科研訓(xùn)練嵌入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐

羅志勇，甘孟瑜，張?jiān)茟?，但曉?/p>

（重慶大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331）

化學(xué)是理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合的學(xué)科。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為化學(xué)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃里必不可少的環(huán)節(jié)，在高等學(xué)?；瘜W(xué)專業(yè)本科人才培養(yǎng)體系中發(fā)揮重要作用[1]。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)可以認(rèn)識(shí)、理解、鞏固和擴(kuò)展所學(xué)的專業(yè)理論知識(shí)，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容、形式和效果不僅影響學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，而且直接影響學(xué)生在未來學(xué)習(xí)和工作中分析與解決問題的能力[2]。傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)偏重驗(yàn)證性，主要訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手操作能力，而隨著時(shí)代發(fā)展，社會(huì)對(duì)創(chuàng)新人才的需求日趨強(qiáng)烈。以重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院為例，目前每年本科應(yīng)屆畢業(yè)生，40%左右繼續(xù)攻讀研究生，另 40%左右從事研發(fā)相關(guān)工作，這兩者的比例還在逐年上升，未來越來越多的本科畢業(yè)生將從事科學(xué)研究。這將對(duì)本科畢業(yè)生科研能力提出越來越高的要求，因此，提高在校生的科研能力非常必要[3]。將科研訓(xùn)練嵌入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在教學(xué)過程中引入科研訓(xùn)練并優(yōu)化改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)體系，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)融合科研設(shè)計(jì)、科研方法，從而確保學(xué)生的科研能力和水平在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中不斷提高，這不僅為學(xué)生畢業(yè)后研究生學(xué)習(xí)或研發(fā)工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，而且對(duì)學(xué)校的“雙一流”建設(shè)至關(guān)重要[4-7]。

1 科研訓(xùn)練嵌入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的支撐與保障

科研訓(xùn)練嵌入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，必須在人員、資金、場(chǎng)所三個(gè)方面建立足夠的支撐和保障。

1.1 人員支撐與保障

科研訓(xùn)練嵌入實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要既熟悉實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容又有豐富科研經(jīng)驗(yàn)的高水平高素質(zhì)的專業(yè)教師隊(duì)伍指導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生，同時(shí)也需要廣大實(shí)驗(yàn)教輔人員管理與維護(hù)實(shí)驗(yàn)室。這些相關(guān)人員的積極參與是科研訓(xùn)練嵌入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的人員支撐與保障。

1.2 資金支撐與保障

化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要資金購(gòu)買所需的儀器、耗材和化學(xué)試劑，而科研訓(xùn)練由于其獨(dú)特性、原創(chuàng)性，耗時(shí)較長(zhǎng)，需要更多的儀器、耗材和化學(xué)試劑，因此需要更多資金支持。設(shè)立專項(xiàng)創(chuàng)新基金是科研訓(xùn)練嵌入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資金支撐與保障。

1.3 場(chǎng)所支撐與保障

化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要特定的場(chǎng)地——實(shí)驗(yàn)室，科研訓(xùn)練嵌入化學(xué)實(shí)驗(yàn)更需要開放實(shí)驗(yàn)室。在不影響教學(xué)和科研的前提下，不僅要開放學(xué)院的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，還要開放教師的科研實(shí)驗(yàn)室，這樣更利于科研訓(xùn)練嵌入化學(xué)實(shí)驗(yàn)。開放實(shí)驗(yàn)室是科研訓(xùn)練嵌入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的場(chǎng)地支撐與保障。

2 科研訓(xùn)練嵌入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的措施與途徑

2.1 按照科研訓(xùn)練的要求，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)體系

按照科研訓(xùn)練的要求，從本科教學(xué)計(jì)劃入手，改革本科實(shí)驗(yàn)體系，突破實(shí)驗(yàn)課依附理論課分類的方法，將本科實(shí)驗(yàn)課整合成“化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)—化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)—化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)—化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”四大模塊。將以前分開設(shè)置的無(wú)機(jī)、有機(jī)、分析、物化及專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課從實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上整合進(jìn)上述四大模塊，合并其中交叉、重復(fù)的內(nèi)容，并依照實(shí)驗(yàn)課程的難易程度和相關(guān)理論課的進(jìn)度需要進(jìn)行重新編排，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)形成一個(gè)由四大模塊組成的、循序漸進(jìn)覆蓋本科四年的體系（圖1）。

