基于拔尖人才創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究*

韓 杰 邱曉航 程 鵬

（南開大學(xué) 化學(xué)學(xué)院／化學(xué)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，天津 300071）

一、引言

為培養(yǎng)具有國際一流水平的基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域拔尖創(chuàng)新人才，教育部聯(lián)合中組部、財(cái)政部于2009年啟動(dòng)“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”。 該計(jì)劃的目標(biāo)任務(wù)是“在高水平研究型大學(xué)和科研院所的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)一批國家青年英才培養(yǎng)基地，建立拔尖人才重點(diǎn)培養(yǎng)體制機(jī)制，吸引最優(yōu)秀的學(xué)生投身基礎(chǔ)科學(xué)研究，形成拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的良好氛圍，努力使受計(jì)劃支持的學(xué)生成長(zhǎng)為相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域的領(lǐng)軍人才，并逐步躋身國際一流科學(xué)家隊(duì)伍”［1］，其核心是建立拔尖人才的培養(yǎng)體制機(jī)制［2-5］，培養(yǎng)基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的領(lǐng)軍人才［6］，創(chuàng)新能力是評(píng)價(jià)拔尖人才培養(yǎng)成效的最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)［7-11］。

南開大學(xué)是首批入選的試點(diǎn)高校，目前開設(shè)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、經(jīng)濟(jì)學(xué)、歷史學(xué)、哲學(xué)及中國語言文學(xué)8 個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科“拔尖計(jì)劃”學(xué)生（以下簡(jiǎn)稱“拔尖學(xué)生”）培養(yǎng)班，這些培養(yǎng)班均以南開大學(xué)創(chuàng)始人之一——張伯苓校長(zhǎng)的名字命名，如化學(xué)拔尖學(xué)生培養(yǎng)伯苓班（以下簡(jiǎn)稱“化學(xué)伯苓班”）。 化學(xué)伯苓班學(xué)生由兩部分組成：一部分是通過參加全國化學(xué)奧賽決賽冬令營簽約南開大學(xué)化學(xué)自主招生（2020 年以后調(diào)整為“強(qiáng)基計(jì)劃”）并被錄取的學(xué)生；另一部分面向全校新生選拔，學(xué)生自愿申請(qǐng)并在新生服務(wù)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)上報(bào)名。 學(xué)校和化學(xué)學(xué)院共同組織選拔考試，考試科目包括英語、化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理及生物，各科成績(jī)占不同比例。 根據(jù)英語和化學(xué)成績(jī)及總分，確定進(jìn)入復(fù)試的學(xué)生名單，然后進(jìn)行專家面試。 根據(jù)綜合筆試和面試成績(jī)確定入選化學(xué)伯苓班的學(xué)生。 化學(xué)伯苓班實(shí)施十年來，我們圍繞核心任務(wù)從人才培養(yǎng)體制機(jī)制和教育教學(xué)方面開展了一系列改革與探索。 本文以基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程為例，從教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式方面介紹化學(xué)伯苓班學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。

二、基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革

南開大學(xué)化學(xué)學(xué)科自1921 年創(chuàng)辦以來，一直秉承“允公允能、日新月異”的校訓(xùn)，重視學(xué)生理論基礎(chǔ)及實(shí)踐能力的培養(yǎng)。 1991 年，化學(xué)專業(yè)被批準(zhǔn)為首批“國家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基地”。 多年來基地一直執(zhí)行著“注重素質(zhì)，培養(yǎng)能力，強(qiáng)化基礎(chǔ)，拓寬專業(yè)，嚴(yán)格管理，提高質(zhì)量”的教育方針，并以此帶動(dòng)了化學(xué)學(xué)科其他專業(yè)的發(fā)展，教學(xué)成果顯著。 在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，南開大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在“強(qiáng)化基礎(chǔ)，注重綜合，突出創(chuàng)新，培養(yǎng)能力，提高素質(zhì)”方針指導(dǎo)下，積極開展教學(xué)改革，也取得了突出成果［12-15］。

