淺析創(chuàng)新性人才培養(yǎng)中研究型綜合化學(xué)實驗課程的建設(shè)論文
一、研究型綜合化學(xué)實驗課程建設(shè)的思考
實驗課是培養(yǎng)和提升學(xué)生創(chuàng)新意識和科研能力的有效方法，實驗課將理論知識和實際問題聯(lián)系到一起，是理論知識的綜合訓(xùn)練過程。近年來國內(nèi)高等院校開始重視本科生的教育質(zhì)量，特別注重提升學(xué)生綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，鼓勵教師進(jìn)行教學(xué)改革，加強(qiáng)創(chuàng)建各類實踐平臺，創(chuàng)造各種途徑開展本科生創(chuàng)新綜合實踐能力培養(yǎng)。然而有些學(xué)校往往會把實驗課和理論課合并設(shè)課，課程學(xué)時數(shù)少，所對應(yīng)的課程學(xué)分少甚至不計學(xué)分，為此出現(xiàn)師生都不重視實驗課的現(xiàn)象。導(dǎo)致本科生畢業(yè)后在人文素質(zhì)、動手能力、科學(xué)思維、創(chuàng)新意識等方面略顯不足，特別是令人期望的大學(xué)生科研能力更不令人滿意，這與目前培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的教育思想與培養(yǎng)目標(biāo)相悖。針對這個問題，我們必須重視人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)中提升本科生實驗課的地位，首先，要保證實驗課獨立設(shè)課，創(chuàng)造條件加大實驗課的學(xué)時學(xué)分以及開設(shè)研究型實驗課所占的比重。其次，要循序漸進(jìn)，在開設(shè)基礎(chǔ)實驗課后，要進(jìn)一步設(shè)計一些創(chuàng)新性綜合型實驗課程。另外，可能的話應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生尋找自己感興趣的開放性研究型實驗，這樣真正意義上學(xué)生的實踐能力才能得到培養(yǎng)提高。我國許多研究型大學(xué)本科人才培養(yǎng)方案中都非常重視本科生實踐能力的培養(yǎng)，這些研究型大學(xué)在制定人才培養(yǎng)措施時都有共同的舉措，就是推進(jìn)跨學(xué)科的通識教育、開設(shè)學(xué)生研討課、強(qiáng)化實踐教學(xué)、設(shè)置科研訓(xùn)練。這些舉措有利于打破學(xué)生的慣性思維，擴(kuò)大創(chuàng)新思維的廣度，為科研能力的培養(yǎng)奠定堅實、寬廣的知識基礎(chǔ)。同時也培養(yǎng)了學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)能力，使其更好地掌握科學(xué)研究的方法，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)態(tài)度和求知精神，強(qiáng)化對實踐動手能力的培養(yǎng)。然而我國許多大學(xué)在實踐教學(xué)中，由于還存在觀念認(rèn)識、制度建設(shè)、管理機(jī)構(gòu)、資源配置方面不到位等問題而導(dǎo)致這些培養(yǎng)措施并沒有達(dá)到應(yīng)有的效果。針對培養(yǎng)措施在教育實踐中存在的問題而找到相應(yīng)的解決辦法，當(dāng)務(wù)之急就是要創(chuàng)造條件重視提高本科生的創(chuàng)新實踐能力。目前許多高校對創(chuàng)新性人才培養(yǎng)基本選用了以下幾種有效的實踐培養(yǎng)措施：
1.研究型綜合化學(xué)實驗課程訓(xùn)練。對綜合化學(xué)實驗項目進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計，課程考慮涉及跨二個或二個以上二級學(xué)科知識的綜合和設(shè)計研究型實驗。鼓勵學(xué)生獨立設(shè)計實驗方案進(jìn)行實驗，包括實驗步驟、所需儀器設(shè)備及產(chǎn)物的表征手段等。
