基于自主创新的研究生化学实验教学改革与实践

肖锡林，林英武，王宏青，刘慧君，赵玉宝，邓 健，聂长明，廖力夫

（南华大学 化学化工学院，湖南 衡阳 421001）

基于自主创新的研究生化学实验教学改革与实践

肖锡林，林英武，王宏青，刘慧君，赵玉宝，邓 健，聂长明，廖力夫

（南华大学 化学化工学院，湖南 衡阳 421001）

为了培养学生的创新精神，激发学生创新意识，使学生成为高素质的创新人才，该文通过比较实验考核成绩和学生科学研究成果，调查研究生对自主创新实验教学新方法的看法和接受程度来评价新教学方法的优劣，探讨了研究生化学实验教学在研究生培养过程中的作用以及化学实验教学对人才培养的多方面功能，初步研究和设计了适合地方高校研究生培养的化学实验教学方法。实践表明，通过系列化学实验教学的改革，提高了研究生的培养质量，增强了研究生的自主创新能力，具有广泛推广价值。

研究生；化学实验；自主创新；教学改革；培养质量

21世纪是知识经济活跃的时代，而知识经济主要依靠创新，创新依靠的核心力量是人才［1］。创新是一个民族进步的核心竞争力，是一个国家兴旺发达、持续向前发展的不竭动力。研究生导师只有通过多种方法培养研究生的创新精神和行动，才能激发学生的创新意识，使学生成为高素质的创新人才［2］。研究生教育是我国高等教育的高水平层次。高精尖人才的培养质量水平，会关系到我国经济与社会的发展以及国家的经济与科技在国际上的竞争力和国际地位。因此，必须切实保证研究生的培养质量，这是摆在研究生导师和教学管理工作者面前的一项十分重要的任务［3］。

化学是一门以科学实验为基础的自然科学。研究生化学实验课是研究生获取化学知识，熟悉化学原理、规律，形成化学概念，提高各种综合能力的重要途径。因此，可以通过开展广泛而多样的化学实践活动，培养研究生独立工作能力、组织能力，这对研究生掌握坚实的基础知识和专业知识，以及今后的工作和学习都有重要的意义［4］。

一般来讲，自主创新有3个因素：1）要属于自己的；2）是创造出来的；3）要新的东西。具体到研究生化学实验课上，自主创新主要体现在两个方面：1）教师的教，必须理论结合实际，创造出新的令研究生感兴趣的教学方法与手段，可以引导研究生去学习；2）学生的学，由学生自主寻找和设计本人感兴趣的课题实验内容，并且要独立操作完成实验，还要用PPT向其他同学展示实验过程与结果、进行总结与讨论等。调研文献，如在化学专业研究生中开展以自主创新为主题的化学实验教学改革，可以全面推进研究生的素质教育，培养研究生的科学素质、创新精神和科研实践能力在学科层面的有效实施［5－6］。近年来，基于自主创新精神和笔者所在地方高校实际情况，本校在研究生化学实验课程教学中进行了一些改革与实践工作，取得了一定教学改革成果。

1 现行研究生化学实验课程进行教学改革的必要性

高校化学实验教学和实践动手能力培养是化学教师关注的热门话题［7］。研究生化学实验课程教学对于培养研究生动手能力、科研创新等能力都具有重要意义。研究生教育是目前我国高层次人才培养的主要渠道，对未来社会发展起着举足轻重的作用。随着教育改革的深化与发展，研究生招生规模不断扩大，很多传统的实验课教学方法已不适应现实的发展。因此，有必要对现行研究生化学实验课程的教学方法与手段进行改革，提高研究生的培养质量。

2 研究生化学实验课程教学改革与实践的主要内容

2.1 化学实验课程内容的设置与改革

随着社会经济的不断发展，科学技术的提升与更新换代，很多新的大型仪器设备的使用和操作也应成为化学类专业研究生必须掌握的实验技能。为提高研究生的社会和科研适应能力，这些最新的、最实用的实验内容必须要加到课程教学中来。研究生的化学实验课教学课时是有限的，但是学生所要求的教学内容却是无限的，因此必须要进行课程内容的改革，以充分利用有限的实验教学课时。

