研究性教學(xué)新模式—化學(xué)專業(yè)本科生開放型實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)

張海容 陳金娥

(山西忻州師范學(xué)院生化分析技術(shù)研究所，山西 忻州 034000)

研究性教學(xué)新模式—化學(xué)專業(yè)本科生開放型實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)

張海容 陳金娥

(山西忻州師范學(xué)院生化分析技術(shù)研究所，山西 忻州 034000)

通過化學(xué)專業(yè)本科生早期科研實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，提出了研究性教學(xué)新模式：從開放型實(shí)驗(yàn)構(gòu)建、研究課題選定、文獻(xiàn)調(diào)研及儀器操作和參加本科生各種競賽活動等，在人才培養(yǎng)過程中突出學(xué)生自主性、實(shí)踐性、能力性，創(chuàng)新性、突顯大學(xué)生的科研創(chuàng)新思維能力，成效顯著，為師范院校課堂教學(xué)改革建立了研究性教學(xué)新模式。

研究性教學(xué) 開放型實(shí)驗(yàn) 能力培養(yǎng)

研究性教學(xué)是教師為了使學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)、有助于學(xué)生積極主動參與并善于探索、有利于培養(yǎng)學(xué)生探究問題和解決問題之能力的教學(xué)新模式，亦是擔(dān)負(fù)人才培養(yǎng)重任的高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量工程重要內(nèi)容之一。十六大報告明確提出：“推進(jìn)國家創(chuàng)新體系的建設(shè)”，而大學(xué)科技創(chuàng)新體系是國家創(chuàng)新體系的重要組成部分。因此，高校培養(yǎng)的人才類型要呈多樣化，要求學(xué)生不僅學(xué)習(xí)知識，還要具有發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，高速發(fā)展的現(xiàn)代社會更加需要創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)人才[1～3]。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)一直沿用“概念-定理-推導(dǎo)-結(jié)論”的黑板教學(xué)模式，停留在重理論輕實(shí)踐、重灌輸輕啟迪的狀況。這種模式嚴(yán)重阻礙了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，不符合現(xiàn)代高等教育以多學(xué)科和跨學(xué)科的方法分析解決不斷出現(xiàn)的社會、文化、經(jīng)濟(jì)、政治問題的要求，不利于培養(yǎng)跨世紀(jì)的創(chuàng)新人才。教師首先要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教育觀念，充分尊重學(xué)生的個性與創(chuàng)造精神是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。教師既不能把學(xué)生看作消極的被教育管理的對象，也不能把學(xué)生當(dāng)作灌輸知識的容器，而應(yīng)該把每個學(xué)生都看作具有創(chuàng)造潛能的主體，形成以“以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)”的教學(xué)新觀念和模式。

幾年來，我們采取一系列重大舉措,結(jié)合基礎(chǔ)教學(xué)知識點(diǎn)，在化學(xué)專業(yè)高年級本科生開展了廣泛的“開放型實(shí)驗(yàn)-創(chuàng)新能力培養(yǎng)”研究性教學(xué)活動[4，5]。實(shí)踐表明，將學(xué)生創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)課題與學(xué)科各專業(yè)教材知識點(diǎn)相結(jié)合，與科研項(xiàng)目相結(jié)合(包括可參加教師的課題研究及自己設(shè)計申請大學(xué)生科技創(chuàng)新課題)，引導(dǎo)學(xué)生親自設(shè)計制定創(chuàng)新型研究課題研究工作方案，將課堂的理論知識與實(shí)踐能力結(jié)合起來，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn), 增加創(chuàng)新性設(shè)計實(shí)驗(yàn)，在研究實(shí)踐中學(xué)習(xí)、探索、發(fā)現(xiàn)和理解知識規(guī)律,在不斷實(shí)踐操作的基礎(chǔ)上，啟迪學(xué)生的思維創(chuàng)造性，激發(fā)學(xué)習(xí)、探索的積極性，充分發(fā)揮學(xué)生的個人潛能，使他們在知識、能力、品格諸方面都得以提高，完成了卓有成效的教學(xué)與科研互動、創(chuàng)新人才培養(yǎng)實(shí)踐運(yùn)行模式。研究型教學(xué)—開放型實(shí)驗(yàn)激發(fā)了廣大同學(xué)學(xué)習(xí)的積極性，近年來化學(xué)專業(yè)考研人數(shù)一直居我院各系之首，為全國綜合性大學(xué)、名牌大學(xué)和兄弟師范院校輸送了一大批高質(zhì)量化學(xué)專業(yè)人才。

