依托已有科研成果，促進本科實踐教學(xué)改革

馮艷艷，楊 文，王桂霞

(桂林理工大學(xué) 化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

本科實踐教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要環(huán)節(jié)，是鞏固基礎(chǔ)理論知識和加深對基礎(chǔ)理論認識的有效途徑，是理論聯(lián)系實際的重要平臺，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、提高學(xué)生的實踐動手能力和綜合素質(zhì)方面具有特別的作用，有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高[1-2]?；瘜W(xué)工程與工藝是一門實踐性較強的學(xué)科。作為化學(xué)工程與工藝專業(yè)的本科生，除了掌握相關(guān)基礎(chǔ)理論知識外，還必須具備化工相關(guān)的基本實驗過程的動手能力和解決實際問題的能力?；ぞC合實驗作為化學(xué)工程與工藝的專業(yè)必修課，其對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維及動手能力有著十分重要的作用。另外，針對化工材料制備技術(shù)及制備工藝的快速發(fā)展，學(xué)生非常有必要跟得上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展步伐，掌握最新的實驗技能技術(shù)和表征測試技術(shù)，加強創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。然而目前，化工綜合實驗以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力、創(chuàng)新能力的綜合性實驗較少，部分實驗教學(xué)內(nèi)容相對陳舊，缺乏新穎性，不能很好地激發(fā)學(xué)生的興趣、調(diào)動學(xué)生的積極性，更不用說發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性。高校教師的科研成果是非常寶貴的潛在實驗教學(xué)資源。所以，如何將高校教師的科研成果優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為綜合性實踐教學(xué)資源，讓教師已有的科研成果及時反應(yīng)到本科教學(xué)實踐中，以實現(xiàn)科研反哺教學(xué)及教學(xué)和科研的相互促進和協(xié)調(diào)發(fā)展，是大學(xué)本科教學(xué)改革中迫切需要解決的問題[1，3-4]。為此，為了提高學(xué)生的實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生具備基本的科研素養(yǎng)，結(jié)合化工綜合實驗的教學(xué)實際情況，我們探索了將已有的科研成果"生物質(zhì)基多孔炭的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用"轉(zhuǎn)化為本科生化工綜合實驗的一部分教學(xué)內(nèi)容。希望通過這種形式，能夠把科研工作的研究熱點和最新進展、國內(nèi)外上相關(guān)研究的最新內(nèi)容及時轉(zhuǎn)化到實踐教學(xué)中，使實踐教學(xué)的內(nèi)容具有前沿性、新穎性和挑戰(zhàn)性。這對學(xué)生實踐動手能力、分析和解決問題的能力及創(chuàng)新意識的培養(yǎng)起到了積極的作用。

1 實驗內(nèi)容和安排

為了引起學(xué)生的實驗興趣、充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，實驗內(nèi)容必須具備前沿性、新穎性、挑戰(zhàn)性和實用性。因此，結(jié)合廣西地區(qū)特色，實驗選取已有的科研成果"生物質(zhì)基多孔炭的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用"作為本科生大四化工綜合實驗的一部分教學(xué)內(nèi)容。隨著生活水平的提高，人們對移動電子產(chǎn)品和電動交通工具的需求也越來越多，但伴隨石化燃料的日益枯竭和全球氣候變暖的問題，使得人類不得不尋求綠色環(huán)保的清潔能源和環(huán)境友好的高功率儲能設(shè)備。超級電容器因其高的功率密度、長的循環(huán)壽命和簡單易懂的工作原理等優(yōu)點而備受關(guān)注。在對超級電容器的研究工作中，主要集中在電極材料的開發(fā)方面。所以，以南方地區(qū)資源豐富的生物質(zhì)谷殼為碳源，通過高溫化學(xué)活化法將廉價的生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫滋?/p>

超級電容器電極材料，從而實現(xiàn)生物質(zhì)資源的有效利用，并且有力推進新能源材料的發(fā)展。

1.1 實驗流程的設(shè)計

在化工綜合實驗整個過程中，學(xué)生需要根據(jù)實驗?zāi)康牟殚喯嚓P(guān)的資料→設(shè)計實驗方案，完成實驗預(yù)習(xí)報告→項目的實施(化學(xué)活化法制備樣品及樣品電極)→樣品的表征和電化學(xué)性能測試→整理表征結(jié)果及性能測試數(shù)據(jù)→分析樣品的結(jié)構(gòu)形貌與性能之間的關(guān)系→撰寫實驗報告等，使學(xué)生作為主體經(jīng)歷科研基本素質(zhì)訓(xùn)練的全過程。學(xué)生每4人一組，實驗以生物質(zhì)谷殼為碳源、采用化學(xué)活化法通過改變活化溫度和活化時間及氫氧化鉀的用量來制備不同結(jié)構(gòu)形貌的多孔炭材料。采用掃描電鏡和低溫氮氣吸附脫附表征手段來分析材料的形貌結(jié)構(gòu)，繼而研究所得多孔炭作為超級電容器電極材料的電化學(xué)性能。