另外，以往的研究生化学实验课程主要在本科生实验项目上发展而来的，如表1所示，选几个综合实验，让学生“照方抓药”做实验等。理论课、实验课也往往因为是单独设置，联系不多，沟通也不够，不利于教学效果的快速提升和研究生创新能力的培养。在新的研究生化学实验课程教学内容的设置上，不应再拘泥于教材内容，而应以研究生科研实际、未来工作的需要以及现有实验室条件上设置实验项目。如以科学仪器操作与使用为中心设置实验：荧光检测应用实验、色谱分离分析实验及电化学工作站使用实验等。新的化学实验预选项目如表2所示，充分体现了这些特点。然后由学生根据兴趣爱好进行选课，老师再进行指导和引导及提供帮助等。同时学生也可以根据自己的爱好，在表中的预选项目之外选择实验，只要方案合理，现有实验条件允许等，均可以进行。另外，在相对应的现代仪器分析理论课程里，教师会详细讲解这些仪器的原理及操作注意事项等，增加学生的感性认识和心理暗示，使研究生对所学仪器特性、应用及原理有个初步的认识。这样就将理论课与实验课统一起来，同时也将研究生化学实验课程教学与科研、工作实际结合起来。这样研究生上化学实验课，会更加有兴趣。因为化学实验项目是根据实际情况而设置的，因此没有现成的教材，并且从实验准备到操作都是由研究生独立完成的，这样就能够充分锻炼研究生的实验设计能力，培养研究生的操作能力和科研创新意识。所有的实验内容都是由研究生自己选择和独立完成，并且和将来的科研实践、工作等密切相关，研究生对实验感兴趣，主动性很强，教学效果也非常令人满意。

表1 改革前部分研究生化学实验项目一览表

表2 改革后部分研究生化学实验预选项目一览表

2.2 化学实验课程教学方法与手段的改革

由于学科交叉的需要或生源等原因，化学类专业可能会招收了不同大学本科专业背景的研究生。大学本科化学实验教学中，实验内容往往在实验教材或指导书中叙述较详尽，包括实验目的、原理、试剂和仪器、操作步骤及注意事项等均已详细说明。学生只要按照操作规程，“照方抓药”就可以完成实验。对比本科生阶段的化学实验教学，研究生阶段的化学实验课程训练会有许多不同，其中最主要的是要求具有独立设计实验和操作的能力，因此通常需要根据课题查阅文献，而一般文献中往往只给出原理、药品和简单的反应条件，这就需要研究生自己独立地去设计方案，钻研探索。因此必须改革研究生现有化学实验课程的教学方式，培养研究生的学习兴趣。

2.3 建设开放式研究生化学实验课程教学体系

研究生化学实验课程教学活动应有意识地创造条件，营造一种使大多数研究生的个性能够得到张扬和发展的宽松环境，为发挥研究生的聪明才智创造更好的条件与氛围。研究生开放式实验教学模式的改革在这一新的教育理念中应运而生。

根据新的教育理念与改革，我院所有的化学实验室均对所有研究生全天开放，且各实验室均有专门教师负责指导，实验时间由研究生自己安排，研究生只需要做简单的网络或书面预约即可开始实验。另外，我校还安排有夏季学期，在夏季学期的一个月时间内，没有常规的教学任务，老师们空余时间较多，学生预约后，在场地、师资指导方面有较好的优势，这样就给化学实验操作基础不太好的研究生提供了练习机会，同时也会给化学实验操作能力强的研究生一个提高的机遇，为他们将来的课题的科学研究打下一个良好的实验技术基础。

