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淺析創(chuàng )新性人才培養中研究型綜合化學(xué)實(shí)驗課程的建設論文
一、研究型綜合化學(xué)實(shí)驗課程建設的思考
實(shí)驗課是培養和提升學(xué)生創(chuàng )新意識和科研能力的有效方法，實(shí)驗課將理論知識和實(shí)際問(wèn)題聯(lián)系到一起，是理論知識的綜合訓練過(guò)程。近年來(lái)國內高等院校開(kāi)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，鼓勵教師進(jìn)行教學(xué)改革，加強創(chuàng )建各類(lèi)實(shí)踐平臺，創(chuàng )造各種途徑開(kāi)展本科生創(chuàng )新綜合實(shí)踐能力培養。然而有些學(xué)校往往會(huì )把實(shí)驗課和理論課合并設課，課程學(xué)時(shí)數少，所對應的課程學(xué)分少甚至不計學(xué)分，為此出現師生都不重視實(shí)驗課的現象。導致本科生畢業(yè)后在人文素質(zhì)、動(dòng)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(mǎn)意，這與目前培養創(chuàng )新性人才的教育思想與培養目標相悖。針對這個(gè)問(wèn)題，我們必須重視人才培養環(huán)節中提升本科生實(shí)驗課的地位，首先，要保證實(shí)驗課獨立設課，創(chuàng )造條件加大實(shí)驗課的學(xué)時(shí)學(xué)分以及開(kāi)設研究型實(shí)驗課所占的比重。其次，要循序漸進(jìn)，在開(kāi)設基礎實(shí)驗課后，要進(jìn)一步設計一些創(chuàng )新性綜合型實(shí)驗課程。另外，可能的話(huà)應該引導學(xué)生尋找自己感興趣的開(kāi)放性研究型實(shí)驗，這樣真正意義上學(xué)生的實(shí)踐能力才能得到培養提高。我國許多研究型大學(xué)本科人才培養方案中都非常重視本科生實(shí)踐能力的培養，這些研究型大學(xué)在制定人才培養措施時(shí)都有共同的舉措，就是推進(jìn)跨學(xué)科的通識教育、開(kāi)設學(xué)生研討課、強化實(shí)踐教學(xué)、設置科研訓練。這些舉措有利于打破學(xué)生的慣性思維，擴大創(chuàng )新思維的廣度，為科研能力的培養奠定堅實(shí)、寬廣的知識基礎。同時(shí)也培養了學(xué)生的探究性學(xué)習能力，使其更好地掌握科學(xué)研究的方法，養成良好的學(xué)習態(tài)度和求知精神，強化對實(shí)踐動(dòng)手能力的培養。然而我國許多大學(xué)在實(shí)踐教學(xué)中，由于還存在觀(guān)念認識、制度建設、管理機構、資源配置方面不到位等問(wèn)題而導致這些培養措施并沒(méi)有達到應有的效果。針對培養措施在教育實(shí)踐中存在的問(wèn)題而找到相應的解決辦法，當務(wù)之急就是要創(chuàng )造條件重視提高本科生的創(chuàng )新實(shí)踐能力。目前許多高校對創(chuàng )新性人才培養基本選用了以下幾種有效的實(shí)踐培養措施：
1.研究型綜合化學(xué)實(shí)驗課程訓練。對綜合化學(xué)實(shí)驗項目進(jìn)行創(chuàng )新設計，課程考慮涉及跨二個(gè)或二個(gè)以上二級學(xué)科知識的綜合和設計研究型實(shí)驗。鼓勵學(xué)生獨立設計實(shí)驗方案進(jìn)行實(shí)驗，包括實(shí)驗步驟、所需儀器設備及產(chǎn)物的表征手段等。
當學(xué)生完成基礎課程學(xué)習后，可根據自己的興趣選定教師給出的綜合性的實(shí)驗項目，然后通過(guò)查閱文獻、準備試劑與儀器、完成實(shí)驗方案設計與操作、進(jìn)行數據處理和結果總結，最后按照科學(xué)論文格式的要求撰寫(xiě)綜合實(shí)驗總結報告。在研究型綜合化學(xué)實(shí)驗的實(shí)施過(guò)程中，教師應采取“場(chǎng)外指導”的方式，有意識將學(xué)生推到實(shí)驗教學(xué)的主體位置。學(xué)生通過(guò)這種實(shí)踐鍛煉，既培養了學(xué)生發(fā)現問(wèn)題的思路，同時(shí)也學(xué)會(huì )了探索解決問(wèn)題的方法，而且其積極寫(xiě)作的心理、科技論文的寫(xiě)作技巧與寫(xiě)作能力也得到明顯提高�？梢哉f(shuō)，研究性綜合化學(xué)實(shí)驗課程能有效地培養學(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(gè)性和特長(cháng)，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。
