全方位多層次立體化的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐

黃健涵，陳立妙，曾冬銘，李亞娟，桑商斌，潘春躍，王海燕，唐俊濤，宋相志，王一凡，羅一鳴，劉又年

中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，在專業(yè)人才培養(yǎng)中發(fā)揮著基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性作用[1]。當(dāng)前，新工科和國(guó)家一流本科專業(yè)建設(shè)的大環(huán)境對(duì)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了新要求，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)如何結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，創(chuàng)新教育理念，貫徹“強(qiáng)化基礎(chǔ)、注重綜合、突出創(chuàng)新、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)”的改革方針，構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的線上線下融合、虛實(shí)互補(bǔ)的多元協(xié)同混合式教學(xué)，體現(xiàn)信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，助推應(yīng)用化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的內(nèi)涵式發(fā)展，是新時(shí)代提出的新命題[2,3]。對(duì)標(biāo)新工科和一流本科專業(yè)建設(shè)的要求，中南大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)立足自身定位，在國(guó)家級(jí)工科大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)課教學(xué)基地、國(guó)家級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、國(guó)家級(jí)礦冶工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、國(guó)家級(jí)一流課程等本科教育質(zhì)量工程項(xiàng)目建設(shè)的引領(lǐng)下，秉承“寬口徑、厚基礎(chǔ)、凸特色、重創(chuàng)新”的辦學(xué)方針[4]，堅(jiān)持“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的理念，打破以往的慣性思維，按照目標(biāo)導(dǎo)向的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法等進(jìn)行系統(tǒng)性的教學(xué)改革，建立了全方位多層次立體化的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，大幅度提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，豐富了應(yīng)用化學(xué)專業(yè)建設(shè)內(nèi)涵。

1 創(chuàng)新教育理念，牢固樹立人才培養(yǎng)的中心地位

當(dāng)前，相對(duì)于理論教學(xué)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視程度還有待進(jìn)一步加強(qiáng)，重理論輕實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象仍然存在，實(shí)驗(yàn)課程中學(xué)生“做的不少，會(huì)的不多”現(xiàn)象還比較嚴(yán)重，實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成還不夠理想[1]。為此，我們創(chuàng)新教育理念，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)由理論教學(xué)的“從屬”轉(zhuǎn)變?yōu)槿瞬排囵B(yǎng)的“重要組成部分”，2016年的培養(yǎng)方案將實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)修改到占總學(xué)分的34.3% (總學(xué)分179.5)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)占實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的80.0%，凸顯了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的中心地位。實(shí)驗(yàn)教學(xué)從后臺(tái)走向前臺(tái)，由“從屬”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲗?dǎo)”，成為創(chuàng)新教學(xué)的主體角色，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為培養(yǎng)學(xué)生興趣、心向和情感的良好場(chǎng)所。同時(shí)，以人為本，突出學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，抓好實(shí)驗(yàn)課前預(yù)習(xí)、課中討論、課后總結(jié)報(bào)告的三環(huán)節(jié)。通過(guò)學(xué)生主持課中實(shí)驗(yàn)討論等教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，突出研究與探索，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)技能訓(xùn)練和智能培養(yǎng)同步發(fā)展。嚴(yán)格要求，重視原始實(shí)驗(yàn)記錄，注重科學(xué)精神教育、人文素養(yǎng)教育和終身學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)。另外，充分利用互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的線上線下融合、虛實(shí)互補(bǔ)，促成多元協(xié)同混合式教學(xué)，推動(dòng)信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度融合，構(gòu)建以“思想政治引領(lǐng)、核心價(jià)值塑造和創(chuàng)新能力培養(yǎng)”為主線的以本為本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[4]。

2 構(gòu)建全方位多層次立體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

以專業(yè)特色方向?yàn)閷?dǎo)向，以“基本要求+特色”為出發(fā)點(diǎn)，重組“四層次一體化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，理工結(jié)合，線上線下融合，虛實(shí)互補(bǔ)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)貫穿，構(gòu)建了以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、科學(xué)訓(xùn)練、專題實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為紐帶的全方位多層次立體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，并基于產(chǎn)出導(dǎo)向理念，不斷優(yōu)化，持續(xù)改進(jìn)教學(xué)方式，突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)的重要支撐作用。