在大型实验仪器的管理上，也非常宽松和人性化。每一台科学仪器都有专任教师管理，一般是由学有专长的青年博士教师担任，他们实验技术好且有大量的时间，可以定期或不定期的培训研究生。研究生掌握仪器操作技术后，得到教师的许可，就可以独立操作仪器了。部分仪器的实验专任教师有时也由研究生导师直接担任。担任某台仪器管理专任教师的研究生导师，往往在做科研时用这台仪器的机会较多，因此维护和培训起来较方便。另外，每台仪器都建有一个预约网站，网站上有维护和管理人员的联系方式。需要做实验的同学，只需要在预约网上填写研究生姓名、学号以及做实验的时间即可，或者直接书面预约也行。由于实验时间是在网上电子文档里填写，什么时候有空，哪些人在使用这台仪器，一目了然，预约非常方便。结合网络的仪器现代化管理模式为研究生开放式实验教学的改革提供了很好的便利条件。

2.4 建立研究生从事本科化学实验带教和助教的制度

为锻炼研究生的表达能力和实验操作能力，我校规定研究生每年需有20学时的实验教学任务。研究生自己做实验和带教学生是两种不同的能力培养模式。研究生要去教会别人，必须先要教会自己所有的实验操作，并且还要有组织语言和表达方式。因此，研究生在进行大学本科生化学实验的助教或带教活动中，深化了对实验原理、操作等认识，锻炼了自己的社会活动能力，这对他们将来找工作，从事科研工作等，甚至一生的积极生活都非常有意义。

为使研究生带教、助教工作良性循环发展，我们建立了严格的研究生化学实验教学质量评价制度。制度要求研究生在本科生的化学实验课程教学中要进行全方位的指导，包括实验前检查学生的预习报告，规定没有预习报告不能开始实验；实验结束当场批改学生实验报告，及时对学生实验情况进行讲评，并要求没有达到标准的学生要重做；预习报告、实验操作、实验结果、实验报告及学生课堂纪律等都要作为评价学生成绩的内容计入学生的实验成绩等，最后学生的实验成绩要按一定比例计入期末考试成绩。

另外，积极引导研究生参与实验室大型仪器的日常管理。这要求研究生在带教过程中，不仅只是讲完课就行，还需要做好相应的仪器管理及开放工作。研究生是科学研究的中坚力量，他们几乎天天泡在实验室里，时间非常充裕，而导师由于教学、科研等的任务非常繁重，在实验室的日常管理中，投入的时间和精力会极为有限。因此，调研实际情况后，在研究生自愿报名的基础上，我们选择了一批实验技术好的、有责任心和奉献精神的研究生参与实验室大型仪器的日常管理工作。这一举措，非常有效地保证了实验室在任何时候都能正常运转，实现了实验室的真正开放式管理，激励了研究生自主学习的热情，对促进仪器的综合利用、教师的科学研究及学科建设等都具有积极的意义。

2.5 研究生实验教学中的小组讨论式教学模式

学院每年化学类专业研究生的招生人数在30人左右，每个研究生的实验基础、自主学习能力不一样，不同大型仪器的原理、结构的难易也不同。为保证实验教学质量，按研究生兴趣爱好、专业研究方向、性别和宿舍等均衡分组，每组4～6人，每组设一名组长，并定期检查小组实验教学进展情况等。

实验教学课堂内，教师讲解完，研究生逐个开始实验。由于研究生人数较多，如果个别研究生一次听讲不理解，可以在小组长的带动下，互相讨论，直到掌握为止。研究生根据所学知识，互相讨论和补充，让每个研究生都能够很好地独立完成所学实验项目。个别实验基础不太好的研究生，可以在小组长及其他成员的帮助下，与教师分析、讨论及研究相关实验方案与结果，最后独立完成实验报告。由此培养研究生自主设计实验、熟练操作相关化学仪器、正确地进行相关实验数据处理与分析的能力等。

在课外的开放性研究生化学实验课程教学中，更能体现小组讨论式教学法的优越性。根据课题研究内容和兴趣，任一研究生都可对某课题进行研究，进入实验室预约后即可进行实验。一般情况下，研究生往往会因为初次接触科研课题内容，会遇到重重困难，这样就需要借助外力的帮助才能顺利完成实验项目。教师往往精力不够，难以及时指导，这时研究生的小组互助作用就显示出来了。研究生们学习、生活都在一起，互相帮助非常容易。所有的开放式化学实验活动，都是在研究生的独立操作和小组互助下完成的，能很好地提高研究生的操作和沟通能力。

