化學競賽對本科生實驗創新能力的影響

卞歡 徐彥芹 陳家狀 劉浩 徐溢 曹淵

[摘 要]實驗是理工科學生用來鞏固和驗證理論知識，提升實驗操作技能，培養思維和創新能力的主要渠道。化學實驗競賽可以極大的激發學生參與實驗以及科研的興趣，開闊眼界，增長見識。在有效提高實驗技能的同時，調動學生的積極性和創造性，使學生能夠更加主動地去探索實驗和科研。實驗過程表現了科研的嚴謹求實，思維的縝密有序，有利于專業知識的學習，提高學生的心理素質和團隊意識，對其綜合能力有很大的提升。

[關鍵詞]實驗競賽 綜合性實驗 新實驗設計 本科生 創新能力

[中圖分類號] O6-4;G642[文獻標識碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）12-0122-02

化學是一門實驗性很強的學科，實驗不僅是學生獲取知識與技能的重要途徑，更是培養學生創新精神和實踐能力的重要方法。[1]傳統的實驗教學模式是以教師為中心，學生在實驗過程中，基本上都是照著老師所講述的步驟按部就班地做，不利于學生實驗創新能力的培養。[2]而通過參加化學實驗競賽，學生能夠直接參與設計并實施實驗，完成了從查閱文獻到實驗設計、實驗操作、分析處理數據和實驗總結這樣一個完整的實驗過程，從而提高了學生的綜合實驗能力。

“卓越杯”大學生化學實驗競賽是以理工科見長的卓越聯盟9所“985”高校為加強理科化學教育而設立的一項國家級學科競賽，大賽分為“新實驗設計賽”和“實驗技能賽”兩個賽項。其中新實驗設計競賽旨在引導學生通過自主設計化學實驗加深對化學基礎理論的理解和運用，強化化學基礎理論與實踐的結合，提高大學生的綜合能力和實踐能力，培養大學生的創新精神和團隊協作意識。2014年10月，我們小組帶著作品“金銀花中綠原酸的提取和分析”參加了首屆“卓越杯”大學生化學新實驗設計競賽的綜合組項目，并有幸獲得了二等獎好成績。

一、化學實驗競賽促進本科生專業知識水平的提高

作為藥學專業本科三年級學生，“四大化學實驗”基礎知識是必須要掌握的內容。結合學生專業背景知識，設計的參賽項目是“金銀花中綠原酸的提取和分析”，其中提取溶劑的選擇和標準曲線的繪制等方面均需要有機化學和分析化學相關知識。在實驗前期的準備階段，參賽學生通過翻閱文獻和相關書籍，再一次地回顧了在大學本科低年級已經學過的基礎化學知識。除了鞏固基礎知識，在分析過程中，學生還學會了應用儀器分析兩大重要的色譜分析方法——“薄層層析法”和“高效液相色譜法”對綠原酸進行定性定量分析，理解了它們的原理及使用方法，而反復多次的儀器操作又能夠促進學生掌握儀器分析的理論知識。

我們組的參賽作品屬于綜合實驗方向，所謂“綜合”是指取消二級學科專業界限，在化學一級學科層面上建立的全新的內容交叉、技術綜合型實驗項目，要將跨專業的基本理論、基本實驗技能融會貫通在一個實驗中。[3]實驗項目的創新點之一就是以中藥材金銀花作為實驗樣本，對其中的主要活性成分之一綠原酸進行定性識別和定量分析，融合了有機化學、分析化學、生物化學、藥物化學、藥物分析學、生藥學等多個二級學科內容，初步涉及中藥的提取、分離、分析知識，學生因此提前接觸了藥物分析、中藥分析、天然藥物化學等藥學專業知識，了解了藥物的質量分析和質量控制途徑和方法，提高了學生的專業知識水平，有利于對本科高年級藥學專業科目的學習。

二、化學實驗競賽促進本科生實驗能力的提高

在化學實驗競賽中，我們在化學實驗技能、化學計算、實驗設計、實驗操作、實驗現象的觀察和記錄、儀器使用和數據采集及其分析處理、實驗報告、圖譜解析等多個方面分析和解決問題的能力得到了進一步的鍛煉和提高。[4]雖然平時的實驗課程對此也有一定的訓練作用，但實驗設計競賽的自主性、開放性、綜合性更強，需要我們全程控制實驗，此外還能夠獲得專家和老師專業的指導，對實驗過程順利進行有著極大的促進作用。

（一）化學實驗競賽促進本科生實驗設計能力的提高

在確定實驗課題之后、正式開展實驗工作之前，需要緊密結合專業知識和統計學知識，進行大量文獻綜述和必要的預實驗，從而制訂出完善的實驗設計方案。[5]在文獻檢索方面，學生通過查閱中國藥典、中藥提取分析方向的資料以及大量有關金銀花中綠原酸的實驗研究，以藥典的檢測方法為主，輔以在預實驗中已驗證行之有效的實驗條件，在老師的指導下，制訂出了提取分析金銀花中綠原酸的初步方案。

因為以往化學實驗課程中，大部分的實驗都有固定的方案和實驗步驟，使學生無法從實驗參考書籍上找到對應的實驗方案，從源頭上杜絕了學生懶于設計實驗這類問題的發生，使學生主動思考。在不斷修改實驗設計方案過程中，學生的設計實驗能力得到鍛煉和提升。

