基于創新實驗的《波譜解析》課程建設與研究生創新能力的培養

崔士強 鄭春紅 蒲守智

摘要：本文探索出了新的基于創新實驗的《波譜解析》課程教學模式，包括波譜解析結合創新型實驗的教學目的、教學內容、方法、途徑及組織形式等。通過基礎理論知識和創新型實驗教學的開展，激發研究生的學習興趣和創新思維習慣，培養研究生求異探索的科學品質、實驗能力、科研思維能力、創造能力、分析問題和解決問題的能力，以及科學研究素養和良好的科學品質。

關鍵詞：波譜解析；創新實驗；課程建設；創新能力

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0122-03

《波譜解析》課程的主要內容包括核磁、質譜、紅外和紫外的基本原理、基本方法及應用，是江西科技師范大學化學一級學科碩士研究生的必修課程。研究生通過本課程的學習，應該能夠對已知化合物結構進行確認，并且能夠對未知有機化合物結構進行解析。因此，掌握波譜解析的基本原理和方法并熟練地應用，已經成為化學專業研究生所必需的技能。

目前，研究生的學習主要是通過對確定知識的掌握和不確定知識的獲得來實現。對確定知識的掌握，即對基礎知識和基本理論的理解固然不容忽視，而對不確定知識的獲得則要更加重視。在對不確定知識獲得的過程中，要充分發揮人的主觀能動性和創新思維，這個過程對創新能力的培養是至關重要的。所以，開展和實施創新型實驗教學，既可以拓展研究生教學的視野，豐富研究生教學內容，又能夠為研究生創新能力的培養提供理論依據和實踐經驗。

為了使研究生更好地掌握確定知識握以及獲得不確定知識，在教學內容上，我們緊密遵循波譜解析理論的科學體系，與科學、技術、社會緊密聯系，開放實驗室，培養研究生的科學探究和創新精神，使《波譜解析》課程與創新型實驗結合起來，與研究能力結合起來，與提高學生的考博率結合起來，與擴大學生的就業率結合起來，充分發揮研究生的主體作用，有利于培養研究生的思維能力、創造性和創新意識。

一、課程體系的構建

創新實驗教學內容比較抽象，不僅要使研究生真正了解并掌握課程中的基礎理論知識，還需要讓其掌握課程中所涉及的大型儀器的操作，以及創新型實驗的技巧和方法。因此，要從教學內容、教學手段和教學方法等方面對課程內容進行重新構建。

第一，確定教學目標，優選教學內容，細化知識點，抓住重點突破全局，緊密遵循創新理論的科學體系。由于四大譜學涉及了分析化學、有機化學和物理學等多學科的知識，并且每一種譜學都涉及大量的圖譜數據。這些知識點和圖譜數據抽象且不成系統，學生要在短時間內理解，具有相當的難度。因此，我們希望通過對教學內容的優化和細化，分清主次，以核磁為主，其次是質譜和紅外。對于波譜原理和影響因素等基本知識部分，要特別透徹明晰地講授。將授課教師或研究生的研究結果作為案例引入教學，便于學生將理論知識和實際問題結合起來，培養研究生的科學研究素養。以實際應用為導向，為學生提供大量譜圖供學生課后思考和解析。檢驗學生學習效果的考核，按開、閉卷結合的方式進行。總之，創新實驗《波譜解析》課程的構建是對教學方式的探索，也是社會主義新時代對學生創新能力和科研能力培養的要求。在有限的時間內最大程度地激發學生的學習興趣，并全面掌握該課程的主要內容，提高學生解決科研實際問題的能力的同時，學生的綜合能力也會獲得較大提高。

第二，教學手段多樣化，基礎知識以多媒體教學為主，抽象的實驗內容通過構建虛擬仿真實驗室給予形象化，從而改變傳統的教學模式。《波譜解析》課程的知識點繁雜而且抽象，需要分析大量的圖譜案例。如果按照傳統的板書教學手段，在有限的課時內很難完成本課程全部的教學工作量，教學效果也會大打折扣。學生在面對各類圖譜時，很難將其與分子結構聯系起來。因此，我們采用多種教學手段。首先，通過多媒體輔助教學，將抽象的基礎知識具體化，使學生更快更好地掌握基礎知識，提高學生的學習興趣。其次，通過構建虛擬實驗室，把譜圖的獲得過程直接生動地展示給學生，以此提高學生操作儀器的能力，同時避免由于不了解儀器的構造和操作規程而損壞儀器。最后，通過構建圖譜和分子結構之間的聯系，結合動畫向學生展示各種譜圖的綜合解析過程，增加學生對圖譜解析過程的感性認識，從而更加熟練地將波譜解析應用到實際科研當中。

第三，基礎理論與創新型實驗同步相結合，綜合科學研究的綜合實驗，結合研究生的研究方向設計創新實驗，使學生能夠親自操作每一種波譜解析儀器，讓學生懂得如何應用現有譜學知識和儀器，對創新實驗中的已知化合物進行確認，以及對實驗過程中的未知化合物結構進行表征，從而為研究生學習期間的科研活動奠定堅實的基礎。同時，結合研究生的研究方向，優選教學內容，細化知識點，把課程內容融入研究項目，讓研究生在科研實驗過程中牢固掌握和應用譜學知識，為其后續的科研活動服務。

