科研成果轉(zhuǎn)化為本科生綜合實驗課程的探索與實踐

劉玉玉　解令海

【摘 要】綜合實驗課程是本科生能力培養(yǎng)的重要載體，課程內(nèi)容和授課方式對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，訓(xùn)練其創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，具有重要的意義。將最近的光電材料研究最新成果轉(zhuǎn)化為我院本科生綜合實驗課程，通過該實驗課程的教授，讓我院本專業(yè)的本科生了解該專業(yè)的最新科研動態(tài)。彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實驗教學(xué)中實驗內(nèi)容成舊，同時讓該專業(yè)本科生了解到本學(xué)科研究的基本思路和方法，為科研成果轉(zhuǎn)化為本科生綜合實驗課程提供了相關(guān)的經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】光電材料；創(chuàng)新；綜合實驗

根據(jù)《國家中長期新材料人才發(fā)展規(guī)劃（2010-2020年）》，改革開放以來，材料領(lǐng)域雖然取得了飛速發(fā)展，我國材料領(lǐng)域工業(yè)增加值已占全國GDP總量的1/4左右，但該領(lǐng)域技能以上人才資源占全國總量的比例還不到17%，人才資源總量與領(lǐng)域發(fā)展地位不符。根據(jù)《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，大力培育新興產(chǎn)業(yè)，其中包括新材料和新一代顯示技術(shù)。作為材料學(xué)科的本科生來說，實驗教學(xué)是本科生日常教學(xué)的不可缺少的部分，對其創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)具有重要的作用。而成舊材料學(xué)科教學(xué)內(nèi)容，嚴(yán)重阻礙了新材料人才的培養(yǎng)。在我院雄厚的新材料研究背景下，將最新的光電研究成果轉(zhuǎn)化為我院的本科生綜合實驗課程，通過小團(tuán)隊教學(xué)模式，帶領(lǐng)學(xué)生一步一步完成實驗項目。通過該綜合實驗課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解該學(xué)科研究的基本思路和模式，增強(qiáng)學(xué)生對本專業(yè)的信心和興趣，從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有重要的意義[1-4]。

1 篩選合適的科研成果

在篩選合適的科研成果中，首先考慮根據(jù)學(xué)生的自身條件，選擇合適的難易項目，太容易達(dá)不到教學(xué)目的，太難打消學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；其次考慮實驗課程教學(xué)成本，如果涉及到太貴重的藥品，實施成本過高，作為本科生實驗教學(xué)不適合；第三考慮每個實驗項目的實驗是否合適，時間太長，不適合作為課堂教學(xué)實驗，但可以作為其他類的教學(xué)使用；第四考慮實驗的綠色環(huán)保以及原子經(jīng)濟(jì)性。通過前期的對我院相關(guān)科研成果的梳理，我們選擇將經(jīng)典光電材料-芴類材料的科研成果轉(zhuǎn)化為綜合實驗課程[5-7]。以芴為原料經(jīng)過傅克反應(yīng)、碳碳偶聯(lián)反應(yīng)等多步反應(yīng)得到1-3單元寡聚芴。根據(jù)實驗的時間、實驗的原子經(jīng)濟(jì)性和實驗成本，我們把成果轉(zhuǎn)化為一系列的實驗項目組合成綜合實驗課程?？紤]到面向授課對象是大四本科生，我們將相關(guān)的實驗項目增加難度，加入無水無氧操作?？紤]到實驗的時間，我們把合成部分分成三類實驗項目。我們將其中的芴的9-位烷基化和2，7-位的硼酸酯化這一步作為二個實驗項目。芴的溴代物和硼酸酯在鈀催化劑的作用下進(jìn)行碳碳偶聯(lián)反應(yīng)。此實驗是一個典型的suzuki偶聯(lián)反應(yīng)，可作為一個實驗項目。

通過前期的篩選，確定了將要轉(zhuǎn)化的科研成果后，先根據(jù)科研成果來設(shè)計相關(guān)課程。課程名稱：光電材料的設(shè)計和應(yīng)用，具體內(nèi)容如圖1所示。

