“科教融合、三位一體”基礎(chǔ)化學(xué)實驗改革

仇 丹, 房江華, 賈志艦, 楊春風(fēng), 王家榮, 李 穎, 高浩其

(寧波工程學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院， 浙江 寧波 315016)

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“科教融合、三位一體”基礎(chǔ)化學(xué)實驗改革

仇 丹, 房江華, 賈志艦, 楊春風(fēng), 王家榮, 李 穎, 高浩其

(寧波工程學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院， 浙江 寧波 315016)

為了借助基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)培養(yǎng)具有積極人生態(tài)度、工程專業(yè)素養(yǎng)和綜合應(yīng)用能力三種特質(zhì)的化工工程師后備人才，提出通過“科教融合、三位一體”改革充分發(fā)揮學(xué)院、教師和學(xué)生的積極性。將教師的科研活動和成果反哺教學(xué)實現(xiàn)“科教融合”。“三位一體”的實踐模式包括學(xué)院引導(dǎo)教師將科研融入教學(xué)、教師設(shè)計實施改革并從中受益、部分學(xué)生參與甚至主導(dǎo)教學(xué)過程。學(xué)院、教師和學(xué)生這三個群體在整合教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化常規(guī)教學(xué)和突出創(chuàng)新實驗的改革過程中為人才培養(yǎng)這個核心共同努力，使基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)水平有了顯著提高，取得了較好的教學(xué)效果。

基礎(chǔ)化學(xué)實驗； 化工工程師后備人才； 科教融合； 創(chuàng)新實驗

0 引 言

基礎(chǔ)化學(xué)實驗(無機及分析化學(xué)實驗、有機化學(xué)實驗和物理化學(xué)實驗)是化學(xué)化工專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，其任務(wù)是使學(xué)生掌握基礎(chǔ)化學(xué)實驗的基本操作技能、加深對化學(xué)基本理論的理解和提高運用專業(yè)知識解決實際問題的能力。在寧波工程學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中，基礎(chǔ)化學(xué)實驗分為三門課程，在第一和第二學(xué)年中完成教學(xué)任務(wù)。

自2010年寧波工程學(xué)院成為教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”(以下簡稱“卓越計劃”)首批試點院校以來，學(xué)校提出培養(yǎng)具有積極人生態(tài)度(Initiative)、工程專業(yè)素養(yǎng)(Industrial)和綜合應(yīng)用能力(Integrative)這三種特質(zhì)(3I)的工程師后備人才[1]。如何因地制宜培養(yǎng)大批能服務(wù)化工產(chǎn)業(yè)的工程人才，是擺在我們面前的重要課題。由于基礎(chǔ)化學(xué)實驗?zāi)苡行У嘏囵B(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決實際問題的能力[2]，因而我們認為通過對學(xué)生的基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)改革是實現(xiàn)化工專業(yè)學(xué)生3I特質(zhì)的重要途徑。

1 基礎(chǔ)化學(xué)實驗改革的背景

我校作為地方應(yīng)用性本科高校，很多實際情況制約著我們培養(yǎng)更多的人才特別是創(chuàng)新人才。首先是生師比過高，教師數(shù)量和質(zhì)量都顯不足；其次是辦學(xué)條件不足，可供培養(yǎng)創(chuàng)新人才的場地有限，教學(xué)實驗室與科研實驗室的數(shù)量矛盾突出。

目前化學(xué)工程與工藝專業(yè)每年招生約240人，分為6個教學(xué)班級。開設(shè)的基礎(chǔ)化學(xué)實驗包括三部分：無機及分析化學(xué)實驗在第一和第二學(xué)期完成，共計64學(xué)時17個實驗；有機化學(xué)實驗在第三學(xué)期完成，共計64學(xué)時13個實驗；物理化學(xué)實驗在第四學(xué)期完成，共計36學(xué)時9個實驗?，F(xiàn)有教學(xué)模式是在學(xué)生完成預(yù)習(xí)報告的基礎(chǔ)上，實驗課教師先用一定時間向?qū)W生講解實驗原理、實驗裝置的搭建、操作步驟、注意事項等，然后學(xué)生按教師和教材所講授的內(nèi)容“照方抓藥”進行實驗。完成實驗后寫出實驗報告，教師針對實驗操作和報告分別進行成績的評定。

現(xiàn)有的基礎(chǔ)化學(xué)實驗項目以驗證性實驗為主，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性缺乏，往往為實驗而實驗，以被動學(xué)習(xí)為主；學(xué)生之間交流相對較少，學(xué)生思考問題少，解決問題能力弱，在今后工作中不會靈活應(yīng)用實驗知識。學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力不足。此外，一般一個教師指導(dǎo)15～20個學(xué)生，在指導(dǎo)過程中教師對學(xué)生實驗操作的小細節(jié)難以發(fā)現(xiàn)，有些錯誤很難及時糾正[2]。

