新型研究型大学化学实验教学中心建设与实践

王春燕， 房 芳， 刘华伟

（南方科技大学化学系，广东 深圳 518055）

0 引 言

高等教育发展水平是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志，要建成社会主义现代化强国，实现中华民族伟大复兴，国家对高等教育，对科学知识和创新型人才的需要，比任何时候都迫切，所以加快建设高水平本科教育、全面提高人才培养能力是对当代高校的核心要求。国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020年）中将提高高等教学质量和强化实践教学环节作为一项重要内容［1］。2018年教育部在《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中提到“加强校内实验教学资源建设，构建功能集约、资源共享、开放充分、运作高效的实验教学平台［2］。”

南方科技大学是国家高等教育综合改革试验学校、广东省高水平大学重点建设高校，目标是迅速建成国际化高水平研究型大学，要实现这个目标，培养具备科研创新能力的人才是重要基础，而实验室则是培养创新型人才的重要舞台和前沿阵地。

1 实验教学中心建设

化学实验教学中心（以下简称“中心”）成立于2011年，仅用10年时间就建成集基础实验教学、化学科普实验、综合实验教学及开放性创新实验于一体的多层次省级化学实验教学示范中心。在这个过程中，根据学校办学理念、定位和特点，以构建培养拔尖创新型人才培养体系为目标，在实验教学团队、实验室基础建设、多层次实验课程体系、灵活多样的实验教学及评价模式、信息化平台等方面进行了有效探索和实践，并取得了显著的成效（见图1）。

1.1 实验室条件建设

多年来由于国家对实践教学的重视，高校纷纷加强实验室等基础建设，通过多年陆续投入，所有高校实验室硬件环境都有了很大的改变，添置了很多先进的仪器设备，我校化学实验教学中心的实验室基础建设具有较大的优势，①中心的建设是从无到有的，先设计后采购，不同于老旧实验室改造，所以较少受到环境的限制和干扰。②深圳是经济高度发达的城市，多年来高等教育的发展明显落后于经济发展，目前深圳迫切需要建设与之经济发展相匹配的高等教育体系，所以无论在政策上还是经济上都给予了实验室建设的大力支持。

除了先进完善的实验室基础设施和配置，目前中心还拥有400 MHz核磁共振波谱仪、X射线单晶衍射仪、三重四级杆质谱仪、高效液相色谱仪、离子色谱、凝胶色谱仪、气相色谱仪、纳流液相色谱仪、红外在线实时分析系统、荧光光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪、热重分析仪、手套箱、微波消解系统、原子吸收分光光度计、毛细管电泳仪等一系列先进的大型仪器设备。学校测试中心和化学系测试平台拥有大量研究级仪器设备供中心配套使用，目前中心已经具备了进行大部分高端教学实验和开放性综合实验的基础和条件，为实验团队开展实验教学、进行教学改革和培养创新型人才提供强有力的支撑。

1.2 团队建设

高水平的实验教学中心不仅需要先进的仪器设备和宽敞的实验环境，更需要一支热爱实验室工作、思想过硬、具有创新能力的教学团队。2007年2月，教育部启动了高校教学改革与教学质量工程建设，指出：“加大教师队伍建设力度，发挥教师提高教学质量的重要作用”。教学团队的建设是高校提高教学质量的重要举措，是加强教师队伍建设的重要途径，是本科教学改革与教学质量工程建设的重要内容［3-8］。高素质、结构合理的实验教学团队的建立不仅有利于教学团队的可持续发展，而且对营造良好的育人环境，提高实验教学水平，培养高水平、创新性人才均具有非常重要的意义。

和传统高校相比中心人员构成具有非常明显的优势：中心人员年龄跨度小，平均年龄低，学历高，人员层次整齐，容易沟通，学习能力强。所有人员都是根据学科和实验教学需要短期内引进的，没有年龄老化、学历低、结构不合理这些历史遗留问题。学校现有人事制度比传统编制灵活，便于协调和管理，所以中心仅用几年的时间就逐步形成了稳定的富有活力和凝聚力的实验教学团队。

