研究性教学新模式—化学专业本科生开放型实验与创新能力培养

张海容 陈金娥

(山西忻州师范学院生化分析技术研究所，山西 忻州 034000)

研究性教学新模式—化学专业本科生开放型实验与创新能力培养

张海容 陈金娥

(山西忻州师范学院生化分析技术研究所，山西 忻州 034000)

通过化学专业本科生早期科研实践与创新能力培养，提出了研究性教学新模式：从开放型实验构建、研究课题选定、文献调研及仪器操作和参加本科生各种竞赛活动等，在人才培养过程中突出学生自主性、实践性、能力性，创新性、突显大学生的科研创新思维能力，成效显著，为师范院校课堂教学改革建立了研究性教学新模式。

研究性教学 开放型实验 能力培养

研究性教学是教师为了使学生进行研究性学习、有助于学生积极主动参与并善于探索、有利于培养学生探究问题和解决问题之能力的教学新模式，亦是担负人才培养重任的高等学校教学质量工程重要内容之一。十六大报告明确提出：“推进国家创新体系的建设”，而大学科技创新体系是国家创新体系的重要组成部分。因此，高校培养的人才类型要呈多样化，要求学生不仅学习知识，还要具有发现问题、分析问题、解决问题的能力，高速发展的现代社会更加需要创新和创业人才[1～3]。传统的课堂教学一直沿用“概念-定理-推导-结论”的黑板教学模式，停留在重理论轻实践、重灌输轻启迪的状况。这种模式严重阻碍了创新人才的培养，不符合现代高等教育以多学科和跨学科的方法分析解决不断出现的社会、文化、经济、政治问题的要求，不利于培养跨世纪的创新人才。教师首先要转变传统教育观念，充分尊重学生的个性与创造精神是培养学生创新能力的基础。教师既不能把学生看作消极的被教育管理的对象，也不能把学生当作灌输知识的容器，而应该把每个学生都看作具有创造潜能的主体，形成以“以学生为中心，培养学生自主学习”的教学新观念和模式。

几年来，我们采取一系列重大举措,结合基础教学知识点，在化学专业高年级本科生开展了广泛的“开放型实验-创新能力培养”研究性教学活动[4，5]。实践表明，将学生创新研究实验课题与学科各专业教材知识点相结合，与科研项目相结合(包括可参加教师的课题研究及自己设计申请大学生科技创新课题)，引导学生亲自设计制定创新型研究课题研究工作方案，将课堂的理论知识与实践能力结合起来，减少验证性实验, 增加创新性设计实验，在研究实践中学习、探索、发现和理解知识规律,在不断实践操作的基础上，启迪学生的思维创造性，激发学习、探索的积极性，充分发挥学生的个人潜能，使他们在知识、能力、品格诸方面都得以提高，完成了卓有成效的教学与科研互动、创新人才培养实践运行模式。研究型教学—开放型实验激发了广大同学学习的积极性，近年来化学专业考研人数一直居我院各系之首，为全国综合性大学、名牌大学和兄弟师范院校输送了一大批高质量化学专业人才。

1开放型实验构建

在“厚基础、强能力、重创新”的教学思想指导下，2001年开始，对我院的实验教学体系进行了较大的改革，按照“基础型—综合型—设计型” “三层次”开展实验教学与研究活动，实验课程分为基础化学实验、综合化学实验和设计型化学实验，其中基础化学实验20个、综合化学实验6个和设计型化学实验若干。设计型实验项目主要来自教师的科研和本科生科技创新活动项目，设计型实验由素质较高的教师组织，每年利用寒暑假吸纳3-4年级学生进行开放型实验研究活动。多年的实践活动表明，开放型研究活动对提高大学生提出问题、分析问题、解决问题的能力，改变传统的教学模式，取得了良好的教学效果。

1.研究题目选定与设计

① 从化学专业教材出发选题。如学生在学完基础学科内容后，对热力学概念、热力学函数中焓(△H)、熵(△S)和自由能(△G)等定义感觉比较抽象，学习起来很吃力。为此，我们巧妙地设计实验型题目，选择超分子化合物如环糊精、胍包合物测定体系热力学函数△H、△S、△G的变化；使同学在探索、完成题目过程中，对热力学函数定义更加明确，尤其是根据热力学函数的变化可以判断分子间相互作用力类型，使热力学函数运用由抽象到具体，由具体到灵活使用，印象深刻，理解透彻。结合基础化学中知识点，我们设计了大量的表面活性剂、胶束增稳、增敏光度法测定生物活性物质和荧光、磷光发光综合性实验题目、实践型研究题目。

② 天然产物的电磁强化分离。中药多糖提取、分离及化学修饰来自山西省自然科学基金。根据课题要求，结合工作实际我们广泛开展了中药多糖和黄酮清除自由基研究、微波辅助提取沙棘籽油等。每个开放型项目均与教材中表面活性剂、化学热力学、化学动力学、光化学定律等理论知识点相互穿插、渗透进行。

③ 与日常生活密切相关的课题。日常生活密切相关的医药、环保、食品等如卷烟中多环芳烃评价、四环素含量测定、青蒿分离、VC测定；食品科学中黄酒、食醋、高梁红色素、亚硝盐实践型题目、研究内容多为学生感兴趣、与人类密切相关的社会生活、实践活动有关的综合性课题。