2.6 化学实验课程教学效果的科学考核

为更好地评价化学实验课程教学效果，以方便总结教学经验和推广应用。选取2011级化学类专业25名同学为试验组，2010级化学类专业21名同学作为对照组，试验组采用自主创新的实验教学新方法，对照组采用传统的实验教学方法。两组研究生年龄、基础文化和已学课程成绩比较，统计学上无显著性差异意义（P＞0.05）。通过比较实验课程成绩和科学研究成果论文，调查研究生对自主创新实验教学新方法的接受程度来评价教学方法的优劣。

将自主创新实验教学新方法与传统的实验教学方法组研究生的课程考试成绩（平时实验考核40分，期末实验考核30分，基本实验操作30分，合计100分）和科研成果论文情况记录下来，进行统计学分析。统计学分析结果显示，接受自主创新实验教学新方法的研究生组的课程考试成绩、人均发表收录论文篇数均高于传统实验教学法组（P＜0.01），详细数据如表3所示。表3的数据处理结果说明研究生经过自主创新实验教学法的教学改革与实践后，增强了自主学习和科学研究的兴趣、锻炼了自主实验设计和操作能力，教学效果得到很好的提高。

表3 两试验组考试成绩比较（分，±s）

表3 两试验组考试成绩比较（分，±s）

87.93±6.75 2.08传统实验教学法73.41±8.89 1.25 t值6.77 P值0.000篇数自主创新实验教学法组别课程考核成绩／分人均发表收录论文／人均篇数增加了66

另外，通过发行自行设计的调查问卷对研究生进行调研，可以了解研究生对自主创新实验教学法的接受或认同程度，对其实验教学改革应用效果进行综合评价。

在自主创新实验教学法试验组（2011级研究生）中发放调查问卷25份，共收回25份。调研的主要内容及结果如表4所示。从表4数据结果可知，绝大多数研究生对自主创新实验教学新方法持肯定态度，希望授课教师能够密切联系生活中的化学问题等开展实验教学，有效增加研究生的教学参与程度，提高研究生的学习兴趣等。

表4 25名学生对自主创新实验教学法的反馈意见

3 建立和完善研究生化学实验教学的制度保证体系

通过近两年的实验教学改革与实践证明，我们的努力得到了肯定。这种新的教学方法能够激发研究生浓厚的学习兴趣和强烈的求知欲望，有利于培养研究生的动手能力和科学思维创造能力，为研究生的课题研究打下了良好基础。为更好地完善和推行研究生化学实验教学改革成果，必须要建立和完善研究生化学实验教学的制度保证体系［8－13］。

1）教师负责制度。

对每一个实验内容都须安排一名责任教师，由责任教师全面负责引导研究生实验方案的设计，实验内容的准备，教学及实验室安全等工作。一般研究生化学实验课的责任教师都选择有一定科研能力的教师来担任，大多数为有丰富教学经验、精力充沛的研究生导师或青年博士担任授课教师，并且每个主讲教师只负责一个实验教学内容，这样方便主讲教师有更多的精力准备和讲解实验教学内容，实验教学更丰富和有趣。

2）定期召开教学改革会议。

教学改革会议要求所有任课教师和研究生代表都要参加，达到集思广益的效果。新分配来的青年硕士、博士等，都要求先安排到化学实验室至少工作一年，充实化学实验教学队伍。

3）建立灵活、严格的大型仪器设备管理制度。

随着现代科技的不断发展和经济发展水平的要求，科技创新越来越依赖于各种大型、精密仪器设备等。为使研究生有机会熟练操作一些大型仪器，提高他们的科研和就业竞争能力等。化学实验室管理上定期组织开展相关大型仪器使用的讲座和培训课程，请经验丰富的教师集中讲解仪器的工作原理、操作规程和注意事项等，并督促实验室技术人员引导研究生进行上机操作。经过严格的培训与考核后，一部分研究生可以独立操作仪器，这部分操作能力强的研究生可以被吸纳为仪器协管员，在研究生个人时间安排的允许下，协助完成大型仪器的日常管理与对外服务工作等。