科教融合是指以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為前提，使科研與教學(xué)在形式和內(nèi)容上相互滲透而形成的人才培養(yǎng)的新路徑[3-4]。在此背景下，我們認為科教融合是解決困境的良方，如能把學(xué)院63名高水平教師的科研活動和成果反哺教學(xué)，應(yīng)能立竿見影[5]。

科教融合是建立在對科研與教學(xué)目標(biāo)一致性理解[6-7]的基礎(chǔ)上提出的，因此我們首先明確科研和教學(xué)的最終目的都是為了培養(yǎng)3I特質(zhì)的工程人才；科教融合是建立在對科研活動的多樣性理解之上提出的，是對科研和教學(xué)內(nèi)涵的擴充和延伸，因而我們需要時刻把握科研與教學(xué)相互服務(wù)、相互促進的宗旨；科教融合以發(fā)揮學(xué)生的主體性、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力[8]為目標(biāo)，是人才在特殊成長階段的特殊訓(xùn)練形式，在目前高等教育大發(fā)展的形勢下，只有讓學(xué)生真正發(fā)揮主觀能動性，才能破除高等教育面臨的困局。

基于基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)中的普遍問題[9-11]和我校的現(xiàn)實困難[12-13]對培養(yǎng)3I特質(zhì)化工人才的限制，我們探索與實踐了“科教融合、三位一體”基礎(chǔ)化學(xué)實驗改革的方案。簡而言之，就是改變以往單純依靠行政推動教學(xué)改革的做法，充分發(fā)揮學(xué)院、教師和學(xué)生的積極性，學(xué)院引導(dǎo)教師將科研融入教學(xué)，教師設(shè)計實施改革并從中受益，部分學(xué)生參與甚至主導(dǎo)教學(xué)過程，學(xué)院、教師和學(xué)生這三個群體為了人才培養(yǎng)這個核心一起努力，從而將基礎(chǔ)化學(xué)實驗成為培養(yǎng)3I特質(zhì)化工人才的重要戰(zhàn)場[14]。我們認為這是破解目前人才培養(yǎng)困境的有效手段，并具有普遍推廣價值。

2 “科教融合、三位一體”基礎(chǔ)化學(xué)實驗改革

2008年開始，化工學(xué)院開始探索團隊化培養(yǎng)化工創(chuàng)新人才的路徑和機制，目前已建立了近20個學(xué)生創(chuàng)新團隊，每年選拔30名左右學(xué)生作為教師的科研助手協(xié)助教師開展科研工作[15]。他們占同年級學(xué)生的10%～15%，是改革得以順利開展的重要前提。

2.1 實驗教學(xué)內(nèi)容的整合和優(yōu)化

針對基礎(chǔ)化學(xué)實驗分為無機及分析化學(xué)實驗、有機化學(xué)實驗和物理化學(xué)實驗教學(xué)的實際情況，整合為基礎(chǔ)化學(xué)實驗Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，分別在第二、三和四學(xué)期教學(xué)，減少了第一學(xué)期的兩個校區(qū)教學(xué)。整個教學(xué)環(huán)節(jié)保持164學(xué)時，其中基礎(chǔ)化學(xué)實驗Ⅰ在無機及分析化學(xué)實驗基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整，替換刪減部分實驗項目，學(xué)時調(diào)整為32～48學(xué)時；基礎(chǔ)化學(xué)實驗Ⅱ在有機化學(xué)實驗基礎(chǔ)上適當(dāng)調(diào)整，替換刪減部分實驗項目，學(xué)時調(diào)整為48～64學(xué)時；基礎(chǔ)化學(xué)實驗Ⅲ包括物理化學(xué)實驗和創(chuàng)新實驗，其中創(chuàng)新實驗在第三和第四學(xué)期實施，物理化學(xué)實驗在原有實驗項目基礎(chǔ)上做適當(dāng)調(diào)整，學(xué)時再做適當(dāng)壓縮，創(chuàng)新實驗根據(jù)情況設(shè)置5～10個，每個創(chuàng)新實驗計為6～8學(xué)時，均在各開放實驗室進行。