（1）教学团队带头人建设。教学团队带头人是团队的核心。化学系委派教研序列科研成就高、热爱教学、年富力强的终身教授担任化学实验教学中心团队带头人。团队带头人不仅具有较高的学术造诣而且具有丰富的教学经验和较强的管理能力，在团队中具有很高的威望、凝聚力和执行力。由团队带头人全面统筹化学实验教学和实验中心管理工作，包括实验教学中心与行业内外的沟通和交流工作，实验师的培训学习和提升，实验课程改革的整体构想和规划，理论课与实验课之间以及各实验课之间的相互协调等整体工作。

（2）教授队伍建设。中心成立了由各专业教授组成的实验教学队伍，化学系的教授都来自海内外各大著名研究所和高校，在科研和教学方面具有较高的造诣，他们把国内外先进的教学经验引入实验教学，并对实验课程的开设、实验项目的筛选、实验教学过程及课程评价体系等各方面起到一定的督导作用。尤其在前期筹建教学实验室和建设新实验课程体系的过程中，拥有丰富国内外行业经验的实验教授团队起到了非常重要的作用。有些教授深入实验教学第一线，直接进行实验课程的教学和教改等工作。团队教授的研究方向涉及有机化学、分析化学、无机化学、催化不对称合成、金属有机催化及配位化学、纳米材料、蛋白质组学和化学生物学等领域，各个领域之间相辅相成，有利于学科的建设和发展，更有利于科研项目到教学实验的迁移和转化。

（3）教辅队伍建设。一般高校教辅队伍的岗位职责是实验教学辅助工作，主要承担实验室的日常管理、耗材采购、溶液配置和实验室清洁等工作。但中心教辅队伍基本上都具有海内外著名高校和研究所的教育及工作经历，大部分教辅人员为深圳市高层次人才，他们具有扎实的专业基础，对实验教学浓厚的热情，严谨细致的工作态度。除了承担传统教学辅助的工作，他们完全有能力承担实验教学工作。所以中心教辅队伍不仅承担着具体的实验室建设和管理工作，还承担着实验课程的主要教学工作、实验项目的研发和教学改革等工作。教辅人员实行坐班制，全部工作时间与中心高度融合在一起。实行责任制管理，每个实验室、每台仪器及实验室建设的每个方面都由具体教辅人员负责，分工明确，发挥个人优势，增强责任感和团队凝聚力。

中心是教辅队伍的主要阵地，是教辅人员辛勤建设起来的，包括实验室初建装修，仪器设备招标采购及后来的实验室日常管理，大型仪器平台建设与管理，建立实验课程，设计实验内容，编写课程讲义，进行教学改革等事宜，教辅队伍对中心建设倾注了大量的心血，有着深厚的感情，是中心建设的中坚力量。

1.3 课程体系建设

截至目前，化学实验教学中心已经构建了完善的通识选修课程、专业必修课程、高级选修课程3个层次的化学实验课程体系，同时还辅助开设了面向全校学生的科普和生活类选修实验课程［9］。

通识选修课程是化学专业学生的必修课，也是很多实验课程的先修课，同时也是其他专业学生的通识选修课，该课程系统讲解基础化学实验的基本方法、基本操作与常见仪器，涵盖化学实验的原理与应用，主要内容包括：化学物质的提取/制备、分离/纯化、定性/定量分析、简单仪器分析、数据处理与误差分析等。让学生了解化学实验室规章制度，掌握化学实验的基本原理和基本操作，熟悉常见仪器，学习实验报告的书写方式，增强实验安全意识等。另外，因为这是学生进入中心的第一门实验课，所以课程的设计在传授专业基础化学操作和原理的基础上兼顾了趣味性和应用性，以便吸引更多的学生选择化学专业。

