以科研促進(jìn)“化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式改革的探索與實(shí)踐

孫麗萍+趙輝+李強(qiáng)

摘 要：文章從當(dāng)前大學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，充分發(fā)揮高校科研優(yōu)勢(shì)，以教師科研項(xiàng)目為基礎(chǔ)，從知識(shí)、能力、素質(zhì)三個(gè)角度出發(fā)，構(gòu)建科研促進(jìn)教學(xué)的新模式，并提出了以科研促進(jìn)“化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)改革的方案，即分析了科研促進(jìn)教學(xué)實(shí)踐的實(shí)際成效，旨在為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的改革提供參考。

關(guān)鍵詞：化學(xué)；綜合實(shí)驗(yàn)；教學(xué)模式

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-4107（2017）06-0001-02

“提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力”是新世紀(jì)人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)。從事化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的高校教師應(yīng)當(dāng)將綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿于整個(gè)教學(xué)工作中，將理論知識(shí)的傳授和實(shí)踐能力的訓(xùn)練有機(jī)融合[1-2]?！盎瘜W(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”課程的設(shè)置恰能符合這一人才培養(yǎng)方向。綜合實(shí)驗(yàn)不僅是化學(xué)理論知識(shí)、方法原理的綜合，而且是實(shí)驗(yàn)手段、實(shí)驗(yàn)基本操作技能、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的綜合。近年來(lái)，各大院校均對(duì)“化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”課程的設(shè)置進(jìn)行了整合與更新，優(yōu)化了課程知識(shí)結(jié)構(gòu)，追蹤科技前沿，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。在此形勢(shì)下，以科研促進(jìn)教學(xué)顯示出了不可忽視的作用。在黑龍江大學(xué)化學(xué)學(xué)科教研人員的科研水平逐步提高的背景下，學(xué)院提倡將教師的科研課題引入到“化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)中，以科研促教學(xué)，以教學(xué)輔助科研。學(xué)生在課程中不但體驗(yàn)到了科學(xué)研究的基本思路和過(guò)程，還學(xué)習(xí)和觀摩了一些大型、先進(jìn)科學(xué)儀器的操作與維護(hù)，這既培養(yǎng)了他們科學(xué)的思維方式又鍛煉了他們實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和刻苦鉆研的科學(xué)作風(fēng)。

一、以科研促進(jìn)“化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式改革的方案設(shè)計(jì)

（一）合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

合理地設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不斷更新先進(jìn)、新穎的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)理念的完美體現(xiàn)，也是響應(yīng)國(guó)家關(guān)于“抓緊建立更新教學(xué)內(nèi)容的機(jī)制，加強(qiáng)課程的綜合性和實(shí)踐性，重視實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際操作能力”號(hào)召的必要措施[3]。首先，針對(duì)“化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)特點(diǎn)，教師應(yīng)根據(jù)自己的科研方向，結(jié)合當(dāng)前的研究熱點(diǎn)確定合適的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的研究成果必須是成熟的科研成果，確保實(shí)驗(yàn)整體的科學(xué)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性和先進(jìn)性。為此，結(jié)合學(xué)生的知識(shí)背景和化學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，我們圍繞教師承擔(dān)的國(guó)家以及省部級(jí)科學(xué)基金項(xiàng)目，衍生出相應(yīng)的綜合性實(shí)驗(yàn)。例如，作者多年來(lái)一直從事固體電化學(xué)及器件方面的科研工作，研究課題涉及了固體氧化物燃料電池（SOFC）相關(guān)材料的合成與性質(zhì)研究。因此選擇課題中實(shí)驗(yàn)方法比較成熟的一部分開(kāi)發(fā)為“化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”課程內(nèi)容。我們?cè)O(shè)立了綜合實(shí)驗(yàn)“固體電解質(zhì)納米粉的制備、陶瓷成型及離子電導(dǎo)率的測(cè)試”。固體氧化物燃料電池以其發(fā)電效率高、能量密度大、燃料使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。電解質(zhì)作為SOFC的主要組成部分之一，其主要作用是在陰極、陽(yáng)極之間傳遞氧離子和對(duì)燃料及氧化劑的有效隔離。目前Y2O3穩(wěn)定的ZrO2（YSZ）是SOFC中研究最熱、利用最廣泛的電解質(zhì)材料。YSZ的離子電導(dǎo)率不僅與摻雜濃度有關(guān)，而且還與粉體的制備工藝、燒結(jié)密度密切相關(guān)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)課程的完成過(guò)程，既讓學(xué)生領(lǐng)略了新能源領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，了解了新型綠色能源的研究背景和重要意義，又讓他們學(xué)習(xí)了固體氧化物燃料電池的工作原理及對(duì)其相關(guān)部件的要求和發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)還了解了電解質(zhì)材料的制備工藝對(duì)其離子電導(dǎo)率等相關(guān)性能的影響，又讓學(xué)生從全方位角度領(lǐng)會(huì)和理解了新型燃料電池材料研發(fā)人才應(yīng)該具備的知識(shí)和技能以及燃料電池關(guān)鍵材料開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)狀態(tài)。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，我們還在實(shí)驗(yàn)中安排一些自由設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，比如在陶瓷成型和燒結(jié)工藝環(huán)節(jié)中，學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)和操作來(lái)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與討論得出一些非預(yù)見(jiàn)性的結(jié)論，從中引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