南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院本科各專業(yè)實(shí)驗(yàn)類課程體系包括基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、儀器分析實(shí)驗(yàn)及綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)。 其中，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)包括無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)及物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，是化學(xué)各專業(yè)本科生的必修課，注重培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能并強(qiáng)化基礎(chǔ)理論；儀器分析實(shí)驗(yàn)主要對(duì)學(xué)生進(jìn)行大型儀器原理、用途及操作能力訓(xùn)練；而綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)則強(qiáng)調(diào)多個(gè)學(xué)科交叉，不局限于單一學(xué)科，一般需要多次教學(xué)時(shí)間段完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)?；瘜W(xué)伯苓班的學(xué)生整體素質(zhì)高，多數(shù)參加了中學(xué)生奧林匹克化學(xué)競(jìng)賽并獲得優(yōu)異成績(jī)，中學(xué)期間已進(jìn)行了一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，如重結(jié)晶、蒸餾、植物葉綠素提取與分離等實(shí)驗(yàn)，具有較好的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手操作能力，這與普通班級(jí)的學(xué)生差異明顯。 在開展化學(xué)伯苓班基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分了解學(xué)生情況，改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容，把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力作為突出重點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)拔尖人才培養(yǎng)目標(biāo)，取得良好教學(xué)效果。 為此，在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們進(jìn)行了長(zhǎng)期探索，從“改進(jìn)基本操作實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣；強(qiáng)化綜合性實(shí)驗(yàn)，提高科學(xué)素養(yǎng)；開發(fā)研究型實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)”3 個(gè)方面對(duì)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了改革，旨在提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（一）改進(jìn)基本操作實(shí)驗(yàn)，激發(fā)創(chuàng)新思維

基本操作實(shí)驗(yàn)技能不僅是化學(xué)專業(yè)學(xué)生應(yīng)該具備的基本素質(zhì)，也是他們進(jìn)一步發(fā)展成才的基礎(chǔ)。 但傳統(tǒng)的基本操作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用于化學(xué)伯苓班教學(xué)，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有些學(xué)生覺得學(xué)不到新知識(shí)，甚至浪費(fèi)時(shí)間，難以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力培養(yǎng)。 這是化學(xué)伯苓班基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)面臨的突出難題。 為此，我們對(duì)基本操作實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了梳理和分析，從以下兩方面改進(jìn)基本操作實(shí)驗(yàn)。

1. 自制實(shí)驗(yàn)裝置，提高實(shí)踐能力

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一些基本操作實(shí)驗(yàn)存在問題或具有局限性，因而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不理想，甚至降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 例如，液溴等危險(xiǎn)試劑的量取是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常見的基本操作實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中通常采用小量筒量取液溴，由于液溴揮發(fā)性強(qiáng)且有毒，造成實(shí)驗(yàn)室刺激性氣味大，影響師生健康。 而且由于液溴顏色深，用量筒量取時(shí)看不清刻度，導(dǎo)致量取不準(zhǔn)，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 基于以上缺點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)發(fā)明了危險(xiǎn)試劑發(fā)樣器。 該裝置依據(jù)物理學(xué)“倒虹吸原理”，并借鑒了索氏提取器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 量取液溴時(shí)，液溴從上部的恒壓滴液漏斗流入中部的危險(xiǎn)試劑發(fā)樣器中，當(dāng)蓄積到所需量時(shí)，“倒虹吸現(xiàn)象”出現(xiàn)，自動(dòng)排空虹吸管內(nèi)的液溴，使其流入下部的反應(yīng)瓶。 整個(gè)過程有效避免了液溴的揮發(fā)，量取體積準(zhǔn)確，且操作簡(jiǎn)便迅速［16］。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)在于涉及大量?jī)x器設(shè)備，其中非標(biāo)準(zhǔn)儀器也占有相當(dāng)大的比例，市場(chǎng)上購買的教學(xué)儀器在功能上往往不能完全滿足實(shí)際教學(xué)需求，需要設(shè)計(jì)自制教學(xué)儀器。 例如，用于“分解反應(yīng)平衡常數(shù)的測(cè)定”的恒壓計(jì)較輕，在恒溫水槽中容易漂浮，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。 以往通常用鐵架臺(tái)來固定恒壓計(jì)，既不方便又容易損壞恒壓計(jì)。 為此，在教學(xué)實(shí)踐中利用SolidWorks 軟件設(shè)計(jì)并自制了恒壓計(jì)的穩(wěn)定裝置，顯著提高了實(shí)驗(yàn)效率［17］。

