专题 | 要把化学实验做好，总共分几步？

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要让同学们把大象装冰箱实验做好，化学与分子工程学院精心设计了一整套化学实验实践教学体系，让化院同学们循序渐进地搬砖学习实验。这套获得了北京市高等教育教学成果奖的化学实验教学体系是如何实现启迪学生创新思维、培养具有国际视野、引领作用、创新精神和实践能力的高素质人才，让化学这一基于实验的传统学科更好适应时代发展呢？作为该实验体系的主要负责人和普通化学实验的负责老师，李维红老师给出了详细的介绍。

点亮更符合学生需求的技能树

Q

实验是化学学科必不可少的基石，那么实验课在本科教学中的位置是怎样的？

李维红：亲手从试管倒出溶液、观察产品结果……实验课让同学们对化学学科建立了最原始的感性认识。实验教学区别于理论教学最显著的特点就是同学们必须亲自动手实做，通过实践来加强对理论知识的理解，进而提高实验技能。

因此，基础实验课程同时承担了三项重要功能：一、传授基本化学知识和技能；二、培养对化学的兴趣；三、发现、提出问题并用严谨实验验证问题的科学思维。化学这个学科就是以实验为基础的，实验课从化学学科建立伊始就有了。

Q

那么经过这些年的沉淀，实验课是如何发展变化的呢？

李维红：北大化学院的实验课程体系主要经历了两次大的变化。首先是1997年全国有一个实验系统的实验教学教育改革，注重发现、提出、解决问题的过程和各个二级学科的专门化训练，从低年级到高年级包括基础实验课、中级实验课和综合化学实验，实验体系呈现“金字塔”形。而到了2016年，学校进行全校范围内的本科教学改革，化学实验教学体系出于“学过什么课才叫学过化学了”这一考虑，凝练出普通化学、有机化学、物理化学实验三门核心课程作为必修课，保留并增加剩下的实验课全部作为选修课，实验体系转变为“基础—提高—科研”的茎叶型。

这一改革的核心目标是“加强基础、注重能力、引导创新”。

Q

新的实验教学体系下加强了主干核心课程，也让同学们有了更多元化的选择。所以影响这一实验教学体系设计的因素是什么？

李维红：首先我们注意到一个客观事实，那就是化学专业的同学毕业之后不一定继续做化学，长期来看，大约只有一半会继续留在化学行业。这意味着我们的实验教学体系必须深入到更本质的东西——教会学生一些即使不学化学也用得着的东西，那就是严谨的科学思维，和独立思考、解决问题的能力。

大学的实验课程不再采用高中时看一步做一步、“照方抓药”的实验方法，而是让同学们经历“预习和进行思考——讨论并提出问题——动手与解决问题——结论与完成报告”的流程。

Q

我们看到，实验课对学生严谨科学思维的培养是有切实效果的：一位化院大一新生告诉我们，在实验教学中他认识到，只有小心、细致地按照规范地认真进行每一步骤的操作，实验结果才可能令人满意。不过，化学实验体系的重点仍是要训练学生的专业能力，在这方面是如何做的呢？

李维红：课题组是化院学生的“归宿”，但从课堂进入课题组，并不是一蹴而就的。层层递进的实验教学体系，搭建了从基础实验课堂到课题组、进行科研工作的桥梁。

这“桥梁”不是简单的传送功能，而是具有培训作用。创新意识是做好科研的钥匙，实验课的设计就是要让同学们学会拿起这把钥匙打开科研的门。从高中到大学，化学实验课首先告诉学生：“不是任何题目都有唯一的标准答案。”实验科学中，不同的实验条件下得到的结果都可能大相径庭，结论受到测试手段的影响，也未必是真的正确答案，连老师可能都不知道明确的结果是怎样的。因此在实验中，比验证书本上的结论更重要的是自己的探索。实验课通过引导学生发现问题、思考问题，从点滴中培养他们的创新精神，进而促成他们将课堂中的理论灵活运用到实际的科研活动中，让他们“有备而来”地进入课题组。
这一任务主要是由介于基础和综合科研间的中级提高课程完成的。在这部分自选课程中，同学们要自行设计方案、进行研究。例如中级有机实验课，同学们要用一个学期的时间，自行查阅文献资料、设计方案，完成一种产物的制备合成，这种产物可能是我们身边常见的药品，比如“褪黑素”的合成和布洛芬的合成。在这过程中遇到的许多问题和困难，大部分只能经过自己的思考加以解决。而到大四的“研究型综合化学实验”课，同学们可以选择进入各特定科研组，经过开题、中期检查、结题报告等严格规范，进行科研工作来取得课程的学分。

