謝錦桂,管華,溫祖標(biāo),鄧志紅,鐘聲亮
江西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,南昌 330000
教育部相繼出臺(tái)的《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見(jiàn)》(教高〔2018〕2號(hào))和《關(guān)于狠抓新時(shí)代全國(guó)高等教育本科教育工作會(huì)議精神落實(shí)的通知》(教高〔2018〕8號(hào)),明確指出:各高校要全面梳理各門課程的教學(xué)內(nèi)容,淘汰“水課”、打造“金課”,合理提升學(xué)業(yè)挑戰(zhàn)度、增加課程難度、拓展課程深度,切實(shí)提高課程教學(xué)質(zhì)量[1]。為更好地貫徹教育部的教改要求,強(qiáng)化學(xué)校“師范生”和“科研能力強(qiáng)”的辦學(xué)特色,滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展需求,我院(化學(xué)化工學(xué)院)經(jīng)過(guò)多年摸索,對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)做了一系列的改進(jìn),制定了“基礎(chǔ)型-綜合型(專業(yè)型)-研究設(shè)計(jì)型”逐層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)建設(shè)方案,構(gòu)建了“一體化、分層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[2],逐漸由知識(shí)、技能導(dǎo)向型過(guò)渡到能力、素養(yǎng)導(dǎo)向型。
我院基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心于2014年被教育部批準(zhǔn)為國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(以下簡(jiǎn)稱“中心”)。依托“中心”設(shè)備資源齊全、教師科研能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),利用課外時(shí)間對(duì)學(xué)生進(jìn)行科研訓(xùn)練。在化院師生的不懈努力下,將科研與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合,打造了一門研究設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)課程——科研基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。本文主要從課程的定位與目標(biāo)、課程資源建設(shè)、課程特色、課程實(shí)施、案例展示及考核評(píng)價(jià)等方面介紹課程建設(shè)中的一些探索與實(shí)踐。
“科研基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”是我院實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中的一門研究設(shè)計(jì)型課程,課程內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn),注重科學(xué)性、綜合性和拓展性,在整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程體系中具有承上啟下的橋梁作用。既是前期化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)課程知識(shí)的延續(xù),也為畢業(yè)后職業(yè)生涯或研究生的研究工作奠定基礎(chǔ)。課程以“立德樹(shù)人”為根本任務(wù),注重學(xué)生知識(shí)、能力及科研素質(zhì)的培養(yǎng)。
成果教育導(dǎo)向理論下,教什么主要取決于學(xué)生的學(xué)習(xí)成果產(chǎn)出。成果導(dǎo)向教育中培養(yǎng)目標(biāo)的制定遵循反向設(shè)計(jì)原則。培養(yǎng)目標(biāo)由需求(包括國(guó)家、社會(huì)、行業(yè)、用人單位等外部需求和學(xué)校、學(xué)生、教師等內(nèi)部需求)決定[3]。我院綜合考慮內(nèi)外需求,充分利用“中心”科研能力強(qiáng)的特色,擬定了如下課程目標(biāo)[4]:
(1) 掌握包括無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等各類化學(xué)實(shí)驗(yàn)合成方法和表征手段;
(2) 掌握文獻(xiàn)檢索與查新、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、論文寫作等基本科研能力;
(3) 追蹤所在學(xué)科領(lǐng)域的前沿知識(shí),關(guān)注化學(xué)研究動(dòng)態(tài),學(xué)會(huì)和應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);
(4) 能夠利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)知識(shí)完成實(shí)驗(yàn)操作、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等活動(dòng),具備實(shí)驗(yàn)反思的能力,發(fā)展問(wèn)題解決、交流合作、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等能力。
美國(guó)著名課程論專家施瓦布提出構(gòu)成課程的四個(gè)要素:教師、學(xué)生、教材和環(huán)境,而教師是課程的有機(jī)構(gòu)成部分,是課程的主體和創(chuàng)造者,對(duì)提高課程建設(shè)水平起著關(guān)鍵作用[5]。
多年來(lái),課程團(tuán)隊(duì)圍繞人才培養(yǎng)和科學(xué)研究,開(kāi)展教學(xué)和科研協(xié)同發(fā)展。通過(guò)加強(qiáng)二類以上高端人才的引進(jìn);有計(jì)劃地支持年青教師到國(guó)內(nèi)外訪學(xué);鼓勵(lì)高學(xué)歷、高職稱、有實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)的教師從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作等多種舉措,加強(qiáng)本課程團(tuán)隊(duì)建設(shè),形成了一支愛(ài)崗敬業(yè)、思想穩(wěn)定、無(wú)私奉獻(xiàn)、科研能力強(qiáng)、教學(xué)水平高的課程團(tuán)隊(duì)。課程團(tuán)隊(duì)成員如汪莉入選全國(guó)優(yōu)秀教師、全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)碌?;鐘聲亮等教授入選江西省百千萬(wàn)人才工程;陶端健等教授入選江西省“雙千計(jì)劃”。這些教師在進(jìn)行科研的同時(shí)走上本科教學(xué)的一線,將最新科研成果帶入本科生的課堂,擴(kuò)充學(xué)生視野,拓展知識(shí),啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。