當(dāng)學(xué)生完成基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)后，可根據(jù)自己的興趣選定教師給出的綜合性的實驗項目，然后通過查閱文獻(xiàn)、準(zhǔn)備試劑與儀器、完成實驗方案設(shè)計與操作、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和結(jié)果總結(jié)，最后按照科學(xué)論文格式的要求撰寫綜合實驗總結(jié)報告。在研究型綜合化學(xué)實驗的實施過程中，教師應(yīng)采取“場外指導(dǎo)”的方式，有意識將學(xué)生推到實驗教學(xué)的主體位置。學(xué)生通過這種實踐鍛煉，既培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的思路，同時也學(xué)會了探索解決問題的方法，而且其積極寫作的心理、科技論文的寫作技巧與寫作能力也得到明顯提高。可以說，研究性綜合化學(xué)實驗課程能有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)意識和創(chuàng)新精神，有利于發(fā)展學(xué)生的個性和特長，提高學(xué)生的綜合實踐能力。
2.創(chuàng)新性實驗計劃項目訓(xùn)練。大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃可分為國家級、省級、校級等分類資助項目。創(chuàng)新性實驗計劃給了學(xué)生一個實踐與科研的機(jī)會，學(xué)生通過交流組內(nèi)討論、查閱文獻(xiàn)、調(diào)研思考，逐漸學(xué)會了如何全面地考慮問題、如何從別人的設(shè)計與實驗結(jié)果中去提煉精華，使之分析問題和解決問題的能力達(dá)到質(zhì)的飛躍，從而極大提高創(chuàng)新思維與實踐能力。學(xué)生在教師指導(dǎo)下參與到教師的科研項目中，大大開闊了學(xué)生的視野，知識面被拓寬，在實踐中真正體驗到科學(xué)研究的過程，增強(qiáng)了現(xiàn)代實踐的內(nèi)涵意識。同時在實踐中鍛煉了克服困難的意志，培養(yǎng)了敢于創(chuàng)新的科研精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，初步具備了科學(xué)研究的本能。
3.實驗技能大賽訓(xùn)練。通過開展化學(xué)實驗技能大賽(比如全國大學(xué)生化學(xué)實驗競賽)，激發(fā)大學(xué)生崇尚科學(xué)、追求真理的主動性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動力。學(xué)生參加化學(xué)實驗技能大賽首先必須要通過筆試，在規(guī)定選題下查閱資料，自行設(shè)計實驗方案，并按規(guī)定時間內(nèi)獨立完成操作，寫出規(guī)范的實驗報告。實驗技能大賽使學(xué)生將所學(xué)的理論知識與實際操作相結(jié)合，應(yīng)用理論知識解決實際操作問題，因此技能大賽既培養(yǎng)了學(xué)生實驗過程的設(shè)計能力、動手能力，同時也會大大提高了學(xué)生的科研能力。
4.實習(xí)與社會實踐過程訓(xùn)練。目前有些高校大學(xué)生的實習(xí)、社會實踐活動環(huán)節(jié)安排較少，所以對于大學(xué)生的實習(xí)、社會實踐應(yīng)該加大投入。社會實習(xí)和社會實踐能使學(xué)生更多地接觸了解社會，拓寬知識面，做到理論聯(lián)系實際，多方面、多層次地培養(yǎng)實踐能力和科研能力。學(xué)生還可以利用假期時間在企業(yè)或校外其他實習(xí)基地進(jìn)行生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備以及經(jīng)營管理實踐，從中發(fā)現(xiàn)實際過程中的難題。從而對生產(chǎn)工藝、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品研發(fā)等方面提出自己的想法，達(dá)到提高分析問題和解決實際問題的能力，為畢業(yè)后更好地勝任工作打下良好的基礎(chǔ)。