2.創(chuàng )新性實(shí)驗計劃項目訓練。大學(xué)生創(chuàng )新性實(shí)驗計劃可分為國家級、省級、校級等分類(lèi)資助項目。創(chuàng )新性實(shí)驗計劃給了學(xué)生一個(gè)實(shí)踐與科研的機會(huì )，學(xué)生通過(guò)交流組內討論、查閱文獻、調研思考，逐漸學(xué)會(huì )了如何全面地考慮問(wèn)題、如何從別人的設計與實(shí)驗結果中去提煉精華，使之分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力達到質(zhì)的飛躍，從而極大提高創(chuàng )新思維與實(shí)踐能力。學(xué)生在教師指導下參與到教師的科研項目中，大大開(kāi)闊了學(xué)生的視野，知識面被拓寬，在實(shí)踐中真正體驗到科學(xué)研究的過(guò)程，增強了現代實(shí)踐的內涵意識。同時(shí)在實(shí)踐中鍛煉了克服困難的意志，培養了敢于創(chuàng )新的科研精神和嚴謹的科學(xué)態(tài)度，初步具備了科學(xué)研究的本能。
3.實(shí)驗技能大賽訓練。通過(guò)開(kāi)展化學(xué)實(shí)驗技能大賽(比如全國大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗競賽)，激發(fā)大學(xué)生崇尚科學(xué)、追求真理的主動(dòng)性，激發(fā)他們的學(xué)習動(dòng)力。學(xué)生參加化學(xué)實(shí)驗技能大賽首先必須要通過(guò)筆試，在規定選題下查閱資料，自行設計實(shí)驗方案，并按規定時(shí)間內獨立完成操作，寫(xiě)出規范的實(shí)驗報告。實(shí)驗技能大賽使學(xué)生將所學(xué)的理論知識與實(shí)際操作相結合，應用理論知識解決實(shí)際操作問(wèn)題，因此技能大賽既培養了學(xué)生實(shí)驗過(guò)程的設計能力、動(dòng)手能力，同時(shí)也會(huì )大大提高了學(xué)生的科研能力。
4.實(shí)習與社會(huì )實(shí)踐過(guò)程訓練。目前有些高校大學(xué)生的實(shí)習、社會(huì )實(shí)踐活動(dòng)環(huán)節安排較少，所以對于大學(xué)生的實(shí)習、社會(huì )實(shí)踐應該加大投入。社會(huì )實(shí)習和社會(huì )實(shí)踐能使學(xué)生更多地接觸了解社會(huì )，拓寬知識面，做到理論聯(lián)系實(shí)際，多方面、多層次地培養實(shí)踐能力和科研能力。學(xué)生還可以利用假期時(shí)間在企業(yè)或校外其他實(shí)習基地進(jìn)行生產(chǎn)工藝和技術(shù)裝備以及經(jīng)營(yíng)管理實(shí)踐，從中發(fā)現實(shí)際過(guò)程中的難題。從而對生產(chǎn)工藝、技術(shù)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品研發(fā)等方面提出自己的想法，達到提高分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為畢業(yè)后更好地勝任工作打下良好的基礎。
二、本科生研究型綜合化學(xué)實(shí)踐課程的建立我�；瘜W(xué)學(xué)院作為高水平研究型學(xué)院建設，為提高大學(xué)生創(chuàng )新意識和實(shí)踐能力，自2000年起化學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生就開(kāi)始獨立開(kāi)設“綜合化學(xué)實(shí)驗”課程，其目的就是要擴大學(xué)生的視野，培養學(xué)生綜合實(shí)驗技能和獨立的科學(xué)研究能力以及創(chuàng )新意識。
基于上述指導思想，我院對化學(xué)專(zhuān)業(yè)本科人才培養模式和化學(xué)實(shí)驗課程也相應進(jìn)行了較大力度的調整和改革。在人才培養模式方面提出本科生“階梯培養計劃”，并制定相應的學(xué)生不同階段課程學(xué)習內容和課程體系，整合并加強了學(xué)生實(shí)踐課程學(xué)習。新整合的實(shí)驗課程完全打破了原來(lái)按照無(wú)機化學(xué)、有機化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)四大基礎化學(xué)課程設立的實(shí)驗課和中級專(zhuān)業(yè)實(shí)驗，重新整合推出六大模塊實(shí)驗體系。其中研究型綜合化學(xué)實(shí)驗是在原來(lái)中級化學(xué)實(shí)驗基礎上通過(guò)課程內容與研究成果、生產(chǎn)實(shí)際的整合與提升建立起來(lái)的。至目前為止可開(kāi)出實(shí)驗項目數30項，實(shí)驗時(shí)數達到120學(xué)時(shí)。研究型綜合化學(xué)實(shí)驗課程教學(xué)與相關(guān)實(shí)驗室管理都隸屬于化學(xué)國家實(shí)驗教學(xué)示范中心。