专业必修课程包括有机化学实验、无机化学实验、分析化学实验Ⅰ、分析化学实验Ⅱ和物理化学实验。这5门课程是化学系学生的专业必修课，课程内容都是各专业方向负责教师根据学科内容和发展、学校的办学特点和人才培养模式精心筛选的，由于学生人数少，师生比例高，实验室条件优越，所以在课程里融入了大量的综合性实验。

高级选修课程包括高等有机化学实验、高等无机化学实验、高分子化学实验及化学生物实验等，这些课程大部分实验项目来自于科研前沿，通过跟踪学科高影响力的期刊，从中筛选适合教学的综合性实验进行适当的教学改进，每个实验都是一个较为完整的综合课题，学生通过课程可以拓宽学科视野，多种分析手段的应用可以让学生提高分析问题和解决问题的能力，开放性实验能够更高地提高学生主观能动性，更好地培养创新型人才。同时，中心还开设了“化学与探索”系列科普类课程，涉及社会和生活的众多领域，让学生们体验化学之美丽，化学之神奇，化学之伟大。网红课程“化妆品科学实践”火爆全校，既拓宽了学生对化学专业的认知范围，又让学生了解到品牌化妆品的配方和工艺，还可以手工制作多种实用的日用化妆品，深得学生们的喜爱。

中心实验教学内容具有灵活、多学科交叉、开放性等特点，其最突出的特点为：①课程内容与科研成果紧密结合，并融入先进的仪器设备。学科发展日新月异，实验设施和仪器设备先进，传统化学实验内容已经和科学前沿脱节，中心充分发挥小而精的特点，将实验教学内容与科研紧密结合，除了借鉴、引用和改造学科前沿的成果，也充分发挥团队的科研优势，鼓励教授将自身科研成果转化到教学实验项目，使学生更深入地接触教授们的教学思想和学术研究特点，激发学生的创新与探索精神。课程引入大量的先进仪器进行分析和结果的表征，加深了学生对现代化仪器的认识和解决问题分析问题的能力；在实验中多设计一些平行实验和开放性环节，培养学生创新能力。在化学系，本科生发表高档次学术论文已屡见不鲜。②课程内容动态更新。自中心成立以来，每门实验课程内容每年都保持10-30%程度不等的更新。中心很多实验项目是从科研成果转化而来，这个过程需要一段时间的磨合，无法做到像传统实验那样被多次重复和验证过的效果一样，有些实验过程需要根据学生人数及环境等因素的改变进行调整。课程内容的动态更新也是学校为了培养创新型人才所提出的要求，以保证课程内容的先进性。目前，所有课程都拥有一个实验项目库，教师在日常教学中不断设计新的教学实验，每年根据上一年上课的情况、教学周的变化或者教学需求的不同进行课程内容的选择［10-12］。

1.4 教学模式建设

（1）深化课程思政教学改革。“立德树人，德育为先”，中心自成立以来，积极进行课程思政改革的探索。课程思政教学改革是目前高校面临的重要任务之一，它不仅能够引领学生树立正确的人生观、世界观和价值观，也对提高教师的道德修养和化学实验课程的建设有巨大的推动作用。中心通过增强教师育德意识和能力，从多个角度深挖思政元素高度融入实验内容、教学方法和评价体系，开展科普活动，建立化学实验课程思政教育资料库等多种途径将课程思政融入课程教学的方方面面［13］。

（2）现代信息技术与实验教学深度融合。随着信息化技术的发展，以中心网站为依托，搭建了与实验教学相配套的线上教学平台，将线上移动教学和线下实体教学相结合，为学生提供了自主学习的丰富教学资源。多门课程采取了短视频辅助的实验教学模式，将重点和难点的实验操作录制成短视频，方便学生课前预习、课后复习，加深学生对实验内容的理解和掌握，有助于实验的顺利进行，极大提高了学生的学习效率。“物理化学实验”搭建虚拟仿真平台，“无机化学实验”和“高等无机化学实验”创建了微信平台，让学生和老师的沟通更及时和顺畅。线上教学平台帮助学生在实验之前通过线上学习了解实验原理、熟悉实验仪器及安全注意事项，大大提高了实验效率及实验效果。2020年上半年，由于疫情影响，中心所有实验课程采用线上教学，保证了教学活动的正常进行。

