1、哈尔滨工业大学化学实验中心五年建设规划负责人：韩喜江李 欣2004 年 6 月 26 日1化学实验中心五年建设规划（2004 年制定）化学实验中心于 1996 年在原普通化学、无机化学、分析化学、有机化学、物理化学和化工原理六个实验室的基础上建成。2001 年将高分子材料等 4 个专业实验室并入。中心建制相对独立，实行校、院二级管理。是世界银行贷款“高等教育发展”项目在哈尔滨工业大学重点建设的四个实验中心之一，共投入资金 55万美元。1999 年首批通过黑龙江省教委“双基实验教学评估” ，2002 年末又顺利通过了省教委“双基”实验室复评。在世界银行贷款“高等教育发展”项目建设的带动下，学校对
2、化学实验中心先后进行了三次比较大的资金注入：2000 年世界银行贷款配套费 308 万元、2002 年二校区实验中心专向建设费 227 万元、2004年化学实验中心仪器设备费 180 万元。使化学实验中心的实验教学质量、师资队伍建设及环境配套设施等发生了较大的变化。化学实验中心自成立以来教职员工由原来的 9 人，发展到目前的 18 人（博士 5 人，在读博士 3 人，硕士 6 人）的规模，其中正高职 4 人（博导 2 人） ，副高级职工 8 人，中级职称 4 人，其他 2 人，使师资队伍的梯队建设更趋合理。现面向全校进行开放式实验教学，周开放学时达 480 学时（中心现有 14 个大实验室，平
3、均每个实验室每天开放 6 小时） ，为全校本科生开设工科大学化学实验、现代基础化学实验、物理化学实验、有机化学实验、仪器分析 6 门实验课，为化学系学生开设一门综合化工实验课；并为全校研究生开设“现代分析技术和综合实验专题”等实验课程，年实验教学工作量 1998 年时只有 7 万人时，目前近 20万人时，年实验人学时增加了近 3 倍；实验室总面积建设前仅为 1125m2，现已达到 3098m2（一区 1125m2，二区 975m2） ；实验中心 800 元以上仪器设备已达 812台套，其中世行贷款购置仪器 176 台套，世行配套费购置仪器 83 台套；固定资产总额为 1522 万元，是建设前的
4、 10 倍，其中世行贷款及配套费占 782 万元。世行贷款购置仪器设备的利用率接近 95%。每年组织全校学生进行一次化学实验竞赛，这对学生学习工科大学化学课程有很大的促进作用。利用世行贷款及配套费购置的仪器设备新开实验 43 个（包括新开的 9 个演示实验） ，改进实验 40 个，总计为：83 个实验项目。1.建设方案化学实验教学建设方案：以学生为中心，以教师为主导，以培养创新型人才为目标；以实验教学观念的转变为先导，以化学实验课程体系改革为主线，以现代化实验条件和教学手段的建设为基础，结合国防和航天特色，探索化学实验教学在培养人才创新能力、实践能力和开拓意识等方面的作用，全面推进素质教育。2
5、化学已经渗透到各个学科领域，为航天等其他学科和新技术成就的发展提供必要的物质条件，而化学实验教学是整个化学教学的重要组成部分，是化学教学的核心任务之一，提高学生的综合素质，尤其是创新能力的培养是化学实验的主要教学目标。面对新知识、新技术的不断涌现，化学实验教学必须从培养学生获取知识能力出发，根据认知规律，加强基础理论的学习，重视素质和技能的培养，拓宽多学科知识领域，形成一个科学的、优化的实验课程体系和合理的知识结构。中心结合学校“创建世界一流高水平大学”的建设目标，对化学实验教学内容和体系进行改革。大学化学与大学物理的联合改革，将中心的实验课程划分为两大部分、三个层次，有针对性地选择了一些与工
6、程项目相结合的综合实验和设计实验，加大高新科技成果转化为实验内容的力度，使学生在实验中接触到前沿学科知识。同时，以绿色化学实验的概念和微型化学实验技术，以及计算机辅助实验教学为切入点，提倡开设串联实验，为化学实验教学提供可持续的发展空间。引入现代化学实验教学手段，尝试双语实验教学，鼓励教学水平高、能力强的教授指导本科生实验教学，实行开放式实验教学管理，通过学科知识竞赛，培养学生的积极进取精神和创新能力，为创新型人才的培养创造良好的实验氛围。实验教学建设方案紧紧围绕 21 世纪教学改革，可归纳为以下几点：a加强基础训练，提高教育质量。面向全校 1、2 年级的工科大学化学实验，及面向部分院系的化学
