基于大型儀器平臺(tái)的化工專業(yè)創(chuàng)新訓(xùn)練培養(yǎng)體系建設(shè)

李 慶，任 燕，趙亞梅，張洛紅，安鳳秋，董祥芝

(1.西安工程大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710048；2.西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710048)

“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”是教育主管理部門(mén)面向本科生立項(xiàng)的項(xiàng)目，也是“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一[1]。大型儀器設(shè)備是高等學(xué)校的優(yōu)質(zhì)資源，是進(jìn)行教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和科研的重要平臺(tái)，也是辦學(xué)實(shí)力和科研水平的重要標(biāo)志。此外，高校的大型儀器平臺(tái)與科研機(jī)構(gòu)、政府部門(mén)、高新技術(shù)企業(yè)等的同類平臺(tái)在軟、硬件方面完全是互通的，這無(wú)疑是化工專業(yè)本科生開(kāi)展創(chuàng)新訓(xùn)練對(duì)接的理想平臺(tái)[2]。然而，此類平臺(tái)很少對(duì)本科生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目開(kāi)放或者開(kāi)放程度十分有限，配套的培養(yǎng)體系研究也有所缺位，造成了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的浪費(fèi)。推進(jìn)大型儀器平臺(tái)與化工專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目對(duì)接，開(kāi)展有效的培養(yǎng)體系建設(shè)研究，對(duì)提升化學(xué)化工背景本科生創(chuàng)新訓(xùn)練的水平和社會(huì)影響力具有重要意義。

1 大型儀器平臺(tái)驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)新訓(xùn)練培養(yǎng)體系的建設(shè)目標(biāo)

國(guó)家已把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育提到國(guó)家戰(zhàn)略高度，對(duì)于工科屬性的化工專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)同樣面臨著重要的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，不應(yīng)僅僅專注于在課堂理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，更有必要通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)踐鍛煉來(lái)提升自身的綜合素質(zhì)，順應(yīng)國(guó)家建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的戰(zhàn)略需要[3]。同時(shí)，為進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，各大高校對(duì)化工專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新訓(xùn)練體系建設(shè)愈發(fā)重視。雖然開(kāi)設(shè)化工類專業(yè)的學(xué)院普遍擁有獨(dú)立的大型儀器測(cè)試平臺(tái)，但是由于這類儀器購(gòu)買(mǎi)價(jià)格昂貴且維修保養(yǎng)費(fèi)用很高，主要用于支持科研工作。部分大型儀器在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的開(kāi)放也只是通過(guò)教師進(jìn)行操作演示，本科生只能在一旁觀看，有些大型儀器學(xué)生更是只在書(shū)本上看到過(guò)，這對(duì)未來(lái)讀研讀博期間的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ嵘蛥⒓庸ぷ骱髲氖聦I(yè)技術(shù)工作是十分不利的。因此，基于本科生獲得立項(xiàng)的國(guó)家級(jí)/省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，以及與項(xiàng)目高度關(guān)聯(lián)的指導(dǎo)教師的縱/橫向科研項(xiàng)目的引導(dǎo)作用，特別是結(jié)合學(xué)院現(xiàn)有大型儀器平臺(tái)資源的推動(dòng)作用，開(kāi)展全新的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練培養(yǎng)體系建設(shè)研究以提升大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練的水平是本研究的目標(biāo)。

