化学竞赛对本科生实验创新能力的影响

卞欢 徐彦芹 陈家状 刘浩 徐溢 曹渊

[摘 要]实验是理工科学生用来巩固和验证理论知识，提升实验操作技能，培养思维和创新能力的主要渠道。化学实验竞赛可以极大的激发学生参与实验以及科研的兴趣，开阔眼界，增长见识。在有效提高实验技能的同时，调动学生的积极性和创造性，使学生能够更加主动地去探索实验和科研。实验过程表现了科研的严谨求实，思维的缜密有序，有利于专业知识的学习，提高学生的心理素质和团队意识，对其综合能力有很大的提升。

[关键词]实验竞赛 综合性实验 新实验设计 本科生 创新能力

[中图分类号] O6-4;G642[文献标识码] A[文章编号] 2095-3437（2015）12-0122-02

化学是一门实验性很强的学科，实验不仅是学生获取知识与技能的重要途径，更是培养学生创新精神和实践能力的重要方法。[1]传统的实验教学模式是以教师为中心，学生在实验过程中，基本上都是照着老师所讲述的步骤按部就班地做，不利于学生实验创新能力的培养。[2]而通过参加化学实验竞赛，学生能够直接参与设计并实施实验，完成了从查阅文献到实验设计、实验操作、分析处理数据和实验总结这样一个完整的实验过程，从而提高了学生的综合实验能力。

“卓越杯”大学生化学实验竞赛是以理工科见长的卓越联盟9所“985”高校为加强理科化学教育而设立的一项国家级学科竞赛，大赛分为“新实验设计赛”和“实验技能赛”两个赛项。其中新实验设计竞赛旨在引导学生通过自主设计化学实验加深对化学基础理论的理解和运用，强化化学基础理论与实践的结合，提高大学生的综合能力和实践能力，培养大学生的创新精神和团队协作意识。2014年10月，我们小组带着作品“金银花中绿原酸的提取和分析”参加了首届“卓越杯”大学生化学新实验设计竞赛的综合组项目，并有幸获得了二等奖好成绩。

一、化学实验竞赛促进本科生专业知识水平的提高

作为药学专业本科三年级学生，“四大化学实验”基础知识是必须要掌握的内容。结合学生专业背景知识，设计的参赛项目是“金银花中绿原酸的提取和分析”，其中提取溶剂的选择和标准曲线的绘制等方面均需要有机化学和分析化学相关知识。在实验前期的准备阶段，参赛学生通过翻阅文献和相关书籍，再一次地回顾了在大学本科低年级已经学过的基础化学知识。除了巩固基础知识，在分析过程中，学生还学会了应用仪器分析两大重要的色谱分析方法——“薄层层析法”和“高效液相色谱法”对绿原酸进行定性定量分析，理解了它们的原理及使用方法，而反复多次的仪器操作又能够促进学生掌握仪器分析的理论知识。

我们组的参赛作品属于综合实验方向，所谓“综合”是指取消二级学科专业界限，在化学一级学科层面上建立的全新的内容交叉、技术综合型实验项目，要将跨专业的基本理论、基本实验技能融会贯通在一个实验中。[3]实验项目的创新点之一就是以中药材金银花作为实验样本，对其中的主要活性成分之一绿原酸进行定性识别和定量分析，融合了有机化学、分析化学、生物化学、药物化学、药物分析学、生药学等多个二级学科内容，初步涉及中药的提取、分离、分析知识，学生因此提前接触了药物分析、中药分析、天然药物化学等药学专业知识，了解了药物的质量分析和质量控制途径和方法，提高了学生的专业知识水平，有利于对本科高年级药学专业科目的学习。

二、化学实验竞赛促进本科生实验能力的提高

在化学实验竞赛中，我们在化学实验技能、化学计算、实验设计、实验操作、实验现象的观察和记录、仪器使用和数据采集及其分析处理、实验报告、图谱解析等多个方面分析和解决问题的能力得到了进一步的鍛炼和提高。[4]虽然平时的实验课程对此也有一定的训练作用，但实验设计竞赛的自主性、开放性、综合性更强，需要我们全程控制实验，此外还能够获得专家和老师专业的指导，对实验过程顺利进行有着极大的促进作用。

（一）化学实验竞赛促进本科生实验设计能力的提高

在确定实验课题之后、正式开展实验工作之前，需要紧密结合专业知识和统计学知识，进行大量文献综述和必要的预实验，从而制订出完善的实验设计方案。[5]在文献检索方面，学生通过查阅中国药典、中药提取分析方向的资料以及大量有关金银花中绿原酸的实验研究，以药典的检测方法为主，辅以在预实验中已验证行之有效的实验条件，在老师的指导下，制订出了提取分析金银花中绿原酸的初步方案。

因为以往化学实验课程中，大部分的实验都有固定的方案和实验步骤，使学生无法从实验参考书籍上找到对应的实验方案，从源头上杜绝了学生懒于设计实验这类问题的发生，使学生主动思考。在不断修改实验设计方案过程中，学生的设计实验能力得到锻炼和提升。

