依托国家级实验教学示范中心提升学生实践和创新能力

王文蜀, 周宜君, 孙洪波, 武海波

(1. 中央民族大学 生命与环境科学学院, 北京 100081; 2. 中央民族大学 化学实验教学中心, 北京 100081)

依托国家级实验教学示范中心提升学生实践和创新能力

王文蜀1，2, 周宜君1，2, 孙洪波1，2, 武海波1，2

(1. 中央民族大学 生命与环境科学学院, 北京 100081; 2. 中央民族大学 化学实验教学中心, 北京 100081)

实验教学示范中心是培养学生实践能力和创新能力的重要平台。在深化国家级实验教学示范中心建设的过程中,依托实验教学示范中心平台,通过完成教学实验、科学研究训练项目以及参与学科竞赛等多层次训练,提升了学生的实践能力和创新能力,实现了人才培养目标。

实验教学示范中心； 实践能力； 创新能力

我国民族地区面积占国土总面积的64%,自然资源丰富，但由于生产技术落后、人才短缺等因素严重制约了其经济社会发展。要改变这种状况,实现各民族共同繁荣,关键在于培养人才[1-2]。我校作为中国少数民族人才培养的最高学府,其办学宗旨是为民族地区经济社会发展提供人才保障。化学是研究物质变化和化学反应的科学,是与生命、环境、材料、能源、地球、空间和核科学等有密切交叉和渗透的科学[3-5],通过培养具有扎实化学基础理论知识和实验技能的相关专业人才,将现代化学知识和先进的化学实验与生产技术引入到民族地区的相关产业中,将有助于实现民族地区各种资源的高效利用、减轻或解决环境污染,助力实现民族地区的区域经济可持续发展。我校生命与环境科学学院化学实验中心(简称中心)于2008年成为 “北京市高校实验教学示范中心”建设单位,在2014年顺利通过验收。2012年10月申请并被批准成为国家级化学实验教学示范中心建设单位。以国家级实验教学示范中心建设单位为契机,中心进一步推进实验教学改革,转变成一个实验室管理与实验教学相统一的教学机构[6-7],为理论教学与实践教学并重的化学类教学提供了保障。中心按照教育部要求的实验教学示范中心建设目标,学习借鉴其他高校实验教学示范中心建设经验[8-9],结合民族院校实际情况,修订和完善中心相关管理制度,强化管理,争取多渠道资金支持,坚持以学生为本的教学理念,在实验教学、学生科研训练和学科竞赛方面探索培养学生实践能力和创新能力的途径。

1 学生实践创新能力培养

1.1 增加综合性设计性实验

以往的教学实验基本为验证性实验,实验教材中配以详细操作步骤的教材,教学过程以模仿和训练为主,实验目的多以技能训练为核心,学生在整个过程中缺乏足够的自主性[10]。此外,出于安全、教学进程、实验准备等方面的考虑,实验课程多以统一化的形式进行,最终造成了学生基本实验技能掌握较扎实但探究能力弱的后果。

实验室是探究实验现象、启迪学生研究思路的重要场所,在化学类实验中,明确验证化学理论知识的同时,更应该思考和实践学生参与实验课题选择、实验方案设计、仪器和试剂选择、实验数据处理、结果表征和分析讨论等环节,才能完成对学生探究科学实验现象能力的有效培养。

中心鼓励教师充分利用实验教学平台加强与学生的交流,在完成常规教学任务的同时,重视编写、修订适合综合探究型实验教学的实验讲义,根据课程的特点和教学目标,尽可能多地开设综合性、设计性实验。目前综合性、设计性实验比例已经占到了总开设实验项目的43.3%。2015年,汇集多位教师的本科生科研训练项目和综合性实验教学的成果,中心出版了《化学综合设计实验》教材,并在高年级实验教学中应用。开设的综合探究实验中,学生组建3～5人的实验小组,选择自己感兴趣的课题,自主实践,培养学生的团队意识和合作精神,共同设计实验步骤、选择实验仪器、验证实验结果,最终用科技论文形式的实验报告结合PPT汇报的方式完成整体实验。

1.2 设立各类本科生科研训练项目

在完成综合探究性实验的基础上,依托已培养的探究能力,中心大力倡导教师将熟悉的科研项目及时融入到本科实验教学中,为学生用化学理论和方法研究实际问题、接触科学前沿提供机会,进一步提升学生的科研创新能力。

每年12月,中心负责动员学生组队(3～5人一组),根据自己的专业知识和兴趣选择研究课题,寻找相应指导教师,在教师指导下撰写实验项目申请书,并参加中心组织的统一公开答辩,申请学校为本科生设立的各级科学研究训练项目。评委教师根据申报项目的创新程度、方案可行性、人员组成合理性等标准统一打分评判后,分别确定为国家级大学生创新训练计划、北京市大学生训练项目和学校本科生研究训练项目立项,并给予不同的金额资助(0.5～2万元/项目),规定在1年内完成申报的课题研究任务。

中心建立了相关制度,保证所有创新训练项目顺利进行。项目结束后学生仍可继续跟随导师进行后续工作,并可作为毕业论文和毕业设计的内容。这种做法激发了学生参与的积极性和工作热情,也延长了学生科研工作的时间,保证了研究的相对完整性。

