以“三三制”驅(qū)動的綜合化學(xué)實(shí)驗課程建設(shè)

章文偉，張 暉，奚忠華，孔璇鳳

（南京大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 化學(xué)國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心，江蘇 南京 210023）

早在20世紀(jì)80年代后期，我國著名化學(xué)教育家戴安邦先生就提出了全面化學(xué)教育的理念，即：“全面的科學(xué)教育要求教學(xué)既傳授知識和技術(shù)，更訓(xùn)練科學(xué)思維和方法，還培養(yǎng)科學(xué)精神和品德?；瘜W(xué)實(shí)驗課是實(shí)施全面化學(xué)教育的一種最有效的教學(xué)形式”[1]。為了更好地實(shí)施全面化學(xué)教育理念，克服專業(yè)劃分過細(xì)造成學(xué)生知識面較窄的不足，我校于1997年取消了原本在高年級本科生中針對不同專業(yè)開設(shè)的無機(jī)、有機(jī)、分析、物化、高分子等各二級學(xué)科的專門化學(xué)實(shí)驗，取而代之以綜合化學(xué)實(shí)驗，目的就是為了能夠在化學(xué)一級學(xué)科層面上培養(yǎng)更加全面的化學(xué)人才。該課程的開設(shè)，在開闊學(xué)生的視野、拓寬學(xué)生的知識面、調(diào)動學(xué)生的主觀能動性、全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力等諸多方面發(fā)揮了重要作用[2-6]，并取得了階段性成果。該課程于2009年被評為“國家級精品課程”。

2009年，我校提出了“三三制”本科教學(xué)改革方案，即：本科生在大學(xué)4年，依次經(jīng)過大類培養(yǎng)、專業(yè)培養(yǎng)、多元培養(yǎng)3個階段，給予學(xué)生更多的自主選擇權(quán)；學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好，選擇學(xué)術(shù)專業(yè)、交叉復(fù)合、就業(yè)創(chuàng)業(yè)3條不同的途徑作為自己今后的發(fā)展方向[7-8]。我?；瘜W(xué)國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心根據(jù)學(xué)校這一本科教學(xué)改革方案和人才培養(yǎng)規(guī)律，結(jié)合各門實(shí)驗課程的不同特點(diǎn)，提出在“三三制”不同培養(yǎng)階段，對學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)將各有側(cè)重、循序漸進(jìn)：大類培養(yǎng)和基本專業(yè)培養(yǎng)主要在大一大二階段的大學(xué)化學(xué)實(shí)驗、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗、儀器分析實(shí)驗和物理化學(xué)實(shí)驗等4大基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗中進(jìn)行，大三的綜合化學(xué)實(shí)驗則更多地?fù)?dān)負(fù)起化學(xué)學(xué)科本科生專業(yè)提升和多元培養(yǎng)的重任，培養(yǎng)學(xué)生綜合扎實(shí)的專業(yè)實(shí)踐能力和跨學(xué)科交叉復(fù)合的跨界實(shí)踐能力。近幾年，根據(jù)化學(xué)學(xué)科的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以及我?；瘜W(xué)本科生的特點(diǎn)，對綜合化學(xué)實(shí)驗課程進(jìn)行了再建設(shè)。