目前課程專(zhuān)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。實(shí)驗室大型儀器設備利用“211”工程、“重點(diǎn)學(xué)科立項”、“國家理科人才培養基地”、“國家實(shí)驗教學(xué)示范中心”、“國家人才培養基金能力提高”等建設項目和學(xué)校投入的建設經(jīng)費，為研究型綜合化學(xué)實(shí)驗課程的開(kāi)設配置了許多大型的儀器設備。其中有：?jiǎn)尉а苌鋬x、X射線(xiàn)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、毛細管電泳、紫外可見(jiàn)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、極譜分析儀、圓二色CD光譜儀、核磁共振譜儀、無(wú)水無(wú)氧系統、高低溫晶體生長(cháng)設備和激光系統等�，F代大型儀器設備由學(xué)院實(shí)驗中心統一管理，以充分保證儀器設備優(yōu)先用于實(shí)驗教學(xué)。這些大型儀器設備投入使用使我校研究型綜合化學(xué)實(shí)驗課程配置的儀器設備基本上達到國內一流高校實(shí)驗教學(xué)的水平。
三、研究型綜合化學(xué)實(shí)驗項目的設置與內容的整合
綜合化學(xué)實(shí)驗課程的項目全部設置為研究型的綜合化學(xué)實(shí)驗，目前所開(kāi)設主要項目有三種類(lèi)型，具體實(shí)驗案例為：
1.研究型綜合實(shí)驗。
實(shí)例一：ZSM-5分子篩的合成與性能表證。該實(shí)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(xiàn)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(shí)驗過(guò)程中，主要能使學(xué)生對無(wú)機化合物的合成與表征等基本研究手段有了總體的認識。
實(shí)例二：含有機模板劑的過(guò)渡金屬磷酸鹽微孔晶體的合成。選擇鈷、鋅、錳、鈦等過(guò)渡金屬，有機胺為模板劑，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(shí)驗操作要點(diǎn)有設計實(shí)驗方案，探索介質(zhì)酸度、過(guò)渡金屬濃度、晶化溫度、晶化時(shí)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(xiàn)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，判斷骨架結構特征吸收、模板劑特征基團的吸收)等。
實(shí)例三：苯妥英(一種抗痙攣藥物)的合成及表征。該實(shí)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)物中的特征有機基團及其環(huán)境。通過(guò)有機元素分析、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)物是否為目標產(chǎn)物。
學(xué)生通過(guò)以上綜合化學(xué)實(shí)驗的設計與訓練，必須掌握各種類(lèi)型的合成方法，實(shí)驗過(guò)程的設計，實(shí)驗問(wèn)題的提出與解決辦法，物質(zhì)的表征與性能的測試，各種現代儀器的使用，實(shí)驗結果的歸納總結與整理撰寫(xiě)。實(shí)踐證明：通過(guò)課程的學(xué)習和訓練，提高、鞏固和加深了學(xué)生對基礎理論的理解和基本實(shí)踐技能的掌握，為全面培養學(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)素養達到預期的效果。
2.開(kāi)放式創(chuàng )新設計實(shí)驗。
實(shí)例四：大豆中鈣、鎂、鐵含量的測定。學(xué)生通過(guò)實(shí)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)生也可以根據自己的興趣，設計方案分析蔬菜(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(lèi)實(shí)驗貼近生活實(shí)際，能夠解決生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題，很受學(xué)生的歡迎。