圖1 綜合實驗課程內(nèi)容

2 實驗方案的設(shè)計

課程名稱：光電材料的設(shè)計和應(yīng)用，其中那個包含以下4個實驗部分：

2.1 三種光電材料的合成

該綜合實驗課程涉及到1-3單元的寡聚物的合成。根據(jù)文獻(xiàn)，我們設(shè)計了三種光電材料，合成的原理和步驟如圖2-圖4。

圖2 第一種光電材料實驗原理及步驟

圖3 第二種光電材料實驗原理及步驟

圖4 第三種光電材料實驗原理及步驟

2.2 三種光電材料光電性質(zhì)表征

分別對所合成的三種光電材料溶液態(tài)和薄膜態(tài)，進(jìn)行紫外-可見和熒光光譜的測試。通過光譜的測試，讓學(xué)生了解不同基團(tuán)對有機(jī)光電性質(zhì)的影響，了解影響光電材料光譜性質(zhì)的主要因素。

2.3 有機(jī)發(fā)光二極管的制備

將所合成的材料作為發(fā)光層制備標(biāo)準(zhǔn)器件結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)光二極管，通過有機(jī)發(fā)光二極管的制備，讓學(xué)生了解到科研與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)，增強(qiáng)專業(yè)信心。同時也將課本知識應(yīng)用到實際，增強(qiáng)對知識的理解。

2.4 有機(jī)發(fā)光二極管性質(zhì)表征

利用keithley2400測試平臺來測試所制備的有機(jī)發(fā)光二極管器件。通過對器件的表征，讓學(xué)生了解衡量器件好壞標(biāo)準(zhǔn)，同時怎么來判斷材料是否適合商業(yè)應(yīng)用。

3 實驗方案的實施和報告（論文）撰寫

將這些課題設(shè)計對應(yīng)的實驗方案，同時在實驗室對實驗方案的合理性進(jìn)行驗證。而在教學(xué)過程中可以先讓學(xué)生成立小團(tuán)隊。以各團(tuán)隊為單位，分工協(xié)作來完成該課題。在團(tuán)隊成員查閱中文和英文文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，搜集有關(guān)該成果的一些資料，閱讀文獻(xiàn)后設(shè)計各種實驗方案來完成課題。各小組成員可以通過口頭匯報或者ppt形式匯報其完成課題的方案。通過各團(tuán)隊跟老師在充分討論的基礎(chǔ)上，修改、匯總?cè)M成員的方案，教師當(dāng)場提出方案中不合理的部分和應(yīng)改進(jìn)的地方，最后制定出最終的可行性的研究方案。通過前期的討論，對）實驗方案進(jìn)行實施，通過一系列的實驗，讓學(xué)生通過前期文獻(xiàn)的調(diào)研來得出自己的結(jié)論。撰寫相關(guān)的實驗報告或論文，完成整個項目的實施。通過該項目的實施，真實模擬一個科研項目的研究過程，不僅能提高學(xué)生的實驗積極性、科學(xué)創(chuàng)新性，還能給予學(xué)生科研自信心，為以后學(xué)生的科研創(chuàng)新打下一定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

隨著國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對新材料人才的需求越來越大，傳統(tǒng)的材料實驗教學(xué)已經(jīng)滿足不了新材料專業(yè)的人才培養(yǎng)，怎樣將新材料的最近研究成果轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)內(nèi)容是個材料類實驗教學(xué)改革的重要內(nèi)容。先進(jìn)的科研成果開闊了學(xué)生的實驗，讓學(xué)生近距離的接觸科研，了解科研的思路，為我國材料類創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有重大的意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]林躍強(qiáng)，劉曉東，李建.科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)內(nèi)容之探索[J].實驗室研究與探索，2015，34（5）：144-181.

[2]常青，江國棟，唐和清，等.測定痕量過氧化氫的實驗研究[J].實驗室科學(xué)， 2014，17（2）：27-29.

[3]龔新懷，吳以校，趙瑨云，等.地方院?？蒲谐晒D(zhuǎn)化為實驗項目的教學(xué)實踐[J]. 宜春學(xué)院學(xué)報，2012，29（3）：176-177.

[4]楊平，陳為鍵，何文絢，等.以科研為先導(dǎo)構(gòu)建綜合化學(xué)實驗課程體系的探索與實踐[J].實驗室科學(xué)，2013，16（3）：134-136.

[5]Jo J， Chi C， H？ger S， et al. Synthesis and characterization of monodisperse oligofluorenes[J]. Chemistry–A European Journal， 2004，10（11）：2681-2688.

[6]Geng Y， Trajkovska A， Katsis D， et al. Synthesis， characterization， and optical properties of monodisperse chiral oligofluorenes[J].Journal of the American Chemical Society， 2002， 124（28）： 8337-8347.

[7]Klaerner G， Miller R D. Polyfluorene derivatives： effective conjugation lengths from well-defined oligomers[J]. Macromolecules，1998，31（6）： 2007-2009.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]