1.2 實驗計劃的實施

結(jié)合既定實驗?zāi)繕?biāo)，學(xué)生查閱相關(guān)的文獻資料，了解實驗中涉及的相關(guān)概念，熟悉超級電容器電極材料的一般制備方法和性能測試過程，在至少通讀15篇文獻的基礎(chǔ)上制定實驗方案；根據(jù)實驗方案，進行樣品及樣品電極的制備；樣品及樣品電極制備好后，進行表征分析及電化學(xué)性能測試；最后進行數(shù)據(jù)分析處理和實驗報告的撰寫。在實驗過程中，學(xué)生可以根據(jù)具體的實驗進程適時調(diào)整實驗方案。表征測試以掃描電鏡和低溫氮氣吸附脫附為主，電化學(xué)性能通過上海辰華儀器有限公司的CHI660E型電化學(xué)工作站在6 M氫氧化鉀電解液中進行測試，采用三電極測試系統(tǒng)，以甘汞電極作為參比電極、石墨片作為對電極。

2 科研成果轉(zhuǎn)化為實踐教學(xué)的特點

(1)化工綜合實驗是針對大四本科生開設(shè)的課程，將科研成果“生物質(zhì)基多孔炭的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用”轉(zhuǎn)化為該課程的一部分教學(xué)內(nèi)容，有一定的可行性。學(xué)生在大學(xué)前三年形成的專業(yè)知識體系基礎(chǔ)上，用到了很多已學(xué)過的知識，在內(nèi)容上除了相關(guān)基礎(chǔ)理論知識之外，還涉及到掃描電鏡分析技術(shù)、低溫氮氣吸附脫附分析技術(shù)、材料的電化學(xué)性能測試實驗等。通過本科研成果的轉(zhuǎn)化，學(xué)生對所學(xué)的內(nèi)容進行了系統(tǒng)的總結(jié)，參與到了科研基本素質(zhì)訓(xùn)練的全過程，進行了理論知識和實驗技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，提高了學(xué)習(xí)的主動性，不斷增強創(chuàng)新意識，促進了科研素質(zhì)和實踐能力的培養(yǎng)，為后期畢業(yè)設(shè)計及論文打下了良好的基礎(chǔ)。

(2)實踐教學(xué)必須與科學(xué)研究熱點緊密結(jié)合，與時俱進，關(guān)注社會需求，注重教學(xué)內(nèi)容的前沿性、新穎性和實用性[2]。根據(jù)學(xué)生的實際情況選擇恰當(dāng)?shù)膶嶒炚n題。選題太難容易讓學(xué)生望而生怯，失去學(xué)習(xí)的興趣，不利于學(xué)生積極性和創(chuàng)造性的發(fā)揮，課題太簡單雖然容易實現(xiàn)，但是不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的提高[4]。

(3)依托學(xué)院已有的大型儀器設(shè)備，將科研成果優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為本科實踐教學(xué)資源，學(xué)生在此過程中可以了解化工相關(guān)材料的一般制備技術(shù)、基本表征方法及電化學(xué)性能測試方法，有機會接觸到各種先進的大型儀器設(shè)備[1]。

(4)選題要注重學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展，滿足學(xué)生的多方位需求，最好是既能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，又能滿足學(xué)生的現(xiàn)實需求，有利于學(xué)生就業(yè)。將"生物質(zhì)基多孔炭的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用"轉(zhuǎn)化為實踐教學(xué)內(nèi)容，同時滿足了以上兩個要求，此外，還對學(xué)生的實踐動手能力、分析和解決問題的能力起到了積極的作用。

3 取得的成果

將已有的科研成果"生物質(zhì)基多孔炭的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用"轉(zhuǎn)化為大四本科生化工綜合實驗，目前已有1屆學(xué)生進行了實驗，并且得到了學(xué)生們廣泛的歡迎和認同，實驗效果良好。通過科研成果轉(zhuǎn)化，學(xué)生比較系統(tǒng)地了解了超級電容器電極材料用碳材料的一般制備過程，掌握了材料電化學(xué)性能的測試方法，培養(yǎng)了基本的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。在實驗過程中，學(xué)生們自己動手實踐，獨立思考，遇到難題能夠團隊討論并協(xié)作解決，充分發(fā)揮了主觀能動性，學(xué)習(xí)的興趣和積極性大大提高，學(xué)生的動手能力、數(shù)據(jù)處理能力明顯提高，從而具備了初步的科研實踐能力。

[1] 吳 音,劉蓉翾,李亮亮.科研成果轉(zhuǎn)化為綜合性實驗教學(xué)探索[J].實驗技術(shù)與管理,2016,33(8):162-164.

[2] 成協(xié)設(shè),徐躍進,王春潮.實踐教學(xué)在研究型大學(xué)建設(shè)中重要性的探討[J].實驗室科學(xué),2010,13(1):186-188.

[3] 扈 旻,鄧北星,馬曉紅,等.科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)內(nèi)容的探索與實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2012,29(10):21-23.

[4] 曹小華,喻國貞,雷艷紅,等.科研成果轉(zhuǎn)化為綜合性、設(shè)計性實驗的教學(xué)探索與實踐[J].化學(xué)教育, 2009, 30(11): 15-16.