7、实验是化学学科基本实验知识及实验技能培养的入门课程，是培养学生各种基本实验操作能力的重要实验环节之一。但实验课不是对理论教学内容的简单验证，其与理论教学相辅相成、互为补充自成体系的实验过程。通过将基础理论知识贯穿于各个实验内容之中，使大学化学实验完成对学生的基本理论、基本知识、基本技能的训练。同时，在实验内容的选择上加强了对近代化学基础理论的介绍，加强了近代大型仪器设备的使用，包括计算机能力的训练，加强对操作技巧、观察能力、科学研究能力等的培养。b适应学科发展动向，建设体现近代化学特点的实验室。近代化学发展的特点是化学的各学科（无机、有机、物化、分析等）在继续发展的同时逐步趋向综合，使学科的界
8、限逐渐淡化，互相融合。而化学研究成果与各种科学技术的广泛渗透直接促进了新兴和交叉学科的产生与发展。化学实验中心作为面向全校提供化学基础实验的场所，根据各学科发展的需要，在实验教学中引入了不同的实验内容，将先进的科研成果引入学生实验。建成了热分析、结构分析、化学分析等近代大型仪器实验室，学生做出的实验样品可直接在各种仪器上进行分析测试，对学生的实验样品给出准确地分析结果，用以评价实验的优劣，这不仅可以有效的评价学生的实验结果，同时可以加强学生实验技能、科学素养及认真的实验态度的培养，也使实验成绩更能准确地反映出学生真实的操作能力。对操作能力较3差的学生进行单独的操作训练。c跟踪前沿科学，不断更新
9、实验内容。化学领域中新理论、新技术和新的分析手段不断涌现并迅速进入实际应用，这就要求学生了解最新的科技知识和较强的学习能力。随着学科的发展，科技的进步需要不断的删减那些纯验证性的和陈旧简陋的实验内容，改进和增强与工程实际密切联系的实验，注重工程意识的培养；增加一些体现化学领域的新进展和与其它学科，如航天、材料等相关性较强的实验内容，将一些先进的科研成果及时的引入实验教学，保持实验教学的先进性。将人们最关心的航天、材料、生命、环境、能源等领域的化学新进展引入实验，使学生在掌握基础理论与实践的同时，了解化学对社会发展的作用以及与本学科的关系，这不仅提高了学生主动学习的积极性，同时也提高了学生如何使
10、用新学理论解决实际问题的能力。d组织新的教学体系，更新教学思想。目前国内外教学改革无一例外的将基础实验教学从基础课教学中独立出来，并将其系统化。化学实验课决不是单纯验证书本理论的简单过程，而是培养学生各种能力的必要手段。这些能力包括有关知识、操作技能和使用现代化仪器设备的能力、观察能力、科学研究与创新能力、独立处理突发事件的能力等。e更新教学手段，建设第二课堂。实验课程按深浅程度可以分为基础知识实验、综合性实验、设计研究型实验三部分，在教学方法上分别对待。在全面开放式教学的前提下，完善“设计实验” ，提高“研究型创新型实验”的建设。提出必修实验与创新实验相结合的教学方法，满足不同层次学生的需求
11、，为学生自我深造提供条件。创新实验还为业余时间有志对化学实验作较深层次研究的同学提供“第二课堂” ，学生可以根据与本学科的联系程度来选择实验内容，或自己提出实验课题。在实验室面积允许的前提下，中心将建立结构合理、受益面大的本科生科技创新实验室。实验室在实验时间、实验内容、仪器设备等方面全方位开放，实验步骤以学生自我设计为主，在教师的指导下独立完成实验。这些实验可以是科技小制作，甚至是小型科学研究。倡导学生利用所学的专业及计算机知识对现有实验仪器进行改进，如物理化学实验中的二元体系的“铅锡相图” 、反应速率测定的“乙酸乙酯皂化”二个实验都是学生创新实验研究出来的实验仪器，现在已经应用到物理化学实
