科研成果向实验教学一线转化可借鉴实施模式探索

刘金库， 盛潇潇， 张 敏， 卢 怡， 孙慧萍

（华东理工大学a.化学与分子工程学院；b.教务处，上海200237）

0 引 言

随着全国教育大会精神和新时代全国高等学校本科教育工作会议精神的贯彻执行，“以本为本，四个回归”的推进落实，高校愈加重视科教转化在实验育人中的作用，特别是科教转化而来的创新型实验的开设，对于加深学生基础理论知识的理解、培养活学活用的本领和创新思维，具有十分重要的作用，在卓越人才培养方面占据不可替代的地位。以化学、材料类学科为例，创新实验往往将材料的制备、高科技表征手段、学科前沿应用等有机融合在一起，极大增加了实验课程的高阶性、创新性和挑战度［1］，有效培养了学生的创新思维和科研素养。将前沿科研成果向实验教学一线转化，让学生接触并思考前沿热点问题，使用大型精密仪器开展实验研究，能够有效拓宽学生科研视野，充分开发学有余力学生的学习潜能，强化攻克科学难题的恒心毅力和挑战实验困难的实战能力［2］。虽然各高校高度重视科研成果向教学一线的转化，但转化率还有待提高，科研与教学脱节问题依然存在。科研成果的完成人或者直接接触者中很多不是实验教学一线的教师，他们对于如何将这些前沿成果转化为实验内容，尚不熟悉。因此，探索并归纳出能参照、易复制的科研成果向实验教学一线转化的可操作模式，对于加速科研成果向实验教学一线转化具有现实意义。

在总结多年实验教学与管理经验的基础上，摸索归纳出了将科研成果向实验教学一线转化的“目标引领、落实内容、细化过程、思政育人、效果评价、反馈提升”六步骤转化模式，并通过转化流程和案例进行说明［3］，以简易直观的形式呈现可复制、易推广的科研成果向实验教学一线转化模式。通过该六步骤转化模式的推广，期望能助力理论与实践并行、创新培养与素质提升并重，提高科研成果向教学一线的转化率，促进实验教学质量与水平的全面提升，致力培养满足时代需求的创新型人才［4］。

1 转化模式

恰当选择科研成果，是实现科教转化成功的前提和基础。在选择前沿科研成果时，建议考虑如下5个方面：①与课程培养目标匹配，体现课程特色。选取的科研成果在研究内容和方法上能够体现专业性、科学性和挑战性，兼顾实验课程教学的系统性、完整性和可行性，确保作为实验育人载体前沿精准，教学软硬件条件具备，教学方案可行。②体现具体科学问题的解决，能够体现高阶性。以科学问题为导向，强调通过过程训练提升学生的实战能力，要显著区别于验证实验。③与时俱进，体现学科领域的前沿进展，现代特征明显，创新亮点突出，能够拓宽学生的知识面，丰富学生的科学视野。④注重学科交叉，能够培养学生综合运用专业知识的能力和跨界思维。科研成果要能够容纳多学科知识和技术，体现学科专业交叉互补。⑤要有一定的难度和挑战性。力争将最新科研成果转化为实验教学，通过前沿科技引领，让学生直面科研热点问题，开拓学生视野的同时，激发学生的创新思维、责任意识和对科技前沿领域的挑战热情［5-6］。

选好的前沿科研成果向实验教学一线转化，可以通过目标引领、落实内容、细化过程、思政育人、效果评价、反馈提升六个步骤来完成，其具体流程如图1所示。在进行实际操作时，可以根据该图示流程一一对应落实。

图1 科研成果向实验教学一线转化流程图

1.1 目标引领

在六步骤中，需要梳理前沿成果的科技亮点，将需要教给学生的知识技能提炼出来，与教学大纲所要求的知识点进行对应和匹配，同时挖掘科研成果中含有的专业知识以外的育人因素，围绕培养目标和毕业要求，明确科研成果向实验教学一线转化的实验教学目标和育人维度。该步骤是实现科研成果向实验教学一线转化的前提。