課程內(nèi)容主要包括科研基礎(chǔ)理論知識(shí)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)操作兩部分。前者主要包括文獻(xiàn)檢索與查新、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理常用軟件的使用、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、論文寫作等,后者側(cè)重對(duì)化學(xué)原理的探究、實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練、科學(xué)思維的培養(yǎng)等。
課程中的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)要求必須是實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱以外的,而且是來(lái)自教師正在從事的科研課題或已有的研究成果。教師選題要求在綜合考慮的基礎(chǔ)上,課題內(nèi)容注重長(zhǎng)遠(yuǎn)性,也就是說(shuō)今年的課題對(duì)于明年甚至后年仍然具有可適用性。在這個(gè)過(guò)程中,教師可以進(jìn)行總結(jié)思考,發(fā)表論文,這對(duì)教師的科研發(fā)展也具有重要意義。例如,溫祖標(biāo)老師課題組2013年開(kāi)展了“納米KxMnO2電極材料的制備與電化學(xué)性能表征”的課題,2014年開(kāi)展了“納米CaxMnO2電極材料的制備與電化學(xué)性質(zhì)研究”的課題,2016年開(kāi)展了“納米LixMoO3嵌入化合物負(fù)極材料的制備、電化學(xué)性能與儲(chǔ)能機(jī)理研究”的課題。同時(shí),實(shí)驗(yàn)課題內(nèi)容立足省情,充分考慮江西地區(qū)豐富稀土資源,設(shè)計(jì)貼近生活實(shí)際的實(shí)驗(yàn),適應(yīng)學(xué)生未來(lái)就業(yè)和發(fā)展的需要。例如,鐘聲亮老師課題組2013年開(kāi)展了“新型稀土納米材料的制備與表征”的課題,2014年開(kāi)展了“新型稀土納米材料的制備及其性能研究”的課題,2017年開(kāi)展了“稀土發(fā)光材料的超高溫超高壓制備及其性能研究”的課題。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)課題內(nèi)容間相互延續(xù)、相互滲透,可供學(xué)生連續(xù)使用,也是教師科研的進(jìn)一步延續(xù)。
我院自編了教材《化學(xué)科研基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)》,將科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容用于課堂教學(xué),突出科研育人。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目詳見(jiàn)表1。
表1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目表
學(xué)院在多年實(shí)踐中形成了包括立項(xiàng)遴選、中期檢查、結(jié)題驗(yàn)收答辯、成績(jī)?cè)u(píng)定、成果獎(jiǎng)勵(lì)等一個(gè)完整教學(xué)模式。具體流程為:第一步,每年四月份左右教師提交實(shí)驗(yàn)課題,學(xué)院“中心”對(duì)課題進(jìn)行遴選,再公布到官網(wǎng)上;第二步:二、三年級(jí)學(xué)生根據(jù)自己的興趣自主選擇實(shí)驗(yàn)課題,組成實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)。實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)通常包括一名指導(dǎo)教師和3-6名學(xué)生,若該課題報(bào)名人數(shù)不夠,則取消該課題。學(xué)生主要利用課外時(shí)間和寒暑假進(jìn)行實(shí)驗(yàn),指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)際情況,可以采用定時(shí)、階段等方式指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),必須保證提供充足的實(shí)踐環(huán)境,高質(zhì)量地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù);第三步,學(xué)生成員分工協(xié)作,查閱文獻(xiàn)資料,共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案;第四步,教師對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行審核并給出意見(jiàn)和建議,安排學(xué)生學(xué)習(xí)科研基礎(chǔ)知識(shí),有意識(shí)地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí);第五步,學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí),并對(duì)照審核結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行完善,直至方案審核通過(guò);第六步,團(tuán)隊(duì)成員依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)入科研室開(kāi)展實(shí)驗(yàn);第七步,每年七月開(kāi)展中期檢查,需提交中期研究進(jìn)展報(bào)告;第八步,指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行修改和調(diào)整,進(jìn)而指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行成果撰寫,如寫論文、申請(qǐng)專利、參加各類競(jìng)賽等;第九步,組織進(jìn)行科研基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)答辯;最后,根據(jù)各實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新及答辯表現(xiàn)情況,經(jīng)過(guò)答辯評(píng)委公正負(fù)責(zé)的評(píng)審,評(píng)選出優(yōu)秀小組,頒發(fā)榮譽(yù)證書,并在學(xué)院官網(wǎng)通報(bào)表彰。對(duì)于答辯通過(guò)的課題,學(xué)院將相關(guān)材料上交教務(wù)處申請(qǐng)教學(xué)工作量,經(jīng)教務(wù)處審核合格的課題計(jì)算32課時(shí)的教學(xué)工作量。