自制實(shí)驗(yàn)裝置不僅賦予了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)新的內(nèi)容，而且可以啟發(fā)拔尖學(xué)生創(chuàng)新思維，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。 在教學(xué)實(shí)踐中，教師進(jìn)行自制儀器研發(fā)的同時(shí)，也注重加強(qiáng)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)研發(fā)能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)他們根據(jù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)儀器設(shè)備存在的問題或局限并提出解決方案。 比如，在茶葉中咖啡因的提取實(shí)驗(yàn)中，升華實(shí)驗(yàn)裝置通常由一個(gè)蒸發(fā)皿和玻璃漏斗組成，使用時(shí)將待升華的樣品放在蒸發(fā)皿中，蓋上帶有小孔的濾紙，再蓋上玻璃漏斗，用電熱套或酒精燈加熱。 該裝置在使用中存在明顯的缺點(diǎn)：（1）開放體系使產(chǎn)品及溶劑揮發(fā)到實(shí)驗(yàn)室，造成環(huán)境污染。 （2）加熱溫度不宜控制從而造成濾紙燒糊現(xiàn)象等。 為此，學(xué)生提出了改進(jìn)的升華裝置設(shè)計(jì)方案，并在老師的支持下聯(lián)系專業(yè)的玻璃工技術(shù)人員制備了新的升華裝置，新裝置冷凝系統(tǒng)且可以抽真空，有效解決了傳統(tǒng)升華裝置的缺點(diǎn)。 化學(xué)伯苓班學(xué)生通過參與設(shè)計(jì)自制玻璃儀器，真正提升了實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

2. 理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣

隨著化學(xué)學(xué)科的日益發(fā)展，一些延續(xù)多年的化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單調(diào)且脫離實(shí)際應(yīng)用，難以引起學(xué)生的興趣。 例如，在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常常有學(xué)生對(duì)滴定分析實(shí)驗(yàn)是否有實(shí)際用途充滿疑惑，實(shí)驗(yàn)積極性不高。 為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們理論聯(lián)系實(shí)際，拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在教學(xué)中改變教師發(fā)樣的傳統(tǒng)做法，改由學(xué)生自行選擇待測(cè)樣品，并根據(jù)不同的樣品修訂實(shí)驗(yàn)方案。 鼓勵(lì)學(xué)生從日常生活中選取樣品進(jìn)行分析，如教學(xué)樓飲水機(jī)中水樣硬度測(cè)定、食用醋總酸度測(cè)定、鈣片中含鈣量測(cè)定及河水中化學(xué)需氧量（COD）測(cè)定等。 實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生根據(jù)不同樣品的測(cè)定結(jié)果展開分析與討論，極大地激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，創(chuàng)新思維顯著提升［18］。

（二）增加綜合性實(shí)驗(yàn)，提高科學(xué)素養(yǎng)