1.2 落实内容

以学生为中心，以产出为导向，落实OBE理念，把科研成果包含的专业知识和育人元素进行模块化，落实具体的知识点和能力、素质达成目标，制定该实验的教学大纲［7］。换言之，需要把教学目标落实到具体的实验内容上，该步骤要充分考虑实验课时数、实验内容、实验教学环节衔接、实验软硬件条件是否具备、学生的知识储备情况以及知识点的难易程度等因素，并充分论证转化的实验是否具有教学可行性。有明确的课程内容作为载体，是顺利开展教学并达到预期育人效果的基础。

1.3 细化过程

有了教学目标和具体的实验内容，接下去要细化科研成果在课堂上实现的形式、流程和教育教学方法，并编制教案。科研成果向实验教学转化的细化过程，决定了课程的含金量。教育部多次强调要淘汰“水课”，打造“金课”，提出了“金课”具有高阶性、创新性和挑战度的“两性一度”标准。因此，要把每一个实验教学的每一个环节都要落到实处，包括实验准备、实验操作、实验安全、创新思维训练、数据处理、报告撰写等环节。在细化教学过程中，笔者提出了打造“金课”的“四性五度六环节对标法”细化教学过程。“四性”是指课程设置的高阶性、创新性、科学性、系统性；“五度”是指课程内容的思政温度、辐射宽度、内涵深度、应用广度、知识难度；“六环节”是指教学过程中的备课、授课、考核、拓展、评价、反馈。对标“四性五度六环节”，细化教学的每一个过程，做好这些细节，就有希望将科研成果转化为高质量的实验“金课”［8-10］。做好实验教学每一个环节的细节工作，是科研成果向实验教学一线成功转化的保障。

1.4 思政育人

科教转化过程中，知识点固然重要，而思政育人同样需要格外关注，实验课程同样要强化思政建设，做到知识传授与价值引领的同向同行［11］。科研成果转化而来的创新实验，不仅在提升学生理论联系实际能力、培养创新思维和科学素养方面发挥重要作用，同时也是落实高校立德树人根本任务的关键环节。在科研成果向实验教学一线转化过程中，通过充分挖掘科研成果的研究背景、科学意义、研究目的、社会价值、研究经历等素材，以润物无声的方式，培养学生的家国情怀、专业使命、责任担当与创新热情［12］。

1.5 效果评价

科研成果向实验教学一线转化是否成功，关键是看教学效果。以学生为中心，落实OBE理念，师生在教学过程中的角色发生根本转变，学生由按照既定实验方案实施变为目标引领、过程思考、全方位设计自己的实验方案，教师则更多发挥启发引导和答疑解惑的作用。考查学生学习效果的好坏，由传统侧重结果导向改为强调过程考核［13］。学生在实验过程中表现出来的探索创新、操作本领、职业伦理、协作沟通、总结归纳等方面的能力和素养都将作为课程评价的依据。换言之，教学效果评价不是简单看老师教了什么，而是更加关注学生收获了什么，是否真正落实了OBE理念，真正实现了预期的育人目标。

1.6 反馈提升

科教转化过程在完成教学模拟或试运行后，需要对教学内容筛选、细化落实、教学方式方法等环节存在的问题进行仔细推敲，对转化效果进行科学合理评价。要认真听取学生的意见和建议，仔细分析教学过程和实验报告上存在的问题，并与同行进行推敲讨论，及时发现实验中存在的问题。通过反馈和研讨，动态更新实验教学内容，增加或缩减实验课时数，改进教学方法，促进实验育人的多学科协同互补，以学生获得感为基本出发点健全教学效果评价机制，把科教转化工作落到实处，确保实验育人取得实效。

2 案例说明

以“氧化锌基固溶体设计合成及其催化与防腐性能相关性研究”实验为例，该内容来自笔者课题组2018年发表在无机化学领域权威期刊《Inorganic Chemistry》上的论文“Eminently Enhanced Anticorrosion Performance and Mechanisms of X-ZnO（X=C，N，and P）Solid Solutions”［3］。

