科研訓練嵌入化學實驗教學的探索與實踐

羅志勇，甘孟瑜，張云懷，但曉武

（重慶大學 化學化工學院，重慶 401331）

化學是理論與實驗緊密結合的學科。實驗教學作為化學專業教學計劃里必不可少的環節，在高等學校化學專業本科人才培養體系中發揮重要作用[1]。學生通過實驗可以認識、理解、鞏固和擴展所學的專業理論知識，因此，實驗教學的內容、形式和效果不僅影響學生對知識的理解，而且直接影響學生在未來學習和工作中分析與解決問題的能力[2]。傳統的化學實驗教學偏重驗證性，主要訓練學生的動手操作能力，而隨著時代發展，社會對創新人才的需求日趨強烈。以重慶大學化學化工學院為例，目前每年本科應屆畢業生，40%左右繼續攻讀研究生，另 40%左右從事研發相關工作，這兩者的比例還在逐年上升，未來越來越多的本科畢業生將從事科學研究。這將對本科畢業生科研能力提出越來越高的要求，因此，提高在校生的科研能力非常必要[3]。將科研訓練嵌入化學實驗教學，在教學過程中引入科研訓練并優化改革傳統實驗體系，使化學實驗融合科研設計、科研方法，從而確保學生的科研能力和水平在本科實驗教學過程中不斷提高，這不僅為學生畢業后研究生學習或研發工作奠定堅實基礎，而且對學校的“雙一流”建設至關重要[4-7]。

1 科研訓練嵌入實驗教學的支撐與保障

科研訓練嵌入實驗教學中，必須在人員、資金、場所三個方面建立足夠的支撐和保障。

1.1 人員支撐與保障

科研訓練嵌入實驗教學需要既熟悉實驗教學內容又有豐富科研經驗的高水平高素質的專業教師隊伍指導和培養學生，同時也需要廣大實驗教輔人員管理與維護實驗室。這些相關人員的積極參與是科研訓練嵌入實驗教學的人員支撐與保障。

1.2 資金支撐與保障

化學實驗需要資金購買所需的儀器、耗材和化學試劑，而科研訓練由于其獨特性、原創性，耗時較長，需要更多的儀器、耗材和化學試劑，因此需要更多資金支持。設立專項創新基金是科研訓練嵌入實驗教學的資金支撐與保障。

1.3 場所支撐與保障

化學實驗需要特定的場地——實驗室，科研訓練嵌入化學實驗更需要開放實驗室。在不影響教學和科研的前提下，不僅要開放學院的教學實驗室，還要開放教師的科研實驗室，這樣更利于科研訓練嵌入化學實驗。開放實驗室是科研訓練嵌入實驗教學的場地支撐與保障。

2 科研訓練嵌入實驗教學的措施與途徑

2.1 按照科研訓練的要求，優化實驗體系

按照科研訓練的要求，從本科教學計劃入手，改革本科實驗體系，突破實驗課依附理論課分類的方法，將本科實驗課整合成“化學基礎實驗—化學專業基礎實驗—化學專業實驗—化學創新實驗”四大模塊。將以前分開設置的無機、有機、分析、物化及專業化學實驗課從實驗大綱、實驗項目、實驗內容上整合進上述四大模塊，合并其中交叉、重復的內容，并依照實驗課程的難易程度和相關理論課的進度需要進行重新編排，使化學實驗形成一個由四大模塊組成的、循序漸進覆蓋本科四年的體系（圖1）。

2.2 以科研訓練為目標，更新實驗項目

本科化學實驗項目分為三類：驗證性實驗、綜合性設計性實驗、研究性實驗。驗證性實驗是訓練學生掌握基本實驗方法、實驗技能、常規儀器設備操作的實驗；綜合性設計性實驗是訓練學生綜合運用理論知識設計操作實驗；研究性實驗是引導學生自主探索、研究、分析的實驗。現有實驗項目存在的問題：①實驗項目陳舊，多年未更新；②驗證性實驗偏多。因此，以科研訓練為目標，更新實驗項目十分必要。具體措施：調整以上三類實驗項目的比例，使學生從低年級升入高年級，驗證性實驗占比不斷減少，綜合性設計性實驗、研究性實驗占比逐漸增加，其實驗自主權也不斷提高，創新能力和創造思維的鍛煉逐漸加強，科研思維和科研能力穩步提高（圖1）。

圖1 化學實驗教學體系

2.3 從訓練科研思維出發，強化實驗討論

傳統實驗課討論通常是分析實驗誤差，對訓練學生的科研思維、創造能力幫助不大。改進措施：強化實驗討論，布置開放性討論題，讓學生課余時間到實驗室來完成。例如，基礎化學實驗項目“摩爾氣體常量的測定”里排水量氣裝置測定金屬箔片與鹽酸反應生成的氫氣體積，可布置思考討論題：若實驗原料由金屬粉末替代金屬箔片，該排水量氣裝置應進行哪些改進？讓學生思考討論，提出合理方案后，利用課余時間到實驗室開展實驗。