2.2 以科研訓(xùn)練為目標(biāo)，更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

本科化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為三類：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是訓(xùn)練學(xué)生掌握基本實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技能、常規(guī)儀器設(shè)備操作的實(shí)驗(yàn)；綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)設(shè)計(jì)操作實(shí)驗(yàn)；研究性實(shí)驗(yàn)是引導(dǎo)學(xué)生自主探索、研究、分析的實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在的問題：①實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目陳舊，多年未更新；②驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多。因此，以科研訓(xùn)練為目標(biāo)，更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目十分必要。具體措施：調(diào)整以上三類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的比例，使學(xué)生從低年級(jí)升入高年級(jí)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占比不斷減少，綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)占比逐漸增加，其實(shí)驗(yàn)自主權(quán)也不斷提高，創(chuàng)新能力和創(chuàng)造思維的鍛煉逐漸加強(qiáng)，科研思維和科研能力穩(wěn)步提高（圖1）。

圖1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

2.3 從訓(xùn)練科研思維出發(fā)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)討論

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課討論通常是分析實(shí)驗(yàn)誤差，對(duì)訓(xùn)練學(xué)生的科研思維、創(chuàng)造能力幫助不大。改進(jìn)措施：強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)討論，布置開放性討論題，讓學(xué)生課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室來完成。例如，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“摩爾氣體常量的測(cè)定”里排水量氣裝置測(cè)定金屬箔片與鹽酸反應(yīng)生成的氫氣體積，可布置思考討論題：若實(shí)驗(yàn)原料由金屬粉末替代金屬箔片，該排水量氣裝置應(yīng)進(jìn)行哪些改進(jìn)？讓學(xué)生思考討論，提出合理方案后，利用課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室開展實(shí)驗(yàn)。

2.4 科研訓(xùn)練嵌入創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生在課余時(shí)間自主到開放實(shí)驗(yàn)室從事的研究性實(shí)驗(yàn)，課題可以是學(xué)生的興趣、碰到的問題或者頭腦中想法[8]。例如：近年來學(xué)生提出校園湖水水質(zhì)監(jiān)測(cè)、食堂食用油品質(zhì)分析、火腿腸里亞硝酸鹽測(cè)定、茶葉內(nèi)農(nóng)藥殘留檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)室廢液無(wú)毒無(wú)害化處理等與自己學(xué)習(xí)生活密切相關(guān)的創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)。這些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不僅激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且訓(xùn)練其科研能力。區(qū)別于傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)從提出課題、收集資料、配置儀器、設(shè)計(jì)方案到分析解決實(shí)驗(yàn)問題等步驟都與科研相似，完成后提交研究結(jié)題報(bào)告。因此，創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)本身就嵌入了科研訓(xùn)練。為保證科研訓(xùn)練的學(xué)生受益面，應(yīng)將創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)直接納入本科教學(xué)計(jì)劃。

2.5 科研訓(xùn)練嵌入第二課堂

第二課堂指除課堂教學(xué)外的科技競(jìng)賽、科技制作、科技發(fā)明等具有素質(zhì)教育內(nèi)涵的學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)?？蒲杏?xùn)練嵌入第二課堂，可以寓教于樂地提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研思維方式。特別是，科技競(jìng)賽不僅可加深學(xué)生理解和運(yùn)用書本知識(shí)，而且在保研、找工作時(shí)可獲得相應(yīng)加分，深受大學(xué)生喜愛。因而，大力培育第二課堂，并將科研訓(xùn)練嵌入第二課堂十分必要。具體措施：用科研方法指導(dǎo)學(xué)生參加科技競(jìng)賽，將科研設(shè)計(jì)、科研方法貫穿于學(xué)生參加科技競(jìng)賽全過程，既培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，又使學(xué)生作品在比賽中更具競(jìng)爭(zhēng)力。

2.6 科研訓(xùn)練嵌入畢業(yè)論文

本科畢業(yè)論文是學(xué)生畢業(yè)前在教師指導(dǎo)下綜合運(yùn)用化學(xué)原理和方法，通過自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題，并獨(dú)立完成的學(xué)術(shù)性論文。畢業(yè)論文階段，學(xué)生需自行查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述、制訂研究方案、進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析并討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到論文結(jié)論[9]。因此，作為綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，本科畢業(yè)論文自帶科研訓(xùn)練屬性，科研訓(xùn)練也是天然嵌入畢業(yè)論文過程中。為了在畢業(yè)論文階段更好地對(duì)學(xué)生進(jìn)行科研訓(xùn)練，建立覆蓋畢業(yè)論文全過程的“選題檢查→開題檢查→中期檢查→答辯檢查”的質(zhì)量監(jiān)測(cè)監(jiān)控體系，強(qiáng)化畢業(yè)論文的全過程管理十分有必要。