1 建設(shè)思路

根據(jù)“三三”制本科教學(xué)改革精神，為了更好地培養(yǎng)學(xué)術(shù)專業(yè)類、交叉復(fù)合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類人才，著眼于化學(xué)學(xué)科的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并結(jié)合南京大學(xué)化學(xué)專業(yè)學(xué)生本科畢業(yè)后的去向（出國留學(xué)、國內(nèi)深造、就業(yè)創(chuàng)業(yè)約各占三分之一），提出了綜合化學(xué)實(shí)驗課程的建設(shè)思路，即：“三三”結(jié)合、重點(diǎn)建設(shè)、協(xié)調(diào)發(fā)展。首先，化學(xué)學(xué)科本身的發(fā)展日新月異，因此要繼續(xù)保持化學(xué)這一學(xué)科的傳統(tǒng)優(yōu)勢教學(xué)，緊跟學(xué)科發(fā)展步伐，不斷完善學(xué)術(shù)專業(yè)類實(shí)驗項目建設(shè)；其次，由于化學(xué)與生物、材料、環(huán)境等日益交叉融合，因此，要重點(diǎn)加強(qiáng)交叉復(fù)合類實(shí)驗項目的建設(shè)，使學(xué)生具備良好的學(xué)科跨界能力，能夠在今后知識發(fā)展的浪潮中游刃有余；再次，由于化學(xué)與實(shí)際生活息息相關(guān)，并且，每年有約 1/3的學(xué)生畢業(yè)后踏入社會，或就業(yè)、或自主創(chuàng)業(yè)，因此，也必須充分考慮這部分學(xué)生的需求，加強(qiáng)就業(yè)創(chuàng)業(yè)類實(shí)驗項目建設(shè)，為不同發(fā)展方向的學(xué)生提供實(shí)踐平臺。此外，作為本科階段的最后一門實(shí)驗課，綜合化學(xué)實(shí)驗要能夠很好地有效銜接本科畢業(yè)論文以及研究生教學(xué)（我?；瘜W(xué)專業(yè)本科畢業(yè)生約 2/3讀研或出國深造），讓學(xué)生到了科研實(shí)驗室能夠盡快進(jìn)入科研角色，自主開展科研探索活動。

2 建設(shè)舉措

為了達(dá)成上述教學(xué)目標(biāo)，著重從3個方面采取了相關(guān)措施，對綜合化學(xué)實(shí)驗課程進(jìn)行了再建設(shè)。

2.1 師資隊伍建設(shè)

在高層次人才培養(yǎng)過程中，教師水平起著至關(guān)重要的作用。必須要有一支與時俱進(jìn)、具有一定學(xué)術(shù)造詣的師資隊伍，才能保證教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。自從綜合化學(xué)實(shí)驗課程開設(shè)以來，經(jīng)過10多年建設(shè)，逐漸組建了一支教學(xué)/科研復(fù)合型教學(xué)團(tuán)隊，所有教師都活躍在教學(xué)和科研第一線，他們基礎(chǔ)知識扎實(shí)、學(xué)術(shù)水平較高，了解最新科研動態(tài)，教學(xué)思想活躍，具有較強(qiáng)的教改意識，能夠隨著學(xué)科的發(fā)展，積極主動地調(diào)整更新實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容并能言傳身教，在教學(xué)過程中以生動活潑的科學(xué)思維方法啟迪學(xué)生，使教學(xué)與科研相輔相成，相得益彰，有機(jī)地融為一體。

2009年之前，從事綜合化學(xué)實(shí)驗課程教學(xué)的教師，其研究領(lǐng)域多數(shù)專攻于化學(xué)，因此教學(xué)實(shí)驗項目也更多地集中在化學(xué)學(xué)術(shù)專業(yè)類方面。對照“三三”制人才培養(yǎng)目標(biāo)，本課程在交叉復(fù)合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類實(shí)驗項目建設(shè)方面較為欠缺和薄弱，不利于交叉復(fù)合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類人才的培養(yǎng)。由于近年來化學(xué)與生物、材料、環(huán)境等領(lǐng)域日益交叉融合，國家政策也鼓勵自主創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，為此，積極邀請具有相關(guān)研究背景的教師加盟綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)團(tuán)隊。最近幾年，先后邀請了4位從事化學(xué)生物學(xué)和材料化學(xué)研究的教師加入教學(xué)團(tuán)隊，其中一位為全國優(yōu)秀青年基金獲得者，一位為全國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽指導(dǎo)教師。他們的加入，為交叉復(fù)合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類實(shí)驗項目的建設(shè)提供了強(qiáng)有力的保障。正是基于這樣一支熱心于教育事業(yè)并具有一定教學(xué)經(jīng)驗和高學(xué)術(shù)水平的教學(xué)隊伍，促進(jìn)了綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的改革，使本課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法更有益于學(xué)生的培養(yǎng)和發(fā)展。