12、验的教学之中。2.实验课程改革体系为了能更好地适应国防工业建设的需求和 21 世纪的化学创新人才培养，化学实验中心将实验教学分成两个部分、三个层次：第一部分是面向全校一、二年级本科生的工科大学化学实验；第二部分是面向应用化学系的化学实验，分为基本型实验、提高型实验、研究创新型实验三个层次。4第一部分 工科大学化学实验工科大学化学实验课是配合面向全校非化学专业本科生的工科大学化学理论课开设的基础实验课，分 30 学时和 18 学时两种类型，共开出 18 个实验（每个实验 3 学时） ，30 学时实验的学生从中选做 10 个实验（多选不限） ，18 学时的学生从中选做 6 个实验（多选不限） 。年
13、实验人时数达 9.75 万，覆盖全校近 30 个专业。高峰时选做该实验课的学生曾达到 4500 名。该实验课实现了实验空间、实验时间和实验内容全方位的开放。建成了化学实验中心局域网和实验预约网络管理系统，学生可以通过校园网访问化学实验中心的网页，进入“实验预约网络管理系统”浏览实验内容、预约实验时间，并利用留言系统与教师对话，进行网上答疑，这种教学体系的改革，提高了学生对化学实验的兴趣，保证了实验教学效果。对实验内容也进行了大幅度的改革，改革后综合性实验和设计性实验占到 57%。还将本系教师最新的科研成果引入工科大学化学实验，如金属表面渗稀土（该科研成果曾获得国家发明二等奖） ，纳米材料制备（
14、氢氧化镍纳米材料、钛酸钡纳米材料）等具有科学前沿性实验内容。上述实验教学改革成果在 1999 年获得了黑龙江省高等学校教学成果一等奖，纳米材料制备实验还被其他学校的实验教材所采用。另外化学实验中心还为工科大学化学的理论课开出了 17 个演示实验。演示实验的开设增加了学生的学习兴趣，调动了学生的学习积极性，同时还起到了帮助学生理解相关理论内容的作用，受到学生高度评价。第二部分 化学实验化学实验教学以哈工大应用化学系各专业学生为主，同时也面向材料学院、市政环境工程学院、实验学院、生命科学系的本科生。化学实验教学在实施过程中分为三个层次。第一层次 基本型实验设立了现代化学基础实验、有机化学实验、物理
15、化学实验、现代仪器分析实验、综合化工实验 5 门实验课，总实验学时为 365 学时，每门课的实验学时数不超过 100 学时，保证每门实验课都能在 1 个学期内完成，便于实验教学管理。这一层次的实验大多是基本实验，只有部分提高实验。课程体系的建立，在体现工科特色的同时，加强理工结合，增加理科实验内容的比重，如在物理化学实验中新引入了测定分子极性和配合物中心离子外层电子结构的 2 个理科特点比较突出的实验。增加了综合性设计性实验比例，使学生独立操作和综合能力有较大提高。在教学手段上亦做了一定的改革，引入了双语实验教学，设置串联实验，开设微量、半微量及减量化学实验。现代仪器分析实验的内容主要结合世行
16、贷款购置的大型仪器开设了 15 个实验，通过本课程的学习，使学生了解气-质联用仪、DSC 示差扫描量热仪、快速5比表面测定仪等十几种大型先进仪器设备的使用，掌握这些仪器设备的操作方法及应用领域，为培养适应 21 世纪科技发展的高技能人才打下坚实的基础。为了提高学生的操作能力，该实验课采取分组实验，即将每个班级的学生分成 5-6 个小组，实验时可以保证 2-3 人使用一台大型仪器。这种实验教学方式，虽然使教师的工作量增大了 5-6 倍，但学生独立的操作机会增多，实验教学效果和教学质量明显提高。为了提高仪器设备的利用率，发挥化学实验中心面向全校的辐射作用，我们还打破了专业的限制，面向全校开设大型仪
17、器的选修课，如能源学院、市政学院、材料学院的本科生，甚至研究生亦可以选修现代仪器分析实验课 ，使大型仪器设备的利用率和学生的受益面大大提高。物理化学实验实现了一人一组，这在全国的工科院校是首次尝试。因物理化学实验所用的仪器设备不仅价格较高、种类繁多，而且实验准备比较繁琐、工作量大，故目前各校均为两人一组进行实验。实行这种一人一组的实验教学方式对于提高学生的动手能力、培养学生独立解决问题的能力等显然是十分有利的。第二层次 提高型实验通过基本实验的训练，学生已掌握了基本的实验操作方法，学会使用仪器及准确获取实验数据，尤其是对实验数据的处理及实验结果的表达已有了正确的认识。在此基础上对应用化学系大三