（二）詳盡介紹課題，開(kāi)展資料調(diào)研，學(xué)生制定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告

作為科研成果轉(zhuǎn)化成具體綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)過(guò)程的主導(dǎo)者，教師應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)開(kāi)展之前給學(xué)生詳細(xì)地介紹課題研究的意義和背景。盡量將學(xué)生掌握的理論知識(shí)結(jié)合起來(lái)講解實(shí)驗(yàn)相關(guān)原理和內(nèi)容，拓展知識(shí)面，讓學(xué)生充分感受理論學(xué)習(xí)的重要性，提高學(xué)以致用的積極性。同時(shí)提出實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)等，并提出一些與實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵內(nèi)容有關(guān)的問(wèn)題，布置學(xué)生自主查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料和書(shū)籍，制定詳細(xì)合理的實(shí)驗(yàn)方案。通過(guò)查閱的資料并經(jīng)過(guò)分析和討論，學(xué)生整理出詳盡的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告，內(nèi)容應(yīng)該包含以下內(nèi)容：研究背景和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、實(shí)驗(yàn)的目的和意義、實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方案和具體實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論（包括數(shù)據(jù)記錄與處理以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析討論）。教師要認(rèn)真審閱學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告，保證實(shí)驗(yàn)方案的合理性和可行性。對(duì)不符合要求的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告教師要及時(shí)與學(xué)生討論并做出完善和修改。對(duì)于有些學(xué)生的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)要尊重其想法并在實(shí)驗(yàn)條件允許的情況下合理地布置實(shí)施。整個(gè)文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，不但使學(xué)生掌握了基本的文獻(xiàn)檢索和調(diào)研手段而且促進(jìn)了學(xué)生將理論課程知識(shí)與實(shí)踐的橫向聯(lián)系，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生進(jìn)行科研的主觀能動(dòng)性。有效避免了以往照方抓藥，學(xué)生不動(dòng)腦思考的弊端，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)[4]。

（三）建立健全儀器設(shè)備使用與管理制度

綜合實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生具有安排與開(kāi)展專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的綜合能力，在此階段的學(xué)生經(jīng)過(guò)了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)對(duì)基本實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力的訓(xùn)練，更要將理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)驗(yàn)過(guò)程，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，感悟科研的真諦。在此過(guò)程中，2—3人一組的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ郊纫蟠蠹矣歇?dú)立自主的動(dòng)手能力，又要求他們發(fā)揚(yáng)團(tuán)隊(duì)精神，協(xié)作精神，集思廣益，討論問(wèn)題，解決問(wèn)題，保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

“化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”課程開(kāi)展中大型表征和測(cè)試儀器的使用是保證實(shí)驗(yàn)順利完成的必要因素之一。由科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化而來(lái)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目往往用到的是項(xiàng)目指導(dǎo)教師課題組或者專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)儀器和設(shè)備。教師在學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)之前應(yīng)當(dāng)帶領(lǐng)學(xué)生參觀實(shí)驗(yàn)室，把需要用到的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備的用途、操作規(guī)程做介紹，必要的項(xiàng)目需要親自示范操作。比如，在“固體電解質(zhì)納米粉的制備、陶瓷成型及離子電導(dǎo)率的測(cè)試”實(shí)驗(yàn)中教師需要事先為學(xué)生講解并且示范陶瓷壓片模具的使用方法、高溫爐的使用方法和電化學(xué)工作站的測(cè)試方法。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室或者實(shí)驗(yàn)中心應(yīng)當(dāng)做好儀器設(shè)備開(kāi)放使用的安排，并且加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室管理，建立健全實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度，制定儀器設(shè)備具體操作規(guī)程和管理措施以保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利完成。