针对本科学生的学习特点,科研训练项目的实验需要在课余时间和假期完成,因此,中心设立了本科创新教育实验室,制定了一整套实验室开放细则,尤其注重了实验室开放时间的规划,并对学生申请使用实验室、借用实验仪器等建立了管理制度。目前中心各实验室在正常教学任务以外的任何上班时间、寒暑假以及国家法定节假日都面向师生开放,尽全力给学生提供实验条件。通过采取这样的措施,大大提高了中心仪器设备的使用效率,更重要的是促进了创新实验教学质量的全面提高,实现了中心常规教学的升华。

1.3 举办学科竞赛

学科竞赛是实验教学向外延伸的一种范式,在整个实验教学体系中,其鲜活的项目对于大学本科生来说比较适宜,不仅能展示他们的实践和创新能力,更能激发他们的科学竞争意识,有利于其今后的工作与深造中竞争能力的提升。

为鼓励学生积极参与实验、展示自身实验能力和创新能力培养的效果,每年4月份,中心将各级本科生科研训练项目的验收评审和化学实验竞赛相结合。具体做法为,中心聘请有经验的校内教师组成大赛评委会,对学生提交的创新实验项目报告书、创新点说明和实验结果进行评分,进一步采用现场答辩形式考查学生,检查他们的陈述清晰度与思维敏捷性。根据结果评选出一等奖、二等奖。获奖的学生不仅可以获得相应的综合测评加分,一等奖的获得者还可以作为免试研究生的条件之一。此外,中心将从中选择优胜队代表学校参加每年的北京市大学生化学实验竞赛。

1.4 组织世界环境日活动

每年的6月5日是世界环境日,中心组织化学、制药工程、环境科学、环境工程专业的学生参加世界环境日的宣传活动。每个班级在环境日之前2周,结合专业所学知识,紧扣当年环境日主题,自愿组合为若干3～5人小组,自主选择宣传和展示的内容,撰写项目策划书,现场实验计划并提交班级导师审阅。班级导师根据与专业和主题的相关性、实验设计科学性及成本可行性等提出修改意见。小组反复修改后制作展板,联系实验技术教师准备实验,制作与观众交流的小道具等。在环境日当天,在学校的主要交流展示区,每个班级通过展板、小实验和现场问答,趣味游戏等形式将以化学知识和技术为基础的环境保护意识和方法传递给参与群众。活动后学生每人撰写总结心得,上交班级导师。班级导师根据学生在策划期间的参与程度、贡献大小和活动心得对其进行实践活动评分。

2 中心建设对学生实践创新能力培养的成效

传授知识、培养能力、提高素质,培养学生实验能力和创新能力是实验教学示范中心的建设目标。通过几年来的探索实践,取得了很好的效果。

2.1 提高了学生的科研意识和能力

由于对实验教学内容进行整合并采取了循序渐进的安排,收到良好的教学效果,学生在实验操作、报告撰写和语言表述方面都得到了锻炼。例如,在为三年级学生开设的化学综合设计实验中,开设了“天然抗氧化剂提取分离、结构鉴定及抗氧化活性研究”实验。该实验要求学生组队后,在教师提示下自行查找相关文献、理解天然抗氧化剂的意义、系统了解天然抗氧化剂的研究现状后,在教师提供的几种实验材料中,选择小组感兴趣的研究材料。然后设计合理的研究方案,综合运用各种提取方法和色谱分离技术,至少分离1个纯净天然化合物，并进行核磁氢谱表征与解析,通过与文献中相应化合物的氢谱数据对比,确证化合物结构,最后设计抗氧化活性实验测试所得化合物的抗氧化能力,最终结合结构特点分析所得抗氧化能力。

3年的教学实践发现,绝大多数学生都能积极参与实验,从小花八角、紫玉兰、杨梅、金银花等不同植物中分离得到一些具有抗氧化能力的纯净化合物。实验结果符合实验考核指标:化合物纯度90%以上,3次活性数据误差±2.5%。实验过程中,不同的小组面对不同的实验材料和产品,其分离制备路线、分离方法和波谱数据不完全相同,整个实验考查了学生有机化学、天然产物化学、分析化学、仪器分析、波谱解析等课程的学习效果,综合锻炼了学生的文献检索能力、实验设计能力、独立思考能力、发现问题和解决问题的能力。学生初步学会了撰写科研论文以及成果展示汇报表达能力等,实现了强化专业性、实践性和培养能力的实验教学目标。