18、学生开设提高型实验，这一层次的实验包括高分子物理实验、高分子化学实验、高分子材料专业实验、电化学综合实验、电化学工程实验、物质结构分析实验、应用化学综合实验 7 门实验课，包含 62 个实验项目，应用化学系的 4 个专业（材料化学专业是新专业，目前还未开设此层次的实验）每个专业的提高型实验学时为 100 学时，总学时为 300 学时，分别做不同的实验项目，在这一部分内容中除提高型实验外也包括少量的基本型实验内容，以保证实验由易到难，循序渐进。第三层次 研究创新型实验本层次的实验面向热爱化学、研究能力强、成绩较好的本科生。每年共开设30 个左右的实验，供学生选择。每个研究项目组由 1 名教师指导
19、 2-4 名学生共同完成，每个实验项目学时在 150 学时左右。学生亦可自拟题目，再经过指导教师审核，并在允许的情况下进行实验研究。研究创新实验的开设目的在于培养学生文献获取能力、独立思维能力、独立解决问题的能力和积极探索创新的能力。经过设计创新实验课的摸索总结，将好的研究项目，申报校本科生科技创新课题做进一步的研究。3.教学手段与教学方法（1）更新实验教学理念，采取三层次实验梯度教学体系，适应不同教学要求。基本实验、提高型实验和研究创新型实验在三个层次上形成梯度，要求逐步提高，以培养学生自主学习的能力，最后达到自我训练目的。新的教学理念重6在引导学生综合应用所学的知识，进行实验研究工作的训练
20、，促进素质教育和能力培养。鼓励教师将高水平的科研成果，引入实验教学。近年已引入金属表面渗稀土（该科研成果曾获得国家发明二等奖） 、氢氧化镍纳米材料的制备、钛酸钡纳米陶瓷的制备等前沿性的实验。不但调动了学生的学习热情，而且培养了学生热爱化学的专业思想。（2）改进实验技术手段各门实验课中，既有基本型实验，也有提高型实验。如在有机实验课中相应地开设了一些串联实验，并将其实验产品直接运用气-质联用仪、高效液相色谱、红外光谱及紫外光谱等大型仪器进行结构表征，通过表征使学生了解其实验结果的优劣，提高学生的实验兴趣。实验内容以基础训练为主，但又向提高阶段训练引导。通过建设绿色化实验室、开设串联实验、微型实验
21、提高学生的环保意识。（3）开放实验室，实现网络管理从 1990 年开始，工科大学化学实验进行了开放式教学，2000 年又实施了网络化管理，学生可以在网上选择实验内容和实验时间。为了开放实验教学，化学实验中心建设了实验中心网站和网上辅助教学系统，开发了实验预习管理软件，学生通过网上预习实验内容和基本操作，检测题回答合格后可直接进入实验室做实验。实现了从选课预习自测成绩登录的网络化管理，有效的保证了实验室和实验内容的全面开放效果。（4）引入计算机辅助教学手段在实验教学中使用了多种 CAI 课件，并实现了视、听结合，图文并茂，把实验教学内容生动、形象、逼真地展现在学生面前。CAI 实验课件教学，既大
22、大提高了实验课的效率，减少了实验过程中的错误操作和实验材料的消耗，又提高了实验的成功率，调动了学生的学习兴趣。（5）远程实验教学化学实验中心建设了实验中心网站和网上辅助教学系统。其基本内容为：化学实验中心的介绍，近年来的教研成果和教学改革概况。在实验课的网页上设有全部实验课程介绍，实验教学大纲，实验基本操作技术录像（动画） ，留言系统（即答疑系统）等栏目。 实验考核:实验中心经过近 10 年的探索，摸索出一套切实可行的实验考核方法。并在校内 20 个专业的 29 个班级中应用，取得了良好的教学效果。为全面反映学生的学习情况和实验技能，各门化学实验考核分为平时考核、期末考核（部分实验又分为书面考