2.4 科研訓練嵌入創新開放實驗

創新開放實驗是讓學生在課余時間自主到開放實驗室從事的研究性實驗，課題可以是學生的興趣、碰到的問題或者頭腦中想法[8]。例如：近年來學生提出校園湖水水質監測、食堂食用油品質分析、火腿腸里亞硝酸鹽測定、茶葉內農藥殘留檢測、實驗室廢液無毒無害化處理等與自己學習生活密切相關的創新開放實驗。這些創新實驗不僅激發學生的學習興趣，而且訓練其科研能力。區別于傳統化學實驗，創新實驗從提出課題、收集資料、配置儀器、設計方案到分析解決實驗問題等步驟都與科研相似，完成后提交研究結題報告。因此，創新開放實驗本身就嵌入了科研訓練。為保證科研訓練的學生受益面，應將創新開放實驗直接納入本科教學計劃。

2.5 科研訓練嵌入第二課堂

第二課堂指除課堂教學外的科技競賽、科技制作、科技發明等具有素質教育內涵的學習實踐活動。科研訓練嵌入第二課堂，可以寓教于樂地提高學生的創新實踐能力，培養學生的科研思維方式。特別是，科技競賽不僅可加深學生理解和運用書本知識，而且在保研、找工作時可獲得相應加分，深受大學生喜愛。因而，大力培育第二課堂，并將科研訓練嵌入第二課堂十分必要。具體措施：用科研方法指導學生參加科技競賽，將科研設計、科研方法貫穿于學生參加科技競賽全過程，既培養學生的創新創造能力，又使學生作品在比賽中更具競爭力。

2.6 科研訓練嵌入畢業論文

本科畢業論文是學生畢業前在教師指導下綜合運用化學原理和方法，通過自己動手實驗研究，發現問題、研究問題、解決問題，并獨立完成的學術性論文。畢業論文階段，學生需自行查閱資料、撰寫文獻綜述、制訂研究方案、進行科學實驗、處理實驗數據、分析并討論實驗結果，得到論文結論[9]。因此，作為綜合性實踐教學環節，本科畢業論文自帶科研訓練屬性，科研訓練也是天然嵌入畢業論文過程中。為了在畢業論文階段更好地對學生進行科研訓練，建立覆蓋畢業論文全過程的“選題檢查→開題檢查→中期檢查→答辯檢查”的質量監測監控體系，強化畢業論文的全過程管理十分有必要。

2.7 改進考核激勵機制

科研訓練嵌入化學實驗教學是一項龐雜的系統工程，需要學生、指導教師、實驗教輔人員的共同參與和配合。對于學生，應進行立項支持；對于指導教師、實驗教輔人員，應進行工作量核算；同時建立良好考核獎勵機制，調動大家的參與積極性。因此，改變注重結果的傳統考核方式，建立以過程考核為基礎的滾動支持模式，充分激發大家參與科研訓練嵌入化學實驗教學的熱情，才能實現學校、教師、學生多方共贏和共同進步。

3 科研訓練嵌入實驗教學的應用與實效

為滿足時代對高素質創新人才的需求，重慶大學化學化工學院以研究型學院建設和一流學科建設為契機，在本科教學計劃中將科研訓練分層次嵌入化學專業四大模塊所有的實驗教學環節，使科研訓練嵌入到本科生四年培養過程中，保證了覆蓋面。目前我院科研訓練受益率實現了在校本科生全覆蓋，科研訓練時間實現了從計劃內學時到計劃外學時的本科四年全覆蓋，科研訓練內容實現了從課堂內到課堂外的全覆蓋[10-11]。

對于學生，科研訓練嵌入實驗教學極大地促進了學生做化學實驗的興趣，充分調動了學生的主觀能動性和參與意識，很好地提高了本科學生的創新能力。畢業后直接工作的學生不僅具有極強的動手能力，而且具有良好的科研思維方式，職業發展前景更廣闊；攻讀研究生的學生在入學后能很快對自己科研課題進行選題、開展、實施，并且表現出良好的分析問題、解決問題的能力。因此，本科生畢業后無論參加工作還是繼續深造，都極具競爭力。

對于教師，將科研訓練嵌入實驗教學，一方面可以在教學過程中及時發現科研存在的問題，并解決問題，實現教學與科研的共同進步；另一方面，教學作為科研成果最快捷、最廣泛的傳播方式，能為科研工作提供更大原動力，帶來更多啟發。此外，教師可以在科研訓練嵌入實驗教學過程中發現、選拔、培養優秀學生作為自己未來的研究生，同時這些學生對導師課題非常熟悉，能較快取得成果，實現師生良好的互動和雙贏。

4 結語

科研訓練嵌入化學實驗教學是一項龐雜的系統工程，需要學校、學院及廣大師生的共同參與和配合。在充分保障人員、資金、場所的前提下，按照科研訓練的要求，優化實驗體系，更新實驗項目，強化實驗討論，將科研訓練分層次嵌入化學專業教學計劃的基礎實驗、專業基礎實驗、專業實驗、創新開放實驗、第二課堂、畢業論文等所有實驗相關教學環節，實現本科四年培養過程的科研訓練全覆蓋，保證知識覆蓋面和學生受益率，使科研訓練嵌入化學實驗教學貫穿于大學教育的全過程，從而培養和提高了學生的創新意識和科學研究能力，助力學校“雙一流”建設。