基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程改革的思考與探索

易慧，王文兵，陳勇，舒賽，蒙倫書，張新蕾

（1.柳州工學(xué)院，廣西柳州 545616；2.廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州 545000）

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的種類很多，從不同的角度可以分為不同的類型，化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)屬于探究性綜合實(shí)驗(yàn)。高等教育的任務(wù)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高級(jí)專業(yè)人才，推動(dòng)科學(xué)技術(shù)文化進(jìn)步，促進(jìn)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)。因而，對(duì)于高校尤其是應(yīng)用技術(shù)型高校而言，如何開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，是人才培養(yǎng)的重要研究方向。本文從提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力出發(fā)，對(duì)大學(xué)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革進(jìn)行了思考與探索，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絼?chuàng)新、教學(xué)考核評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了研究。

1 柳州工學(xué)院2016-2020 年化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)情況

2016-2020 年，柳州工學(xué)院化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程主要面向化學(xué)工程與工藝專業(yè)、食品科學(xué)與工程和食品質(zhì)量與安全專業(yè)本科生開設(shè)，課程分兩個(gè)學(xué)期修讀，共48 學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有：廢干電池的回收利用、雞蛋殼中鈣含量的測(cè)定、葡萄糖酸鋅的制備及含量測(cè)定、葉綠素銅鈉的合成及分析、茶葉有效成分的提取與分離等。

2 存在的問題

課程開設(shè)以來，有效地幫助學(xué)生鞏固了無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的專業(yè)知識(shí)，提升了實(shí)驗(yàn)操作技能，但在具體實(shí)施中還存在一些問題。主要有以下幾方面：（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照二級(jí)學(xué)科分類進(jìn)行，不符合學(xué)科高度交叉的發(fā)展趨勢(shì)；（2）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多，能夠解決生產(chǎn)生活問題的實(shí)驗(yàn)少，因此缺乏趣味性和實(shí)用性，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情不足；（3）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相對(duì)單一，不利于提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)技能；（4）實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)象主要為食品與化學(xué)工程學(xué)院的學(xué)生，學(xué)生覆蓋面小。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的探究

3.1 創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)

近年來，各高校開始推出化學(xué)綜合研究型實(shí)驗(yàn)，一般從制備到表征再到應(yīng)用，具有一套完整的科研訓(xùn)練過程，能夠極大地提高學(xué)生綜合運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)技術(shù)的能力以及分析、解決問題的能力[1-2]。例如，將教師的橫向科研課題融入課堂，廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司電化學(xué)法處理工業(yè)循環(huán)水項(xiàng)目就是其一。

3.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜缦拢?/p>

（1）掌握電化學(xué)法處理工業(yè)循環(huán)水的氧化還原反應(yīng)原理；

（2）掌握鈣硬、總硬度和 Cl-濃度的測(cè)定方法；

（3）掌握一個(gè)小型電化學(xué)反應(yīng)裝置的搭建。

3.1.2 實(shí)驗(yàn)原理

循環(huán)冷卻水在電流作用下發(fā)生電解，在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量H+和OH·、O3、H2O2、HClO 等強(qiáng)氧化性物質(zhì)。強(qiáng)氧化性物質(zhì)可殺菌滅藻，可使Fe 氧化生成Fe3O4類致密保護(hù)膜，阻止管壁與氧結(jié)合，起到進(jìn)一步防腐的作用[3]，最關(guān)鍵的是可使Cl-轉(zhuǎn)變?yōu)槁葰猓乐孤入x子腐蝕。在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，成垢離子向陰極區(qū)富集，進(jìn)而在陰極板附近生成沉淀析出，降低水中硬度，降低了系統(tǒng)腐蝕、結(jié)垢等風(fēng)險(xiǎn)[4]。

循環(huán)水溶液發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)[5]包括：

3.1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

電化學(xué)水處理實(shí)驗(yàn)裝置主要由穩(wěn)壓直流電源、反應(yīng)池、正負(fù)極板、電極夾等組成，圖1 為實(shí)驗(yàn)裝置示意。陽極選擇表面釕銥多元化合物涂層的鈦基板，陰極板有純鈦、不銹鋼和純鋁三種材質(zhì)。反應(yīng)溶液采用柳鋼焦化廠焦化循環(huán)冷卻水；電源規(guī)格為0～30V 可調(diào)穩(wěn)壓直流電源；導(dǎo)線、電極夾、連接件均為銅制。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意

3.1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

按照?qǐng)D1 的裝置示意圖搭建電化學(xué)水處理實(shí)驗(yàn)裝置。確定實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)間，確定實(shí)驗(yàn)的電壓，開啟電源，調(diào)節(jié)電壓使電壓達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需，待電壓穩(wěn)定后開始計(jì)時(shí)。裝置運(yùn)行穩(wěn)定后，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，達(dá)到所需反應(yīng)時(shí)間后，關(guān)閉電源，取樣檢測(cè)。

3.1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)前后的鈣離子濃度、鈣鎂離子濃度和Cl-濃度，計(jì)算出鈣離子去除率、鈣鎂離子去除率和氯離子去除率。

