以研究性實(shí)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)的“精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革與實(shí)踐*

趙蘇亞，趙儉波

(塔里木大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

研究性實(shí)驗(yàn)是將科學(xué)領(lǐng)域的研究方法引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生針對(duì)授課教師提出的問(wèn)題獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、確定實(shí)驗(yàn)方法、選擇實(shí)驗(yàn)器材，獨(dú)自完成實(shí)驗(yàn)的一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[1]，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比更多強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主性、創(chuàng)新性，教師不再主宰學(xué)生的學(xué)習(xí)而是成為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，重視學(xué)生研究意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2-3]。開展研究性實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)理念，將實(shí)驗(yàn)授課上升到學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究過(guò)程高度來(lái)認(rèn)識(shí)[4]。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已成為深化高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展趨勢(shì)。

精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在完成基礎(chǔ)化學(xué)課程及實(shí)驗(yàn)、化工原理、精細(xì)化學(xué)品化學(xué)、精細(xì)化工工藝學(xué)等專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)及實(shí)驗(yàn)室基本操作訓(xùn)練的基礎(chǔ)上開設(shè)的一門以精細(xì)化學(xué)品合成開發(fā)為主要內(nèi)容的實(shí)踐課程，具有綜合性和應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)[5-6]。組織好這門課程的教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)創(chuàng)新能力具有十分重要的意義。我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)自開始招生就開設(shè)了本課程，迄今已近十年，積累了豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。然而，一直延用的“知識(shí)為本位，教材為中心”的教學(xué)模式是以驗(yàn)證性為主，教學(xué)方法多為注入式，學(xué)生被動(dòng)地從事實(shí)驗(yàn)，只能按照指導(dǎo)書上的內(nèi)容和步驟完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的一些新思路和新的實(shí)驗(yàn)也或因儀器、試劑等實(shí)驗(yàn)條件的限制，難以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入探索。并且目前教學(xué)的考核方式不夠嚴(yán)謹(jǐn)，評(píng)分主觀性強(qiáng)，無(wú)法對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的千差萬(wàn)別的成果和水平給與公平而又科學(xué)的評(píng)價(jià)，學(xué)生又往往顧慮得分較低而不會(huì)輕易進(jìn)行新實(shí)驗(yàn)的嘗試。因此，如何改變學(xué)生中普遍存在“基礎(chǔ)知識(shí)較強(qiáng)、理論聯(lián)系實(shí)際，動(dòng)手操作能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力較弱”現(xiàn)象，是教師面對(duì)的重要問(wèn)題。由此，本文結(jié)合塔里木大學(xué)實(shí)際情況，利用現(xiàn)有資源，在經(jīng)典和成熟的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引入研究性實(shí)驗(yàn)在精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了改革探索與實(shí)踐并取得了一定教學(xué)效果。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的主要內(nèi)容

1.1 優(yōu)選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

結(jié)合精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)，刪減部分綜合性實(shí)驗(yàn)，增加1個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)。充分結(jié)合我系教師科研項(xiàng)目和當(dāng)前科學(xué)研究技術(shù)發(fā)展的前沿，提煉反映科學(xué)熱點(diǎn)的研究性課題，綜合考慮學(xué)生的知識(shí)水平和實(shí)驗(yàn)技能，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的研究目標(biāo)和內(nèi)容，給學(xué)生留下發(fā)揮空間?；谝陨显瓌t，初步以我系教師4個(gè)科研項(xiàng)目作為研究性實(shí)驗(yàn)備選。

1.2 研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織與實(shí)施

為保證研究性實(shí)驗(yàn)順利實(shí)施，必須精心策劃教學(xué)組織過(guò)程。學(xué)生以自學(xué)為主，任課教師、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師主要承擔(dān)輔導(dǎo)作用，注重對(duì)學(xué)生科研能力的訓(xùn)練和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。研究性實(shí)驗(yàn)以小組團(tuán)隊(duì)協(xié)作方式進(jìn)行，各小組根據(jù)自己的興趣從以上4個(gè)備選實(shí)驗(yàn)中選定1個(gè)并按照科研活動(dòng)的順序開展研究性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織實(shí)施，自主完成文獻(xiàn)資料檢索、實(shí)驗(yàn)方案制定，實(shí)驗(yàn)開展、數(shù)據(jù)記錄與處理、科技論文撰寫、多媒體制作、答辯、成果展示等環(huán)節(jié)。