（3）课堂教学形式多样化。中心所有的课程都是小班化教学，教师可以更好地关注到每个学生的发展和变化，以学生发展为中心，积极灵活地采用混合式教学、翻转课堂、线上线下相结合等各种教学模式，因地制宜地选择课堂教学方式方法，不断提高课堂教学质量。由于小班化教学，不同课程或者同一课程的不同学年都可以根据课程特点、环境条件或者学生人数进行灵活及时地调整，让每个学生都得到最好的培养，达到最好的教学效果。例如在“高等无机化学实验”课程中采用“翻转课堂”的教学模式（见图2），以“学生主体，学生授课；教师主导，教师辅助”的上课方式提高了学生的参与度，调动了学生自主学习的积极性，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力［9］。

（4）双语或英语教学。我校的办学目标是建成国际化开放性高水平研究型大学，要求所培养的学生要具有国际化视野，具有创新型的研究能力。目前所有实验课程均采用双语教学，让学生掌握国际专业术语，具备阅读和书写英文学术论文的能力，为尽早进入课题组进行科研工作奠定基础。另外对于有国际学生选课的实验课程，中心也具备纯英语教学的能力。

1.5 评价体系建设

教学评价是教学过程中非常重要的环节［14-16］，学生最重视教学评价的结果，因为很多结果影响到学生的升学就业，所以客观、公平公正的评价方式是必需的，也是衡量一个课程是否优质的标准之一。在《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中指出：“加大过程考核成绩在课程总成绩中的比重”“完善学生学习过程监测、评估与反馈机制”，在实际课程中，应该综合应用多种评价形式，全面考核学生对知识的掌握和运用，激励学生主动学习和刻苦学习的积极性。实验课程相对于理论课程有利于设计更多的过程评价方式，目前中心每门实验课程根据其不同的教学目标和特点，设计了不同的评价方式，灵活多样，不再简单地局限于预习报告、实验报告或者再加上比较模糊的操作评价等。虽然中心每门课程都有自己的评价体系，但整体遵循两个原则：①评价方式多样化，增加课前测试、过程评价、综合评价、期末测试等环节；②评价标准化，每一个评价方式都有精确的评价细则，精确到具体分数，不同的实验对应不同的评分标准，让学生每一分都扣得明明白白，心服口服；③评价过程化，加大教学过程中的过程评价权重，不单只重视实验的结果，同时也要重视学生的态度、操作、安全等多方面表现，并给予合理评价。例如，《无机化学实验》的评价方式包括预习报告（5%）、小测试quiz（10%）、实验操作（50%）、实验报告（15%）、期末操作考试以及针对性的安全标识考试（20%）。所有的环节都设置了统一的评分标准，杜绝以往由于考核手段单一、没有具体评分标准或者评分标准不全而造成考核结果片面和有失公平的弊病。

2 示范与辐射作用

2019年，中心获批广东省“省级实验教学示范中心”。自成立至今，中心对大学生开设了“化学原理实验”“分析化学实验”“无机化学实验”“有机化学实验”和“物理化学实验”等12门实验课程，共计实验项目140余个，其中实验教学团队自主研发的实验项目10余个。所有实验课程面向全校开放，坚持20人以下的小班教学模式。近几年，化学实验教学中心接待了华南理工大学、中山大学、厦门大学等多所高校实验团队来访，交流了化学实验教学中心团队建设、课程体系和教学模式创新等相关经验，获得高度评价，起到了很好的示范和推广作用。除此之外，中心在奥赛培训、科普服务及仪器平台开放方面积累了较多的经验。

2.1 积极组织奥赛培训

中心团队成员走进深圳中学、贵阳一中等几所高中举办化学奥赛培训，与中学教育有效衔接，让学生在已有理论知识的基础上，加深丰富学生的认知。在2017年举办的第31届中国化学奥林匹克（决赛）中，中心承担了实践部分的出题、筹备和监考工作。在2018年第50届国际化学奥赛中，化学实验教学团队教师带领中国代表队取得个人总分第一、个人理论第一、个人实验第一、荣获4枚金牌的历史最好成绩。