（二）化学实验竞赛促进本科生实验操作能力的提高

实验操作能力是化学类学生必备的基本实验技能之一，而目前存在一部分学生的实际操作能力不足的现状，因操作失误而产生的实验事故也时有发生。大学生重理论轻实践和学校对实验室建设的管理与重视不够是在校大学生实验操作能力差的主要原因之一。[6]想要改变这一现状，首先学生自己必须端正态度，从思想上重视起来，努力提高实验操作能力。

在我们整个实验阶段，也发现了一些操作问题。例如定容过程中胶头滴管需要垂直伸入并贴紧容量瓶颈而不是悬垂滴定，在移液过程中取液要控制在液面以下1cm处。这些虽然都是简单的实验步骤，但学生出现了细节上的错误。而在实验竞赛中，团队在一起进行实验，错误就会显现出来，学生因此认识到错误并及时改正。除了纠正基本操作问题，学生还学会了薄层板和高效液相色谱仪的使用，这本来是在本科高年级才会接触到的实验操作，因为参加实验竞赛的缘故，学生提前接触并自学掌握，比同年级其他同学学到了更多的知识。

（三）化学实验竞赛促进本科生实验分析能力的提高

实验过程中经常会出现突发性问题，想要解决这些问题首先就得学会分析。在平时的实验课上，实验老师会帮忙分析原因，找出对策，以至于部分学生产生了依赖性，不懂得自己查阅资料进行摸索和验证。实验竞赛虽然也有老师指导，但细节上的问题还是需要自己去处理。我们组在做薄层层析法定性识别绿原酸的实验过程中，出现了按照文献上的条件操作，但薄层板上没有斑点的问题，在查阅资料之后，经历了换用展开剂和提高标准液、提取液浓度的不断尝试，最终成功地完成了薄层层析。

实验数据分析处理能力也相当重要，在获取化学实验数据之后，处理实验数据是实验的必要环节，快速而准确的数据处理对获得有益的实验结论非常重要。而在这其中，计算机发挥着特别的作用，Origin是化学实验数据处理以及科学绘图软件的较好选择。[7]绿原酸标准曲线的拟合，高效液相色谱图的重现，标准系列绿原酸溶液高效液相三维图像的绘制，无一不需要Origin的辅助。不同于以往的简单计算，复杂样本分析实验中的数据往往庞大而繁杂，只有借助专业的数据处理软件才能得到精确的结果，加上实验竞赛的要求比一般实验高，我们利用Origin进行难度更大的计算处理，使得学生的数据处理水平有了进一步的提升。

三、化学实验竞赛促进本科生思维和创新能力的提高

现在很多学生在做实验的时候，只会一味地按照课本上或老师给定的方案进行实验，不善于对实验现象进行思考和深究，这也是阻碍学生提高学习水平的因素之一。而究其原因，是因为学生没有形成良好的思维能力。思维能力并非与生俱来，需要后天的训练才能养成。在没有真正意义上独立完成一个实验之前，学生做实验往往思路不清晰，知其然，而不知其所以然，仅仅是按照既定方案操作，也不会进行反思。但当学生自主操作整个实验时，各种问题就会迎面而来，总体的实验步骤顺序，条件改变与实验结果之间的因果关系，这些问题以往不需要学生考虑，是老师的问题。现在学生改变了这种侥幸心理，自己反复探索实验条件，才得到了最终实验方案，整个实验流程条理清晰，体现了从药材—提取—TCL鉴定—HPLC定量分析的一个完整的分析过程。通过设计整个实验方案，可以培养学生的逻辑性、思辨性，以及发现问题、解决问题的思维方式。

总的说来，通过这次参加首届“卓越杯”大学生化学新实验设计竞赛，我们收获颇丰。化学实验竞赛可以极大的激发学生参与实验以及科研的兴趣，开阔眼界，增长见识;在有效提高实验技能的同時，调动了学生的积极性和创造性，使学生能够更加主动地去探索实验和科研。整个实验过程让学生感受到了科研的严谨求实，思维的缜密有序，有利于专业知识的学习，此外还提高了学生的心理素质和团队意识，对学生的综合能力有很大的提升。

[ 注 释 ]

[1] 崔学桂，张树永，李建平，等.培养学生创新、综合思维能力是大学化学实验课的中心任务[J].实验室技术与管理，2003（2）：120-124.

[2] 张丽，公维民，刘丽波，等.大学化学实验课程改革与创新能力培养[J].教育教学论坛，2014（24）：44-45.

[3] 崔学桂，张树永，贝逸翎，等.综合化学实验充满生机和活力[J].实验技术与管理，2006（1）：20-21.

[4] 许丽丽，衷明华.浅谈指导化学实验竞赛的一些体会[J].广东化工，2014（16）：209，220.

[5] 王琪，胡良平.实验设计的概念与基础[J].药学服务和研究，2010（1）：5-9.

[6] 郝利君.浅谈大学生实验操作能力差的成因及对策[J].新西部，2009（8）：219，231.

[7] 彭彬，肖信，袁中直.用Origin进行化学实验数据处理[J].化学教学，2003（6）：31，32-34.

[责任编辑：钟 岚]