演示性教學或今后無機化學網絡教學平臺。以“常見無機離子的一般鑒別試驗”為例，圖6~7 分別展示了試管法銅離子鑒別實驗和紙上點滴法鋇離子鑒別實驗結果。驗證性實驗的考核成績采用百分制，實驗預習占20%，實驗操作占30%，實驗報告占20%，課件制作占30%。驗證性實驗成績在無機化學實驗總成績的權重視當年教學大綱要求進行調整。

圖6 試管法銅離子鑒別實驗結果

圖7 紙上點滴法鋇離子鑒別實驗結果

4.5 醫學類專業無機化學開放性實驗教學模式改革實踐成效對比該校傳統醫學類專業無機化學開放性實驗，改革后的開放性實驗教學模式優勢明顯。開放內容由單一類型變得更加多樣和豐富，設計性實驗、虛擬仿真實驗、驗證性實驗可選項目更多；開放專業由一個專業變為多個專業，如虛擬仿真實驗和驗證性實驗可面向所有開設無機化學課程的醫學專業學生開放；開放時間由固定時段變為多個時段，學生實驗學時數明顯增加；課后實驗項目增多，實驗學生人數增加，實驗室和儀器設備利用率明顯提高；指導教師由2 人增加到多人，所有承擔過無機化學課程的教師均可參與指導和評價，學生與教師之間、教師與教師之間的交流增加，有利于課程教學質量的提升；開放實驗的考核方式更加多元化，能夠體現學生的綜合能力；學生的實驗操作技能明顯提高，如“茶葉中微量元素的分離和提取”實驗中，學生不僅鞏固了課堂教學要求掌握的常用玻璃儀器的使用技術，同時還掌握了從茶葉中提取微量元素以及從混合溶液中分離和鑒定鈣、鎂、鐵、鋁等離子的方法；學生分析和解決問題能力、查閱文獻能力、素材收集整理能力等都有所提高，為今后參與科學研究奠定基礎。見表1。

表1 醫學類專業無機化學開放性實驗教學模式改革項目實施前后對比

目前該校醫學類專業無機化學開放性實驗只作為教學實驗的補充，主要目的是鍛煉學生的實驗技能和培養實驗興趣，學生自主選擇性較大，開放性實驗考核成績只計入實驗平時成績，對無機化學實驗總成績的影響不大。同行教師認為改革后的無機化學開放性實驗教學模式對無機化學實驗教學質量提升有所幫助，不僅帶動學生積極“動手動腦”，同時教師也參與其中，有助于進行教學反思，部分教師還建議可以將本校教師的一些簡單的科研實驗融入開放性實驗中，給予學生更多的專業性指導和鍛煉。參與無機化學開放性實驗的學生反饋，目前提供的開放性實驗內容豐富，他們可以根據個人專業基礎、興趣愛好、課余時間來選擇實驗項目，自由度很大，不僅能鞏固無機化學實驗技能，還能初步學會文獻查閱、實驗設計、視頻剪輯、課件制作等；同時學生建議能夠開展一些與實際生活相關，又能與所學理論知識相聯系的實驗項目，這樣能更好地提高學習興趣。今后在醫學類專業無機化學開放性實驗的開展中會繼續探索和完善。

5 討論

該校醫學類專業無機化學開放性實驗教學模式進行了初步改革實踐，相對于傳統開放性實驗教學具有明顯優勢，提高了學生對無機化學實驗的學習興趣，同時也鍛煉了學生的實驗操作技能，培養了學生的科研思維。此外，將無機化學開放性實驗納入學生的“第二課堂成績單”，順利完成開放性實驗的學生可獲得相應的積分，明顯提升了學生進行開放性實驗的積極性，更保證了開放性實驗的教學效果。

通過醫學類專業無機化學開放性實驗教學模式改革實踐，也發現了很多問題和不足。制定開放性實驗項目時，在保證學生有自主選擇性的前提下，首先要考慮安全性和環境污染問題，必須全面評估學?，F有實驗條件，綜合考慮學生實驗前后可能遇到的問題，實驗試劑對環境是否造成污染以及廢液處理措施等；開放性實驗教學加大了實驗室管理難度，儀器設備保養、維護費用增加，雖然這類問題在開放性實驗教學中無法避免，但可以采取措施降低發生率，如教師應參照實驗室管理制度對學生進行細致的培訓，實驗前嚴格考查學生基本操作技能，實驗過程中加強指導，及時發現問題、解決問題等；無機化學開放性實驗考核評價體系中要求學生制作視頻、設計PPT、撰寫實驗論文，但實施過程也有一定難度，雖然如今的大學生對這些信息化手段已經不再陌生，但真正掌握這些技術的學生很少，為了保證實驗考核的順利進行，教師在實驗前必須對學生進行視頻制作、PPT設計以及論文撰寫等方面的培訓，將一些常用的軟件介紹給學生，教會學生檢索文獻，雖然一定程度上增加了教師的工作量，但能夠有效提升開放性實驗的教學質量。