2 基于大型儀器平臺(tái)的創(chuàng)新能力訓(xùn)練模式探索

環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院“分析測(cè)試中心”是西安工程大學(xué)組建最早的大型儀器測(cè)試平臺(tái)，是學(xué)校教學(xué)、科研和對(duì)外服務(wù)的分析測(cè)試基地，平臺(tái)擁有掃描電鏡、X射線單晶衍射儀、X射線粉末衍射儀、氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀等化學(xué)、化工、材料及交叉學(xué)科領(lǐng)域的大型儀器設(shè)備數(shù)十臺(tái)套；平臺(tái)專職管理老師均具有化學(xué)化工專業(yè)學(xué)習(xí)背景和博士學(xué)位，精通大型儀器運(yùn)行的基本原理和實(shí)踐動(dòng)手操作。這對(duì)指導(dǎo)創(chuàng)新訓(xùn)練學(xué)生團(tuán)隊(duì)無(wú)疑具有先天優(yōu)勢(shì)。門(mén)類齊全和多學(xué)科交叉的大型儀器平臺(tái)為實(shí)施創(chuàng)新訓(xùn)練提供了絕佳的實(shí)戰(zhàn)平臺(tái)，研究摸索實(shí)現(xiàn)二者的無(wú)縫對(duì)接，對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目水平的提升起到了催化劑和助推器的作用。平臺(tái)資源的多元化，更是為學(xué)生提供了豐富的自主選題興趣點(diǎn)，利于在指導(dǎo)老師科研項(xiàng)目的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新思維的深度擴(kuò)展。

2.1 對(duì)接新平臺(tái)、優(yōu)化提升現(xiàn)有創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目水平

通過(guò)大型儀器平臺(tái)與在研甚至已結(jié)題創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目對(duì)接進(jìn)行再培育，探索新層次上的創(chuàng)新訓(xùn)練點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)原有研究成果的拓展和深化。通過(guò)將原有創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目繼續(xù)做大做強(qiáng)，對(duì)提升大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)和能力有重要作用。通過(guò)培育嘗試，我院化工專業(yè)原立項(xiàng)校級(jí)、省級(jí)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目與大型儀器平臺(tái)對(duì)接升級(jí)后，碰撞出了新的創(chuàng)新理念，目前多個(gè)升級(jí)后的創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目已成功再獲省級(jí)、國(guó)家級(jí)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目資助。而且，化工專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目結(jié)題后，學(xué)生的創(chuàng)新思維得到發(fā)散和深化，新的創(chuàng)新理念經(jīng)與指導(dǎo)老師交流后很多轉(zhuǎn)化為了大四的本科畢設(shè)課題，使創(chuàng)新訓(xùn)練成果得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化。從項(xiàng)目開(kāi)展的延續(xù)性角度出發(fā)，在此模式下，一個(gè)項(xiàng)目經(jīng)過(guò)幾級(jí)學(xué)生的滾動(dòng)完善、深化，有望產(chǎn)生新的研究成果。

2.2 開(kāi)發(fā)新課題，創(chuàng)新新思維

在新的創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目選題方面，通過(guò)對(duì)學(xué)院二、三年級(jí)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的本科生進(jìn)行走訪調(diào)研，了解了本科生對(duì)創(chuàng)新訓(xùn)練的興趣點(diǎn)、看法和訴求，以及對(duì)大型分析測(cè)試儀器基本知識(shí)的學(xué)習(xí)掌握情況。針對(duì)調(diào)研結(jié)果以及本科生的專業(yè)特點(diǎn)，篩選能夠與大型儀器平臺(tái)資源進(jìn)行對(duì)接的研究項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)接嘗試和調(diào)試運(yùn)行。在此環(huán)節(jié)充分發(fā)揮了大型儀器平臺(tái)儀器管理老師的大型儀器專業(yè)技能和研究特長(zhǎng)，通過(guò)對(duì)儀器資源進(jìn)行合理配置，實(shí)現(xiàn)了將最合適的創(chuàng)新訓(xùn)練小組對(duì)接到最合適的平臺(tái)資源上去。并經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行之后，進(jìn)行了總結(jié)改進(jìn)。新型培養(yǎng)體系建設(shè)摸索的過(guò)程中，大型儀器對(duì)傳統(tǒng)創(chuàng)新訓(xùn)練模式顯示出顯著的推動(dòng)和提升作用。以往部分化工專業(yè)學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目通常只是以應(yīng)用效果來(lái)進(jìn)行運(yùn)行評(píng)價(jià)，對(duì)產(chǎn)生效果的基本原理是缺乏理解和認(rèn)識(shí)的，學(xué)生對(duì)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“只知其然，而不知其所以然”。這種創(chuàng)新訓(xùn)練好比無(wú)源之水，無(wú)本之木，無(wú)疑是缺乏活力和生命力的，也無(wú)法激起學(xué)生持久的探索、創(chuàng)新熱情。而大型儀器平臺(tái)中的分析測(cè)試儀器，恰恰可以揭示這些客觀現(xiàn)象背后的微觀原因(機(jī)理)，而這些機(jī)理往往是課堂教學(xué)中學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)甚至是考試過(guò)的，通過(guò)大型儀器平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)，在創(chuàng)新訓(xùn)練中強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)課本生硬原理的理解和運(yùn)用，使學(xué)生加深了構(gòu)效關(guān)系、作用機(jī)制這些化學(xué)化工專業(yè)名詞的理解，進(jìn)行了獨(dú)立科研探索的啟蒙。在新培養(yǎng)體系下，多個(gè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的多項(xiàng)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(編號(hào)：201810709001；201810709035；201810709008；201910709016)已經(jīng)在分析測(cè)試中心的大型儀器平臺(tái)進(jìn)行了成功的對(duì)接，平臺(tái)的大型儀器管理老師和項(xiàng)目指導(dǎo)教師全程參與講解與指導(dǎo)，參與的學(xué)生普遍反映這種模式能充分調(diào)動(dòng)他們的積極性和探索欲，部分準(zhǔn)備繼續(xù)讀研的學(xué)生也初步明確了自己未來(lái)準(zhǔn)備進(jìn)行科研探索的方向。