本科生畢業(yè)(論文)設(shè)計(jì)納入了高等教育的教育環(huán)節(jié),是課程體系內(nèi)的重要組成部分[5]。與課程論文相比,畢業(yè)論文對(duì)大學(xué)生的科研素質(zhì)提出更高的要求。我院積極參與科研基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)生,經(jīng)過(guò)2-3年的科研訓(xùn)練,已經(jīng)具備一定的科研基礎(chǔ),并在教師的指導(dǎo)下,將過(guò)去所參與的科研課題與畢業(yè)(論文)有機(jī)結(jié)合,在一定程度上減輕學(xué)生后面的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān),提高了畢業(yè)論文的完成質(zhì)量。
本文以《化學(xué)科研基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)》教材中的實(shí)驗(yàn)4為例,進(jìn)行課程案例展示,具體內(nèi)容詳見(jiàn)表2。
表2 課程案例展示
(續(xù)表2)
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)具有綜合性、設(shè)計(jì)性等特點(diǎn),對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)具有更高的要求,因此,我院采取中期檢查與終期答辯相結(jié)合的方式,綜合考查學(xué)生整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和最終實(shí)驗(yàn)成果。實(shí)驗(yàn)中期學(xué)生需提交中期研究進(jìn)展報(bào)告,指導(dǎo)教師需對(duì)學(xué)生前階段文獻(xiàn)閱讀梳理匯報(bào)情況、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)態(tài)度等進(jìn)行評(píng)價(jià),在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成后,應(yīng)向中心提交實(shí)驗(yàn)運(yùn)行記錄、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(論文)或?qū)嵨锏葘?shí)驗(yàn)結(jié)果,學(xué)院在每年12月份組織進(jìn)行科研基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)答辯根據(jù)實(shí)驗(yàn)完成度和答辯情況評(píng)選一定數(shù)量的優(yōu)秀獎(jiǎng),給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)并頒發(fā)證書。同時(shí),指導(dǎo)教師也會(huì)根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成情況,指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成果撰寫,如發(fā)表小論文、申請(qǐng)發(fā)明專利、參加各類大賽等。指導(dǎo)教師在進(jìn)行下一次申報(bào)前需提交前一次指導(dǎo)學(xué)生取得的業(yè)績(jī)材料(論文、專利等均需要有參與學(xué)生的名字),學(xué)院將視情況給予一定的獎(jiǎng)勵(lì),對(duì)于完成情況較差者,取消指導(dǎo)資格。從學(xué)生反饋意見(jiàn)看:參與過(guò)本課程的學(xué)生均表示通過(guò)本課程的學(xué)習(xí),懂得了如何查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和撰寫小論文等。同時(shí),接觸到了本科學(xué)習(xí)外的更高端的科研儀器,自己動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力均顯著提高,為今后的學(xué)習(xí)和工作打下了更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)(反饋意見(jiàn)來(lái)源于學(xué)校官網(wǎng))。同學(xué)們表示在今后將更努力地學(xué)習(xí),勇于探索,爭(zhēng)取取得好的成績(jī),不辜負(fù)學(xué)校和學(xué)院的培養(yǎng)。
2017至2022年,我院建設(shè)的“科研基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”課程的探索與實(shí)踐在人才培養(yǎng)、教改和科研中均取得了不錯(cuò)的成效(數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來(lái)源參與該課程的學(xué)生)。但實(shí)踐過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些后續(xù)要優(yōu)化和改進(jìn)的方向。
3.1.1 人才培養(yǎng)出成效
該課程實(shí)踐為學(xué)生提供了一個(gè)良好的平臺(tái),助力學(xué)生的成長(zhǎng)成才。隨著參與人數(shù)的逐年遞增,我院考研率、各類期刊發(fā)表論文數(shù)、授權(quán)的發(fā)明專利等成績(jī)也在穩(wěn)步上升。近五年(2017-2022年),累計(jì)考取中國(guó)科學(xué)院、985和211院校188人,并獲得就讀院校的一致好評(píng),也有不少學(xué)生繼續(xù)留在本校攻讀研究生。期間,給指導(dǎo)教師擔(dān)任小助手,指導(dǎo)本科生的科研訓(xùn)練,為本科生樹(shù)立良好的榜樣,助力本科生的成長(zhǎng),進(jìn)一步促進(jìn)自身能力的提升;學(xué)生累計(jì)發(fā)表期刊論文170篇,申請(qǐng)發(fā)明專利13項(xiàng);學(xué)院鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各類大賽,在“創(chuàng)青春”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽、全國(guó)高等師范院?