1.3 改革考核方式，建立更加客觀公正的考核體系

結(jié)合實(shí)習(xí)課程的特點(diǎn)，建立一種“全過(guò)程-多方式-立體化”評(píng)價(jià)體系。變實(shí)習(xí)報(bào)告考核為日常學(xué)習(xí)表現(xiàn)考核，不僅重視實(shí)習(xí)結(jié)果，更強(qiáng)調(diào)對(duì)實(shí)習(xí)過(guò)程的考核，鼓勵(lì)學(xué)生求變、求異，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，變單一的考核為多種形式考核，成績(jī)立體化不僅體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程，還體現(xiàn)在資料查閱、實(shí)驗(yàn)方案制定、論文撰寫、多媒體制作、實(shí)習(xí)總結(jié)等多個(gè)方面。

1.4 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)總結(jié)與再實(shí)踐

為評(píng)價(jià)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的開展及應(yīng)用效果，對(duì)參與課程的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查和個(gè)別訪談，在此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)教師對(duì)研究性實(shí)驗(yàn)的選擇、實(shí)驗(yàn)要求及內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的更新、完善，并更好實(shí)踐于低一屆應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生。

2 改革方案設(shè)計(jì)和解決問(wèn)題的方法

2.1 優(yōu)選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

2.1.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

結(jié)合“精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)”課程的學(xué)時(shí)，刪減部分綜合性實(shí)驗(yàn)，開設(shè)1個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)。研究性實(shí)驗(yàn)的選擇是達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)的選擇必須注重科學(xué)性、先進(jìn)性、前沿性、可行性。研究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需兼顧以下三個(gè)原則：(1)實(shí)驗(yàn)的可行性，實(shí)驗(yàn)所涉及的實(shí)驗(yàn)技能是否超出本科生的理論基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)室條件及儀器能否滿足實(shí)驗(yàn)要求；(2)實(shí)驗(yàn)開放性，每個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)都存在進(jìn)一步研究的內(nèi)容，需要學(xué)生體會(huì)科研進(jìn)展，查詢科技文獻(xiàn)，自己搭建實(shí)驗(yàn)裝置，嘗試多種實(shí)驗(yàn)方案；(3)研究性實(shí)驗(yàn)重在探索性，研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目全部來(lái)自于教師的實(shí)際研究課題，每個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)都留有足夠的探索空間，影響因素多，實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在差異。

2.1.2 研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織與實(shí)施

為保證研究性實(shí)驗(yàn)順利實(shí)施，必須精心策劃教學(xué)組織過(guò)程。研究性實(shí)驗(yàn)以小組協(xié)作方式進(jìn)行，由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)組織實(shí)施，分階段與指導(dǎo)教師進(jìn)行研討，明確各階段所要掌握的理論知識(shí)，查閱文獻(xiàn)了解研究前沿，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，完成實(shí)習(xí)報(bào)告及成果展示，并與其他小組作交流報(bào)告，互評(píng)，討論實(shí)驗(yàn)中遇到的難點(diǎn)問(wèn)題，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果進(jìn)行綜合講評(píng)。通過(guò)讓學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)課題研究的全過(guò)程，包括選題、開題、準(zhǔn)備、實(shí)施、數(shù)據(jù)處理分析、總結(jié)、答辯等環(huán)節(jié)，使其在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)處于一種專業(yè)科研的氛圍之中，培養(yǎng)學(xué)生“文獻(xiàn)觀點(diǎn)-相關(guān)條件-現(xiàn)實(shí)條件-新的觀點(diǎn)”的科學(xué)思維方法，求真務(wù)實(shí)的態(tài)度及團(tuán)結(jié)合作的精神。

2.1.3 改革考核方式，構(gòu)建科學(xué)的評(píng)價(jià)體系

傳統(tǒng)的教學(xué)方式是填鴨式教學(xué)，學(xué)生“照方抓藥”，采用的考核模式是以“平時(shí)成績(jī)+實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的考核方式，主觀性強(qiáng)，只能考查學(xué)生運(yùn)用書本知識(shí)解決問(wèn)題的能力，而不是分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，缺乏對(duì)學(xué)生的多元化、個(gè)性化和動(dòng)態(tài)化的全過(guò)程評(píng)價(jià)。研究性實(shí)驗(yàn)要求對(duì)傳統(tǒng)的考核方式進(jìn)行改革，建立一種“全過(guò)程-多方式-立體化”評(píng)價(jià)體系，更確切、客觀、全面地評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