3 大型儀器平臺(tái)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新訓(xùn)練與高水平科研項(xiàng)目對(duì)接嘗試

隨著本科生在大型儀器平臺(tái)上的創(chuàng)新訓(xùn)練日益得心應(yīng)手，創(chuàng)新小組的一部分同學(xué)在指導(dǎo)老師的引導(dǎo)下參與到了國(guó)際級(jí)、省部級(jí)課題的研究之中，繼續(xù)進(jìn)行升級(jí)的科研創(chuàng)新訓(xùn)練，取得了很好的創(chuàng)新能力培養(yǎng)效果。比如，針對(duì)化工專業(yè)本科生在無(wú)機(jī)化學(xué)課程上接觸到的當(dāng)今無(wú)機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)金屬—有機(jī)框架(MOFs)材料，指導(dǎo)老師很好的結(jié)合了大型儀器平臺(tái)的Bruker X 射線單晶衍射儀，進(jìn)行科研型創(chuàng)新訓(xùn)練，通過(guò)MOFs單晶的合成和具體微觀結(jié)構(gòu)的解析，激發(fā)了學(xué)生的濃厚學(xué)習(xí)興趣，很快熟悉并基本掌握 了X 射線衍射儀的測(cè)試原理和用途，并能掌握一定的實(shí)驗(yàn)測(cè)試技巧和初步的結(jié)構(gòu)解析技巧。結(jié)合指導(dǎo)老師的研究課題，還學(xué)會(huì)了自己設(shè)計(jì)單晶合成實(shí)驗(yàn)、培養(yǎng)晶體、挑選單晶、解析結(jié)構(gòu)、測(cè)試性能。整個(gè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，學(xué)生完成了一個(gè)比較完整的科研過(guò)程，培養(yǎng)和提升了學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力，當(dāng)然這一切離開(kāi)了大型儀器平臺(tái)的有效驅(qū)動(dòng)，是根本無(wú)法在基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)的。

4 總結(jié)

在“新工科”建設(shè)的大背景之下，以化工專業(yè)的本科生為主體，依托大型儀器平臺(tái)和指導(dǎo)教師科研項(xiàng)目，開(kāi)展項(xiàng)目引導(dǎo)、平臺(tái)推動(dòng)的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練培養(yǎng)體系建設(shè)研究，來(lái)提升大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目的實(shí)施效果，促進(jìn)學(xué)生工程實(shí)踐能力和科學(xué)創(chuàng)新思維的提升。通過(guò)將理論知識(shí)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)和分析檢測(cè)結(jié)合，提升學(xué)生對(duì)科學(xué)現(xiàn)象微觀本質(zhì)的揭示能力，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立科研、獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，為創(chuàng)建創(chuàng)新型國(guó)家儲(chǔ)備了人才。