2.2 課程內(nèi)涵建設(shè)

科學(xué)的發(fā)展日新月異，化學(xué)學(xué)科同樣也在不斷進(jìn)步和發(fā)展。有了良好的師資隊伍，課程內(nèi)涵建設(shè)便有了保障。自開課以來，綜合化學(xué)實(shí)驗的內(nèi)容設(shè)置一直遵循以下原則：著眼于反映學(xué)科的前沿領(lǐng)域及發(fā)展趨勢，鞏固和加深對基礎(chǔ)理論的理解及基本技能的融會貫通，了解并掌握不同學(xué)科的新知識點(diǎn)以及相關(guān)的研究方法和實(shí)驗技術(shù)，拓展學(xué)生的視野[3-5]。

隨著“三三”制本科人才培養(yǎng)方案的啟動，綜合化學(xué)實(shí)驗按照“重視基礎(chǔ)、趨向前沿、反映現(xiàn)代、綜合交叉”的現(xiàn)代課程建設(shè)理念，針對3類不同人才培養(yǎng)的需求，按照學(xué)術(shù)專業(yè)類、交叉復(fù)合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類3個方向?qū)?shí)驗教學(xué)項目進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，使教學(xué)內(nèi)容更加注重知識的前沿性、學(xué)科間的交叉與融合以及實(shí)驗技術(shù)的綜合應(yīng)用，以利于學(xué)生知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)和綜合素質(zhì)的全面培養(yǎng)和提高。近年來，基于不斷完善的師資隊伍，將化學(xué)，尤其是化學(xué)與生物、材料、環(huán)境等交叉領(lǐng)域的一些前沿研究成果，通過具有相關(guān)研究背景教師的凝練、改編，逐步移植到綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中，使得手性合成與催化、納米材料、高分子材料制備與加工、超分子化學(xué)、基因工程等前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域在綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中得以體現(xiàn)，完善了學(xué)術(shù)專業(yè)類實(shí)驗教學(xué)項目，實(shí)現(xiàn)了交叉復(fù)合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類實(shí)驗項目從無到有到逐漸完善這樣一個質(zhì)的飛躍。并且，每個實(shí)驗盡可能設(shè)計成一個小型的科研項目，在給學(xué)生傳授基礎(chǔ)理論和前沿知識的同時，綜合應(yīng)用多種實(shí)驗技術(shù)和方法，集合成、分離、表征、性能測試等為一體。學(xué)生通過這些實(shí)驗，可以得到較為系統(tǒng)的科研訓(xùn)練過程。下面，每個方向各舉一例加以說明。

例1，“手性Mn(III)Cl-Salen配合物的合成及其催化性能研究”，這是一個較為前沿的綜合型化學(xué)學(xué)術(shù)專業(yè)類實(shí)驗項目。該實(shí)驗貫穿合成—結(jié)構(gòu)表征—性能這一主線，學(xué)生通過這個實(shí)驗，可以了解手性、不對稱合成、ee值等新的知識點(diǎn)，進(jìn)一步熟練掌握重結(jié)晶、柱層析等化學(xué)實(shí)驗的基本操作和基本技能，學(xué)習(xí)手性Mn(III)Cl-Salen配合物的合成方法，并將之應(yīng)用于催化烯烴底物分子的不對稱環(huán)氧化反應(yīng)中，對催化產(chǎn)物進(jìn)行IR、GC-MS（手性柱分離）、1H NMR等波譜表征和旋光度測定，分析并比較催化劑對不同底物分子的催化活性，加深理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)對催化性能的影響，了解它們之間的構(gòu)-效關(guān)系。通過這樣一個實(shí)驗，不僅可以訓(xùn)練學(xué)生扎實(shí)的合成功底，還可以以此為媒介，傳授學(xué)生新的知識，了解當(dāng)前化學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)，同時培養(yǎng)學(xué)生具備綜合運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行實(shí)驗結(jié)果分析和解決實(shí)際問題的能力。