二、本科生研究型綜合化學(xué)實踐課程的建立我校化學(xué)學(xué)院作為高水平研究型學(xué)院建設(shè)，為提高大學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力，自2000年起化學(xué)專業(yè)本科生就開始獨立開設(shè)“綜合化學(xué)實驗”課程，其目的就是要擴(kuò)大學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生綜合實驗技能和獨立的科學(xué)研究能力以及創(chuàng)新意識。
基于上述指導(dǎo)思想，我院對化學(xué)專業(yè)本科人才培養(yǎng)模式和化學(xué)實驗課程也相應(yīng)進(jìn)行了較大力度的調(diào)整和改革。在人才培養(yǎng)模式方面提出本科生“階梯培養(yǎng)計劃”，并制定相應(yīng)的學(xué)生不同階段課程學(xué)習(xí)內(nèi)容和課程體系，整合并加強(qiáng)了學(xué)生實踐課程學(xué)習(xí)。新整合的實驗課程完全打破了原來按照無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)四大基礎(chǔ)化學(xué)課程設(shè)立的實驗課和中級專業(yè)實驗，重新整合推出六大模塊實驗體系。其中研究型綜合化學(xué)實驗是在原來中級化學(xué)實驗基礎(chǔ)上通過課程內(nèi)容與研究成果、生產(chǎn)實際的整合與提升建立起來的。至目前為止可開出實驗項目數(shù)30項，實驗時數(shù)達(dá)到120學(xué)時。研究型綜合化學(xué)實驗課程教學(xué)與相關(guān)實驗室管理都隸屬于化學(xué)國家實驗教學(xué)示范中心。目前課程專兼職教師共21人，課程授課全由教授、副教授和博士學(xué)位人員承擔(dān)。實驗室大型儀器設(shè)備利用“211”工程、“重點學(xué)科立項”、“國家理科人才培養(yǎng)基地”、“國家實驗教學(xué)示范中心”、“國家人才培養(yǎng)基金能力提高”等建設(shè)項目和學(xué)校投入的建設(shè)經(jīng)費，為研究型綜合化學(xué)實驗課程的開設(shè)配置了許多大型的儀器設(shè)備。其中有：單晶衍射儀、X射線粉末衍射儀、綜合熱分析儀、氣相色譜儀、高效液相色譜儀、傅立葉變換紅外光譜儀、毛細(xì)管電泳、紫外可見分光光度計、分子熒光光譜儀、激光拉曼光譜儀、原子吸收分光光度計、電化學(xué)分析系統(tǒng)、極譜分析儀、圓二色CD光譜儀、核磁共振譜儀、無水無氧系統(tǒng)、高低溫晶體生長設(shè)備和激光系統(tǒng)等�，F(xiàn)代大型儀器設(shè)備由學(xué)院實驗中心統(tǒng)一管理，以充分保證儀器設(shè)備優(yōu)先用于實驗教學(xué)。這些大型儀器設(shè)備投入使用使我校研究型綜合化學(xué)實驗課程配置的儀器設(shè)備基本上達(dá)到國內(nèi)一流高校實驗教學(xué)的水平。
三、研究型綜合化學(xué)實驗項目的設(shè)置與內(nèi)容的整合
綜合化學(xué)實驗課程的項目全部設(shè)置為研究型的綜合化學(xué)實驗，目前所開設(shè)主要項目有三種類型，具體實驗案例為：
1.研究型綜合實驗。
實例一：ZSM-5分子篩的合成與性能表證。該實驗涉及的步驟主要有：原料液的配制→混合→晶化→晶化產(chǎn)物處理→物相分析與表征(X-射線衍射儀，熱分析儀，紅外光譜儀等)→性質(zhì)表征(催化性能，吸附性等)。在實驗過程中，主要能使學(xué)生對無機(jī)化合物的合成與表征等基本研究手段有了總體的認(rèn)識。