2.1 全方位

(1) 以思想政治教育為引領(lǐng)。將思想政治教育貫穿實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過(guò)程，挖掘?qū)嶒?yàn)課程中的思政元素，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的育人功能，將實(shí)驗(yàn)課程與育人有機(jī)結(jié)合，達(dá)到“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的育人效果。例如，在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)安全和環(huán)境保護(hù)；通過(guò)學(xué)習(xí)“三廢”處理，樹立“生態(tài)興則文明興”的理念，了解藍(lán)天白云保衛(wèi)戰(zhàn)等國(guó)家政策，踐行清潔生產(chǎn)、科學(xué)治污和可持續(xù)發(fā)展[5]。在無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)“氯化鈉的提純”“膽礬的精制”等實(shí)驗(yàn)中，培養(yǎng)學(xué)生誠(chéng)信、友善及互助的價(jià)值觀，并讓學(xué)生樹立環(huán)保觀念。在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，所有的分析檢測(cè)都需要進(jìn)行至少三次的平行試驗(yàn)，在數(shù)據(jù)處理中對(duì)數(shù)字的取舍以及運(yùn)算都有嚴(yán)格的要求，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度和嚴(yán)密的邏輯思維[6]。

(2) 以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向。理順實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在夯實(shí)四大基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)，設(shè)置專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)、專業(yè)科學(xué)訓(xùn)練、專業(yè)專題實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)論文環(huán)節(jié)。教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性，教學(xué)方法關(guān)注規(guī)范，注重結(jié)果，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析綜合和判斷創(chuàng)新。注重化學(xué)與化工相結(jié)合，理論與應(yīng)用相結(jié)合，書本與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，研究與創(chuàng)新相結(jié)合，真實(shí)與虛擬相結(jié)合，探究與工藝相結(jié)合。建立制備–分離–成型–應(yīng)用、制備–提純–表征–性能、制備–應(yīng)用–環(huán)保等多工藝路線，將科研的手段、技能和方法融入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，將工藝條件的摸索融入實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，助推“科研成果進(jìn)實(shí)驗(yàn)課堂、科研進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、科研進(jìn)實(shí)驗(yàn)教材”，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自我發(fā)展。

(3) 以綜合素質(zhì)培養(yǎng)為目標(biāo)。① 依托國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、礦冶工程化學(xué)國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心等平臺(tái)，通過(guò)開設(shè)名師論壇、企業(yè)交流、校友講座等方式，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立人格、思辨精神、專業(yè)視野、職業(yè)規(guī)范等綜合素質(zhì)。② 利用國(guó)家工科基礎(chǔ)課程化學(xué)教學(xué)基地等平臺(tái)，以教師的科研項(xiàng)目和大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目為依托，科教融合，協(xié)同育人，科學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)生的科學(xué)研究途徑，由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由合作到獨(dú)立，一步一步地完成科學(xué)研究過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新意識(shí)，實(shí)現(xiàn)科研素養(yǎng)、能力和綜合素質(zhì)的飛躍。③ 利用“校–院–企”的相互協(xié)作，聯(lián)合建立學(xué)生校外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育基地和實(shí)踐基地，為學(xué)生的工程訓(xùn)練、專業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文等提供堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)，專業(yè)聘請(qǐng)了30余位企業(yè)專家擔(dān)任兼職教師，參與專業(yè)選修課、科學(xué)訓(xùn)練、專題實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)及畢業(yè)論文的教學(xué)，豐富了專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，著力培養(yǎng)學(xué)生的工程能力與創(chuàng)業(yè)意識(shí)。