同單科驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相比，綜合性實(shí)驗(yàn)通常包括化合物的合成、分離、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)表征，涉及多個(gè)單元操作及大型儀器的使用，實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)也更豐富。 此外，綜合性實(shí)驗(yàn)還要求學(xué)生通過文獻(xiàn)查閱了解所開展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的研究進(jìn)展情況及分析討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果等環(huán)節(jié)。 在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，每個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)一般需要2 次教學(xué)時(shí)間段（8 學(xué)時(shí)）完成。 化學(xué)伯苓班學(xué)生具有突出的學(xué)習(xí)能力和扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，且實(shí)行小班教學(xué)模式，更適于開展綜合性實(shí)驗(yàn)。 近年來，在化學(xué)伯苓班基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，逐步減少了單科驗(yàn)證性試驗(yàn)，提高了綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的比例。 例如，在無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，開展了“TiO2納米粉體的摻雜改性及光催化性能研究”［19］，實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)查閱，自主選擇摻雜元素和含量，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。 然后在教師指導(dǎo)下制備不同金屬及非金屬摻雜的TiO2納米粉體，采用掃描電鏡、透射電鏡、X 射線衍射、紫外漫反射等手段表征合成的材料，并以甲基橙溶液模擬有機(jī)廢水，考查催化劑的光催化降解活性，篩選催化劑最優(yōu)條件，研究其在模擬日光下的光解水性能。 “薄荷酮的制備及比旋光度測(cè)試”是化學(xué)伯苓班有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的另一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)。 同樣要求學(xué)生查閱文獻(xiàn)了解薄荷酮的制備方法、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要用途，結(jié)合綠色化學(xué)理念，明確選擇次氯酸鈉作為氧化劑的原因。 實(shí)驗(yàn)過程要求學(xué)生熟練掌握薄荷酮的合成、分液萃取、干燥、過濾、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去低沸點(diǎn)溶劑及減壓蒸餾提純產(chǎn)物等多個(gè)單元操作，采用氣相色譜和紅外光譜表征產(chǎn)品組分含量和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并通過旋光儀測(cè)試產(chǎn)品的比旋光度。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論。 實(shí)踐表明綜合性實(shí)驗(yàn)對(duì)同學(xué)而言相當(dāng)于進(jìn)行了一次微型科研訓(xùn)練，能夠顯著提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。 針對(duì)化學(xué)伯苓班學(xué)生，今后將進(jìn)一步采用綜合性實(shí)驗(yàn)替代傳統(tǒng)的系列基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)融入綜合性實(shí)驗(yàn)，同時(shí)增加開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不斷滿足高水平人才培養(yǎng)的需要。

（三）開設(shè)研究型實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)

化學(xué)伯苓班學(xué)生應(yīng)該了解化學(xué)學(xué)科發(fā)展前沿，關(guān)注學(xué)科新知識(shí)和新技術(shù)，拓展學(xué)術(shù)視野。 相應(yīng)地，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也應(yīng)該關(guān)注學(xué)科前沿成果，與時(shí)俱進(jìn)，不斷更新。 為此，實(shí)驗(yàn)中心將南開大學(xué)化學(xué)學(xué)科取得的研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，出版了《創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)》［20］教材，開發(fā)了1，4-二甲氧基柱［5］芳烴的合成［21］、金屬—有機(jī)框架MOF-5 的制備與表征［22］等研究型實(shí)驗(yàn)。 新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要來源于三方面：（1）將任課教師取得的科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，科研反哺教學(xué)，以科研促進(jìn)教學(xué)。 （2）近年來，任課教師承擔(dān)了多項(xiàng)教育部基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃研究課題和南開大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量提升工程項(xiàng)目等教改項(xiàng)目，為開發(fā)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提供了支持。 （3）為提高學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)，南開大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心每年面向本科生舉辦化學(xué)競(jìng)賽，內(nèi)容涉及創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改進(jìn)等方面，一些優(yōu)秀項(xiàng)目經(jīng)優(yōu)化后可用于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 研究型實(shí)驗(yàn)有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和善于思考的創(chuàng)新精神，這與基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃的目標(biāo)一致。