實驗項目的整合和優(yōu)化秉承聯(lián)系工程實踐、聯(lián)系科研實際的原則，摒棄陳舊落后的實驗，合并雷同的實驗，達到精簡高效的目的[16-17]?；A(chǔ)化學(xué)實驗Ⅰ著力突出實驗器皿和基本實驗操作的規(guī)范性，保留天平的使用、滴定分析、玻璃器皿校準(zhǔn)、基本實驗操作、分光光度法分析等實驗項目，再適當(dāng)增加2或3個制備和分析實驗，使學(xué)生具有基本的實驗操作技能和分析能力；基礎(chǔ)化學(xué)實驗Ⅱ強調(diào)實驗操作的規(guī)范和專業(yè)知識的綜合應(yīng)用，保留熔沸點測定、重結(jié)晶等實驗項目，再結(jié)合教師科研實際增加3～5綠色安全的制備實驗項目，使學(xué)生具有獨立的實驗技能；基礎(chǔ)化學(xué)實驗Ⅲ注重培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)理論的理解和應(yīng)用，突出對學(xué)生數(shù)據(jù)處理和實驗結(jié)果討論能力的培養(yǎng)，保留熱力學(xué)、動力學(xué)、相圖等基本實驗項目，減少驗證性實驗項目，同時在2個學(xué)期的創(chuàng)新實驗環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)的專業(yè)知識，去獨立完成完整的創(chuàng)新實驗，從實驗設(shè)計、實驗操作、實驗分析到完成報告，突出對學(xué)生3I特質(zhì)的培養(yǎng)。

2.2 常規(guī)實驗的改革與實踐

針對部分教師實驗教學(xué)經(jīng)驗欠缺的現(xiàn)狀，我們提出對學(xué)生實驗指導(dǎo)備課環(huán)節(jié)進行改革。實驗指導(dǎo)教師實行集體備課和集體預(yù)備實驗，對實驗的各個環(huán)節(jié)進行分析和研究，并由經(jīng)驗豐富的老教師剖析實驗過程，分析學(xué)生實驗可能出現(xiàn)的問題，提出解決問題的方法。

同時采用吸收部分學(xué)生(尤其是科研助手)參與教師的預(yù)備實驗，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際能力、動手能力和創(chuàng)新能力。學(xué)生在參與預(yù)實驗過程中，鼓勵學(xué)生提出自己的意見和想法，而不只是簡單的按部就班，同時采納學(xué)生的意見改進教學(xué)的具體方式方法。通過學(xué)生參與預(yù)備實驗，使教師能夠在備課時直接觀察到學(xué)生實驗過程中出現(xiàn)的問題，在講課時重點關(guān)注，以便更多學(xué)生能順利完成實驗。同時這部分學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)新性被極大地激發(fā)，有了更積極的學(xué)習(xí)態(tài)度[18]。

當(dāng)這部分學(xué)生再次與其他學(xué)生一起進行實驗時，他們有了更扎實的工程專業(yè)素養(yǎng)，可以幫助教師指導(dǎo)周邊的同學(xué)。學(xué)生和教師共同指導(dǎo)使實驗進行得更加順利，不少錯誤在萌芽階段就得到了有效地改正，學(xué)生實驗時間縮短。這種學(xué)生參與指導(dǎo)實驗的過程培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力、對實驗步驟掌握能力及學(xué)生之間的交流能力，從而在保障教學(xué)效果的同時更使這部分學(xué)生具有了較強的綜合應(yīng)用能力[19-21]。

參與指導(dǎo)的學(xué)生還可以參與到其他學(xué)生的成績評定上，幫助教師指出其他人實驗中存在的問題，培養(yǎng)學(xué)生的判斷和分析能力，使得實驗成績更符合實際情況，避免出現(xiàn)濫竽充數(shù)式的學(xué)生。

2.3 創(chuàng)新實驗的改革與實踐

教師通過對科研助手的培養(yǎng)，使其具備了較高的創(chuàng)新能力。對于在課題研究中相對成熟的實驗項目，科研助手在實際研究中已獨立完成多次，具備了指導(dǎo)實驗的能力。

結(jié)合教師的科研實際，我們著力挖了掘5～10個創(chuàng)新實驗，既緊貼科研前沿，又注重對學(xué)生專業(yè)核心知識和技能的培養(yǎng)。如開設(shè)的辛烯基琥珀酸淀粉酯的合成實驗，以天然淀粉和食品級的辛烯基琥珀酸酐為原料，在水相體系中將辛烯基琥珀酸酐滴加到淀粉乳中，控制pH值為堿性，最后過濾、洗滌得到樣品。這是一個典型的酯化反應(yīng)，但卻以水和綠色安全的反應(yīng)物代替了有機溶劑，增加了反應(yīng)的安全性，并且反應(yīng)的控制因素更加多，除了反應(yīng)物的配比和溫度，這個簡單的酯化反應(yīng)還受到溫度、轉(zhuǎn)速、pH值的多重影響，對學(xué)生的實驗操作技能和分析問題能力提出了很高的要求。得到產(chǎn)品后，用滴定法計算樣品的取代度，應(yīng)用基礎(chǔ)化學(xué)實驗Ⅰ學(xué)習(xí)的滴定法原理，需要獨立實驗操作并進行計算。最后的實驗報告要求對實驗過程和結(jié)果進行系統(tǒng)梳理，需要學(xué)生具有扎實的化學(xué)理論知識和較強的數(shù)據(jù)處理及文字組織能力。