2.2 提升了科研能力

2012年以来,每年都有近40项、200多名学生到中心开展本科生科研训练项目的实验工作。参与的学生克服了各种困难,在实验中体会科学实验的苦与乐,在为期1年的项目完成后,实验能力和创新能力得到了培养。经过中心组织的项目答辩,98%以上的项目能通过评审,且部分项目获得了优秀成绩。根据学校关于创新教育学分的规定,取得项目合格、成绩优秀的学生将分别获得创新教育加分,计入总学分中,部分优秀项目的学生根据项目结果撰写的研究论文发表在相关科技期刊上,如:“中缅木莲化学成分的研究”项目获得了优秀成绩,其论文被《Nature Product Research》杂志录用；“紫玉兰素A在稳定四链体DNA中的应用”获得国家发明专利。此外,许多参与项目的学生在学业方面表现优秀,参加研究生面试时表现优异,为进一步深造创造了条件。为了宣传学生参与科研训练的效果,中心每年对获奖学生进行表彰的同时,还对获得一等奖的项目制作展板进行为期一个月的展出。展板内容不仅有参与项目的内容介绍,而且有学生参与项目的心得和教师、学生的照片,展出传播了正能量,也激励更多的学生参与。

2.3 增强了自信,扩大了影响

自2009年以来,中心连续8年选派学生代表学校参加北京市大学生化学实验竞赛,并取得了优异成绩。至今获得了总共10次一等奖、18次二等奖和14次三等奖。每年竞赛季,在中心的组织下,指导教师和学生认真准备,根据参赛的原则,学生精心制作实验视频、展示自己的实验操作和实验结果。通过与北京市其他参赛高校选手的竞技而获得的优异成绩，不仅体现了学生的科研训练成果,同时也增强了学生的自信,扩大了影响,为学校赢得了荣誉。

获奖项目中既有教师的自然科学基金项目,如“以G-四链体为靶点运用NMR发现筛选民族药用木兰属植物中新型抗肿瘤先导化合物的研究”,也有学生自己设计的题目,如“蛋壳废旧利用制备醋酸钙及其应用的初步研究”；既有传统化学类课题,也有以化学为基础多专业协同的项目。2011年,“钛柱撑蒙脱土的制备及其用于动物香料麝香酮合成的研究”入选全国大学生创新年会论文项目。这些成绩和成果充分体现了中心一直以来贯彻的将教师科研应用于教学、及时更新本科实验教学内容、提高实验教学水平的思路,以及培养复合型创新人才的办学特色。

2.4 增强公民环境意识,锻炼交流能力

从2010级开始中心组织世界环境日实践活动以来,每届学生都对世界环境日实践表现了极大的参与热情。学生通过准备实践活动的资料,展示了扎实的专业背景知识；通过活动当天的宣传,展示了学院学生的精神面貌,增强了学生从教室走向社会的现代社会公民责任意识,有效锻炼了学生进入社会后将所学知识进行正规及专业传递与辐射的能力。

3 结语

我校化学实验中心作为国家级化学实验教学示范中心建设单位,着力搭建了多层次实验教学与科研训练相结合的平台,培养了学生的科研素质和创新能力,为学生进一步深造或走向社会奠定坚实的基础。今后,化学实验中心将努力实现实验教学兼顾全面、突出重点、形式多样的特色,既重视对学生化学实验基本技能的培养,也重视学生自身实验创新思维的培养,将创新实践能力的培养融于其中,努力使化学实验中心建设成为培养适应新世纪国家(尤其是民族地区)经济建设与社会发展需要的、具有较强竞争能力的高素质创新性人才的基地。

References)

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[3] 丁奎岭.合成化学:创造新物质的生力军[J].化工管理,2001(6):45-46.

[4] 21世纪化学科学的挑战委员会.超越分子前沿:化学与化学工程面临的挑战[M]. 陈尔强,译. 北京:科学出版社,2004.

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[6] 蔡炽,蔡炳新,郭栋材,等.以培养创新型人才为宗旨,全面提升国家级实验教学示范中心建设水平[J].实验技术与管理,2008,25(2):107-109.

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[8] 陈兆夏,王恬.国家级实验教学示范中心建设的实践与思考[J].中国现代教育装备,2012(15):26-28.

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[10] 徐家宁,侯文海,王英华,等. 深化实验教学改革和课程建设创建国家及实验教学示范中心[J]. 实验室研究与探索,2007,26(11):71-73,116.

Improving students’ practical and innovative ability by relying on national experimental teaching demonstration center

Wang Wenshu1，2, Zhou Yijun1，2, Sun Hongbo1，2, Wu Haibo1，2

(1. School of Life and Environmental Sciences, Central University for Nationalities, Beijing 100081, China; 2. Chemical Experimental Teaching Center, Central University for Nationalities, Beijing 100081, China)

The experimental teaching demonstration center is an important platform for cultivating the students’ practical and innovative ability. In the process of deepening the construction of the national experimental teaching demonstration center, by relying on the platform of such center, and through the completion of the multilevel trainings such as the teaching experiments, the research training projects, the participation in subject competitions, etc., the students’ practical and innovative ability is enhanced, and the goal of the talent cultivation is realized.

experimental teaching demonstration center； practical ability； innovative ability

G482

: B

: 1002-4956(2017)09-0218-04

2017-04-29修改日期:2017-05-09

国家级化学实验教学示范中心项目(2012)；北京高等学校教育教学改革立项项目(2015-ms104)

王文蜀(1974—),女,四川成都,博士,副教授,化学实验中心主任,从事有机化学、化学生物学教学和科研工作.

E-mail:wangws@muc.edu.cn

10.16791/j.cnki.sjg.2017.09.056