依托已有科研成果，促進本科實踐教學改革

馮艷艷，楊 文，王桂霞

(桂林理工大學 化學與生物工程學院，廣西 桂林 541004)

本科實踐教學是培養高素質人才的重要環節，是鞏固基礎理論知識和加深對基礎理論認識的有效途徑，是理論聯系實際的重要平臺，在培養學生的創新思維、提高學生的實踐動手能力和綜合素質方面具有特別的作用，有利于學生科學素養的提高[1-2]。化學工程與工藝是一門實踐性較強的學科。作為化學工程與工藝專業的本科生，除了掌握相關基礎理論知識外，還必須具備化工相關的基本實驗過程的動手能力和解決實際問題的能力。化工綜合實驗作為化學工程與工藝的專業必修課，其對培養學生的創新思維及動手能力有著十分重要的作用。另外，針對化工材料制備技術及制備工藝的快速發展，學生非常有必要跟得上科學技術的發展步伐，掌握最新的實驗技能技術和表征測試技術，加強創新意識的培養。然而目前，化工綜合實驗以培養學生的綜合能力、創新能力的綜合性實驗較少，部分實驗教學內容相對陳舊，缺乏新穎性，不能很好地激發學生的興趣、調動學生的積極性，更不用說發揮學生的創造性。高校教師的科研成果是非常寶貴的潛在實驗教學資源。所以，如何將高校教師的科研成果優勢轉化為綜合性實踐教學資源，讓教師已有的科研成果及時反應到本科教學實踐中，以實現科研反哺教學及教學和科研的相互促進和協調發展，是大學本科教學改革中迫切需要解決的問題[1，3-4]。為此，為了提高學生的實踐動手能力，培養學生的綜合素質，使學生具備基本的科研素養，結合化工綜合實驗的教學實際情況，我們探索了將已有的科研成果"生物質基多孔炭的制備及其在超級電容器中的應用"轉化為本科生化工綜合實驗的一部分教學內容。希望通過這種形式，能夠把科研工作的研究熱點和最新進展、國內外上相關研究的最新內容及時轉化到實踐教學中，使實踐教學的內容具有前沿性、新穎性和挑戰性。這對學生實踐動手能力、分析和解決問題的能力及創新意識的培養起到了積極的作用。

1 實驗內容和安排

為了引起學生的實驗興趣、充分調動學生的學習積極性，實驗內容必須具備前沿性、新穎性、挑戰性和實用性。因此，結合廣西地區特色，實驗選取已有的科研成果"生物質基多孔炭的制備及其在超級電容器中的應用"作為本科生大四化工綜合實驗的一部分教學內容。隨著生活水平的提高，人們對移動電子產品和電動交通工具的需求也越來越多，但伴隨石化燃料的日益枯竭和全球氣候變暖的問題，使得人類不得不尋求綠色環保的清潔能源和環境友好的高功率儲能設備。超級電容器因其高的功率密度、長的循環壽命和簡單易懂的工作原理等優點而備受關注。在對超級電容器的研究工作中，主要集中在電極材料的開發方面。所以，以南方地區資源豐富的生物質谷殼為碳源，通過高溫化學活化法將廉價的生物質資源轉變為多孔炭

超級電容器電極材料，從而實現生物質資源的有效利用，并且有力推進新能源材料的發展。

1.1 實驗流程的設計

在化工綜合實驗整個過程中，學生需要根據實驗目的查閱相關的資料→設計實驗方案，完成實驗預習報告→項目的實施(化學活化法制備樣品及樣品電極)→樣品的表征和電化學性能測試→整理表征結果及性能測試數據→分析樣品的結構形貌與性能之間的關系→撰寫實驗報告等，使學生作為主體經歷科研基本素質訓練的全過程。學生每4人一組，實驗以生物質谷殼為碳源、采用化學活化法通過改變活化溫度和活化時間及氫氧化鉀的用量來制備不同結構形貌的多孔炭材料。采用掃描電鏡和低溫氮氣吸附脫附表征手段來分析材料的形貌結構，繼而研究所得多孔炭作為超級電容器電極材料的電化學性能。