2.1.4 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)總結(jié)與再實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，采用不記名問(wèn)卷及個(gè)別訪談的方式對(duì)研究性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置、完成情況、學(xué)習(xí)效果、能力提升等方面進(jìn)行調(diào)查，在此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)教師重新篩選研究性實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求、內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的更新、完善、并再實(shí)踐。

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程，見(jiàn)圖1。

圖1 項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程Fig.1 The design process of the project

2.2 解決問(wèn)題的方法

2.2.1 轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，開設(shè)研究性實(shí)驗(yàn)

開展研究性實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)徹底轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)理念，將開設(shè)研究性實(shí)驗(yàn)上升到學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究過(guò)程高度來(lái)認(rèn)識(shí)，強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的主體意識(shí)和能力的發(fā)展，教育的實(shí)施者由“教師”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩?dǎo)師”研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是通過(guò)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解相關(guān)知識(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中體驗(yàn)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的艱辛、感受發(fā)現(xiàn)的樂(lè)趣和科學(xué)的魅力。研究性實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分析處理數(shù)據(jù)，撰寫科技論文，完成答辯，類似一篇小論文，所需學(xué)時(shí)較長(zhǎng)，因此，根據(jù)“精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)”課程學(xué)時(shí)安排，需刪減部分綜合性實(shí)驗(yàn)，充分利用我系教師科研項(xiàng)目，選取4個(gè)難度適中，可行性強(qiáng)的科研項(xiàng)目作為研究性實(shí)驗(yàn)備選：(1)大孔水凝膠的制備與吸附性能研究；(2)Gemini型表面活性劑控制氧化鋅納米材料的制備及光催化性能研究；(3)氧化鋅及其復(fù)合材料的制備及光催化性能研究；(4)生物質(zhì)碳材料的制備及電化學(xué)性能。

2.2.2 組織開展研究性實(shí)驗(yàn)

研究性實(shí)驗(yàn)的組織分為4個(gè)階段。(1)準(zhǔn)備階段：根據(jù)自愿組隊(duì)的原則，將學(xué)生按每組4～5人分成若干個(gè)小組，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行之前，由負(fù)責(zé)項(xiàng)目的教師對(duì)4個(gè)備選研究性實(shí)驗(yàn)的背景進(jìn)行介紹，小組成員協(xié)商后根據(jù)興趣選擇1個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為研究性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行科技文獻(xiàn)查閱，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，并在與指導(dǎo)老師反復(fù)討論中完善。(2)實(shí)驗(yàn)研究與探索：從原料、試劑的準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)方法的選擇，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的控制，實(shí)驗(yàn)表征，數(shù)據(jù)的分析與作圖等均由學(xué)生獨(dú)立完成，指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)總體指導(dǎo)及分析儀器的使用，以及記錄實(shí)驗(yàn)小組成員的工作表現(xiàn)。(3)實(shí)驗(yàn)論文：實(shí)習(xí)結(jié)束后一周內(nèi)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組按照撰寫科技論文的規(guī)范格式提交研究報(bào)告。報(bào)告撰寫必須堅(jiān)持實(shí)事求是的原則，將實(shí)驗(yàn)的原始資料進(jìn)行整理、歸納、分析、概括，并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果進(jìn)行合理的解釋。研究報(bào)告要力圖全面反映各小組達(dá)到成果，論據(jù)充分，結(jié)論合理。(4)實(shí)驗(yàn)總結(jié)：通過(guò)成果展示，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)選題、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)操作、表征手段的支撐、科學(xué)的思維方法等方面進(jìn)行總結(jié)，各小組不僅需要討論總結(jié)本組實(shí)驗(yàn)的長(zhǎng)處和不足之處，還需與其他小組充分討論，在此基礎(chǔ)上，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行綜合點(diǎn)評(píng)，幫助學(xué)生整合實(shí)驗(yàn)中所獲得的知識(shí)，使其條理化、系統(tǒng)化。