23、核和操作技能考核） ，综合评定学生成绩。整个实验由学生独立完成，指导教师只在关键性问题进行提示，充分发挥学生主观能动性，培养学生独立解7决问题和动手能力。在实验过程中允许学生失败，鼓励学生分析失败的原因，总结经验。平时考核：平时实验考核成绩占本门实验课总成绩的 60%（实验的预习成绩5%，实验操作成绩 40%，实验报告成绩 15%） 。期未考核：期未考核占总成绩的 40%（书面考核占 30%，操作技能考核占10%） 。书面考核主要考查化学实验的基本知识、注意事项、实验原理等，重在检查学生对化学实验基本知识和实验内容的掌握情况。操作技能考核，要求教师预先拟出能在一定时间(各学科不同)内完成的单元
24、实验，内容不限。学生随机抽取试题，从实验设计的原理、器材和试剂选取、实验装置装配到各步操作及结论分析等，均要求独立完成，以实验操作与实验结果相结合作为评价指标。4.师资队伍建设实验教学质量提高的关键是培养一支过硬的实验教学师资队伍。为此，学校以及院系都采取了一系列的提高和稳定实验教学师资队伍的措施，如：（1）加速实验室人员职称的评定；（2）提高实验室人员的地位，在定岗定编中高级工程师与副教授、工程师与讲师的待遇完全等同；（3）鼓励教授博导下实验室指导本科生的实验课，博导指导 1 学时实验，按 1.5 学时计算工作量，教授按 1.3学时计算工作量5.教材建设化学实验中心自成立以来，一直重视实验教
25、材建设，先后编写了工科大学化学实验 、 物理化学实验 、 有机化学实验 、 现代化学基础实验 、 现代仪器分析实验 、 化工原理实验和精细化工综合实验等共 10 本实验教材（高分子物理实验、高分子化学实验、高分子材料专业实验共用一本教材：高分子材料实验 ） ，其中工科大学化学实验 、 物理化学实验和精细化工综合实验已正式出版（工科大学化学实验和精细化工综合实验已修订 4次） ，实验教材注重培养学生的文献检索能力、综合分析能力和创新能力。其他7 本教材在实际应用中不断的补充、修改完善，力争全部正式出版。已正式出版实验教材：工科大学化学实验胡立江等哈尔滨工业大学出版社，第四版物理化学实验 韩喜江等
26、 哈尔滨工业大学出版社精细化工综合实验强亮生等哈尔滨工业大学出版社，第四版6.建设指导思想化学实验中心的建设突出的特色和优势在于理工结合，加强理科实验内容建设。首先立足于在学科渗透中选题、在学科交叉中更新知识，敢于冲击固有的传统理论观点，注意和探索新的科学思维和方法；二是估价自身条件，在自身的优势中选新方向。目前中心的基础还比较薄弱，与国内知名院校的化学实验中心还有一定差距，从跨越式发展的角度看，在一定条件下，特别是当前在科学技术发8展中出现的新理论、新技术和新方法用来解决学科中的问题时，弱与强的转化是符合科学发展规律的。我们深入地分析了中心的弱与强的转化条件和调动弱与强转化过程中学科的内在潜
27、力，确定已有的基础条件、现状和人才结构，从“我有你无、我特你平”来突出基础实验的特色上作为切入点，并根据人才特点去组织力量，抓住机遇，尽快发展。7.中心的建设目标（1）重视人才的培养与引进伟人邓小平说过“发展是硬道理”，但制约发展的首要因素就是人才，无论是先进仪器设备的操作及其实验性能的开发，还是实验教学改革、自制设备的研制，都离不开高水平人才。因此，实验教学中心今后建设发展思路与规划的首要任务就是人才战略，采取两条腿走路：一是对中心的现有教师进行国内外培训，二是引进高水平人才，使中心的博士化率达到 60%。（2）实现教学资源综合利用与共享争取 5 至 10 年内在校领导的支持下对校内与化学相
28、关的所有仪器设备进行整合，由中心统一管理，达到资源在全校乃至一个地区内的真正共享（现有仪器若无法集中，可争取对新购仪器进行统一管理）。充分发挥实验教学中心的示范作用，树立以学生为本，建立有利于培养学生实践能力和创新能力的实验教学体系，建设仪器设备先进、资源共享、开放服务的实验教学环境，为高等院校实验教学提供示范经验。（3）进行“应用软件化学实验课”建设针对目前高校中的绝大部分学生具备计算机基础，而教师的计算机知识欠缺；但大多数学生较少用于专业知识和化学知识学习的实际情况，我们认为化学类的计算机基础课程的内容须进行改革，开设应用软件化学实验课是改革方案之一。我国高校化学系在 20 世纪 80 年