在化工學(xué)院教師的眾多科研項目中篩選確定創(chuàng)新實驗后，由各教師的開放實驗室搭建1～2套實驗裝置，并由學(xué)院提供必備的實驗試劑盒器材，在實際實驗過程中均由學(xué)生獨立在各開放實驗室完成，由教師和科研助手共同指導(dǎo)。同時學(xué)院搭建一個選課平臺，開設(shè)了網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)，由學(xué)生選擇申報創(chuàng)新實驗項目和時間，再由學(xué)院和教師一起安排實驗日程。由于教師除了指導(dǎo)科研助手完成課題研究外，還常年指導(dǎo)畢業(yè)論文的研究工作，因此開放實驗室原則上是可以全天候開放的(包括周末和晚上)，這樣每個開放式實驗室每學(xué)期至少能承擔(dān)224人次的實驗(按每個實驗室1套裝置，每天2人次，每學(xué)期16周112天計算)，1年就能承擔(dān)近500人次的實驗任務(wù)，而同期一屆學(xué)生總共只有240人，因此完全能滿足實驗需要。

創(chuàng)新實驗的指導(dǎo)書整理、實驗準(zhǔn)備和實驗指導(dǎo)全程都有教師科研助手的參與，這極大地激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)積極性，并能帶動其他學(xué)生在進入開放實驗室時受到感染；創(chuàng)新實驗的過程減少了教師手把手的指導(dǎo)，更多的是要求學(xué)生最大限度地發(fā)揮主觀能動性，在開放的場合和1對1的場景下，可以更無拘束地討論研究實驗的本身問題，同樣能大幅塑造學(xué)生積極的人生態(tài)度；創(chuàng)新實驗的實踐和指導(dǎo)過程，需要運用大量的專業(yè)知識和專業(yè)技能，適當(dāng)時還需檢索學(xué)科前沿的學(xué)術(shù)文獻，并且創(chuàng)新實驗本身就來自于實際的工程項目或前沿的科研課題，會幫助培養(yǎng)學(xué)生的工程專業(yè)素養(yǎng)和綜合應(yīng)用能力。

創(chuàng)新實驗部分的考核以學(xué)生的實驗過程和結(jié)果為基礎(chǔ)，現(xiàn)場指導(dǎo)的科研助手出具第一手的考核意見，指導(dǎo)教師在根據(jù)自身判斷和實驗報告的質(zhì)量給予評分，待第四學(xué)期期末，將1年來所有參與某項創(chuàng)新實驗的學(xué)生成績匯總后上交，在基礎(chǔ)化學(xué)實驗Ⅲ的成績中得以體現(xiàn)。

3 結(jié) 語

基礎(chǔ)化學(xué)實驗的教學(xué)改革緊緊圍繞科教融合的教學(xué)理念，以“三位一體”的方式充分發(fā)揮學(xué)院、教師和學(xué)生的積極性，整合優(yōu)化現(xiàn)有的實驗教學(xué)項目，提出創(chuàng)新實驗作為常規(guī)實驗的有益補充；在教學(xué)過程中提倡學(xué)生參與教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性；整個實驗教學(xué)以集中實驗和分散獨立實驗相結(jié)合，處處體現(xiàn)對學(xué)生3I特質(zhì)的培養(yǎng)。

本改革的實施有效地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實踐能力和創(chuàng)新能力，取得了豐碩的成果。自2011年實施改革以來，學(xué)生在省級以上學(xué)科競賽中累計獲獎逾200項，有47人考入985、211工程高?；虺鰢?，學(xué)生作為第一作者在各級期刊上發(fā)表科技論文70余篇，其中SCI論文12篇。

[1] 洪曉波, 周國權(quán), 房江華,等. 卓越工程師工程能力培養(yǎng)的六大原則[J]. 教育探索, 2012(11): 56-58.

[2] 房江華, 官 梅, 胡敏杰,等. 有機化學(xué)實驗教學(xué)方式的探索與改革[J]. 寧波大學(xué)學(xué)報, 2010, 32(5): 16-18.

