各層次化學實驗教學中大學生創新能力培養探究

于兵川，吳洪特 （長江大學化學與環境工程學院，湖北 荊州 434023）

創新能力是高素質人才必備的素質之一，對大學生創新能力的培養是目前高等教育改革的重要內容。化學是一門以實驗為基礎的學科，化學實驗教學是本科化學教育的重要內容，是理論聯系實際、進行科學訓練和形成科學思維的重要途徑，對培養大學生實踐動手能力、創新意識及能力都有重要的作用[1－3]。就目前實驗教學改革情況看，其基本內容是構建了分層次實驗教學體系[4－6]，即化學基礎實驗層、綜合提高實驗層和研究創新實驗層。目前認同比較一致的觀點，對學生創新能力的培養主要集中于研究創新實驗層[4，7－8]。但對學生創新意識和能力的培養應該是一個貫穿始終、循序漸進和潛移默化的過程。因此，學生創新意識和能力的培養僅僅著眼于研究創新實驗層是不夠的，且在很多情況下，研究創新實驗僅僅是針對那些動手能力強，基礎好的部分學生群體。因此，如何讓各階層實驗教學都對學生創新意識和能力的培養發揮出應有的作用，科學設置和充實實驗教學內容，使其能激發學生的創新意識，讓所有學生都在創新意識和能力上都得到培養和提高，是目前需更加深入研究的課題。

1 創新意識和能力培養貫穿于實驗教學全過程

1.1 化學基礎實驗層，啟發式創新意識培養

在實驗教學的第1階段，即化學基礎實驗層，其主要目的是讓學生扎實的掌握基本實驗技能，培養其科學嚴謹的工作作風。在該層次的實驗教學中，主要還是按照既定的實驗方案，嚴格按要求規范學生的操作，為下一步更深層次的實驗活動打下堅實的基礎。在該層次對學生主要是啟發式創新意識的培養，其方法可以是思考和課余興趣小組的方式進行，即在學生進行嚴格規范化操作訓練的同時，針對實驗情況中可能出現的不同情況，給出思考題，對同一實驗提出新的實驗方案，并讓學生在課余時間以興趣小組的方式，進行該實驗方案的驗證，如酸堿滴定，這是基礎的實驗操作訓練項目之一，教學中必須嚴格訓練，規范操作。但在其教學過程中，可以讓學生思考是否還有其他方法，如電位滴定，有什么特點，主要用于什么情況等。然后在課余時間讓學生興趣小組進行該實驗操作的驗證，并與課堂上的操作及結果進行對比分析。這樣的興趣小組不一定很多，只有少量興趣濃厚的學生參與，但通過他們的宣傳，會對其他同學起到潛移默化的作用，從而激發和開啟學生創新意識的大門。

1.2 綜合提高實驗層，大學生創新意識和能力的全面培養

該層次實驗教學分為2個階段，在第1階段，學生綜合應用在第1層次掌握的實驗技能和理論知識，完成具有一定二級學科交叉的綜合性實驗項目，進一步熟練掌握基本實驗技能，鍛煉知識和技能的綜合應用能力。對學生創新意識和能力的培養主要體現在主動性思考和探究。在該階段的實驗中，對部分實驗項目可分別給出幾種不同的實驗方案，讓學生分組進行不同方案的實驗，然后在老師的指導下對不同實驗方案的原理、過程和結果進行對比和討論，確定其中相對最好的實驗方案，由此引導學生主動思考和探究此方案思路的創新點，還有什么問題需要解決，有興趣的同學對自己認為需要進一步解決的問題也可同時在老師的指導下，以開展業余科研的方式進行驗證。讓學生初步體驗研究創新的切入點。

綜合提高實驗層的第2階段是綜合設計性實驗，將對大范圍學生的創新意識和能力進行全面的培養和教學。在該階段的實驗中，學生的實驗活動不再是 “照方抓藥”的實驗方式，而是由老師提出實驗題目，學生分成幾個小組，在老師的指導下，綜合運用自己所學習的理論知識、原理和基本實驗技能，通過查閱資料，每個小組自行設計出至少1種實驗方案提交上來，由老師組織學生對提交上來的實驗方案進行討論，根據實驗室現有的條件篩選出幾種切實可行的實驗方案，由各小組分別進行實驗。如β－萘甲醚的制備實驗，按照以上的方法，篩選出了對甲苯磺酸催化微波加熱法，硫酸催化常規加熱法，離子交換樹脂催化微波加熱法和固體超強酸催化微波加熱法，其中后2種方法是結合老師的科研項目而轉化的。在實驗的過程中，要求學生將制備中產生的廢水、廢渣等予以保留以做環境污染評價用。實驗結束后，再組織學生對實驗方案從工藝、經濟、環保等各方面進行分析討論和對比。從而評選出較為科學合理且具有一定先進性的實驗方案。

通過這種方式，讓學生摒棄前面階段中的為實驗而實驗的觀念，培養學生的工程觀念、經濟觀念和環保意識，鍛煉學生獨立思考問題和解決問題的能力。初步體會科研切入點的找尋過程和方法，激發其創新意識和能力。