另外，結合我校教師科研項目，開放研究實驗室以及現有的波譜解析儀器等，讓研究生在有機合成、產物分離和結構表征等方面進行系統化的創新研究學習，以培養研究生的探索精神和實際科研能力，從而提高研究生的創新能力和綜合素養。

綜上所述，基于創新實驗的《波譜解析》課程構建思路如圖1所示。

二、課程體系的實施

本課程體系的實施是按“學習過程”“教學過程”和“教學目標”三個模塊進行的，如圖2所示。一般來說，研究生的學習過程是按照“認知—探究—論證—創新”的方式逐級進行的。這是一個循序漸進的過程，從最開始的接受知識到理解知識，然后對知識的驗證，最后是發現問題，創造新的知識。

1.在“認知”階段，教學過程主要采用的是課堂理論教學，涉及各種波譜解析儀器的基本原理、發展概況及特點，儀器各部件的適應性等。這些內容屬于學習的初級階段，學生主要通過識記獲得并初步掌握基礎理論知識。

2.在“探究”階段，通過多媒體或動畫對抽象的基本理論、儀器結構以及操作方法等內容具體化，探究儀器的操作規程，激發學生的學習興趣，加深、鞏固學生對基礎知識的理解和掌握。這不但讓學生知其然，還要知其所以然。

3.在“論證”階段，開設與課程相對應的實驗課程，通過讓研究生實際操作波譜解析儀器，讓其對所學的基本原理和操作方法進行驗證，并熟練掌握各種儀器的操作。既能讓研究生較牢固地掌握基本理論知識，又能讓其掌握儀器操作技能，真正地把分子結構、譜圖和儀器聯系起來，學以致用，不再紙上談兵。

4.在“創新”階段，通過結合研究生的研究方向設計創新實驗，提升專業實踐創新能力，為研究生后續開展各自方向的科學研究奠定良好的基礎。在此過程中，完成對研究生獨立科研能力、創新能力等方面綜合素質的培養，為其能夠成為優秀的研究生奠定堅實的基礎。

三、教學效果的評價

為了準確地測評學生的實際學習情況，了解此次課程教學效果，在期末開展了調查。調查對象為我校已經完成《波譜解析》課程學習的2017級部分化學專業研究生，共51人。對調查中的主要問題分析如下。

1.對課程的認識和教學效果的評價。大多數學生認為這門課程重要（重要61%，很重要14%，一般25%），認為課程很難和較難的分別占32%和36%，說明要牢固掌握本課程內容，對學生來說還有一定的困難。對于多媒體教學和虛擬仿真實驗室使用效果的評價，認為效果很好的占51%，較好的占36%，說明靈活運用多媒體輔助教學和虛擬仿真實驗室，確實可以激發學生的學習興趣，較高地提升教學效果，幫助學生較好地掌握課程內容。

2.對于儀器操作技能的評價。所有的學生都認為有必要在每一章結束后安排相應的實驗儀器操作（很有必要78%，有必要22%）。能夠獨立操作四種波譜解析儀器的同學占12%，能夠獨立操作三種波譜解析儀器的占16%，能夠獨立操作二種波譜解析儀器的占23%，能夠獨立操作一種波譜解析儀器的占49%。可以看出，在學習基礎知識的同時，同學們都希望通過實驗環節加深對所學的知識掌握，并希望親身接觸實驗儀器、操作儀器，獲得操作技能。每一位研究生在課程結束時，至少能夠獨自操作一種波譜解析儀器。同時，我們也可以看到，在有限的課時內，要全部掌握四種波譜解析儀器的操作還是有一定的困難的。

此外，通過基于創新實驗的《波譜解析》課程建設與研究生創新能力培養模式的實施，學校培養了一批實踐能力強、綜合素質高的研究型人才。不管是直接就業還是繼續深造，用人單位和深造單位都給予了高度評價，認為我校畢業的研究生不僅較好地掌握各種儀器的使用，而且動手能力、科研能力以及創新能力等綜合素質較高。用人單位和深造單位對我校畢業研究生有較高的評價，每年都有很多單位要求推薦畢業生到他們單位工作或繼續攻讀博士學位。這些成績的取得，為即將畢業的研究生的就業和繼續深造奠定了堅實的基礎。

四、結論

通過對創新實驗《波譜解析》課程的建設，大部分研究生能夠運用所學知識對本研究方向所涉及的化合物結構進行解析，并能夠將得到的數據應用到論文的發表和畢業論設計文當中。通過該課程的實施，雖然取得了一定的成績，大部分研究生對該課程的學習表現出較大的興趣，但也要認識到仍有相當一部分研究生對于這門課程的學習依然有一定的困難。這些問題需要教師不斷地改進教學手段，革新教學方式和方法，建立一套緊密遵循創新理論的科學體系，增加研究生學習和探索的主動性，讓學生在全面、系統地掌握波譜解析基礎知識的同時，掌握幾種波譜解析儀器的操作，真正做到理論學習和科學實踐相結合，培養科研能力、創新能力和綜合素質較高的研究生。

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