1開放型實(shí)驗(yàn)構(gòu)建

在“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重創(chuàng)新”的教學(xué)思想指導(dǎo)下，2001年開始，對我院的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行了較大的改革，按照“基礎(chǔ)型—綜合型—設(shè)計型” “三層次”開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究活動，實(shí)驗(yàn)課程分為基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)和設(shè)計型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，其中基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)20個、綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)6個和設(shè)計型化學(xué)實(shí)驗(yàn)若干。設(shè)計型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要來自教師的科研和本科生科技創(chuàng)新活動項(xiàng)目，設(shè)計型實(shí)驗(yàn)由素質(zhì)較高的教師組織，每年利用寒暑假吸納3-4年級學(xué)生進(jìn)行開放型實(shí)驗(yàn)研究活動。多年的實(shí)踐活動表明，開放型研究活動對提高大學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題的能力，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，取得了良好的教學(xué)效果。

1.研究題目選定與設(shè)計

① 從化學(xué)專業(yè)教材出發(fā)選題。如學(xué)生在學(xué)完基礎(chǔ)學(xué)科內(nèi)容后，對熱力學(xué)概念、熱力學(xué)函數(shù)中焓(△H)、熵(△S)和自由能(△G)等定義感覺比較抽象，學(xué)習(xí)起來很吃力。為此，我們巧妙地設(shè)計實(shí)驗(yàn)型題目，選擇超分子化合物如環(huán)糊精、胍包合物測定體系熱力學(xué)函數(shù)△H、△S、△G的變化；使同學(xué)在探索、完成題目過程中，對熱力學(xué)函數(shù)定義更加明確，尤其是根據(jù)熱力學(xué)函數(shù)的變化可以判斷分子間相互作用力類型，使熱力學(xué)函數(shù)運(yùn)用由抽象到具體，由具體到靈活使用，印象深刻，理解透徹。結(jié)合基礎(chǔ)化學(xué)中知識點(diǎn)，我們設(shè)計了大量的表面活性劑、膠束增穩(wěn)、增敏光度法測定生物活性物質(zhì)和熒光、磷光發(fā)光綜合性實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)踐型研究題目。

② 天然產(chǎn)物的電磁強(qiáng)化分離。中藥多糖提取、分離及化學(xué)修飾來自山西省自然科學(xué)基金。根據(jù)課題要求，結(jié)合工作實(shí)際我們廣泛開展了中藥多糖和黃酮清除自由基研究、微波輔助提取沙棘籽油等。每個開放型項(xiàng)目均與教材中表面活性劑、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、光化學(xué)定律等理論知識點(diǎn)相互穿插、滲透進(jìn)行。

③ 與日常生活密切相關(guān)的課題。日常生活密切相關(guān)的醫(yī)藥、環(huán)保、食品等如卷煙中多環(huán)芳烴評價、四環(huán)素含量測定、青蒿分離、VC測定；食品科學(xué)中黃酒、食醋、高梁紅色素、亞硝鹽實(shí)踐型題目、研究內(nèi)容多為學(xué)生感興趣、與人類密切相關(guān)的社會生活、實(shí)踐活動有關(guān)的綜合性課題。

④ 生化分析技術(shù)研究所指導(dǎo)老師主持的10余項(xiàng)省級科研項(xiàng)目，全部向本科生開放。

2.創(chuàng)新能力培養(yǎng)

在項(xiàng)目開始之前，我們從配溶液、稱量、加熱以及各種不同儀器如酸度計、微波爐、超聲儀、真空萃取儀、層析儀、熒光儀、可見、紫外、紅外光度計等所有儀器的使用反復(fù)操作，指導(dǎo)訓(xùn)練，直到學(xué)生能獨(dú)立操作為止。項(xiàng)目完成后，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)室儀器使用、溶劑選擇、溶液配制等實(shí)踐活動，均達(dá)到了熟練操作程度。

項(xiàng)目完成過程中抽象的化學(xué)知識變成了熟悉的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。尤其是在數(shù)據(jù)處理過程中，同學(xué)對原來不熟悉甚至根本在課堂上接觸不到的Excel、Chemdraw等軟件可以自如的使用，具備一定的科學(xué)研究、創(chuàng)新實(shí)踐能力。

論文整理過程中，從論文題目、中英文摘要、結(jié)果與討論、參考文獻(xiàn)選定等多方面引導(dǎo)和嚴(yán)格要求。尤其是論文格式、文字規(guī)范、英文摘要的寫作，經(jīng)過長時間的嚴(yán)格訓(xùn)練、積極探索和化學(xué)理論知識的滲透，這種實(shí)踐性教學(xué)模式，使過去理論與實(shí)踐、考試成績與學(xué)生能力脫節(jié)的局面大為改觀，有不少參加開放型實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)踐研究的同學(xué)一致認(rèn)為，參加項(xiàng)目活動后，真正領(lǐng)會了化學(xué)理論要點(diǎn)，克服了知識難點(diǎn)，解決問題能力，應(yīng)用操作能力大大提高。幾年來，先后有128多名本科生參加了開放型實(shí)驗(yàn)研究活動，以2008級同學(xué)為例，相關(guān)創(chuàng)新、實(shí)踐研究題目、所涉及知識點(diǎn)見表1：