例2，“質(zhì)粒DNA的制備、鑒定、轉(zhuǎn)化及目標(biāo)基因的誘導(dǎo)表達(dá)”，這是開設(shè)的第一個化學(xué)/生物交叉復(fù)合類實(shí)驗項目。學(xué)生通過這個實(shí)驗項目，可以了解分子生物學(xué)基本概念并掌握分子生物學(xué)基本操作，掌握培養(yǎng)細(xì)菌、收集和裂解細(xì)菌、分離和純化質(zhì)粒的實(shí)驗技術(shù)，學(xué)習(xí) DNA的提取、轉(zhuǎn)化以及蛋白質(zhì)的誘導(dǎo)表達(dá)方法，包括劃線、接種等微生物學(xué)無菌操作，瓊脂糖凝膠電泳分離 DNA片段，聚丙烯酰胺凝膠電泳對蛋白質(zhì)進(jìn)行分離和鑒定等。在此基礎(chǔ)上，后期又進(jìn)一步開設(shè)了“哺乳動物細(xì)胞的培養(yǎng)、傳代與轉(zhuǎn)染”實(shí)驗，學(xué)生通過這個實(shí)驗，可以了解無菌操作的基本原則，掌握傳代細(xì)胞培養(yǎng)的基本方法，學(xué)習(xí)脂質(zhì)體介導(dǎo)哺乳動物細(xì)胞轉(zhuǎn)染的方法，了解熒光成像原理并能正確使用熒光顯微鏡。通過上述化學(xué)/生物交叉復(fù)合類實(shí)驗項目建設(shè)，培養(yǎng)了學(xué)生在跨學(xué)科交叉復(fù)合基礎(chǔ)上的跨界實(shí)踐能力，拓展了學(xué)生的知識面，提升了學(xué)生對交叉學(xué)科領(lǐng)域的認(rèn)知，為學(xué)生將來從事跨界學(xué)習(xí)和研究打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

例 3，“聚氨酯的合成及其功能化”，由于聚氨酯是一類應(yīng)用非常廣泛的高分子材料，在環(huán)保涂料、仿真肌肉、傳感器等方面具有很大的應(yīng)用前景，因此，可以將之歸屬于就業(yè)、創(chuàng)業(yè)類實(shí)驗項目。通過該實(shí)驗，讓學(xué)生了解聚氨酯的最大特點(diǎn)是可以通過改變原料品種及配方，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其性能。高分子材料的這個屬性對于將來想從事產(chǎn)品研發(fā)的學(xué)生來說非常重要。該實(shí)驗有助于學(xué)生了解高分子嵌段化合物的性質(zhì)和特點(diǎn)、學(xué)習(xí)聚氨酯的合成方法與操作技術(shù)、了解合成聚氨酯彈性體及含離子的聚氨酯離聚物等功能材料，通過 IR、1HNMR對其進(jìn)行表征，采用動態(tài)激光光散射儀分析乳液粒徑及分布，并進(jìn)行彈性體力學(xué)性能、介電性能測試。這個實(shí)驗自開設(shè)以來，一直受到學(xué)生的喜愛，選做該實(shí)驗的學(xué)生很多。

近年來，基于“三三”制本科人才培養(yǎng)目標(biāo)，按照學(xué)術(shù)專業(yè)、交叉復(fù)合和就業(yè)創(chuàng)業(yè)3個方面，升級打造了適合不同發(fā)展方向的實(shí)驗教學(xué)項目，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好和今后的職業(yè)規(guī)劃，通過開發(fā)的“綜合化學(xué)實(shí)驗選課系統(tǒng)”(http://zhxk.nju.edu.cn)進(jìn)行選擇，體現(xiàn)了以學(xué)生為本、因材施教的教學(xué)理念，實(shí)現(xiàn)了個性化培養(yǎng)，提高了教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

