以“三三制”驱动的综合化学实验课程建设

章文伟，张 晖，奚忠华，孔璇凤

（南京大学 化学化工学院 化学国家级实验教学示范中心，江苏 南京 210023）

早在20世纪80年代后期，我国著名化学教育家戴安邦先生就提出了全面化学教育的理念，即：“全面的科学教育要求教学既传授知识和技术，更训练科学思维和方法，还培养科学精神和品德。化学实验课是实施全面化学教育的一种最有效的教学形式”[1]。为了更好地实施全面化学教育理念，克服专业划分过细造成学生知识面较窄的不足，我校于1997年取消了原本在高年级本科生中针对不同专业开设的无机、有机、分析、物化、高分子等各二级学科的专门化学实验，取而代之以综合化学实验，目的就是为了能够在化学一级学科层面上培养更加全面的化学人才。该课程的开设，在开阔学生的视野、拓宽学生的知识面、调动学生的主观能动性、全面提高学生的综合素质与创新能力等诸多方面发挥了重要作用[2-6]，并取得了阶段性成果。该课程于2009年被评为“国家级精品课程”。

2009年，我校提出了“三三制”本科教学改革方案，即：本科生在大学4年，依次经过大类培养、专业培养、多元培养3个阶段，给予学生更多的自主选择权；学生可以根据自己的兴趣爱好，选择学术专业、交叉复合、就业创业3条不同的途径作为自己今后的发展方向[7-8]。我校化学国家级实验教学示范中心根据学校这一本科教学改革方案和人才培养规律，结合各门实验课程的不同特点，提出在“三三制”不同培养阶段，对学生的实践能力培养将各有侧重、循序渐进：大类培养和基本专业培养主要在大一大二阶段的大学化学实验、有机化学实验、仪器分析实验和物理化学实验等4大基础化学实验中进行，大三的综合化学实验则更多地担负起化学学科本科生专业提升和多元培养的重任，培养学生综合扎实的专业实践能力和跨学科交叉复合的跨界实践能力。近几年，根据化学学科的研究现状和发展趋势，以及我校化学本科生的特点，对综合化学实验课程进行了再建设。

1 建设思路

根据“三三”制本科教学改革精神，为了更好地培养学术专业类、交叉复合类和就业创业类人才，着眼于化学学科的研究现状和发展趋势，并结合南京大学化学专业学生本科毕业后的去向（出国留学、国内深造、就业创业约各占三分之一），提出了综合化学实验课程的建设思路，即：“三三”结合、重点建设、协调发展。首先，化学学科本身的发展日新月异，因此要继续保持化学这一学科的传统优势教学，紧跟学科发展步伐，不断完善学术专业类实验项目建设；其次，由于化学与生物、材料、环境等日益交叉融合，因此，要重点加强交叉复合类实验项目的建设，使学生具备良好的学科跨界能力，能够在今后知识发展的浪潮中游刃有余；再次，由于化学与实际生活息息相关，并且，每年有约 1/3的学生毕业后踏入社会，或就业、或自主创业，因此，也必须充分考虑这部分学生的需求，加强就业创业类实验项目建设，为不同发展方向的学生提供实践平台。此外，作为本科阶段的最后一门实验课，综合化学实验要能够很好地有效衔接本科毕业论文以及研究生教学（我校化学专业本科毕业生约 2/3读研或出国深造），让学生到了科研实验室能够尽快进入科研角色，自主开展科研探索活动。

2 建设举措

为了达成上述教学目标，着重从3个方面采取了相关措施，对综合化学实验课程进行了再建设。

2.1 师资队伍建设

在高层次人才培养过程中，教师水平起着至关重要的作用。必须要有一支与时俱进、具有一定学术造诣的师资队伍，才能保证教学质量和教学效果。自从综合化学实验课程开设以来，经过10多年建设，逐渐组建了一支教学/科研复合型教学团队，所有教师都活跃在教学和科研第一线，他们基础知识扎实、学术水平较高，了解最新科研动态，教学思想活跃，具有较强的教改意识，能够随着学科的发展，积极主动地调整更新实验教学内容并能言传身教，在教学过程中以生动活泼的科学思维方法启迪学生，使教学与科研相辅相成，相得益彰，有机地融为一体。