自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器本身就是一種創(chuàng)新過程，依據(jù)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，巧妙設(shè)計(jì)小型儀器并用于教學(xué)實(shí)踐，實(shí)際上也是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，能夠在潛移默化中提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，從而提高創(chuàng)新意識(shí)。 而研究性教學(xué)則貫穿于綜合性實(shí)驗(yàn)和研究型實(shí)驗(yàn)過程，注重于拔尖學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，并通過實(shí)踐提高創(chuàng)新能力。

三、基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革

基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式通常是教師按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及注意事項(xiàng)等順序進(jìn)行講解，然后學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告等過程。 其特點(diǎn)表現(xiàn)為每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全一樣，實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似。 這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式雖然在培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能和掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)方面具有重要作用，但實(shí)驗(yàn)過程缺乏探究性，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維能力培養(yǎng)［23-26］，尤其在培養(yǎng)基礎(chǔ)學(xué)科拔尖人才方面具有明顯的局限性。而研究性教學(xué)模式則有利于提升拔尖學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，有助于培養(yǎng)學(xué)習(xí)自覺性、主動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)［27］。 為此，我們廣泛調(diào)研了化學(xué)伯苓班學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的期望，在此基礎(chǔ)上對(duì)課程教學(xué)模式進(jìn)行了改革，開展了新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐。

（一）“講一練二考三”教學(xué)模式

2015 年南開大學(xué)提出了“講一練二考三”本科教學(xué)創(chuàng)新理念，旨在推動(dòng)從側(cè)重“傳授知識(shí)”轉(zhuǎn)變?yōu)橹卦凇疤嵘刭|(zhì)”，從“以教為主”向“以學(xué)為主、教學(xué)相長(zhǎng)”轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新實(shí)踐能力，強(qiáng)化素質(zhì)教育［28］。 這種新型教學(xué)理念與“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”培養(yǎng)創(chuàng)新型領(lǐng)軍人才的目標(biāo)一致。 我們以苯甲酸的微波法制備為例，將該理念運(yùn)用于化學(xué)伯苓班有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，改革了基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)講課模式、教學(xué)內(nèi)容及考核方式［29］。 首先，在講課環(huán)節(jié)，注重對(duì)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行梳理，重點(diǎn)講授實(shí)驗(yàn)中涉及的新知識(shí)即微波反應(yīng)原理和微波化學(xué)器的操作，而以前學(xué)習(xí)過的知識(shí)點(diǎn)如重結(jié)晶操作則少講或不講，講授時(shí)間控制在20 分鐘以內(nèi)，把更多時(shí)間留給學(xué)生實(shí)際操作，實(shí)現(xiàn)“講一”效果。 其次，實(shí)驗(yàn)過程要求每個(gè)學(xué)生完成兩個(gè)不同反應(yīng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)，比較反應(yīng)時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響，增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會(huì)，達(dá)到“練二”目的。 此外，通過增加課前文獻(xiàn)查閱與課后討論教學(xué)環(huán)節(jié)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和能動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生了解微波法在有機(jī)合成中的優(yōu)點(diǎn)和重要研究進(jìn)展，思考微波反應(yīng)機(jī)理，拓展知識(shí)面。 最后，進(jìn)行考核，從而實(shí)現(xiàn)“考三”目標(biāo)。 “講一練二考三”教學(xué)模式已成功入選教育部高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)組編《高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)典型案例匯編》［30］，具有良好推廣價(jià)值。

（二）“探究式”教學(xué)模式

為促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)科研方法，我們將“探究式”教學(xué)模式運(yùn)用于苯甲酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)，通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)考查加熱方式（微波或電熱套加熱）、反應(yīng)溶劑（環(huán)己烷或甲苯）及反應(yīng)時(shí)間對(duì)結(jié)果的影響。全班同學(xué)雖然都是進(jìn)行苯甲酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)，但每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)條件不同，且上課時(shí)采用抽簽方式確定具體實(shí)驗(yàn)條件，具有很強(qiáng)的探索性。 實(shí)驗(yàn)中每人獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，獲得各自實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 任課教師將全班同學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，并反饋給同學(xué)，啟發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行思考，獲得結(jié)論。 這種上課模式相當(dāng)于所有同學(xué)共同參與基于合成方法學(xué)研究的課題，與實(shí)際科研高度吻合。 值得指出的是，全班同學(xué)還將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析整理發(fā)表在《大學(xué)化學(xué)》［31］上。 從學(xué)生的反饋意見可知，同學(xué)們非常歡迎“探究式”教學(xué)模式，認(rèn)為這種教學(xué)方式有利于提高科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新思維能力。