1.3 研究創新實驗層，創新能力突出的精英學生培養

該層次的實驗是學生創新能力激發提高的重要體現，通過前面2個層次的實驗活動，學生已經具備了扎實的基本實驗技能和初步獨立工作的能力，其創新意識和能力已經有了全面提高。從而在該層次的實驗中，可以讓學生從事相對獨立的科研創新活動。其主要方式可以讓學生加入到老師主持的科研團隊中去或讓學生根據自己的專業特點自帶課題，在老師的指導下進行相對獨立的科研實踐活動，并引導和指導學生參與實驗教學儀器設備的自主開發和研制工作。通過這些實驗活動，既培養了學生的團隊意識和協作精神，又使學生的獨立工作能力和內在潛能可得到最大的鍛煉和發揮，使學生的創新能力實現從體會以往他人創新到自我主動創新的飛躍。該層次實驗活動主要是針對前面2個層次實驗中的創新能力表現突出的部分精英學生，使他們通過該層次的實驗活動，培養其創新思維，提早進入到科研創新活動中去，成為具有前沿活力的創新型人才[9]。

在以上3個層次的實驗教學中，對學生的創新意識和能力的培養經歷了啟發式創新意識培養、主動性思考和探究、創新意識和能力的全面培養和提高、從體會以往他人創新到自我主動創新等階段，把對學生的創新意識和能力的培養貫穿于整個的實驗教學工程，循序漸進，由觀察體會到自我主動創新，逐步提升，使學生不僅大面積得到創新意識和能力的鍛煉和培養，也使基礎扎實、創新能力強的學生有脫穎而出，自我展示的機會。

2 實驗教學與科研有機結合，合理設置和充實實驗教學內容

2.1 根據學生專業特點設置實驗教學內容

化學及其實驗對許多專業都是一門基礎課程，涉及面廣，而不同專業對化學知識的應用、學生學習的興趣都各不相同。因此，在實驗教學內容的設置上，除了一些學生必須掌握的基礎經典的實驗內容外，應結合學生的專業特點，科學設置[10]。如對生物、食品學科相關專業的學生，設置了食品中相關成分如蛋白質檢測、氨基酸合成及食品、飼料添加劑合成等項目；對油田相關專業的學生，重點設置了石油產品分析、檢測、分離及油田化學品的合成等實驗項目。這些項目的設置，體現了學生所學專業特色，使學生在學習過程中實實在在體會到化學知識及化學實驗技能在本專業學科中的應用，提高了學習的興趣，拓展了學生主動思考的空間。

2.2 實驗教學與科研有機結合，完善充實實驗教學內容

將實驗教學與科研有機結合起來，是完善和充實實驗教學內容的一條有效的途徑。最突出、最直接的表現就是體現在研究創新實驗層。就目前來說，學院開設的研究創新性實驗絕大多數都是與老師的科研相結合的項目，還有少量學生自帶的項目。在開展這些項目實驗的同時，應注意將其中經典和成熟的工作內容及時的轉化為上層次的實驗教學內容。同時，在進行創新性實驗的過程中，加強自行研制實驗教學儀器的工作，并在資金和技術上予以支持。在該層次實驗中，對各個學校而言，特別是地方院校，不應比規模，比高端，一哄而起。應充分發揮各自院校的特色優勢，結合對學生的培養方向，科學設置實驗內容。讓學生實實在在感受到目前所學的將來會為我所用，調動學生學習興趣和積極性。如我院在上層次實驗中的有關石油產品分析、檢測、分離、油田化學品的合成及食品、飼料添加劑合成等實驗項目以及實驗儀器，很多都是經過該層次實驗后所轉化和自行研制的。通過這些工作，不僅使實驗教學內容和設備得到了完善和充實，而且這些實驗教學內容和設備既與學生所學專業聯系緊密，又體現了當前較為前沿的先進內容和方法，使學生從第2層次實驗開始，就實實在在的體會到這些實驗內容和設備有“學長”的智慧凝聚，科研創新就發生在自己身邊，自己所做的工作也就是前沿科研的一部分，從而打破了科研創新的神秘性，使學生主觀思維得到充分的調動，激發學生創新思維和熱情[11－12]。

3 結 語

對學生創新能力的培養是高等教育中十分重要的內容之一，實驗教學在激發和培養學生創新精神和能力過程中有著理論教學不可替代的重要作用。對學生創新意識和能力的培養應貫穿于整個實驗教學各階段，應該是一個循序漸進、潛移默化的過程，讓學生通過3個層次的實驗活動，逐步完成從創新思考、創新思維到創新實踐，從創新意識到創新能力的培養和過渡。在這個過程中，實驗教學和科研的有機結合是一種有效的方法和手段，在激發和培養學生創新思維和能力方面能起到獨特的作用。當然，由于各個學校具體情況和特色各不相同，在對學生創新能力的培養中，各個學校如何相互借鑒成功經驗，探索具有本校特色的培養方法，是今后較長時期內需進一步深入探討和研究的課題之一。

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