该成果内容既涵盖了染料废水处理这一环境治理难题，又涉及金属腐蚀与防护的国计民生大事。前者是利用实验制备的产物作为光催化剂，解决有机污染物治理问题，后者则是以实验制备的产物为功能填料，应用于金属防腐蚀领域，这两个科学问题都是当今研究的热点和难点，该成果既具有实用性又具有挑战性，因此，将其作为向实验教学一线转化的对象。另外，金属腐蚀现象及危害广泛存在于生产生活中，造成的经济损失巨大［14］。据金属腐蚀调查报告显示，每年因腐蚀造成的经济损失超过全球GDP的3%，约1.99万亿欧元。我国每年腐蚀成本约2万亿元人民币，约占国民生产总值的3.34%［15］。通过课程学习，学生了解到虽然金属腐蚀不可避免，但可以通过科学技术来减缓腐蚀的速率。在此现实需求下，让学生学习涂层防腐相关知识和技术，实现学以致用，激发学生的求知欲望和责任意识。通过固溶体掺杂技术制备新型功能材料，并运用光催化技术解决环境问题，让学生体会如何将所学专业知识应用到现实生活中，产生强烈的专业认同感和成就感，实现该实验内容的知识传授（实验目的）与价值引领（课程思政）同向同行。

本实验采用逐步深入的引导式教学模式。实验内容是将该论文成果细化成X-ZnO固溶体的制备及表征、X-ZnO固溶体光催化性能研究以及X-ZnO固溶体防腐蚀性能研究3个模块。实验中通过固溶体掺杂改性技术制备了非金属掺杂ZnO固溶体，利用透射电子显微镜（TEM）、X射线粉末衍射分析仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见分光光度计（UVvis）、电感耦合等离子体光谱仪（ICP）等测试手段分析材料的形貌、结构、氧化态、光学性质、元素组成等，让学生具备基本的实验技能，并探究ZnO基固溶体对有机染料的光催化降解能力和对金属的腐蚀保护效果。通过“氧化锌基固溶体设计合成及其催化与防腐性能相关性研究”创新实验教学，除了有效提升学生科研素养、拓宽专业视野外，从课程思政角度分析教学效果，该实验还能够增强学生的科研自信心和专业认同感，亲身体验如何将所学理论知识与实际需求相结合解决科学问题和社会痛点问题，懂得既要有发散思维和创新意识，又要善于运用系统思维寻找规律，探究实验现象背后的深层次机制问题。

实验教学完成过程，也是带领学生重现科研成果获得的过程，要坚决避免如同验证类实验一般简单重复操作，强调对学生主动性和创造性的培养［16］。利用TEM、XRD、XPS等高端精密大型仪器对X-ZnO固溶体测试操作及数据分析，提升分析解决科学问题的能力；探讨X-ZnO固溶体材料结构与性能之间的相关性，引导学生从原子、分子和晶体的角度分析探讨材料性能发挥的内部机制，对催化和防腐蚀性能的测试结果进行深度研究；该实验对光催化降解有机污染物和金属防腐蚀的机理进行探讨，帮助学生寻找X-ZnO固溶体材料性能与性能之间的关联性，培养学生建立事物普遍联系的唯物辩证思维；科研成果都有研究的背景，可以带领学生结合科研成果的前沿背景，在参阅文献的基础上设计实验步骤，将理论与实践紧密结合，培养学生的创新思维，全面提升学生的科研实践能力。该实验主要用于大学四年级学生的科学训练教学，提升学生的科研素养，4周左右时间能够完成。对于大型仪器，现阶段尚无法做到学生人手1台，XRD、UVvis、FT-IR等仪器由学生自己操作，采用学生分组形式完成，TEM、XPS、ICP等其他几种大型仪器则由学生参与完成或者由老师协助完成。另外，在前沿成果向实验教学一线转化时，除了需要思考育人效果外，还需要结合学校的软硬件设施情况，特别是需要使用高端先进的精密仪器设备时，仪器设备台套数和教学运行经费等因素会制约课程容纳的学生人数，在科研成果向实验教学一线转化时必须充分考虑。

3 结 语

如何更好实现前沿科研成果向实验教学一线转化，是高校实验教学永恒的课题。本文在总结科研成果向实验教学一线转化经验的基础上，归纳了便于参考、简单易行的六步骤转化模式，并通过转化案例进行了说明，重点向同行提供可操作流程，期望能够为同行提供参考以便更高效实现科研成果向实验教学一线的转化，将更多前沿科研成果推向实验教学一线，以更优质的教学内容丰富实验课程体系，助力高校更好地践行立德树人的根本任务。