高校科研平臺服務專業課實驗教學的探究
——以浙江省碳材料技術研究重點實驗室平臺為例

陳錫安

（溫州大學 化學與材料工程學院，浙江 溫州 325027）

【實驗平臺】

高校科研平臺服務專業課實驗教學的探究
——以浙江省碳材料技術研究重點實驗室平臺為例

陳錫安

（溫州大學 化學與材料工程學院，浙江 溫州 325027）

如何實踐科研反哺實驗教學是高等學校教學體系重要研究課題之一。本文詳細分析了科研平臺服務專業課實驗教學的重要性，重點從科研平臺的成果轉化專業課實驗教學內容，科研平臺設備充當實驗教學資源以及借助科研平臺開設創新研究型專業課實驗等三個方面探討科研平臺——省級碳材料研究重點實驗室如何有效地服務碳材料專業課實驗教學，進而提高該領域專業技術人員的實踐能力和創新能力。

科研平臺；專業課實驗教學；碳材料；實踐

一、引言

實驗教學是高校教學體系的重要組成部分，它與理論教學相輔相成、互相促進，是學生深刻理解和綜合運用理論知識的重要渠道，也是培養學生創新思維、創新能力與實踐能力的必要手段[1]。21世紀，國際、國內激烈的競爭環境使得社會對高等教育改革與發展提出了新的要求和挑戰，特別是在培養具有實踐和創新能力人才方面，要求更加突出。在就業競爭激烈的今天，扎實的實驗知識和技能能夠為學生帶來就業優勢。再者，具有扎實的專業知識、實踐能力和創新能力的專業技術人員已是社會的中流砥柱，社會要有所發展，必須依靠專業技術人員發揮他們的知識專長和技術能力。專業課實驗教學是學生獲取專業知識、提高專業實驗技能和創新能力的重要手段，是培養專業技術人員的重要途徑。然而，長期以來，多數專業實驗卻被一種固定的教學模式所束縛，教學內容過于陳舊，教學方法比較簡單。其結果是使學生被動多、模仿多、共性多，主動少、創新少、個性少，這現象已引起人們的普遍擔憂。因此，如何有效提高專業課實驗教學質量，培養出專業知識和技能扎實及創新能力強的大學生已是高校教育的關注熱點之一。

科研平臺是高校科研工作的主陣地，在實驗設施、技術力量及運作管理方面都比傳統的教學實驗室更具優勢，具有靈活的開放時間，先進的儀器設備，合理的學術梯隊，濃郁的學術氛圍，充裕的實驗經費，研究方向集中[2]。這些特點使得科研平臺可以有效服務專業課實驗教學，豐富學生專業知識，提高實驗技能和創新能力，從而培養高級專業技術人員。目前，納米結構碳材料包括碳納米管、石墨烯及碳量子點等，已在復合材料增強、電化學能源、電化學儲能、醫學等領域有著廣泛的應用，而這些領域在社會發展中起到至關重要的作用。因此，提高碳材料專業實驗教學水平對培養該領域實踐能力和創新能力強的專業技術人員具有重要意義。本文以筆者所在的浙江省碳材料重點實驗室科研平臺為例，探究其如何服務碳材料專業課實驗教學。

二、科研平臺服務專業課實驗教學的實施途徑

1.科研平臺論文成果轉化專業課實驗教學內容。高等學校教學與科研之間的關系受高等教育政策與體制、大學組織制度和學科文化的影響，如何處理好這兩者之間的關系，使兩者相互滲透，相輔相成，是高等教育的一個重要課題。目前，筆者所在的省重點實驗室主要從事納米結構碳材料的基礎研究（碳納米管、石墨烯、碳量子點的基礎研究和應用基礎研究）和碳色素材料的應用基礎研究和技術開發（墨水關鍵技術開發與產業化、新型碳素墨水研發）。鑒于此，我們可以巧妙地開設相關碳（碳素）材料的制備及在電化學能源、醫學以及墨水等領域應用的相關內容的實驗教學，將已經發表的相關成果引入實驗教學，以此作為基礎性實驗內容，開展不同于傳統教材內容中的驗證性實驗。以筆者發表在J Power Source雜志上的科研成果（水熱法制備石墨烯/碳納米管/氫氧化鎳及電容性能研究）為例開設的實驗課程，讓學生掌握水熱制備復合材料的方法，通過對材料結構表征以及不同結構材料的電化學電容性能測試的研究，清楚從制備到結構表征，再到性能測試的整個研究流程，驗證發表論文結果的真實性。這樣新穎的實驗教學內容，不再停留在一成不變的實驗教材，不僅能讓學生了解老師發表成果的意義，激發學生的實驗興趣，且更加有效地豐富學生專業知識，提高了實驗技能，同時也考究了教師科研成果的真實可靠性。