4）建立长期的、可运行的化学实验室开放制度。

根据我校实际情况，我院的研究生化学实验室挂靠在湖南省普通高等学校大学化学实验基础课示范实验中心等技术平台上。该化学实验中心运用全开放式管理模式，将实验室的实验设备和开展的项目等全部在网上公开，让研究生在自由、开放的实验环境中选择实验项目和接受专业指导。只有这样全方位的开放，才能实现实验仪器的真正共享，提高实验室大型仪器的使用效率，最大限度地开发和培养研究生的科研创新能力。

5）建立化学实验室资源有效共享机制等。

科研实验中往往需要购买很多试剂，除了少量常规化学试剂外，多数化学试剂因为实验项目不常见等原因而使用率低，而对于新开展科研课题的研究生，往往因不熟悉实验室情况，盲目购买新试剂，不可避免地造成一些浪费。因此，建立化学实验室试剂、小型仪器工具等资源的有效共享机制很有必要，如在网络电子文档上，研究生之间可以方便地互通有无，许多试剂等可共同使用，避免重复购置，节省经费，创建节约型化学实验室等。

4 结束语

本文通过对研究生化学实验课程自主创新教学新方法的教学改革与实践研究，探讨了化学实验教学在研究生培养过程中的作用，充分讨论了化学实验教学对研究生高层次人才培养的多方面功能，研究和实践了适合校情的研究生化学实验课程教学方法。通过化学实验课程教学活动来营造科学研究氛围，增强研究生自主创新的能力，为提高研究生培养质量提供有效措施和可供借鉴的经验。

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图6 拟合相位调制曲线

拟合图如图6所示，可见相位－灰度回归单调变化，与我们所认知的调制曲线相一致。

4 结束语

随着LCOS在波前相位调制、光镊、脉冲光束整形、动态衍射光学元件、相衬成像等领域的广泛应用，其调制曲线的测量也越来越重要，测量精度的要求也越来越高。本文提出的Zygo干涉仪测量方法简单、精度更高，较传统搭光路测量有一定的优势。

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The Reform and Practice of the Teaching about Graduate Students'Chemistry Experiment Based on Independent Innovation

XIAO Xilin，LIN Yingwu，WANG Hongqing，LIU Huijun，ZHAO Yubao，DENG Jian，NIE Changming，LIAO Lifu
（College of Chemistry and Chemica Engineering，University of South China，Hengyang 421001，China）

In order to improve the quality of graduate education，enhance the independent innovation ability of graduate students and make students to become high quality innovative talents，by comparing the experimental results and scientific research investigation，the independent innovation experimental of the teaching method can be evaluated.In order to improve the quality of postgraduate education，strengthen the graduate student＇s capacity for independent innovation，etc.This paper discussed the role in the process of graduate student training in chemistry experiment teaching，the multiple function of chemical experimental teaching for personnel training，research and design the chemical experiment teaching method suitable for graduate student culture.Through the reform of series chemistry experiment teaching，the cultivation quality of graduate students was improved，and the independent innovation ability of graduate students was enhanced，therefore，this reform in education has a wide range of promotional value.

graduate student；chemical experiment；independent innovation；reform in education；cultivation quality

G642.0

A

10.3969／j.issn.1672－4550.2016.06.024

2015－10－19；修改日期：2016－10－26

南华大学学位与研究生教育改革课题（2014JG021）；湖南省学位与研究生教育改革项目（JG2016B085）；全国工程专业研究生教研项目（2016－ZX－333）；湖南省普通高等学校教学改革研究项目（2014253）。

肖锡林（1978－），男，博士，教授，主要从事化学及相关领域的教学与科研工作。