2.2 多層次

(1) 重組基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，夯實(shí)基礎(chǔ)。以優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)為先導(dǎo)，將四門專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的有關(guān)原理和方法整合，形成以物質(zhì)制備為主線，基本操作、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法和現(xiàn)代儀器分析手段為基本內(nèi)容的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系。以方法論和學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)的綜合運(yùn)用為原則，重組實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能。如無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中將化學(xué)基本操作、實(shí)驗(yàn)研究方法和現(xiàn)代分析手段等有機(jī)融合，主要涉及基本操作實(shí)驗(yàn)，包括化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)、無(wú)機(jī)物分離和純化方法、基本理化數(shù)據(jù)測(cè)定方法、常規(guī)無(wú)機(jī)物制備原理和方法、常見定量分析方法以及與元素化學(xué)原理相關(guān)的沉淀反應(yīng)、顏色反應(yīng)等定性分析方法，給學(xué)生呈現(xiàn)一個(gè)比較完整的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)體系。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，強(qiáng)化蒸餾、重結(jié)晶、萃取與分液、薄板層析、柱層析、干燥、測(cè)折射率、測(cè)熔點(diǎn)、分餾、水蒸氣蒸餾、分水器的使用、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的使用、無(wú)水無(wú)氧技術(shù)等常規(guī)操作，熟悉基本的有機(jī)化合物如：乙酰苯胺、乙酰水楊酸、安息香、苯甲醇和苯甲酸、乙酰二茂鐵、對(duì)氨基苯甲酸以及對(duì)氨基苯甲酸乙酯的制備方法。通過(guò)訓(xùn)練學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、分析問題和解決問題的能力，同時(shí)加深學(xué)生對(duì)基本化學(xué)原理的理解，為今后進(jìn)一步深造和開展實(shí)際工作或進(jìn)行化學(xué)相關(guān)科學(xué)研究奠定良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

(2) 整合綜合實(shí)驗(yàn)，打通科研生產(chǎn)全流程。我們優(yōu)化了專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)體系，編寫了一本全新的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教材《化學(xué)化工綜合實(shí)驗(yàn)》，在第六學(xué)期開設(shè)64學(xué)時(shí)的應(yīng)用化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)及無(wú)機(jī)合成、有機(jī)合成、生物化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、精細(xì)化學(xué)品化學(xué)、電化學(xué)、材料化學(xué)、分離工程與技術(shù)等多門專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)有機(jī)結(jié)合，并結(jié)合我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)在有色金屬資源化學(xué)方面的特色與優(yōu)勢(shì)，精心挑選了“BiOX (X =ClBrI)的制備表征及其光催化性能研究”“二氫吡啶類心血管藥物硝苯地平的合成與結(jié)構(gòu)表征”“超級(jí)電容器用導(dǎo)電聚合物的電化學(xué)合成及性能測(cè)試”“水系鋅離子扣式電池組裝及電化學(xué)性能測(cè)試”“GC-MS和LC-MS聯(lián)合表征血漿中小分子化合物”“食品危害因子的拉曼快速檢測(cè)及基底材料的制備”“聚磷酸銨的制備及阻燃性能測(cè)試”“電解法印染廢水脫色及COD的測(cè)定”“用液膜分離法處理含銅溶液”“氯化氫催化氧化及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”和“高硫高砷金精礦的氧化焙燒–氰化浸出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”等11個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供學(xué)生選擇。新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：① 緊扣當(dāng)今現(xiàn)實(shí)以及企業(yè)的技術(shù)難題，注重理論、實(shí)驗(yàn)與社會(huì)需求之間的銜接，使學(xué)生真正體會(huì)到化學(xué)創(chuàng)造世界，激勵(lì)學(xué)生從事化學(xué)的熱情，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。② 強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目的綜合性，做到合成–表征–應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，克服“照方抓藥”的弊端以及傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中方法與技能互不相干的脫節(jié)現(xiàn)象。③ 體現(xiàn)項(xiàng)目的研究性，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及材料的配比、結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)效關(guān)系，同時(shí)引入新的檢測(cè)手段及儀器設(shè)備，對(duì)大型儀器的使用進(jìn)行培訓(xùn)。④ 拓展項(xiàng)目的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)由基礎(chǔ)向應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，涉及材料的應(yīng)用性能，如催化、發(fā)光、電化學(xué)、阻燃等特性。⑤ 體現(xiàn)項(xiàng)目的工程放大，提供離子交換、膜分離和超臨界萃取技術(shù)，引入成型中的噴霧干燥、反應(yīng)中的固定床催化等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的小試與工業(yè)生產(chǎn)的銜接，對(duì)工藝的設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)試，獲取工藝數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步工藝設(shè)計(jì)提供基本參數(shù)。⑥ 踐行綠色化學(xué)理念。通過(guò)開展微量實(shí)驗(yàn)、妥善處理實(shí)驗(yàn)室“三廢”、采用仿真技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)等手段，降低教育成本、減輕環(huán)境污染，提高學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。例如，基于當(dāng)前印染廢水的治理難題，引入了“電解法印染廢水脫色及COD的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握粒子群電極電解法脫色法過(guò)程中活性炭的吸附富集、電解作用，催化分解作用等作用的協(xié)同，進(jìn)一步組裝脫色反應(yīng)器，對(duì)人造的亞甲基藍(lán)溶液通電條件下脫色，測(cè)定實(shí)驗(yàn)前后亞甲基藍(lán)的COD值，掌握電解法印染廢水脫色技術(shù)和COD測(cè)定技術(shù)。

