工科化学教学与科研互助的实践与研究

高 峻 雷景新

（1.四川大学化学工程学院，成都，610065；2.四川大学高分子材料工程国家重点实验室，成都，610065）

1 前言

培养高素质创新型人才是研究型大学的根本任务，也是研究型大学义不容辞的责任。科学合理的课程体系设置、高质量的课堂教学，是培养与时俱进的高素质创新人才的必要条件。如何利用本校现有的科研优势与本科课堂教学形成有机互助，对实现高质量课堂教学至关重要，也是高水平研究型大学热切关注的课题，对学校的可持续性发展具有重要的现实意义和深远影响，也是适应现代大学发展的必然趋势。

四川大学作为教育部直属全国重点大学、“985工程”和“211工程”重点建设的高水平研究型综合大学，学校始终坚持把本科创新人才培养作为主导学校发展的中心工作。学校以“以人为本，崇尚学术，追求卓越”为办学理念，确立了“精英教育，质量为本，科教结合，学科交叉”的人才培养指导思想，进行了系列关于培养高质量创新性人才的改革与创新探索，如：实行“三进、三结合”的教育教学机制，“三进”，即鼓励学生从大三开始进课题组、进实验室、进科研团队，使学生尽早感受科研氛围，培养科学感悟和创新能力。“三结合”，即鼓励教学与科研相结合、课程与课题相结合、研究团队和教学团队相结合，促进教师把国际前沿学术发展及最新科研成果融入课堂教学。

四川大学本科课程“近代化学基础”是从一级学科（化学）出发，经整合、精简、优化及部分融合“四大化学”而成的工科基础化学课程，是改革力度大、具科学性和实用性的成功教改课程，被评为2003年四川省精品课程。“近代化学基础（Ⅲ）－2”是“近代化学基础”系列课程的有机化学部分，是为化工学院制药工程专业、生物工程专业开设的必修专业基础课程，在大一下期和大二上期两学期行课。本课程经过近十年的建设，已在教学内容、教学方法及教学手段等方面进行优化、完善，取得了显著成果，但在教学中引入的科研元素还欠缺，不能适应四川大学培养创新性人才的课程培养要求。如何在本精品课程的教学实践中构建教学与科研的互助模式，成为本精品课程建设目前的关键任务。

在本课程的教学实践中，我们充分认识到作为一门工科有机化学课程，教学必须与科研结合才能不断激活教学内容体系，更新教学内容，提高教学质量，培养出适应现代发展要求的与时俱进的创新人才，才能把本课程建设成为一门具有前沿性、科学性、实用性的现代大学本科精品课程。同时，教学也可促进科研、发展科学，有助于理清、整理科研思路，使科学知识系统化，从原理上指导科研。尤其针对有机化学领域，教材中的理论、规律、反应历程等都是在实践中总结、归纳、提炼出来的，它的目的就是反过来指导实践，并在实践中得到完善补充。在“四川大学新世纪教改工程项目”资助下，教研室以“近代化学基础（Ⅲ）－2”课程课堂教学为平台，开展探索和研究教学与科研相互促进、相辅相成、共同发展的良好模式，响应四川大学“三进、三结合”的教育教学机制，力求从大学一年级开始逐渐培养学生科研思维方式，让学生更早地融入到科研中，为培养创新性人才夯实基础，具有重要意义。

2 研究内容

2.1 在配套的实验教学中构建教学与科研的互动

2.1.1 立足现有基础化学实验

有机化学是一门以实验为基础的化学学科，其理论也是在实验的基础上得以建立和发展的，立足于现有实验教学，打破传统实验教学模式，引导学生学习初步科研思维方式，是行之有效的。