2009年之前，从事综合化学实验课程教学的教师，其研究领域多数专攻于化学，因此教学实验项目也更多地集中在化学学术专业类方面。对照“三三”制人才培养目标，本课程在交叉复合类和就业创业类实验项目建设方面较为欠缺和薄弱，不利于交叉复合类和就业创业类人才的培养。由于近年来化学与生物、材料、环境等领域日益交叉融合，国家政策也鼓励自主创新创业，为此，积极邀请具有相关研究背景的教师加盟综合化学实验教学团队。最近几年，先后邀请了4位从事化学生物学和材料化学研究的教师加入教学团队，其中一位为全国优秀青年基金获得者，一位为全国创新创业大赛指导教师。他们的加入，为交叉复合类和就业创业类实验项目的建设提供了强有力的保障。正是基于这样一支热心于教育事业并具有一定教学经验和高学术水平的教学队伍，促进了综合化学实验教学的改革，使本课程的教学内容和教学方法更有益于学生的培养和发展。

2.2 课程内涵建设

科学的发展日新月异，化学学科同样也在不断进步和发展。有了良好的师资队伍，课程内涵建设便有了保障。自开课以来，综合化学实验的内容设置一直遵循以下原则：着眼于反映学科的前沿领域及发展趋势，巩固和加深对基础理论的理解及基本技能的融会贯通，了解并掌握不同学科的新知识点以及相关的研究方法和实验技术，拓展学生的视野[3-5]。

随着“三三”制本科人才培养方案的启动，综合化学实验按照“重视基础、趋向前沿、反映现代、综合交叉”的现代课程建设理念，针对3类不同人才培养的需求，按照学术专业类、交叉复合类和就业创业类3个方向对实验教学项目进行优化设置，使教学内容更加注重知识的前沿性、学科间的交叉与融合以及实验技术的综合应用，以利于学生知识结构、能力结构和综合素质的全面培养和提高。近年来，基于不断完善的师资队伍，将化学，尤其是化学与生物、材料、环境等交叉领域的一些前沿研究成果，通过具有相关研究背景教师的凝练、改编，逐步移植到综合化学实验教学中，使得手性合成与催化、纳米材料、高分子材料制备与加工、超分子化学、基因工程等前沿热点领域在综合化学实验教学中得以体现，完善了学术专业类实验教学项目，实现了交叉复合类和就业创业类实验项目从无到有到逐渐完善这样一个质的飞跃。并且，每个实验尽可能设计成一个小型的科研项目，在给学生传授基础理论和前沿知识的同时，综合应用多种实验技术和方法，集合成、分离、表征、性能测试等为一体。学生通过这些实验，可以得到较为系统的科研训练过程。下面，每个方向各举一例加以说明。

例1，“手性Mn(III)Cl-Salen配合物的合成及其催化性能研究”，这是一个较为前沿的综合型化学学术专业类实验项目。该实验贯穿合成—结构表征—性能这一主线，学生通过这个实验，可以了解手性、不对称合成、ee值等新的知识点，进一步熟练掌握重结晶、柱层析等化学实验的基本操作和基本技能，学习手性Mn(III)Cl-Salen配合物的合成方法，并将之应用于催化烯烃底物分子的不对称环氧化反应中，对催化产物进行IR、GC-MS（手性柱分离）、1H NMR等波谱表征和旋光度测定，分析并比较催化剂对不同底物分子的催化活性，加深理解物质结构对催化性能的影响，了解它们之间的构-效关系。通过这样一个实验，不仅可以训练学生扎实的合成功底，还可以以此为媒介，传授学生新的知识，了解当前化学研究的前沿和热点，同时培养学生具备综合运用所学知识进行实验结果分析和解决实际问题的能力。

例2，“质粒DNA的制备、鉴定、转化及目标基因的诱导表达”，这是开设的第一个化学/生物交叉复合类实验项目。学生通过这个实验项目，可以了解分子生物学基本概念并掌握分子生物学基本操作，掌握培养细菌、收集和裂解细菌、分离和纯化质粒的实验技术，学习 DNA的提取、转化以及蛋白质的诱导表达方法，包括划线、接种等微生物学无菌操作，琼脂糖凝胶电泳分离 DNA片段，聚丙烯酰胺凝胶电泳对蛋白质进行分离和鉴定等。在此基础上，后期又进一步开设了“哺乳动物细胞的培养、传代与转染”实验，学生通过这个实验，可以了解无菌操作的基本原则，掌握传代细胞培养的基本方法，学习脂质体介导哺乳动物细胞转染的方法，了解荧光成像原理并能正确使用荧光显微镜。通过上述化学/生物交叉复合类实验项目建设，培养了学生在跨学科交叉复合基础上的跨界实践能力，拓展了学生的知识面，提升了学生对交叉学科领域的认知，为学生将来从事跨界学习和研究打下了坚实的基础。