(3) 導(dǎo)入科學(xué)訓(xùn)練，培養(yǎng)科學(xué)研究方法。依托本專業(yè)的有色金屬材料科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)電源湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、微納材料界面科學(xué)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和共建的有稀有金屬分離與綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、先進(jìn)儲(chǔ)能材料國(guó)家工程研究中心、國(guó)家貴金屬材料工程技術(shù)研究中心和湖南華菱線纜股份有限公司國(guó)家技術(shù)中心等七大科研平臺(tái)，為學(xué)生在第七學(xué)期開設(shè)32學(xué)時(shí)的科學(xué)訓(xùn)練課程。一方面，我們將教師的科研項(xiàng)目、科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，如“聚合硫酸鐵的制備及廢水的處理”是曾冬銘教授的科研成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，“ZnO粉體及熒光、壓敏、氣敏性能的測(cè)定”是陳立妙教授的科研項(xiàng)目；另一方面進(jìn)行開放式教學(xué)，開發(fā)了“聚乙烯醇縮甲醛膠的制備、游離甲醛的消除與測(cè)定”“硬脂酸鋅、鋇、鎘PVC熱穩(wěn)定劑的制備及性能”“聚醋酸乙烯酯的制備及粘結(jié)性能測(cè)試”和“洗滌劑、雪花膏的研制及性能”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練。這些科學(xué)訓(xùn)練在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生自主完成。① 學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提出問題，搜集資料，探究解決的途徑。② 歸納研究方案，提出假設(shè)，進(jìn)行可行性論證。③ 制定研究方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，按計(jì)劃進(jìn)行科學(xué)探究。④ 規(guī)范操作，收集數(shù)據(jù)。⑤ 數(shù)據(jù)處理，推理論證，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論，驗(yàn)證猜想與假設(shè)。在科學(xué)訓(xùn)練完成后，還要求學(xué)生就自己的科學(xué)訓(xùn)練內(nèi)容參照《化學(xué)學(xué)報(bào)》雜志的格式撰寫一篇科學(xué)小論文，讓學(xué)生熟悉科研論文的一般書寫格式和要求。

(4) 切入專題實(shí)驗(yàn)，理順科學(xué)研究思路。我們?cè)诘谄邔W(xué)期的最后三周集中切入專題實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生進(jìn)入科研團(tuán)隊(duì)教師的實(shí)驗(yàn)室選題，結(jié)合所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)知識(shí)和“文獻(xiàn)檢索”“專業(yè)英語(yǔ)”等專業(yè)課程，就某一個(gè)專題進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，查閱相關(guān)研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展，寫出文獻(xiàn)綜述報(bào)告。然后在教師指導(dǎo)下，制訂實(shí)驗(yàn)方案，自行進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的組織，包括化學(xué)藥品的準(zhǔn)備、儀器的組裝、實(shí)驗(yàn)的操作、數(shù)據(jù)處理、小論文的寫作等。通過(guò)專題實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的查閱文獻(xiàn)能力、文獻(xiàn)綜述能力、實(shí)驗(yàn)的組織與操作能力以及分析問題和解決問題的能力都得到了有效訓(xùn)練，為第八學(xué)期畢業(yè)論文工作的順利開展打下了良好基礎(chǔ)。在此過(guò)程中，① 專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、科研實(shí)驗(yàn)室和科研平臺(tái)向?qū)W生“三開放”(時(shí)間、空間和內(nèi)容上開放)，鼓勵(lì)學(xué)生早期參與導(dǎo)師課題，通過(guò)研討式與探究式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)作風(fēng)和習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的原始創(chuàng)新能力；② 鼓勵(lì)學(xué)生參加高水平國(guó)內(nèi)外學(xué)科競(jìng)賽，如中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽等；③ 鼓勵(lì)學(xué)生申請(qǐng)各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，尋找自己的興趣點(diǎn)與關(guān)注的研究熱點(diǎn)；④ 鼓勵(lì)學(xué)生參加開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，利用學(xué)校和學(xué)院的公共平臺(tái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；⑤ 鼓勵(lì)學(xué)生參與學(xué)院與比亞迪、格林美、鵬輝、長(zhǎng)遠(yuǎn)鋰科等20余家上市企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)創(chuàng)新人才所提出的創(chuàng)新項(xiàng)目，促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研的發(fā)展。