1.2 實驗計劃的實施

結合既定實驗目標，學生查閱相關的文獻資料，了解實驗中涉及的相關概念，熟悉超級電容器電極材料的一般制備方法和性能測試過程，在至少通讀15篇文獻的基礎上制定實驗方案；根據實驗方案，進行樣品及樣品電極的制備；樣品及樣品電極制備好后，進行表征分析及電化學性能測試；最后進行數據分析處理和實驗報告的撰寫。在實驗過程中，學生可以根據具體的實驗進程適時調整實驗方案。表征測試以掃描電鏡和低溫氮氣吸附脫附為主，電化學性能通過上海辰華儀器有限公司的CHI660E型電化學工作站在6 M氫氧化鉀電解液中進行測試，采用三電極測試系統，以甘汞電極作為參比電極、石墨片作為對電極。

2 科研成果轉化為實踐教學的特點

(1)化工綜合實驗是針對大四本科生開設的課程，將科研成果“生物質基多孔炭的制備及其在超級電容器中的應用”轉化為該課程的一部分教學內容，有一定的可行性。學生在大學前三年形成的專業知識體系基礎上，用到了很多已學過的知識，在內容上除了相關基礎理論知識之外，還涉及到掃描電鏡分析技術、低溫氮氣吸附脫附分析技術、材料的電化學性能測試實驗等。通過本科研成果的轉化，學生對所學的內容進行了系統的總結，參與到了科研基本素質訓練的全過程，進行了理論知識和實驗技術的應用與創新，提高了學習的主動性，不斷增強創新意識，促進了科研素質和實踐能力的培養，為后期畢業設計及論文打下了良好的基礎。

(2)實踐教學必須與科學研究熱點緊密結合，與時俱進，關注社會需求，注重教學內容的前沿性、新穎性和實用性[2]。根據學生的實際情況選擇恰當的實驗課題。選題太難容易讓學生望而生怯，失去學習的興趣，不利于學生積極性和創造性的發揮，課題太簡單雖然容易實現，但是不利于學生創新能力的提高[4]。

(3)依托學院已有的大型儀器設備，將科研成果優勢轉化為本科實踐教學資源，學生在此過程中可以了解化工相關材料的一般制備技術、基本表征方法及電化學性能測試方法，有機會接觸到各種先進的大型儀器設備[1]。

(4)選題要注重學生素質的全面發展，滿足學生的多方位需求，最好是既能培養學生的創新意識和提高學生的綜合素質，又能滿足學生的現實需求，有利于學生就業。將"生物質基多孔炭的制備及其在超級電容器中的應用"轉化為實踐教學內容，同時滿足了以上兩個要求，此外，還對學生的實踐動手能力、分析和解決問題的能力起到了積極的作用。

3 取得的成果

將已有的科研成果"生物質基多孔炭的制備及其在超級電容器中的應用"轉化為大四本科生化工綜合實驗，目前已有1屆學生進行了實驗，并且得到了學生們廣泛的歡迎和認同，實驗效果良好。通過科研成果轉化，學生比較系統地了解了超級電容器電極材料用碳材料的一般制備過程，掌握了材料電化學性能的測試方法，培養了基本的科研素養和創新能力。在實驗過程中，學生們自己動手實踐，獨立思考，遇到難題能夠團隊討論并協作解決，充分發揮了主觀能動性，學習的興趣和積極性大大提高，學生的動手能力、數據處理能力明顯提高，從而具備了初步的科研實踐能力。

[1] 吳 音,劉蓉翾,李亮亮.科研成果轉化為綜合性實驗教學探索[J].實驗技術與管理,2016,33(8):162-164.

[2] 成協設,徐躍進,王春潮.實踐教學在研究型大學建設中重要性的探討[J].實驗室科學,2010,13(1):186-188.

[3] 扈 旻,鄧北星,馬曉紅,等.科研成果轉化為實驗教學內容的探索與實踐[J].實驗技術與管理,2012,29(10):21-23.

[4] 曹小華,喻國貞,雷艷紅,等.科研成果轉化為綜合性、設計性實驗的教學探索與實踐[J].化學教育, 2009, 30(11): 15-16.