表1 2008級部分本科生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目

2標(biāo)志性成果

實(shí)踐證明,探索型、開放型研究對培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新思維能力及提出問題、分析問題和解決問題的綜合能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神取得顯著成效、且碩果累累。從2003年開始正式實(shí)施,幾年來共有128名學(xué)生參加,完成了天然植物活性成分及中草藥分離、提取及化學(xué)修飾研究；與人類社會實(shí)踐活動密切相關(guān)的醫(yī)藥、環(huán)保、食品；物理化學(xué)中表面活性劑、膠束增穩(wěn)、增敏光度法和熒光、磷光發(fā)光研究；將現(xiàn)代物理技術(shù)如超聲波、微波技術(shù)引入活性物質(zhì)提取方法研究中多方面設(shè)計綜合性實(shí)驗(yàn)題目。幾年來，完成本科生研究型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)論文120多篇，并有72篇論文發(fā)表于中文期刊，有3篇被SCI收錄。先后有10位同學(xué)獲得國家、山西省“興晉挑戰(zhàn)杯”高校青年師生學(xué)術(shù)科技作品競賽獎(見表2)。

表2 2005年以來國家、山西省“挑戰(zhàn)杯”高校青年師生學(xué)術(shù)科技作品競賽獎

3開放型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)活動對提高課堂教學(xué)質(zhì)量的反哺作用

如“物理化學(xué)”是化學(xué)專業(yè)本科生在學(xué)完高數(shù)、普通物理、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)后的一門綜合性的理論化學(xué)課。教材本身概念抽象、公式繁雜，不少學(xué)生對理論課程學(xué)習(xí)有畏難情緒。每年利用寒暑假時間吸納已學(xué)過或正在學(xué)習(xí)物理化學(xué)的同學(xué)8-25人參加開放型實(shí)踐活動。同學(xué)在創(chuàng)新型教學(xué)研究活動的帶動和促進(jìn)下、學(xué)習(xí)熱情高漲。抽象的物理化學(xué)概念變成具體的研究對象，難學(xué)、難記的物理化學(xué)原理、公式滲透到實(shí)驗(yàn)研究當(dāng)中。這種創(chuàng)新型實(shí)踐活動使化學(xué)專業(yè)本科生連續(xù)幾年物理化學(xué)考研成績居各科之首，尤其是個別同學(xué)單科成績高達(dá)145分。經(jīng)統(tǒng)計，2005—2007年考研學(xué)生的物理化學(xué)平均成績從2005年的108.5分增加到2007年的117.3分，最高分成績從2005年的133分增加到2007年的145分。很多參加項(xiàng)目的學(xué)生考取重點(diǎn)大學(xué)的研究生,并在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中顯示出強(qiáng)勁的優(yōu)勢。

4保障措施

我所由3位高級教師和1名碩士專門負(fù)責(zé)開放型研究活動的管理、指導(dǎo)工作。開放型實(shí)驗(yàn)研究活動增加了實(shí)驗(yàn)材料的消耗和開支。開放型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目多數(shù)是指導(dǎo)老師的縱向課題，如山西省科技廳國際合作項(xiàng)目、山西省高等學(xué)校科技開發(fā)項(xiàng)目等；除此以外，我們鼓勵同學(xué)積極申請院大學(xué)生科技創(chuàng)新基金，在2004年、2006年及2008年度獲6項(xiàng)資助課題。為開放型創(chuàng)新實(shí)踐活動的開展、研究成果發(fā)表提供了有力的經(jīng)費(fèi)保障。

[1] 任露泉，劉燕，韓志武 等.新型交叉學(xué)科人才培養(yǎng)的研究與實(shí)踐[J].中國高等教育，2008，(18)：30～31.

[2] 周俊宜,駱曉楓,顏少平 等. 開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J],中國高等醫(yī)學(xué)教育.2006,11:3～4.

[3] 申靜波，倪紅梅，時貴英.初探開放性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生能力的培養(yǎng)[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究，2008.95(1)：56～57.

[4] 趙勝巖，陳書智，邱巖. 利用交叉學(xué)科培養(yǎng)創(chuàng)新人才教學(xué)改革與學(xué)校創(chuàng)新[J]. 中國冶金教育，2008，1：13～15.

[5] 楊冬花，郭彥文，武正簧.基礎(chǔ)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中增加設(shè)計性實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐[J],太原理工大學(xué)學(xué)報 (社會科學(xué)版) ,2005,23(Supp):159～160.

10.16597/j.cnki.issn.1002-154x.2017.11.016

2017-07-27

本文系教育部“人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)”(2007.25號)、山西省普通本科高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(2014-100，山西省教育廳)資助課題

張海容(1957～)，男，博士，教授，主要從事物理化學(xué)教學(xué)與研究工作。