2.3 立體化

(1) 理工結(jié)合。中南大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)是介于化學(xué)和化工之間的應(yīng)用理科專業(yè)。以新工科建設(shè)為契機(jī)，主動(dòng)適應(yīng)新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，強(qiáng)化理科基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)理科向工科的延伸，瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、創(chuàng)新能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才。因此，在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中注重：① 既要完成一般的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，也要完成“化工原理實(shí)驗(yàn)”，突出工程實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)工程觀念的培養(yǎng)，注重化工實(shí)驗(yàn)的共性問題；② 既有專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)，又有工藝實(shí)驗(yàn)；③ 既要進(jìn)行化學(xué)理論、結(jié)構(gòu)與性能方面的探討，又要進(jìn)行化工計(jì)算與設(shè)計(jì)；④ 實(shí)驗(yàn)完成后既要寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、科學(xué)論文，又要做工藝設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)。強(qiáng)化化工應(yīng)用意識(shí)，加強(qiáng)向工科的滲透，實(shí)現(xiàn)理工結(jié)合。

(2) 虛實(shí)互補(bǔ)。將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與微課、慕課、虛擬仿真等信息技術(shù)深度融合，通過(guò)線上線下融合、虛實(shí)互補(bǔ)的協(xié)同混合式教學(xué)。利用國(guó)家級(jí)礦冶工程化學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心平臺(tái)，開發(fā)了“氯化氫催化氧化及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“鋰硫電池材料制備、軟包電池制作與性能測(cè)試”“高硫高砷金精礦的氧化焙燒-氰化浸出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“火法煉銅虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”等28個(gè)虛擬仿真項(xiàng)目供學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)。自2016年以來(lái)，在線實(shí)驗(yàn)達(dá)10300余人次。

(3) 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)貫穿。中南大學(xué)在全國(guó)高校中首次提出“建設(shè)創(chuàng)新型大學(xué)”的理念，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育落實(shí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過(guò)程，要求學(xué)生參加課外活動(dòng)、科研實(shí)踐和社會(huì)實(shí)踐，必須取得至少6學(xué)分。① 激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。瞄準(zhǔn)科學(xué)前沿，通過(guò)精選實(shí)驗(yàn)教材和新編特色實(shí)驗(yàn)教材，將學(xué)科前沿知識(shí)和最新科研成果融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。例如，劉洪濤教授主講“應(yīng)用化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”，結(jié)合中南大學(xué)在新能源材料領(lǐng)域的特色與優(yōu)勢(shì)，將最新電極制備與性能評(píng)價(jià)方法的成果作為案例，融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。鐘宏教授主講“化工計(jì)算與設(shè)計(jì)”，引入團(tuán)隊(duì)的國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)項(xiàng)目“硫化礦新型高效捕收劑的合成技術(shù)與浮選應(yīng)用”，把教學(xué)內(nèi)容推向?qū)W科前沿。建立學(xué)生設(shè)定課題、查閱資料、設(shè)定方案、解決問題的教學(xué)方法和組織形式，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新思維，科學(xué)研究反哺實(shí)驗(yàn)教學(xué)。② 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn)，熟悉科學(xué)研究的方法和過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生盡早從事科研活動(dòng)，加入導(dǎo)師科研團(tuán)隊(duì)，參與導(dǎo)師科研項(xiàng)目[7]。例如，王平山教授是中組部國(guó)家級(jí)人才，主講“應(yīng)用化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)”，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，把自己的豐富科研經(jīng)驗(yàn)結(jié)合專業(yè)知識(shí)傳授給學(xué)生，讓學(xué)生自然而然明白了一流的科研應(yīng)該怎樣做。③ 鼓勵(lì)學(xué)生積極申報(bào)學(xué)校創(chuàng)新研究項(xiàng)目，以課題研究為載體，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力。④ 以賽促學(xué)，以學(xué)帶賽，賽學(xué)結(jié)合，提升學(xué)生實(shí)踐能力。每年4月，學(xué)院開設(shè)專題講座和技術(shù)培訓(xùn)，指導(dǎo)學(xué)生參加各類實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練和競(jìng)賽活動(dòng)，鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)以及安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等知識(shí)的綜合能力。學(xué)生自行組建團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，參加國(guó)內(nèi)外學(xué)科競(jìng)賽。通過(guò)學(xué)科競(jìng)賽提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)“教學(xué)改革–學(xué)科競(jìng)賽–科技創(chuàng)新”的互促。