2.7 改進(jìn)考核激勵(lì)機(jī)制

科研訓(xùn)練嵌入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一項(xiàng)龐雜的系統(tǒng)工程，需要學(xué)生、指導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)教輔人員的共同參與和配合。對(duì)于學(xué)生，應(yīng)進(jìn)行立項(xiàng)支持；對(duì)于指導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)教輔人員，應(yīng)進(jìn)行工作量核算；同時(shí)建立良好考核獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，調(diào)動(dòng)大家的參與積極性。因此，改變注重結(jié)果的傳統(tǒng)考核方式，建立以過程考核為基礎(chǔ)的滾動(dòng)支持模式，充分激發(fā)大家參與科研訓(xùn)練嵌入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的熱情，才能實(shí)現(xiàn)學(xué)校、教師、學(xué)生多方共贏和共同進(jìn)步。

3 科研訓(xùn)練嵌入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用與實(shí)效

為滿足時(shí)代對(duì)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的需求，重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院以研究型學(xué)院建設(shè)和一流學(xué)科建設(shè)為契機(jī)，在本科教學(xué)計(jì)劃中將科研訓(xùn)練分層次嵌入化學(xué)專業(yè)四大模塊所有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，使科研訓(xùn)練嵌入到本科生四年培養(yǎng)過程中，保證了覆蓋面。目前我院科研訓(xùn)練受益率實(shí)現(xiàn)了在校本科生全覆蓋，科研訓(xùn)練時(shí)間實(shí)現(xiàn)了從計(jì)劃內(nèi)學(xué)時(shí)到計(jì)劃外學(xué)時(shí)的本科四年全覆蓋，科研訓(xùn)練內(nèi)容實(shí)現(xiàn)了從課堂內(nèi)到課堂外的全覆蓋[10-11]。

對(duì)于學(xué)生，科研訓(xùn)練嵌入實(shí)驗(yàn)教學(xué)極大地促進(jìn)了學(xué)生做化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和參與意識(shí)，很好地提高了本科學(xué)生的創(chuàng)新能力。畢業(yè)后直接工作的學(xué)生不僅具有極強(qiáng)的動(dòng)手能力，而且具有良好的科研思維方式，職業(yè)發(fā)展前景更廣闊；攻讀研究生的學(xué)生在入學(xué)后能很快對(duì)自己科研課題進(jìn)行選題、開展、實(shí)施，并且表現(xiàn)出良好的分析問題、解決問題的能力。因此，本科生畢業(yè)后無(wú)論參加工作還是繼續(xù)深造，都極具競(jìng)爭(zhēng)力。

對(duì)于教師，將科研訓(xùn)練嵌入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面可以在教學(xué)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)科研存在的問題，并解決問題，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研的共同進(jìn)步；另一方面，教學(xué)作為科研成果最快捷、最廣泛的傳播方式，能為科研工作提供更大原動(dòng)力，帶來更多啟發(fā)。此外，教師可以在科研訓(xùn)練嵌入實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)、選拔、培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生作為自己未來的研究生，同時(shí)這些學(xué)生對(duì)導(dǎo)師課題非常熟悉，能較快取得成果，實(shí)現(xiàn)師生良好的互動(dòng)和雙贏。

4 結(jié)語(yǔ)

科研訓(xùn)練嵌入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一項(xiàng)龐雜的系統(tǒng)工程，需要學(xué)校、學(xué)院及廣大師生的共同參與和配合。在充分保障人員、資金、場(chǎng)所的前提下，按照科研訓(xùn)練的要求，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)體系，更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)討論，將科研訓(xùn)練分層次嵌入化學(xué)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)、第二課堂、畢業(yè)論文等所有實(shí)驗(yàn)相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)本科四年培養(yǎng)過程的科研訓(xùn)練全覆蓋，保證知識(shí)覆蓋面和學(xué)生受益率，使科研訓(xùn)練嵌入化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)貫穿于大學(xué)教育的全過程，從而培養(yǎng)和提高了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)研究能力，助力學(xué)?！半p一流”建設(shè)。