[3] 孫 菁. 科教融合：創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新路徑[J]. 教改縱橫, 2012(17): 32-34.

[4] 涂自力. 論科教融合中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]. 中國高?？萍? 2012(10): 43-44.

[5] 張中強, 唐 翔, 蔣 艷. 基于科研反哺教學(xué)理念的高?？平倘诤蠙C制研究[J]. 教育探索, 2014(1): 79-80.

[6] 李 晨. 高校科教融合的改革和動力[J]. 理論縱橫, 2014(22): 31-33.

[7] 鳳天宏. 科教融合主導(dǎo)下大學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]. 教育教學(xué)論壇, 2014(48): 177-179.

[8] 馬龍海, 藍寶江. 科教融合培養(yǎng)本科生科研能力[J]. 中國高校科技, 2012(3): 42-44.

[9] 曾秀瓊, 何巧紅, 趙華絨,等. 大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實驗(G)課程的調(diào)查分析[J]. 大學(xué)化學(xué), 2007, 22(5): 8-10.

[10] 孔春霞. 大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)改革的探索[J]. 江蘇教育學(xué)院學(xué)報, 2007, 24(3): 112-113.

[11] 楊秀平, 梁永民. 大學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)改革與創(chuàng)新[J]. 高等理科教育, 2008(5): 109-112.

[12] 胡愛珠, 楊建平, 仇 丹,等. 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的物理化學(xué)教學(xué)探討[J]. 寧波工程學(xué)院學(xué)報, 2012, 24(2): 97-100.

[13] 仇 丹, 胡愛珠. 物理化學(xué)人性化教學(xué)的改革與實踐[J]. 寧波工程學(xué)院學(xué)報, 2009, 21(4): 89-92.

[14] 牛海軍, 白續(xù)鐸, 張艷紅. 實驗教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力探討[J]. 高教研究, 2012, 33(11): 1495-1496.

[15] 張水潮, 楊仁法, 宛 巖. 應(yīng)用型本科院?！翱平倘诤稀苯虒W(xué)模式研究[J]. 中國科技博覽, 2014(26): 123-124.

[16] 王仁國, 趙茂俊, 張云松,等. 基礎(chǔ)化學(xué)實驗改革的反思[J]. 教育探索, 2010, 27(8): 132-134.

[17] 吳永蘭, 文耀智, 李廣利. 基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)改革與大學(xué)創(chuàng)新性實驗研究[J]. 湖南科技學(xué)院學(xué)報, 2013， 34(1): 188-189.

[18] 周建敏, 黃 敏, 黃艷仙. 研究型化學(xué)實驗的探索與實踐[J]. 化工高等教育, 2012(1): 44-46.

[19] 楊守潔. 基礎(chǔ)化學(xué)實驗緒論課教學(xué)探討與實踐[J]. 廣州化工, 2014, 42(20): 237-238.

[20] 萬 堅, 宋丹丹, 涂海洋,等. 在基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)實踐中培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)[J]. 實驗技術(shù)與管理， 2012, 29(5): 166-167.

[21] 聶 麗, 張 強, 胡 蕾,等. 基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程體系構(gòu)建與實踐[J]. 廣州化工, 2012, 40(20): 163-164.

Reform of Fundamental Chemistry Experiments by Combination of Education and Research Training and Trinity System

QIUDan,FANGJiang-hua,JIAZhi-jian,YANGChun-feng,WANGJia-rong,LIYing,GAOHao-qi

(School of Chemical Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315016, China)

The initiative, industrial and integrative reserved talents of chemical engineering were trained during the reform of fundamental chemistry experiments. School, teacher and student were encouraged by the combination of education and research training, and trinity system. Teacher’s research was applied in experimental teaching. The trinity system included that school suggested that teachers applied research into teaching, teachers designed and implemented reform and also benefited from the reform, students participated and even lead the teaching process. Through integration of teaching content, optimizing routine teaching and highlighting innovative experiments, the teaching level of fundamental chemistry experiment was significantly improved, and the personnel training was accomplished by school, teachers and students.

basic chemistry experiment; reserved talents of chemical engineering; combination of education and research training; innovative experiment

2014-12-08

浙江省自然科學(xué)基金(LQ12B06001);寧波市自然科學(xué)基金(2013A610084)； 浙江省高等教育課堂教學(xué)改革研究項目(kg2013449)

仇 丹(1981-)，男，浙江奉化人，博士，副教授，化工學(xué)院副院長，主要從事精細化工研究與教學(xué)。

Tel.：13777071419; E-mail：qiudan_zju@163.com

G 642.423

A

1006-7167(2015)11-0159-03