（二）化學實驗競賽促進本科生實驗操作能力的提高

實驗操作能力是化學類學生必備的基本實驗技能之一，而目前存在一部分學生的實際操作能力不足的現狀，因操作失誤而產生的實驗事故也時有發生。大學生重理論輕實踐和學校對實驗室建設的管理與重視不夠是在校大學生實驗操作能力差的主要原因之一。[6]想要改變這一現狀，首先學生自己必須端正態度，從思想上重視起來，努力提高實驗操作能力。

在我們整個實驗階段，也發現了一些操作問題。例如定容過程中膠頭滴管需要垂直伸入并貼緊容量瓶頸而不是懸垂滴定，在移液過程中取液要控制在液面以下1cm處。這些雖然都是簡單的實驗步驟，但學生出現了細節上的錯誤。而在實驗競賽中，團隊在一起進行實驗，錯誤就會顯現出來，學生因此認識到錯誤并及時改正。除了糾正基本操作問題，學生還學會了薄層板和高效液相色譜儀的使用，這本來是在本科高年級才會接觸到的實驗操作，因為參加實驗競賽的緣故，學生提前接觸并自學掌握，比同年級其他同學學到了更多的知識。

（三）化學實驗競賽促進本科生實驗分析能力的提高

實驗過程中經常會出現突發性問題，想要解決這些問題首先就得學會分析。在平時的實驗課上，實驗老師會幫忙分析原因，找出對策，以至于部分學生產生了依賴性，不懂得自己查閱資料進行摸索和驗證。實驗競賽雖然也有老師指導，但細節上的問題還是需要自己去處理。我們組在做薄層層析法定性識別綠原酸的實驗過程中，出現了按照文獻上的條件操作，但薄層板上沒有斑點的問題，在查閱資料之后，經歷了換用展開劑和提高標準液、提取液濃度的不斷嘗試，最終成功地完成了薄層層析。

實驗數據分析處理能力也相當重要，在獲取化學實驗數據之后，處理實驗數據是實驗的必要環節，快速而準確的數據處理對獲得有益的實驗結論非常重要。而在這其中，計算機發揮著特別的作用，Origin是化學實驗數據處理以及科學繪圖軟件的較好選擇。[7]綠原酸標準曲線的擬合，高效液相色譜圖的重現，標準系列綠原酸溶液高效液相三維圖像的繪制，無一不需要Origin的輔助。不同于以往的簡單計算，復雜樣本分析實驗中的數據往往龐大而繁雜，只有借助專業的數據處理軟件才能得到精確的結果，加上實驗競賽的要求比一般實驗高，我們利用Origin進行難度更大的計算處理，使得學生的數據處理水平有了進一步的提升。

三、化學實驗競賽促進本科生思維和創新能力的提高

現在很多學生在做實驗的時候，只會一味地按照課本上或老師給定的方案進行實驗，不善于對實驗現象進行思考和深究，這也是阻礙學生提高學習水平的因素之一。而究其原因，是因為學生沒有形成良好的思維能力。思維能力并非與生俱來，需要后天的訓練才能養成。在沒有真正意義上獨立完成一個實驗之前，學生做實驗往往思路不清晰，知其然，而不知其所以然，僅僅是按照既定方案操作，也不會進行反思。但當學生自主操作整個實驗時，各種問題就會迎面而來，總體的實驗步驟順序，條件改變與實驗結果之間的因果關系，這些問題以往不需要學生考慮，是老師的問題。現在學生改變了這種僥幸心理，自己反復探索實驗條件，才得到了最終實驗方案，整個實驗流程條理清晰，體現了從藥材—提取—TCL鑒定—HPLC定量分析的一個完整的分析過程。通過設計整個實驗方案，可以培養學生的邏輯性、思辨性，以及發現問題、解決問題的思維方式。

總的說來，通過這次參加首屆“卓越杯”大學生化學新實驗設計競賽，我們收獲頗豐。化學實驗競賽可以極大的激發學生參與實驗以及科研的興趣，開闊眼界，增長見識;在有效提高實驗技能的同時，調動了學生的積極性和創造性，使學生能夠更加主動地去探索實驗和科研。整個實驗過程讓學生感受到了科研的嚴謹求實，思維的縝密有序，有利于專業知識的學習，此外還提高了學生的心理素質和團隊意識，對學生的綜合能力有很大的提升。

[ 注 釋 ]

[1] 崔學桂，張樹永，李建平，等.培養學生創新、綜合思維能力是大學化學實驗課的中心任務[J].實驗室技術與管理，2003（2）：120-124.

[2] 張麗，公維民，劉麗波，等.大學化學實驗課程改革與創新能力培養[J].教育教學論壇，2014（24）：44-45.

[3] 崔學桂，張樹永，貝逸翎，等.綜合化學實驗充滿生機和活力[J].實驗技術與管理，2006（1）：20-21.

[4] 許麗麗，衷明華.淺談指導化學實驗競賽的一些體會[J].廣東化工，2014（16）：209，220.

[5] 王琪，胡良平.實驗設計的概念與基礎[J].藥學服務和研究，2010（1）：5-9.

[6] 郝利君.淺談大學生實驗操作能力差的成因及對策[J].新西部，2009（8）：219，231.

[7] 彭彬，肖信，袁中直.用Origin進行化學實驗數據處理[J].化學教學，2003（6）：31，32-34.

[責任編輯：鐘 嵐]