2.平臺科研設備充當實驗教學過程的資源。高校科研平臺往往擁有大量貴重實驗設備，以筆者所在的重點實驗室為例，現擁有實驗室和辦公用房3000余平方米，各類大型研究設備總價值達3000余萬元，部分儀器見表1。根據儀器屬性，可巧妙設計實驗教學內容，綜合利用儀器，充分發揮儀器能效，多讓學生接觸儀器，這樣不僅能讓學生學會儀器操作，也掌握儀器基本原理和簡單維護知識，從而提高學生動手能力，為以后從事相關專業工作打下堅實的基礎。例如我們設計一個實驗：CVD法制備陣列碳納米管、結構表征及場發射性能的研究，該實驗將需要多臺CVD裝置，優化條件控制合成碳納米管，同時需要SEM、TEM、Laman光譜儀等表征碳管的微觀形貌、碳管直徑及結構，還需利用場發射裝置研究其不同結構對場發射性能的影響。這樣巧妙設計專業課實驗課程，充分利用儀器，讓學生熟練掌握儀器的使用，為今后從事相關專業的工作奠定了堅實的基礎。

表1 儀器名稱及用途

3.借助平臺開設創新研究型專業課實驗。具有先進儀器設備、合理學術梯隊、濃郁學術氛圍以及充裕實驗經費的科研平臺為有效地開設綜合創新型專業課實驗提供了保障。筆者所在重點實驗室擁有一支以中青年學術骨干為主體的從事微納結構功能材料研究的極具發展潛力的創新團隊，自2009年以來已完成和在研項目包括國家、省部以及市級項目共80余項，總經費達3000余萬。科研平臺的研究人員可以結合自己在研的科研課題，與學生分享自己的科研想法，指導學生查閱相關文獻，參與科研過程，讓專業學生組建若干科研團隊，共同擬定綜合創新型實驗的主題以及研究方案。如結合本實驗室的科研項目，可以開展摻雜碳納米管或石墨烯的制備及在燃料電池中的應用，功能碳材料基鋰硫電池的制備及性能測試等一些創新研究型專業課實驗。具體的以功能碳材料基鋰硫電池的制備及性能測試為例（該課題來源于筆者在研的省自然科學基金資助項目）。首先讓學生團隊分工查閱文獻，整理文獻綜述報告，了解鋰硫二次電池研究的意義以及充放電的原理，從原料設計合成，電極制備，到電池組裝，再到最后性能測試，構成了完整的制備與表征體系，不僅可使學生對碳材料和儲能器件有感性認識，而且對碳材料的制備方法及在鋰硫二次電池中的應用有了更深的理解。實驗方案利于學生操作，學生也可針對實驗內容的某一部分設計自己的方案，并在實驗平臺上進行驗證。這樣既鍛煉了學生的動手能力，培養了學生的創新精神，又拓寬了學生的學習空間，激發了學生發散性思維，培養了他們的團隊協作精神。

三、結語

碳（炭）材料已在復合材料、電化學能源、電化學儲能、醫學等對社會發展起著至關重要的領域中有著廣泛的應用，具有扎實的專業知識和實驗技能的碳材料人才是推進該領域發展的關鍵。為彌補碳材料專業人才的匱乏，圍繞省重點實驗室發展定位和地域特色確定專業培養目標，探索碳材料專業的實驗體系建設，實踐科研平臺反哺專業課實驗教學，培養學生創新能力，提高畢業生的綜合素質，為國內高校開設碳材料專業所面臨的暫無經驗借鑒的現狀，提供一種具有參考價值的實驗教學模式。

[1]韋化，曾冬梅，秦鋼年.實驗教學與科研相結合 培養學生的創新能力[J].實驗技術與管理，2008，25（5）：31-34.

[2]周元，張國權，劉曉麗，張強.科研平臺開放實驗室管理模式的探索與實踐[J].實驗室科學，2012，15（5）：128-130.

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1674-9324（2014）17-0239-03