29、代陆续开设了“计算机在化学中的应用”之类课程，但目前，化学系毕业生，能将所学知识应用于具体工作和学习中的却寥寥无几。随着计算机的普及，出现了各种应用软件。开设“计算机在化学中的应用”之类课程，主要讲授应用软件，但不包括化学应用。例如电子表格软件 Excel 是以商业应用为主。我国高校化学系计算机基础课程的现状是：计算机在化学中的应用忽视了应用软件，应用软件的讲授很少涉及化学中的应用，学用脱节的状态急需改变。开设应用软件化学实验课是解决方案之一。 利用应用化学软件直接得到化学问题的解答，把应用软件渗入到化学的教与学过程中。该课程将介绍 HyperChem、ChemOffice 、ChemWind
30、ow、ChemSketch 等分子图形学软件的使用技术，使学生能灵活绘制各种类型的化学分子式、分子图、9反应式、立体模型图、表面图、化学实验装置图、化学工艺流程图。介绍Origin 软件进行科学数据处理的方法与技术。初步介绍一些基本的量子力学和量子化学计算方法软件，如 GAUSSIAN 软件，使学生能够进行基本的化学建模、分子设计、分子的电子结构及相关性质的计算。（4）建立远程虚拟化学实验室目前化学实验教学软件主要在于实验过程的模拟演示，表现为线性动画或具有判断和一定识别功能的动画(所谓非线性动画)。要使虚拟化学实验真正达到虚拟的效果，就必须实现虚拟实验的智能化，即真正的虚拟现实的境界。建立一
31、个典型的虚拟现实系统除包括网络计算机硬件和与之相配套的软件外，还包括知识库系统、VR 工具。此系统所营造的仿真环境能与人的视、听、触等感官相联结，从而进行有效便利的信息交流、信息传递。若再配以强大的网络、完善的化学实验室系统工具，就可以造就一个网上实验室虚拟化学实验室。通过该系统可以将因实验条件、实验技术或出于安全上的考虑、资金问题等原因而不能进行的实验工作，在虚拟环境中进行，同样可以获得全面的数据和全真的体验，节省大量的人力、物力，避免工作的盲目性和重复性。8建设计划建设分两期完成，第一期 20042005 年，第二期 20062008 年。（1） 2005 年前，将实验室环境进行彻底的改造
32、，包括通风设施、实验台、水电、照明等；中心专职人员达到 18 人，博士学位达到 30%。（2）2006 年争取获得黑龙江省级实验教学示范中心；购置一批大型仪器设备，如： 600 兆的核磁共振仪、ICP 发射光谱仪、X-射线荧光光谱仪、建一个虚拟实验室。（3）2008 年前争取获得国家级基础课实验教学示范中心。9.建设资金来源及使用安排第一期（20042005）：投入 300 万元用于实验室环境进行彻底的改造，包括通风设施、实验台、水电、照明等设施。第二期（20062008）：投入 800 万元主要化学实验中心的硬件的建设上，集中优势搭建实验仪器基础平台。计划在 2006 年购置 1 台 600
33、 兆的核磁共振仪、计划在 2007 年购置 1台顺磁共振仪及 X-射线荧光光谱仪，并建成一个虚拟实验室。力求中心的固定资产保持在 3000 万元左右。1010预期建设成果(1)建成一支知识结构搭配合理、理论化学水平起点高的师资队伍，形成实验教学与科学研究两方面有机融合的哈工大特色。(2)实验中心的师资队伍的博士化率达到 60%-70%。(3)年均发表 SCI 论文 10 篇以上, 特别是有一批影响因子大于 3 的高水平论文发表。五年内申请获得国家级项目 2-3 项，省部级项目 4 项以上；(4)确保黑龙江省级实验教学示范中心，争取进入国家级实验教学示范中心。(5)建立高性能虚拟实验工作站，搭建基础实验平台；