3 取得的主要成果

構(gòu)建的全方位多層次立體化的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式助推了中南大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的內(nèi)涵式發(fā)展，近3年來(lái)獲“國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃‘1311’體系創(chuàng)新及十年實(shí)踐”“‘四三式’創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)模式的研究與實(shí)踐”等國(guó)家教學(xué)成果獎(jiǎng)2項(xiàng)，“近化學(xué)類專業(yè)化學(xué)化工課程信息化混合式教學(xué)的研究與實(shí)踐”等省級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)多項(xiàng)；建立2個(gè)智慧教室；獲“氯化氫催化氧化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”“高硫高砷金精礦的氧化焙燒——氰化浸出虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”等國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2項(xiàng)，“火法煉銅虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”等湖南省虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3項(xiàng)；建設(shè)基礎(chǔ)化學(xué)、大學(xué)化學(xué)等國(guó)家級(jí)“金課”2門；獲工科大學(xué)化學(xué)、工科大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)等國(guó)家精品資源共享課4門，“有機(jī)化學(xué)-結(jié)構(gòu)、反應(yīng)、機(jī)理、合成”等湖南省一流課程3門；出版《化學(xué)化工綜合實(shí)驗(yàn)》《無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》《現(xiàn)代分析化學(xué)試驗(yàn)》(第2版)等實(shí)驗(yàn)教材6部。教師教學(xué)能力不斷提升，獲第一屆全國(guó)高等學(xué)校物理化學(xué)(含實(shí)驗(yàn))教學(xué)微課大賽、湖南省首屆微課大賽等教學(xué)獎(jiǎng)勵(lì)15項(xiàng)。學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量明顯提高，近5年學(xué)科競(jìng)賽參與率50%以上，獲中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽、全國(guó)大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽等國(guó)家級(jí)競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)58項(xiàng)，其中國(guó)家A類競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)30余項(xiàng)。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目參與率60%以上，承擔(dān)國(guó)家級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目70余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇；每年15%左右的學(xué)生畢業(yè)論文獲校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文；畢業(yè)生升學(xué)深造率年均43.0%。畢業(yè)生適應(yīng)社會(huì)需求，學(xué)生就業(yè)率年均98.0%。近5年調(diào)查結(jié)果顯示，畢業(yè)生對(duì)本專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量評(píng)價(jià)高(94.4%)，用人單位對(duì)畢業(yè)生滿意。專業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，先后獲得了國(guó)家特色專業(yè)(2009)、國(guó)家綜合改革試點(diǎn)專業(yè)(2015)和國(guó)家一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)(2020)，專業(yè)排名穩(wěn)居全國(guó)同類專業(yè)前3%。

4 結(jié)語(yǔ)

在新工科和國(guó)家一流本科專業(yè)建設(shè)大背景下，針對(duì)當(dāng)前應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)內(nèi)涵不夠、重理論輕實(shí)驗(yàn)、學(xué)生技能訓(xùn)練與綜合素質(zhì)培養(yǎng)不協(xié)調(diào)等問題，創(chuàng)新教育理念，將思想政治教育貫穿實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過(guò)程，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過(guò)程，突出實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的主導(dǎo)作用，推進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)科學(xué)化、教學(xué)內(nèi)容精細(xì)化、教學(xué)手段靈活化、教學(xué)方法多樣化，構(gòu)建了全方位多層次立體化的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，將訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能、訓(xùn)練知識(shí)轉(zhuǎn)移能力、訓(xùn)練創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)等環(huán)節(jié)相互融合，從課內(nèi)延伸到課外，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)，提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究問題和解決問題的能力，助推應(yīng)用化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)的內(nèi)涵式發(fā)展。