本课程有配套的“有机化学实验课”，共有九个实验，分两学期完成。其中大学一年级第二学期开设六个基础实验，大学二年级第一学期开设三个开放实验。传统的基础实验教学模式：在整个实验过程中所需用的试剂或试样均由实验室教辅人员在实验前配好备学生实验取用，各种影响反应的因素也由教师按实验教材严格掌控，主要重视的是学生基本操作的训练，然而这样会致使学生在实验课上犹如“照方抓药”，难以培养学生对实验课的热情和兴趣，并且不利于培养学生探索科学的精神。我们在六个基础实验中选择1～2项，如选择“正溴丁烷的制备”，“苯甲醇和苯甲酸的制备”，让学生探索实验条件对有机化学反应的影响。具体做法：把一个自然实验班的20个学生均分成5个组。每组同学分别选定反应时间、反应温度、反应物组成、反应溶剂、萃取溶剂中之一参数为变量，其余四个参数均为常量（或为教材上规定用量），探索变量对产率的影响；同组内的四位同学再把选定的变量分别采用不同的四个条件分别进行试验，通过这样的正交试验后，同学们可得到对反应产率影响的最重要因素，并综合考虑反应成本等确定最佳反应条件。通过这样的试验，让他们更早地融入科研中去，使学生初步认识科研工作的基本方法，无疑对学生创新精神的培养起到很好的作用。另在第二学期的开放实验中，鼓励学生选择实验课教材以外的实验，指导学生学习怎样选题、查阅资料、选定实验方案并完成实验，在整个过程中引导学生运用课堂学习的理论知识指导实践，提高学生的分析和解决问题的能力。学生可能在计划时间内没有得到预期实验效果，教师可以就失败实验或不太理想的原因，引导学生进行理论上的分析总结，让学生体会到科学研究的艰辛与乐趣，激发学生的学习兴趣，培养学生探索科学的创造性思维。通过在现有的实验教学课中融入科研的思维模式也为学生完成本科毕业论文的创造性思维打下了坚实基础，收到了良好的教学效果。

2.1.2 将科研成果引入实验教学中

将教研室老师的科研成果进行收集整理，把适合于本科实验教学的成果筛选出来。经精心编排后作为新的实验引入到本科实验课堂教学中。例如：教研室老师的科研成果“光引发剂安息香醚的制备”经编写后已引入为新实验。这样利用学科优势，紧跟学科发展和科技进步，既可加强实验教学内容与科研成果的衔接，丰富实验内容，又可促进实验项目的不断更新和发展。

2.2 以科研促进课堂教学

2.2.1 在课堂教学中引入化学史及化学家的小故事

在有机化学教学中适当引入化学发展史，不仅有助于学生掌握有机化学发展规律，而且让学生了解有机化学的发展是建立在科学实验基础上，通过不断的探索和创新逐步发展成为一门科学，对培养学生科学思维方式和创新意识等方面能够产生深远的影响。例如：在讲解绪论部分时，引入有机化学的发展历史：天然有机化合物如棉、麻、丝绸等的利用可以追溯到人类诞生的早期，但到十九世纪初人们才认识和了解它们。当时人们已学会从动植物中提取染料、药物、香料，后来还可得到纯物质，如：1769年，开始从葡萄中提取酒石酸；1780年，从酸牛奶中提取乳酸；1784年，从尿中提取尿酸、从柠檬中提取柠檬酸等，由此法国化学家拉瓦锡为区别来源于无生命的矿物质的“无机化合物”，而将这类来源于动植物体内的化合物定义为“有机化合物”，在1806年，瑞典化学大师贝采利乌师（Berzelius J J）定义有机化合物是来自有生命的动植物体内的物质，无法通过实验室合成有机化合物，这就是“生命力”造就有机化合物的学说，在这个学说的指导下，人们没有想到去合成化合物，阻碍了有机化学的发展。直到1828年德国28岁青年化学家韦勒由无机化合物硫酸铵与氰酸钾反应，合成得到典型有机物尿素，动摇了“生命力”造就有机化合物的学说，之后1840年柯尔柏（H.Kolber）合成了醋酸，1850年贝特洛（M.Berthelot）合成了油脂类等等，“生命力”造就有机化合物的学说彻底坍塌，从此开辟了有机合成的新纪元。