2.2 加强科普服务

自成立以来，中心始终坚持对社会的回馈和服务，团队成员承担多场学校中学生体验营活动，同时坚持定期前往社区、幼儿园和小学进行科普教育，提高全民科学素养。目前中心已成立了多层次的科普服务体系，针对大一新生、高中生、初中生、小学生和幼儿园建立了不同的科普实验项目库，分为不同的科普1.0、2.0和3.0课程体系（见图3）。对于初中生和高中生采取“引进来”的方式，来中心实验室参观体验，激发学生对科学研究的热情；对于小学生、幼儿园或者社区，则采取“走出去”的服务形式，开展相对简单的科普实验，激发服务对象对科学的热情。开展科普服务多年来，在提高全民素养的同时，扩大了学校的影响力，加强了与社会的沟通和联系，获得了较好的社会反馈。

2.3 开放仪器公共平台

中心采购了大量的仪器设备，在教学和教研正常使用之余还有比较多的空闲时间，为此中心构建了仪器对外开放预约系统，开放给全校使用。仪器公共平台不仅提高了仪器使用价值，也加强了与系内外的沟通，有利于学科交叉和教学改革的开展。

3 阶段性成果

目前，化学实验教学中心构建的“苦杏仁酸的合成”“香草酸的制备：香草醛的氧化反应”“L-脯氨酸催化的不对称Aldol缩合反应”“手性磷酸催化的吲哚与亚胺的不对称Friedel-Crafts反应”“磷酸的不对称四组分Ugi反应”“荧光光谱法测定乙酸乙酯皂化反应”“基于SISPROT方法的蛋白质样品前处理”等具有南科大创新特色的实验项目是由中心教师自主设计完成的。这些实验的成功引入，使学生尽早了解科研过程、进行科学训练，参与科学研究，培养学生创新思维。教学与科研的紧密结合，不仅可以促进教学体系的更新，丰富教学内容，而且对实验教师自身素质的提高也起到积极的作用。

团队教师在综合国内外精品实验教材的基础上，编写了中心现有的12门实验课程的英文讲义。由中心教师主编的“有机化学实验”，于2020年4月由高等教育出版社出版发行。

目前中心的信息化平台已建设虚拟仿真实验项目12个，课程微信平台1个，拍摄实验操作视频30个，录制慕课课程5个。

中心团队成员积极开展相关教改活动，进行教学研究。近3年，共计申请省级教改项目3项，校级教改项目8项，在“化学教育”“实验室研究与探索”等北大核心期刊上发表教改文章6篇。

2021年，在第二届全国大学生化学实验创新设计竞赛中，由中心教师指导的代表队凭借创新实验《电化学氧化脱氢交叉偶联构建C-N键》在全国850余支队伍中脱颖而出，获得此次大赛的全国一等奖。

4 结 语

学校优越的实验条件，雄厚的师资力量，让每个学生的个性和主观能动性都得到充分发挥，这对于培养创新型人才具有得天独厚的优势。砥砺十年，南方科技大学化学实验教学中心的第一阶段已经完成；奋进未来，中心将迎来快速发展的新时代。中心从零开始，经过各方支持和不断积累，已经取得了一些阶段性成果，但是未来还有更广阔的空间等着我们去发展。团队建设、课程建设、课堂模式以及对国家和社会所承担的责任等方面还需要不断探索，追求卓越。接下来，中心将继续秉承“立德树人，德育为先”的原则，坚持以促进学生全面发展为中心，既注重“教得好”，更注重“学得好”，激发学生学习兴趣和潜能，不断完善课程体系，更新教学内容，改进教学方法，扎根中国大地，设计一流实验项目，创建一流教学实验室，建设一流课程、精品课程，为国家培养更多的创新性人才。