“講一練二考三”教學(xué)模式的核心是給予拔尖學(xué)生更多自主時(shí)間和發(fā)揮空間，鼓勵(lì)學(xué)生拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主動(dòng)查閱文獻(xiàn)，積極設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行充分討論分析。 而“探究式”教學(xué)模式則是科研方法在教學(xué)中的具體運(yùn)用，注重學(xué)生的閱讀文獻(xiàn)能力、科學(xué)問題提煉能力、研究方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化能力等科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)。 教學(xué)實(shí)踐表明，這兩種教學(xué)模式有利于提升拔尖學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成效

“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”開展以來，我們對(duì)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式進(jìn)行了系統(tǒng)研究和改革，并將研究成果用于教學(xué)實(shí)踐，取得了顯著教學(xué)效果。 2019 年11 月，由化學(xué)伯苓班學(xué)生參與完成的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)“聯(lián)二炔囊泡的光致聚合、熱致變色及其應(yīng)用”在首屆全國大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲得特等獎(jiǎng)，同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施、課題展示及答辯等環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)了扎實(shí)的基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)、良好的實(shí)驗(yàn)技能和突出的創(chuàng)新意識(shí)。 該項(xiàng)目也貫徹了科研反哺教學(xué)的育人理念，實(shí)現(xiàn)了前沿科研成果到本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的轉(zhuǎn)化［32］。 2015 年以來，化學(xué)伯苓班學(xué)生參與的團(tuán)隊(duì)還先后獲得“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，三等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，展現(xiàn)了突出的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新意識(shí)。 此外，化學(xué)伯苓班學(xué)生在國際一流大學(xué)課題組科研實(shí)習(xí)中表現(xiàn)突出。 2017 年，2014 級(jí)化學(xué)伯苓班王焜昱和常雪瑩同學(xué)入選了美國加州大學(xué)伯克利分校Laboratory Research Experience Program，并在該項(xiàng)目海報(bào)展示中分別被評(píng)選為第一名和第三名，他們的突出表現(xiàn)引起加州大學(xué)伯克利分校的關(guān)注，學(xué)校官方網(wǎng)站刊登了常雪瑩參加科研實(shí)習(xí)項(xiàng)目的體會(huì)。2018 年，2015 級(jí)化學(xué)伯苓班湯天化同學(xué)入選同樣項(xiàng)目，并在海報(bào)展示評(píng)比中獲得第一名。 此外，化學(xué)伯苓班學(xué)生的動(dòng)手操作能力、創(chuàng)新意識(shí)及學(xué)術(shù)視野逐漸得到國際一流大學(xué)認(rèn)可，畢業(yè)生讀研率達(dá)到100%，其中大部分學(xué)生進(jìn)入麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)、牛津大學(xué)等世界排名前20 大學(xué)攻讀博士學(xué)位。 化學(xué)伯苓班學(xué)生取得的突出成績(jī)體現(xiàn)了基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與教學(xué)模式改革的成效。

2020 年教育部已開啟“基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃2.0”，我們將系統(tǒng)總結(jié)化學(xué)拔尖學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃中取得的經(jīng)驗(yàn)和不足之處，深入研究拔尖學(xué)生的特點(diǎn)和成長(zhǎng)規(guī)律，關(guān)注化學(xué)學(xué)科前沿發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)一步優(yōu)化基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)模式，全面提高我國化學(xué)專業(yè)本科教育教學(xué)質(zhì)量。