④ 生化分析技术研究所指导老师主持的10余项省级科研项目，全部向本科生开放。

2.创新能力培养

在项目开始之前，我们从配溶液、称量、加热以及各种不同仪器如酸度计、微波炉、超声仪、真空萃取仪、层析仪、荧光仪、可见、紫外、红外光度计等所有仪器的使用反复操作，指导训练，直到学生能独立操作为止。项目完成后，学生对实验室仪器使用、溶剂选择、溶液配制等实践活动，均达到了熟练操作程度。

项目完成过程中抽象的化学知识变成了熟悉的实验内容。尤其是在数据处理过程中，同学对原来不熟悉甚至根本在课堂上接触不到的Excel、Chemdraw等软件可以自如的使用，具备一定的科学研究、创新实践能力。

论文整理过程中，从论文题目、中英文摘要、结果与讨论、参考文献选定等多方面引导和严格要求。尤其是论文格式、文字规范、英文摘要的写作，经过长时间的严格训练、积极探索和化学理论知识的渗透，这种实践性教学模式，使过去理论与实践、考试成绩与学生能力脱节的局面大为改观，有不少参加开放型实验创新实践研究的同学一致认为，参加项目活动后，真正领会了化学理论要点，克服了知识难点，解决问题能力，应用操作能力大大提高。几年来，先后有128多名本科生参加了开放型实验研究活动，以2008级同学为例，相关创新、实践研究题目、所涉及知识点见表1：

表1 2008级部分本科生创新实验题目

2标志性成果

实践证明,探索型、开放型研究对培养本科生的创新思维能力及提出问题、分析问题和解决问题的综合能力、团队协作精神取得显著成效、且硕果累累。从2003年开始正式实施,几年来共有128名学生参加,完成了天然植物活性成分及中草药分离、提取及化学修饰研究；与人类社会实践活动密切相关的医药、环保、食品；物理化学中表面活性剂、胶束增稳、增敏光度法和荧光、磷光发光研究；将现代物理技术如超声波、微波技术引入活性物质提取方法研究中多方面设计综合性实验题目。几年来，完成本科生研究型、创新型实验论文120多篇，并有72篇论文发表于中文期刊，有3篇被SCI收录。先后有10位同学获得国家、山西省“兴晋挑战杯”高校青年师生学术科技作品竞赛奖(见表2)。

表2 2005年以来国家、山西省“挑战杯”高校青年师生学术科技作品竞赛奖

3开放型、创新型实验活动对提高课堂教学质量的反哺作用

如“物理化学”是化学专业本科生在学完高数、普通物理、无机化学、有机化学后的一门综合性的理论化学课。教材本身概念抽象、公式繁杂，不少学生对理论课程学习有畏难情绪。每年利用寒暑假时间吸纳已学过或正在学习物理化学的同学8-25人参加开放型实践活动。同学在创新型教学研究活动的带动和促进下、学习热情高涨。抽象的物理化学概念变成具体的研究对象，难学、难记的物理化学原理、公式渗透到实验研究当中。这种创新型实践活动使化学专业本科生连续几年物理化学考研成绩居各科之首，尤其是个别同学单科成绩高达145分。经统计，2005—2007年考研学生的物理化学平均成绩从2005年的108.5分增加到2007年的117.3分，最高分成绩从2005年的133分增加到2007年的145分。很多参加项目的学生考取重点大学的研究生,并在后续的学习过程中显示出强劲的优势。

4保障措施

我所由3位高级教师和1名硕士专门负责开放型研究活动的管理、指导工作。开放型实验研究活动增加了实验材料的消耗和开支。开放型实验项目多数是指导老师的纵向课题，如山西省科技厅国际合作项目、山西省高等学校科技开发项目等；除此以外，我们鼓励同学积极申请院大学生科技创新基金，在2004年、2006年及2008年度获6项资助课题。为开放型创新实践活动的开展、研究成果发表提供了有力的经费保障。

[1] 任露泉，刘燕，韩志武 等.新型交叉学科人才培养的研究与实践[J].中国高等教育，2008，(18)：30～31.

[2] 周俊宜,骆晓枫,颜少平 等. 开放性实验教学与学生科研创新能力的培养[J],中国高等医学教育.2006,11:3～4.

[3] 申静波，倪红梅，时贵英.初探开放性实验对学生能力的培养[J].高校实验室工作研究，2008.95(1)：56～57.

[4] 赵胜岩，陈书智，邱岩. 利用交叉学科培养创新人才教学改革与学校创新[J]. 中国冶金教育，2008，1：13～15.

[5] 杨冬花，郭彦文，武正簧.基础物理化学实验中增加设计性实验的实践[J],太原理工大学学报 (社会科学版) ,2005,23(Supp):159～160.

10.16597/j.cnki.issn.1002-154x.2017.11.016

2017-07-27

本文系教育部“人才培养模式创新实验区”(2007.25号)、山西省普通本科高等教育教学改革研究项目(2014-100，山西省教育厅)资助课题

张海容(1957～)，男，博士，教授，主要从事物理化学教学与研究工作。