3.2 創(chuàng)業(yè)推動(dòng)就業(yè)型實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如茶葉有效成分、植物色素、茶多酚、黃酮的提取及含量分析，涵蓋分離、提取、純化等過程，但是將提取天然產(chǎn)物應(yīng)用于實(shí)用型產(chǎn)品的教學(xué)實(shí)驗(yàn)卻鮮有報(bào)道。

柳州工學(xué)院位于廣西壯族自治區(qū)柳州市，當(dāng)?shù)靥厣?jīng)濟(jì)作物有甘蔗、柑橘、桑蠶、茶葉、金花葵等。本課程可積極融入地方產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)金花葵植物中富含多種生物活性物質(zhì)，如總黃酮、金絲桃苷、有機(jī)多糖、不飽和脂肪、葉黃素、膳食纖維、微量元素銅、鋅、鈣及高聚糖膠[6-8]，這些物質(zhì)具有清涼、冷血、解毒的功效，在調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、降低血脂、抗腫瘤、消炎鎮(zhèn)痛、清熱解毒、抗氧化等方面有顯著效果[9]，具有廣闊的發(fā)展空間。可以金花葵作為原材料，提取其中的有效成分，制成各類功能性精細(xì)化學(xué)品、食品。

3.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本實(shí)驗(yàn)的目的是：了解提取天然產(chǎn)物中有效成分的各種方法，掌握超聲輔助熱水浸提金花葵中多糖的操作方法，掌握制作含金花葵多糖的護(hù)手霜的操作流程與方法。

3.2.2 實(shí)驗(yàn)原理

金花葵花朵多糖屬于水溶性物質(zhì)，利用蒸餾水作為金花葵花朵粉末的提取溶劑，在超聲波的輔助下使用設(shè)定的溫度進(jìn)行水浴提取，且加以一定功率的超聲波能夠?qū)χ参锛?xì)胞壁進(jìn)行破壞，使得金花葵花朵多糖更易析出[10-11]。

3.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

金花葵花朵多糖提取的步驟：金花葵花朵粉末→脫脂→干燥→熱水提取→離心→取上清液→測(cè)多糖濃度→濃縮→醇沉→離心干燥→產(chǎn)物測(cè)試DPPH 自由基清除率→金花葵花朵多糖加入護(hù)手霜→護(hù)手霜理化性質(zhì)檢測(cè)。

實(shí)驗(yàn)將有效成分提取、功效分析、配方實(shí)驗(yàn)、理化性質(zhì)檢驗(yàn)等進(jìn)行創(chuàng)新性改進(jìn)并串聯(lián)為一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)思維奠定基礎(chǔ)。學(xué)生參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，制作出金花葵護(hù)手霜，體會(huì)化學(xué)與生活息息相關(guān)。實(shí)驗(yàn)不僅提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和科研思維，更提高了學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[12]。

4 教學(xué)模式及考核

4.1 產(chǎn)教融合、校企共育的模式

通過產(chǎn)教融合，學(xué)?？筛鶕?jù)企業(yè)需求，為企業(yè)量身定制一些課題，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)后設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案（含實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟、物質(zhì)分析方法，列出所需儀器與藥品），經(jīng)教師審批后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在計(jì)劃學(xué)時(shí)內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，在計(jì)劃學(xué)時(shí)外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的討論、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析并上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生也可依托與企業(yè)共建的各類培養(yǎng)基地，在具備相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件的基地開展實(shí)驗(yàn)[13]。

實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行，2～3 人一組，討論制定實(shí)驗(yàn)方案，合作完成實(shí)驗(yàn)，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析必須獨(dú)立完成，既培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，又考查學(xué)生獨(dú)立完成任務(wù)的能力。教師的主要任務(wù)是指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)，審核實(shí)驗(yàn)方案，指導(dǎo)學(xué)生如何使用重要的實(shí)驗(yàn)儀器，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與處理，解答學(xué)生的各種問題，最后評(píng)閱學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4.2 注重對(duì)學(xué)生能力的評(píng)價(jià)

由于大學(xué)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)突出強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)所學(xué)化學(xué)知識(shí)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能的綜合應(yīng)用以及對(duì)學(xué)生分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，所以在實(shí)驗(yàn)考核時(shí)，不僅要考查學(xué)生的操作能力及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性，更要注重對(duì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題能力的評(píng)價(jià)。在對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的考查過程中，重點(diǎn)考查學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)原理解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力，分析、解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。實(shí)驗(yàn)考核表可參照表1。

表1 實(shí)驗(yàn)考核表

5 結(jié)語

化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程改革致力于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的精心設(shè)置、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降挠行剿?，增?qiáng)對(duì)學(xué)生綜合能力的評(píng)價(jià)，開發(fā)出化學(xué)與材料、化學(xué)與食品、化學(xué)與生物、化學(xué)與環(huán)境的交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)，滿足學(xué)科高度交叉的發(fā)展趨勢(shì)[14]。實(shí)驗(yàn)課題來自企業(yè)，學(xué)生能夠?qū)W以致用，從而提高學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。