例 3，“聚氨酯的合成及其功能化”，由于聚氨酯是一类应用非常广泛的高分子材料，在环保涂料、仿真肌肉、传感器等方面具有很大的应用前景，因此，可以将之归属于就业、创业类实验项目。通过该实验，让学生了解聚氨酯的最大特点是可以通过改变原料品种及配方，在较大范围内调节其性能。高分子材料的这个属性对于将来想从事产品研发的学生来说非常重要。该实验有助于学生了解高分子嵌段化合物的性质和特点、学习聚氨酯的合成方法与操作技术、了解合成聚氨酯弹性体及含离子的聚氨酯离聚物等功能材料，通过 IR、1HNMR对其进行表征，采用动态激光光散射仪分析乳液粒径及分布，并进行弹性体力学性能、介电性能测试。这个实验自开设以来，一直受到学生的喜爱，选做该实验的学生很多。

近年来，基于“三三”制本科人才培养目标，按照学术专业、交叉复合和就业创业3个方面，升级打造了适合不同发展方向的实验教学项目，学生可以根据自己的兴趣爱好和今后的职业规划，通过开发的“综合化学实验选课系统”(http://zhxk.nju.edu.cn)进行选择，体现了以学生为本、因材施教的教学理念，实现了个性化培养，提高了教学质量和教学效果。

2.3 教学方法改革

人才培养模式改革是教学改革的核心，教学方法影响人才培养的质量和方向[9-12]。综合化学实验作为大三学生的实验课，也是本科阶段最后一门修读的实验课，由于学生已经具备了基本的理论知识和实验技能，大四阶段就将进入科研实验室开展本科毕业设计工作，因此，在教学方法上，更应注重对学生科研能力的培养，将科学思维和研究方法融入教学，使学生逐步具备独立开展科研活动的能力。为此，在综合化学实验教学中，通过研-教-研，融教学与科研为一体。这里的2个“研”具有不同的内涵：第一个“研”，代表教学内容来自于科研成果；第二个“研”，表示在教学过程中尽可能模拟科研过程。为此，教学设计上，首先会介绍实验项目的研究背景，让学生了解该实验的选题意义；其次，在实验环节上，有意识地模拟科研探索过程。例如，随着新的研究成果的出现或者教学条件的改善，会随之增添或完善实验教学内容，将学生进行分组，在实验时间不变的情况下，让学生尝试不同的实验条件或方法，使学生能够在有限的教学时间内，对不同的实验条件或方法获得最直接的对比效果，从而对科研的研究过程有大致的了解。 例如，“纳米组装血红蛋白质的直接电化学和催化研究”，这是一个兼具学术专业与交叉复合类的实验项目，实验内容来自于教师科研成果的转化。在这个实验中，按照研究型教学模式，首先让学生明白为什么要用碳纳米管来组装血红蛋白；其次，让学生了解碳纳米管与血红蛋白的各种组装方法，并让学生尝试包埋法和层层自组装2种不同的方法对电极进行修饰，通过不同实验方案来探究不同的组装方法对催化性能的不同影响，将所有学生的实验结果共享并进行比较，引导学生分析并探讨不同组装方法对催化性质产生差异的原因，从而形成一个完整的研究型教学过程。此外，还介绍科研论文的写作方法，要求学生以科研论文形式撰写实验报告，并对学生提交上来的实验报告进行面对面点评。探究式研究型教学方法已经在综合化学实验课程中全面展开，对于培养学生科学思维、科研素养、合作交流等诸多方面起到了积极作用。

3 结语

我校综合化学实验课程按照“三三”结合、重点建设、协调发展的思路，着重从师资队伍建设、课程内涵提升和教学方法变革3个方面进行了改革，逐步为学术专业类、交叉复合类和就业创业类人才的培养搭建了良好的教学实践平台。本课程于2016年被授予首批“国家级精品资源共享课”称号，2017年获得我校“百”层次优质课程。