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過(guò)程中，學(xué)生要按照設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)路線認(rèn)真操作，記錄好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。教師全程跟蹤指導(dǎo)，在學(xué)生遇到問(wèn)題的時(shí)候引導(dǎo)釋疑，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)[5]。

（四）按照科技論文標(biāo)準(zhǔn)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯報(bào)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)是對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的現(xiàn)象和結(jié)果的綜合分析與討論，是最能體現(xiàn)學(xué)生分析和總結(jié)能力的環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)中，我們摒棄過(guò)去固定模式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告形式，要求學(xué)生以科技論文的形式完成數(shù)據(jù)討論與總結(jié)，對(duì)數(shù)據(jù)的處理不再是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)羅列和圖形展示，要從中總結(jié)和歸納數(shù)據(jù)變化規(guī)律，與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中的理論預(yù)期相對(duì)照，解釋現(xiàn)象和原因，做到環(huán)環(huán)相扣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論推導(dǎo)相互驗(yàn)證。完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)之后，每一名學(xué)生還要對(duì)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行匯報(bào)和答辯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的口頭匯報(bào)及答辯不僅極大地提高了學(xué)生的學(xué)術(shù)交流能力，也是對(duì)以往綜合實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方式的重要改革。我們將綜合實(shí)驗(yàn)的成績(jī)?cè)u(píng)定分成幾大部分，前期文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程以及報(bào)告撰寫(xiě)與答辯各占不同比例，重點(diǎn)落在實(shí)驗(yàn)過(guò)程和報(bào)告撰寫(xiě)與答辯上。公開(kāi)匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的方式既體現(xiàn)了成績(jī)?cè)u(píng)定的公平性，又有效避免了同組學(xué)生報(bào)告雷同的現(xiàn)象。同時(shí)，對(duì)于優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)論文，可以讓學(xué)生進(jìn)一步完善并推薦其在校級(jí)以上級(jí)別的刊物上發(fā)表，激發(fā)學(xué)生做科研的成就感[6]。

二、以科研促進(jìn)“化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式改革的效果分析

依托于學(xué)校的科研學(xué)術(shù)背景，挑選合適的科研項(xiàng)目?jī)?nèi)容轉(zhuǎn)化為“化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”教學(xué)內(nèi)容有效地保證了課程內(nèi)容的先進(jìn)性和實(shí)踐性。產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的方式將學(xué)科的發(fā)展新動(dòng)態(tài)迅速融入課堂，激發(fā)了學(xué)生對(duì)科研的興趣和熱情。強(qiáng)化了學(xué)生的理論課程知識(shí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)科之間的交叉與滲透，拓展知識(shí)面，提高學(xué)生的理論知識(shí)掌握水平。在整個(gè)科研項(xiàng)目化的綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練過(guò)程當(dāng)中，學(xué)生通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研的環(huán)節(jié)鍛煉了對(duì)文獻(xiàn)知識(shí)的梳理和內(nèi)化重構(gòu)，提高了科研思維的能力和水平。還學(xué)會(huì)了一些大型儀器設(shè)備的使用和操作，培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、完成實(shí)驗(yàn)、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。分組式的上課模式培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作精神，為今后的工作和學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告論文的撰寫(xiě)和口頭宣講過(guò)程不但培養(yǎng)了學(xué)生的綜合分析能力更促進(jìn)了學(xué)生科研溝通與交流的能力，科學(xué)的考核和評(píng)價(jià)體系實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的知識(shí)考核和創(chuàng)新能力素質(zhì)考核的有機(jī)結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。

“化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”是訓(xùn)練化學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的拔高過(guò)程，有效地利用教師科研優(yōu)勢(shì)，以科研促教學(xué)，教學(xué)助科研，不斷整合和更新教學(xué)內(nèi)容，追蹤現(xiàn)代科技發(fā)展前沿，注重課程的先進(jìn)性、實(shí)踐性和綜合性，以培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)為目標(biāo)，走教學(xué)與科研相結(jié)合的道路，為學(xué)生素質(zhì)和能力的培養(yǎng)提供了新的途徑。

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