有机化学中有许多以化学家的名字命名的人名反应，除了充分肯定他们的研究成果，同时也是为了纪念和表彰他们做出的贡献。在讲解这些内容的时适时地穿插一段精彩的化学史或化学家的有趣故事及适当介绍科学家相关的研究工作，不仅有助于学生掌握、加深对相关知识的理解，而且通过了解科学家们探索科学的故事，学习科学家们的科学态度和品德，同时还可以使课堂氛围轻松而活泼，激发学生的学习兴趣。例如：醛酮羰基被还原为亚甲基的常用方法——沃尔夫－凯惜纳（Wolff－Kishner）－黄鸣龙反应，是由沃尔夫和凯惜纳1912年发现的，但此法反应条件苛刻，除要用封管、金属钠以及难以制备、价值昂贵的无水水合肼外，还要高温、高压，且反应时间长，因此一直没有被广泛采用。我国化学家黄鸣龙通过实验探索后改进了这个反应，用一缩乙二醇作溶剂，避免了高压操作，可以使反应在常压下进行，且改进后的反应避免了使用高纯度的无水肼，还用NaOH或KOH代替较贵的金属Na或K，使这个反应得到了广泛的应用。黄鸣龙的改进反应得到了国际化学家们的承认，为了纪念他的贡献，该反应名称中添加了我国化学家黄鸣龙的名字。实际上黄鸣龙的成功应该归功于他锲而不舍的科学探索精神和孜孜以求的科学精神和严谨治学的科学态度。1946年，在做凯惜纳一沃尔夫还原反应时，出现了意外的情况，但他并未放弃，深入地进行研究，经过反复实践终于获得了成功。针对不同的事例可以有意识地对学生进行不同的教育，长期有意识的教育一定能给学生的性格带来潜移默化的影响。

2.2.2 在课堂教学中引入教研室老师的科研成果

教研室的每位老师都有非常丰富的科研经历。整合现有教师资源，定期开展教研活动，研讨老师们曾经承担的及在研的科研项目哪些适合用于相应的教学章节讲授给学生，整理出来并形成教学课件运用于课堂教学；目前已有教研室老师的10个科研成果用于本课程课堂教学。如：将科研项目“光致变色材料的制备”做成课件，插入到“共轭效应”章节中讲解：化合物在光的照射下吸收能量，结构发生异构化，由非平面的分子变为共平面的共轭分子结构，导致化合物在可见光区的吸收发生红移而变色，突出讲解共轭效应对结构进而对性质的影响；又如将科研项目“亚胺类聚氨酯潜固化剂的制备”做成课件，编入“醛、酮”章节：醛酮可与氨的衍生物反应，生成亚胺类化合物，亚胺类化合物不稳定，易吸水而生成胺。恰好利用亚胺类化合物的这一特点可作为单组份聚氨酯的潜固化剂使用：将亚胺化合物混入聚氨酯的预聚体中，由于其极易吸水，可优先于聚氨酯预聚体与水反应，生成的胺又恰好可作为聚氨酯预聚体的固化剂，这样克服了传统以水作固化剂时反应过程所产生的CO2气体存留在聚氨酯材料中，而导致材料表面出现针孔，内部起泡、强度降低，严重影响其性能的缺点。

2.2.3 在课堂教学中引入本专业的发展方向与最新研究成果

鼓励教师将通过科研工作了解到的本专业的发展方向与最新研究成果，及时反映到课堂教学中，不仅丰富充实了教学内容，而且极大地提高了教学内容的科学性、前沿性和新颖性，从而使课堂教学内容紧跟科学技术的发展和现代化建设的步伐，为学生提供广阔的学习空间，实现优质资源的共享，推动教学实践的深入。例如：将每年获诺贝尔化学奖的科学家及其科学成就带入课堂。

2.3 以教学激励科研

积极开展教研活动，将教学工作中遇到的典型性问题提炼和提升出来，将教学专题转变为科研课题，充分调动教师们开展学术科研活动的积极性，对教研室整体学术水平的提升将会起到极大促进作用。例如：在酯化反应中需要加入浓硫酸作催化剂，而浓硫酸后处理困难，并且还会腐蚀设备。因此我们教研室提出了科研课题“固体杂多酸的合成与应用研究”等等。

在四川大学本科课程“近代化学基础（Ⅲ）－2”的教学实践中，采用科研融入教学，教学促进科研，使教学与科研两者结合，已收到很好效果，受到教师和学生的认可，今后我们还要大力推进教学和科研的互助，更加完善教学和科研互助的教学模式。

［1］朱宏，罗正祥，杨亚培，等.科研与教学互动培育创新型人才［J］.中国高等教育，2009，（10）：25－27.

［2］曹霞.精品课程建设中教学与科研互动关系探析［J］.中国高校科技与产业化，2009，（9）：62－63.

［3］阳霞，周文峰.基于教学与科研双重任务的高校教师激励模型［J］.现代教育管理，2009，（12）：46－48.

［4］金浩，赫崇衡，李伟，等.探索教学与科研互动的新模式［J］.实验室研究与探索，2008，（6）：7－9.