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽、“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽等各類大賽中,獲得國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)35項(xiàng)、省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)16項(xiàng)。在2020年第六屆中國(guó)國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽總決賽中,學(xué)院“柯林得——環(huán)氧乙烷生產(chǎn)新工藝服務(wù)提供商”項(xiàng)目脫穎而出,奪得國(guó)家金獎(jiǎng),實(shí)現(xiàn)了學(xué)?!皠?chuàng)意組”賽道國(guó)家金獎(jiǎng)的零突破(圖1左)。不僅創(chuàng)下我校歷史最好成績(jī),也創(chuàng)下全國(guó)師范院校歷史最好成績(jī);張夢(mèng)堯同學(xué)榮獲第六屆全國(guó)高等師范院校大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽一等獎(jiǎng),王輝等同學(xué)的項(xiàng)目獲2018年“創(chuàng)青春”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽國(guó)家金獎(jiǎng)、江西省銀獎(jiǎng),同時(shí)獲“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽國(guó)家銀獎(jiǎng)。在2020年“挑戰(zhàn)杯”江西省省賽中,“鋰所能極——鋰離子電池新型負(fù)極材料領(lǐng)航者”團(tuán)隊(duì)獲得省賽金獎(jiǎng)(圖1右)。各類大賽在提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的同時(shí),激發(fā)學(xué)生榮譽(yù)感和進(jìn)取心,有效培養(yǎng)其頑強(qiáng)拼搏、團(tuán)結(jié)協(xié)作、勇于超越等諸多優(yōu)良品質(zhì)。
圖1 化學(xué)化工學(xué)院獲“挑戰(zhàn)杯”江西省省賽金獎(jiǎng)(左)和“互聯(lián)網(wǎng)+”國(guó)賽金獎(jiǎng)(右)
3.1.2 教改和科研有突破
2019年化學(xué)專業(yè)入選國(guó)家級(jí)一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn),應(yīng)用化學(xué)、材料化學(xué)入圍省級(jí)一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)。獲批1項(xiàng)省級(jí)教學(xué)改革研究課題、1項(xiàng)省級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。近五年來(lái)累計(jì)申請(qǐng)教學(xué)改革立項(xiàng)課題153項(xiàng),發(fā)表教學(xué)論文32篇,申請(qǐng)專利75項(xiàng),發(fā)表SCI科研論文810篇。陳水亮老師團(tuán)隊(duì)完成的“微生物燃料電池關(guān)鍵電極材料研究”和盧章輝老師團(tuán)隊(duì)完成的“過(guò)渡金屬納米復(fù)合材料的制備及其催化產(chǎn)氫性能研究”均獲自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
將化學(xué)一線科研教師和研究人員以往和新近的科研成果進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),并匯編了教材《化學(xué)科研基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)》。每個(gè)實(shí)驗(yàn)均考慮了其拓展性和延伸性,可供學(xué)生連續(xù)使用,也是教師科研的進(jìn)一步延續(xù)。
課程的順利開(kāi)展,實(shí)驗(yàn)的完成保障,需要教師和學(xué)生投入大量的時(shí)間,目前更多依賴于教師和學(xué)生自覺(jué)主動(dòng)地進(jìn)行,對(duì)一部分自覺(jué)性較差的學(xué)生可能較難達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。由于本課程主要利用課外和寒暑假時(shí)間,如何保證實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的連續(xù)性是需要考慮的問(wèn)題。因此,每個(gè)課題由教師和3-5個(gè)本科生一起共同完成,保障實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的連續(xù)性,但不足之處是課程的評(píng)分以團(tuán)隊(duì)為單位進(jìn)行,尚未制定對(duì)個(gè)體的詳細(xì)評(píng)分細(xì)則。后續(xù)措施是制定較為完善的管理辦法和獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制,逐漸細(xì)化對(duì)學(xué)生個(gè)體的評(píng)價(jià),將學(xué)生的成果與學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中在創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、知識(shí)結(jié)構(gòu)、智力水平等遠(yuǎn)期潛能相結(jié)合進(jìn)行評(píng)價(jià),這樣更有利開(kāi)展創(chuàng)新型人才的激勵(lì)工作,更好地促進(jìn)學(xué)生的積極性。
科研基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)最終促成了師生的雙贏共進(jìn)。一方面,學(xué)生通過(guò)參與實(shí)驗(yàn)獲得從事化學(xué)科研所需要的基本知識(shí)和規(guī)律,并有機(jī)會(huì)發(fā)表論文、申請(qǐng)專利等;另一方面,教師開(kāi)展的課題在學(xué)生參與下能得到較快的完成,由此獲得一系列研究成果及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。因此,化學(xué)科研基礎(chǔ)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)有望成為培養(yǎng)新時(shí)代學(xué)生的有效途徑,得到越來(lái)越多的推廣。