2.2.3 建立“全過(guò)程-多方式-立體化”評(píng)價(jià)體系

充分發(fā)揮考核在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和科研能力方面所起的作用。我們?cè)诮⑿碌脑u(píng)價(jià)體系時(shí)考慮以下原則：(1)強(qiáng)調(diào)能力，主要考核學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析解決問(wèn)題的能力、科學(xué)思維的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、成果展示的能力。(2)強(qiáng)調(diào)新思路、新方法、新觀點(diǎn)等創(chuàng)新，考查學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的發(fā)散性思維。具體操作層面從學(xué)生選題難易、文獻(xiàn)總結(jié)、實(shí)驗(yàn)方案、儀器搭建、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理分析、報(bào)告論文、課件制作、答辯、成果展示等各個(gè)環(huán)節(jié)給予評(píng)價(jià)并給定實(shí)驗(yàn)成績(jī)，每位同學(xué)對(duì)自己和小組其他成員在完成實(shí)驗(yàn)時(shí)貢獻(xiàn)大小分別排序，最后，指導(dǎo)教師綜合每個(gè)學(xué)生排序情況、平常表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)成績(jī)確定個(gè)人成績(jī)。

2.2.4 創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)總結(jié)與再實(shí)踐

為評(píng)價(jià)研究性實(shí)驗(yàn)開展的完成情況及效果，實(shí)習(xí)結(jié)束后，采用不記名調(diào)查問(wèn)卷及個(gè)別訪談的方式對(duì)19屆應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，問(wèn)卷主要設(shè)置“研究性實(shí)驗(yàn)選擇”、“研究性實(shí)驗(yàn)完成情況”、“研究性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果”、“哪方面能力得到了提升”及“研究性實(shí)驗(yàn)所遇到的困難”5個(gè)一級(jí)指標(biāo)，個(gè)別訪談主要圍繞問(wèn)卷設(shè)置的問(wèn)題進(jìn)行，并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入了解。在此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)教師重新篩選研究性實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的要求、內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的更新、完善、并再實(shí)踐于下一屆應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生。

3 引入研究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果

將研究性實(shí)驗(yàn)引入精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行改革后，經(jīng)過(guò)我院19屆應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生試行，教學(xué)實(shí)踐表明，研究性實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生對(duì)各方面能力的提高，是提升學(xué)生綜合素質(zhì)的有效途徑。學(xué)生在從組成小組到安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、最終答辯和研討總結(jié)過(guò)程中，他們的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、科研思維、創(chuàng)新意識(shí)以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)均得到了明顯提高，有效的培養(yǎng)了學(xué)生自主完成文獻(xiàn)資料檢索、實(shí)驗(yàn)方案制定，實(shí)驗(yàn)開展、數(shù)據(jù)記錄與處理、科技論文撰寫等多方面的科學(xué)素質(zhì)，同時(shí)也提高了教師的教學(xué)水平，有利于教師科研工作的開展。從學(xué)生的調(diào)查問(wèn)卷和訪談上看，他們更認(rèn)為這種研究性實(shí)驗(yàn)在能夠真正掌握課本基本知識(shí)的同時(shí)還能夠?qū)W習(xí)到課本以外的知識(shí)，更深的了解和掌握精細(xì)化工產(chǎn)品的合成過(guò)程以及應(yīng)用前景，提高了對(duì)本課程的學(xué)習(xí)興趣。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著當(dāng)前快速的高科技的發(fā)展和社會(huì)形勢(shì)，社會(huì)對(duì)綜合應(yīng)用型人才的需求越來(lái)越多，我院通過(guò)將研究性實(shí)驗(yàn)引入精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)課程中進(jìn)行的一系列改革嘗試和探索，有效培養(yǎng)了學(xué)生的科研精神和創(chuàng)新實(shí)踐能力，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)能力。相信隨著《精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革的不斷深入，學(xué)生獨(dú)立動(dòng)手能力、科研素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力將會(huì)得到不斷提高；同時(shí)還可以不斷提高教師自身素質(zhì)，更好地結(jié)合教師的科研項(xiàng)目，開發(fā)更多適合的研究性實(shí)驗(yàn)。只要不斷地對(duì)研究性實(shí)驗(yàn)的組織、實(shí)施方式和評(píng)價(jià)手段進(jìn)行完善，讓學(xué)生多一些選擇機(jī)會(huì)，一定能培養(yǎng)出大量的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。