2.3 教學(xué)方法改革

人才培養(yǎng)模式改革是教學(xué)改革的核心，教學(xué)方法影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量和方向[9-12]。綜合化學(xué)實(shí)驗作為大三學(xué)生的實(shí)驗課，也是本科階段最后一門修讀的實(shí)驗課，由于學(xué)生已經(jīng)具備了基本的理論知識和實(shí)驗技能，大四階段就將進(jìn)入科研實(shí)驗室開展本科畢業(yè)設(shè)計工作，因此，在教學(xué)方法上，更應(yīng)注重對學(xué)生科研能力的培養(yǎng)，將科學(xué)思維和研究方法融入教學(xué)，使學(xué)生逐步具備獨(dú)立開展科研活動的能力。為此，在綜合化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中，通過研-教-研，融教學(xué)與科研為一體。這里的2個“研”具有不同的內(nèi)涵：第一個“研”，代表教學(xué)內(nèi)容來自于科研成果；第二個“研”，表示在教學(xué)過程中盡可能模擬科研過程。為此，教學(xué)設(shè)計上，首先會介紹實(shí)驗項目的研究背景，讓學(xué)生了解該實(shí)驗的選題意義；其次，在實(shí)驗環(huán)節(jié)上，有意識地模擬科研探索過程。例如，隨著新的研究成果的出現(xiàn)或者教學(xué)條件的改善，會隨之增添或完善實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容，將學(xué)生進(jìn)行分組，在實(shí)驗時間不變的情況下，讓學(xué)生嘗試不同的實(shí)驗條件或方法，使學(xué)生能夠在有限的教學(xué)時間內(nèi)，對不同的實(shí)驗條件或方法獲得最直接的對比效果，從而對科研的研究過程有大致的了解。 例如，“納米組裝血紅蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)和催化研究”，這是一個兼具學(xué)術(shù)專業(yè)與交叉復(fù)合類的實(shí)驗項目，實(shí)驗內(nèi)容來自于教師科研成果的轉(zhuǎn)化。在這個實(shí)驗中，按照研究型教學(xué)模式，首先讓學(xué)生明白為什么要用碳納米管來組裝血紅蛋白；其次，讓學(xué)生了解碳納米管與血紅蛋白的各種組裝方法，并讓學(xué)生嘗試包埋法和層層自組裝2種不同的方法對電極進(jìn)行修飾，通過不同實(shí)驗方案來探究不同的組裝方法對催化性能的不同影響，將所有學(xué)生的實(shí)驗結(jié)果共享并進(jìn)行比較，引導(dǎo)學(xué)生分析并探討不同組裝方法對催化性質(zhì)產(chǎn)生差異的原因，從而形成一個完整的研究型教學(xué)過程。此外，還介紹科研論文的寫作方法，要求學(xué)生以科研論文形式撰寫實(shí)驗報告，并對學(xué)生提交上來的實(shí)驗報告進(jìn)行面對面點(diǎn)評。探究式研究型教學(xué)方法已經(jīng)在綜合化學(xué)實(shí)驗課程中全面展開，對于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、科研素養(yǎng)、合作交流等諸多方面起到了積極作用。

3 結(jié)語

我校綜合化學(xué)實(shí)驗課程按照“三三”結(jié)合、重點(diǎn)建設(shè)、協(xié)調(diào)發(fā)展的思路，著重從師資隊伍建設(shè)、課程內(nèi)涵提升和教學(xué)方法變革3個方面進(jìn)行了改革，逐步為學(xué)術(shù)專業(yè)類、交叉復(fù)合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類人才的培養(yǎng)搭建了良好的教學(xué)實(shí)踐平臺。本課程于2016年被授予首批“國家級精品資源共享課”稱號，2017年獲得我校“百”層次優(yōu)質(zhì)課程。