實(shí)例五：海帶中碘的提取研究。從海帶中提取碘，在很多實(shí)驗教材上都有介紹，本實(shí)驗的目的在于研究海帶提取碘的方法比較。由學(xué)生設計實(shí)驗方案，通過(guò)提取方法的研究，探討不同提取方法在實(shí)驗條件、收率、成本核算、實(shí)驗的綠色化設計等方面進(jìn)行系統評價(jià)，培養學(xué)生獨立的思維能力和創(chuàng )新研究能力。在開(kāi)放性實(shí)驗教學(xué)環(huán)節中，學(xué)生可根據自己的興趣選擇實(shí)驗項目進(jìn)行實(shí)驗。學(xué)生可自由選擇時(shí)間和實(shí)驗項目，既可以選擇實(shí)驗室提供的實(shí)驗題目進(jìn)行實(shí)驗，也可自帶實(shí)驗題目在實(shí)驗室完成實(shí)驗。因此，實(shí)驗室應為學(xué)生提供豐富多彩的創(chuàng )新實(shí)驗項目，利用學(xué)生感興趣的實(shí)驗吸引學(xué)生積極投入到開(kāi)放實(shí)驗過(guò)程中來(lái)，促進(jìn)學(xué)生能力的提升。以及可鼓勵學(xué)生獨立設計實(shí)驗方案，解決生產(chǎn)、生活中遇到的實(shí)際問(wèn)題，在實(shí)驗中將性質(zhì)表征與現代儀器方法結合起來(lái)，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藥殘留量”等。
3.科研成果轉化為創(chuàng )新研究實(shí)驗。
實(shí)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)轉讓并投產(chǎn)的項目，將其設計成學(xué)生創(chuàng )新研究實(shí)驗，也可以由學(xué)生設計實(shí)驗方案再進(jìn)行實(shí)驗。根據合成路線(xiàn)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(diǎn)的測定和儀器方法對產(chǎn)物進(jìn)行鑒定。將科研成果轉化為學(xué)生綜合創(chuàng )新型實(shí)驗項目，既可調動(dòng)教師科研課題組參與創(chuàng )新實(shí)驗項目設計，也可以由學(xué)生通過(guò)查閱文獻將感興趣的研究成果設計成創(chuàng )新實(shí)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計或移植轉化為創(chuàng )新研究實(shí)驗的項目。許多綜合實(shí)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化而成。通過(guò)科研成果的轉化，不僅增加了創(chuàng )新型綜合和設計實(shí)驗項目，更重要的是使學(xué)生接觸現代化學(xué)的研究思路、方法和手段，培養學(xué)生獨立研究和創(chuàng )新能力。
四、結束語(yǔ)
我院研究型綜合化學(xué)實(shí)驗課程已成為本科生創(chuàng )新教育的一個(gè)不可缺少的組成部分，課程教學(xué)經(jīng)過(guò)十多年的改革不斷得到重視和完善。同時(shí)對提高學(xué)生創(chuàng )新意識、科研能力的培養將發(fā)生重要的作用，為學(xué)生日后進(jìn)入化學(xué)專(zhuān)業(yè)乃至其他專(zhuān)業(yè)科研工作奠定堅實(shí)基礎。課程在今后的深化改革中還要進(jìn)一步加強實(shí)驗室建設，發(fā)揮實(shí)驗室在培養學(xué)生專(zhuān)業(yè)技能和動(dòng)手能力方面的巨大作用，有計劃地針對本科生開(kāi)放實(shí)驗室，提升設計性、創(chuàng )新性、開(kāi)放性等研究型綜合實(shí)驗層次;要鼓勵教師重視實(shí)踐教學(xué)，注重在實(shí)驗中培養學(xué)生的創(chuàng )新意識和實(shí)踐能力，積極指導本科生參與自己的課題研究;要健全學(xué)生創(chuàng )新性實(shí)踐活動(dòng)的管理機制，出臺評價(jià)、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(shí)踐活動(dòng)的進(jìn)行;要完善課程建設也必須對課程體系、課程內容、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(huì )促使更多的學(xué)生重視創(chuàng )新性實(shí)踐能力的培養，激勵學(xué)生參與更多的科研活動(dòng)。因此我們考慮下一步要將研究型《綜合化學(xué)實(shí)驗》課程立項為資源課程建設，使課程建設水平更上一個(gè)臺階。
總之，要構建一個(gè)系統科學(xué)的本科生創(chuàng )新性實(shí)踐能力早期培養模式，培養本科生的創(chuàng )新意識和創(chuàng )新能力，就必須注重研究型綜合實(shí)驗課程建設和教學(xué)，只有這樣才能真正有效地激發(fā)化學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的科研興趣，培養學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng )新能力，這將有助于為新世紀培養出更多的優(yōu)秀化學(xué)人才。
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