實例二：含有機(jī)模板劑的過渡金屬磷酸鹽微孔晶體的合成。選擇鈷、鋅、錳、鈦等過渡金屬，有機(jī)胺為模板劑，完成“乙二醇溶劑中合成(H3NCH2CH2NH3)[Zn2(HPO4)3]晶體”、“正丁醇溶劑中合成層狀磷酸鈦(H3NCH2CH2NH2)[TiOPO4]單晶”、“水熱體系中合成磷酸鈷晶體”等。實驗操作要點有設(shè)計實驗方案，探索介質(zhì)酸度、過渡金屬濃度、晶化溫度、晶化時間等因素對合成的影響，進(jìn)一步要對合成產(chǎn)物進(jìn)行物相分析(X-射線衍射儀)、組成分析(容量分析，等離子元素分析儀、原子吸收法等儀器方法等)、差熱-熱重分析(熱分析儀)、紅外光譜法(紅外光譜儀，判斷骨架結(jié)構(gòu)特征吸收、模板劑特征基團(tuán)的吸收)等。
實例三：苯妥英(一種抗痙攣藥物)的合成及表征。該實驗為多步合成，即苯甲醛在輔酶VB1催化下進(jìn)行安息香縮合生成安息香、硝酸氧化安息香生成二苯基乙二酮、二苯基乙二酮與尿素縮合生成苯妥英(二苯基乙內(nèi)酰脲)。利用紅外光譜和核磁共振譜辨析產(chǎn)物中的特征有機(jī)基團(tuán)及其環(huán)境。通過有機(jī)元素分析、產(chǎn)物的物理化學(xué)性質(zhì)鑒定，進(jìn)一步判定所合成產(chǎn)物是否為目標(biāo)產(chǎn)物。
學(xué)生通過以上綜合化學(xué)實驗的設(shè)計與訓(xùn)練，必須掌握各種類型的合成方法，實驗過程的'設(shè)計，實驗問題的提出與解決辦法，物質(zhì)的表征與性能的測試，各種現(xiàn)代儀器的使用，實驗結(jié)果的歸納總結(jié)與整理撰寫。實踐證明：通過課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，提高、鞏固和加深了學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解和基本實踐技能的掌握，為全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的科學(xué)研究能力和科學(xué)素養(yǎng)達(dá)到預(yù)期的效果。
2.開放式創(chuàng)新設(shè)計實驗。
實例四：大豆中鈣、鎂、鐵含量的測定。學(xué)生通過實驗掌握試樣的粉碎、灼燒處理、提取等，然后采用配合滴定法測定樣品中鈣、鎂的含量，用分光光度法測定鐵的含量。學(xué)生也可以根據(jù)自己的興趣，設(shè)計方案分析蔬菜(菠菜、白菜、青椒)、海產(chǎn)品(海帶、蝦皮)等食用樣品中某些元素的含量。這類實驗貼近生活實際，能夠解決生活中遇到的實際問題，很受學(xué)生的歡迎。
實例五：海帶中碘的提取研究。從海帶中提取碘，在很多實驗教材上都有介紹，本實驗的目的在于研究海帶提取碘的方法比較。由學(xué)生設(shè)計實驗方案，通過提取方法的研究，探討不同提取方法在實驗條件、收率、成本核算、實驗的綠色化設(shè)計等方面進(jìn)行系統(tǒng)評價，培養(yǎng)學(xué)生獨立的思維能力和創(chuàng)新研究能力。在開放性實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣選擇實驗項目進(jìn)行實驗。學(xué)生可自由選擇時間和實驗項目，既可以選擇實驗室提供的實驗題目進(jìn)行實驗，也可自帶實驗題目在實驗室完成實驗。因此，實驗室應(yīng)為學(xué)生提供豐富多彩的創(chuàng)新實驗項目，利用學(xué)生感興趣的實驗吸引學(xué)生積極投入到開放實驗過程中來，促進(jìn)學(xué)生能力的提升。以及可鼓勵學(xué)生獨立設(shè)計實驗方案，解決生產(chǎn)、生活中遇到的實際問題，在實驗中將性質(zhì)表征與現(xiàn)代儀器方法結(jié)合起來，如“高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀對中藥中有效成分的分析”，“高效液相色譜法測定糧食中氨基甲酸酯農(nóng)藥殘留量”等。
3.科研成果轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新研究實驗。