助教团队保驾护航

Q

最基础的实验课普通化学实验课上课时，要同时开放八间实验室，任课老师忙得过来吗？

李维红：实验体量大，助教来帮忙。实验体系中助教制度的设立和助教团队的搭建是化学实验教学体系不可或缺的部分。在实验课进行时，每间实验室都需要一名研究生担任助教。

实验课上助教在指导同学

当助教是每个化学学院研究生的必经之路。由于助教需求量大，化学学院规定每个研究生都要完成120学时的教学实践，也就是助教工作。

但成为一名合格的助教并不简单。以普化实验课为例，开学前老师会发助教招聘通知，想成为该课程助教的研究生进行报名，老师根据报名情况，通过面试或其他方式筛选。接下来就是大量的助教培训。助教团队会有三天的集中培训，在这三天里助教团队会模拟课堂状况，在助教和学生的角色中切换，对真实课堂状况进行体会。开学后，每周周三上午是固定的助教培训时间，以期达到最好的教学效果。学期中助教也会与主讲老师一同备课、讨论。授课过程中，主讲老师会进行课上巡视，对助教的教学进行指导和补充。
经过培训，助教要掌握完整的实验过程和预估可能课堂上可能出现的各种问题，在课程结束后，不仅本科同学们会获得分数，助教也要接受教师的评估与考核。
助教体系的设置，一方面是由于化学实验课程涉及的学生数量多，助教可以更好地照顾每一位同学的需求。另一方面，聘用科研一线工作的研究生担任课程助教，通过学长引领和同侪学习，能够让学生有更融洽的学习体验，可以开拓学生对化学前沿的认识，激发他们的创新意识。助教作为“流水的兵”，为实验课的顺利进行提供了保障。

接轨国际，步履不停

Q

化学学院与国际知名学校建立了充分的交流，在实验课上也有吗？

李维红：是的。培养视野广、国际化、高水平、在国际化学及相关领域起引领作用的创新人才是化学实验实践教学体系建设的目标之一。因此，化学学院一直努力拓展国际交流渠道，选派优秀学生赴国际著名大学进行科研训练和交流。在国家拔尖计划的支持下，学院从2009年开始就鼓励本科生利用暑假进行暑期科研项目。目前，学院已建立与密歇根大学、芝加哥大学等国际著名大学的固定暑期交流项目。除此之外，实验中心还密切关注国内外高校的实验教学，进行比较研究，不断更新课程理念，汲取优秀课程经验。2017年，化学实验教学示范中心开展《国内外高校的实验教学比较研究》项目，于新加坡、日本等地高校参访，学习实验教学经验。

Q

现在看来，化学实验教学体系已经非常完整和先进了，在之后还要继续调整吗？

李维红：当然，没有最好，只有更好。随着社会的变迁，实验教学体系也要不断改变，适应时代发展和同学需求。

改变在各个课程中都是进行时。在中级物理化学实验中，课程尝试让同学们自行搭建大型仪器拉曼光谱仪；在16年春季的有机化学实验和分析化学实验中，开始尝试小班课教学；普化实验也增加了全新的实验内容，如简易光伏电池的制作、用乐高积木搭简易广度计、实际样品测量等。同学自制的拉曼光谱仪与简易光伏电池同学用乐高搭成的光度计

学院还预计在明年开始筹备创新实验平台，将各类实验课程进行统筹，将其中的核心思想糅合到一个纵向课程体系中，让同学们的实验训练更具连续性和层次性。

作为化学学科的基石，实验教学仍需要被注入更多目光、受到更多重视。伴随着更多老师参与化学实验教学体系的搭建与改进，越来越多的前沿的研究将被转化为同学们可上手的实验，既丰富了学习内容与趣味性，更进一步推动了实验教学对同学们能力的培养和训练。

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来源：“北京大学教务部”公众号

采访、编辑：许天怡

录音整理：沈适

撰稿：许天怡 沈适 张丰哲 

供图：化学与分子工程学院学生、李维红

美编：赖雯燕