實例六：香蘭素(即香草醛，3-甲氧基-4-羥基苯甲醛)的合成。香蘭素是一種重要的香料，有多種合成方法。香蘭素的合成是吉林大學(xué)已進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓并投產(chǎn)的項目，將其設(shè)計成學(xué)生創(chuàng)新研究實驗，也可以由學(xué)生設(shè)計實驗方案再進(jìn)行實驗。根據(jù)合成路線不同，涉及的基本操作步驟和提純方法也不同。學(xué)生可以利用熔點的測定和儀器方法對產(chǎn)物進(jìn)行鑒定。將科研成果轉(zhuǎn)化為學(xué)生綜合創(chuàng)新型實驗項目，既可調(diào)動教師科研課題組參與創(chuàng)新實驗項目設(shè)計，也可以由學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)將感興趣的研究成果設(shè)計成創(chuàng)新實驗項目，鼓勵學(xué)生將具有本校學(xué)科科研特色的研究成果設(shè)計或移植轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新研究實驗的項目。許多綜合實驗項目如“乙二醇溶劑中合成(H3NCH2CH2NH3)[Zn2(HPO4)3]晶體”等都是由科研成果轉(zhuǎn)化而成。通過科研成果的轉(zhuǎn)化，不僅增加了創(chuàng)新型綜合和設(shè)計實驗項目，更重要的是使學(xué)生接觸現(xiàn)代化學(xué)的研究思路、方法和手段，培養(yǎng)學(xué)生獨立研究和創(chuàng)新能力。
四、結(jié)束語
我院研究型綜合化學(xué)實驗課程已成為本科生創(chuàng)新教育的一個不可缺少的組成部分，課程教學(xué)經(jīng)過十多年的改革不斷得到重視和完善。同時對提高學(xué)生創(chuàng)新意識、科研能力的培養(yǎng)將發(fā)生重要的作用，為學(xué)生日后進(jìn)入化學(xué)專業(yè)乃至其他專業(yè)科研工作奠定堅實基礎(chǔ)。課程在今后的深化改革中還要進(jìn)一步加強(qiáng)實驗室建設(shè)，發(fā)揮實驗室在培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能和動手能力方面的巨大作用，有計劃地針對本科生開放實驗室，提升設(shè)計性、創(chuàng)新性、開放性等研究型綜合實驗層次;要鼓勵教師重視實踐教學(xué)，注重在實驗中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，積極指導(dǎo)本科生參與自己的課題研究;要健全學(xué)生創(chuàng)新性實踐活動的管理機(jī)制，出臺評價、激勵政策，從制度保障、經(jīng)費支持和政策鼓勵上保證學(xué)生的創(chuàng)新性實踐活動的進(jìn)行;要完善課程建設(shè)也必須對課程體系、課程內(nèi)容、教學(xué)隊伍、教學(xué)硬件進(jìn)行不斷的修改、完善和提升，才能使課程教學(xué)水平不斷得以提高。只有這樣才會促使更多的學(xué)生重視創(chuàng)新性實踐能力的培養(yǎng)，激勵學(xué)生參與更多的科研活動。因此我們考慮下一步要將研究型《綜合化學(xué)實驗》課程立項為資源課程建設(shè)，使課程建設(shè)水平更上一個臺階。
總之，要構(gòu)建一個系統(tǒng)科學(xué)的本科生創(chuàng)新性實踐能力早期培養(yǎng)模式，培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，就必須注重研究型綜合實驗課程建設(shè)和教學(xué)，只有這樣才能真正有效地激發(fā)化學(xué)專業(yè)學(xué)生的科研興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，這將有助于為新世紀(jì)培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀化學(xué)人才。
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