化學類專業科研反哺教學路徑初探

李永強，張艷波

（武漢紡織大學化學與化工學院，湖北 武漢 430200）

人才培養和科學研究之間的關系，一直是學術界和公眾熱與討論的話題。目前，對于高校教師而言，人才培養是基礎，科學研究是保障的觀點得到了廣泛的認可。教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見中更是明確指出：要通過強化科研育人功能促進嚴格教育教學管理。在此背景下，教育界對科研反哺教學進行了積極的探索，形成了不少的理論與實踐成果。王芳等以“環境土壤學”課程建設為例，闡述了將科學精神、科研方法、科研成果轉化為教學內容的實現路徑。秦改曉等探索了科研與水產人才培養模式、課程建設、技能競賽和教學改革的全面融合方式[1]。孟醒探索了“民事訴訟法”課程建設中融入科研思維的重要性[2]。劉勤明等以地方院校工業工程與物流管理類專業為例，探索了在教學學術視角下的科研與教學的全面融合路徑[3]。李俊杰以地方高校高水平學科平臺的建設為基礎，從教學內容和教學方法的角度總結了科研反哺教學的經驗[4]。本文結合化學領域研究前沿熱度較高的特點，對科研反哺教學的意義和根本目標進行簡要理論分析，并以化學類專業人才培養為例，初步探討了將科研思維、科研成果、科研平臺和科研項目全方位多層次的融入教學的現實路徑，以期能為化學類專業科研反哺教學工作提供參考。

1 科研反哺教學的意義和根本目標

科教融合，協同育人是近年來高校人才培養模式改革的重要理念。該理念是以人才培養為中心，強調科研與教學兩者之間的雙向影響。在人才培養的過程中，科研與教學兩者相互協調，相互融合，才能使學生獲得高層次的思維訓練和境界熏陶。因此，從一定意義上講，科教融合已經成了現代高水平大學的標志之一[5]。然而，當前對高校的評價指標與國際接軌后，研究型大學已成為很多高校的建設目標，客觀上形成了重科研、輕教學的現狀。為了改變這一現象，很多高校在強化教學的探索過程中往往傾向于將科研與教學強行組合，硬性拼接。尤其是對于理工類學科，科教融合大多僅僅只是統計在教學中的引入的大型儀器設備數量，學生參與科研項目的比例和學生發表學術論文的數量等。類似的改革與實踐更多是停留在科研結合教學的層面，受到了不少的批判。科研反哺教學并不僅僅是改變教學與科研硬性拼接的現象，重點強調的是要在科研與教學高度融合的基礎上，科研對教學的反哺作用。教學是人才培養的基本形式，而教學的內容離不開科學研究。只有在科研與教學相互融合，形成良性互動機制的基礎上，將科研思維融入教學理念，將科研成果引入教學內容，才可能實現科研對教學的反哺作用。在反哺的過程中，學生除了學習專業基本知識外，才可能受到嚴謹求實的治學態度、縝密的科研思維、銳意進取的科研精神等的熏陶，高質量人才培養才有望真正實現。因此，科研反哺教學從這個角度來說是現階段高質量人才培養的重要保障。其根本目標是將嚴謹的科研態度，縝密的科研思維，進取的科研精神通過課堂理論教學與實踐教學展現給學生，讓學生在此影響下獲得更大的進步，達成反哺的效果。

2 化學類專業科研反哺教學實現路徑

由于化學領域前沿研究較為活躍，在追求研究型大學建設的大背景下，大部分高校化學專業的科研設備往往較為齊全，化學專業的教師在高校中的整體科研產出也往往高于其他學科[6]。高的科研產出客觀上導致了化學專業的教師將更多的時間投入到科學研究中。此外，科研成果容易量化和計算，教學質量的評價標準往往比較軟性，不容易掌握。在科研方面投入更符合現行的教師評價體系。這進一步的加重了化學類專業教師在科研方面的投入，極大的壓縮了對教學研究的時間和精力。因此，在化學專業人才培養過程中，探索實現教學與科研的融合，發揮科研對教學的反哺作用的實現路徑有著重要的現實意義。本文通過近幾年化學類專業本科生與研究生人才培養的實踐，對化學類專業科研反哺教學從以下幾方面進行初步探索。

2.1 科研思維融入教學

科研思維主要包括提出科學問題、設計實驗、實施實驗、分析結果和構建假說等環節，其核心在于對未知事物的主動探索。而主動學習新知識的能力恰恰是教學的核心目標之一，兩者有相通之處。因而可以運用科研思維的方法，創新教學模式，提升學生學習的主動性。比如在教學中結合國家新能源戰略，分成若干小組調查儲能材料。學生自主查閱文獻，以團隊形式匯報交流。學生在了解化學前沿的過程中，鍛煉了文獻查閱能力和團隊合作能力，對所學知識的應用前景也有了初步的認識。此外，也可以根據自身研究項目開設開放性興趣實驗。以分析化學配位滴定法為例，設計礦石中金屬離子含量的測定實驗，學生根據配位滴定原理自主設計實驗方案，自由組隊開展實驗，通過實驗操作學習直接滴定法、間接滴定法、返滴定和置換滴定的適用條件，學習各種金屬離子指示劑的顯色原理，明白不同掩蔽劑的應用條件等專業知識。開放性實驗與課堂理論教學相互印證，調動學生學習專業知識的同時，也可以提升學生的科研思維能力。

2.2 科研成果融入教學

化學是一門充滿活力的學科，學科前沿日新月異，理論與技術的發展異常迅速，這些進展為化學專業的基礎知識改革提供了豐富素材。專業教師可結合自身研究領域，將近年來本領域中的重大科學進展引進教學內容，將略顯枯燥的化學專業基礎知識與近年化學領域的科研熱點和應用前景有機結合，在了解專業前沿的同時，激發學生對專業知識的學習興趣。比如在講解有機化學反應類型時，向學生介紹由有機小分子制備的共價有機框架材料的發現、發展和現狀。介紹通過不同的反應類型制備的共價有機框架材料具備的不同性能和應用前景。學生在了解學科前沿的同時，也會加深對所學知識的理解。此外，化學之所以是實驗的科學，是因為所有的化學理論都是經過巧妙的構思，反復的實踐和驗證才得以確立。在講解經典理論的過程中，介紹當年科學家不斷摸索的過程，講述相關理論提出背后的故事，能大大提高學生對專業知識的認識深度。比如在有機化學手性化合物的教學中，介紹手性化合物在藥物合成領域的廣泛存在和過去人們想生成確定手性結構化合物面臨的難題，以及科學家如何使用不對稱有機小分子作為替代傳統的金屬離子和酶作為催化劑的探索過程。化學工作者由最初的脯氨酸對羥醛反應高效的催化作用的小發現，逐漸探索出不對稱有機小分子可以作為第三種催化劑，改變了藥物合成的現狀，開辟了藥物化學合成的綠色發展的方向。總之，引入最新科研成果，優化課程內容，是強化化學專業教學效果，激發學生學習興趣較好的模式，也是培養具備創新能力和科研思維的化學專業人才的有效途徑。

2.3 科研儀器和開放軟件融入教學

大型科研儀器設備是高校科研實力的重要體現。隨著研究型大學的發展，高校在科研儀器設備上的投入日益增加，尤其是在化學類學科。將大型儀器設備融入教學，不僅可以有效提升學生的創新意識，也符合國家創新型人才培養的戰略。然而，目前高校科研設備資金來源主要依靠研究經費和學校提供的配套經費，購置的大型儀器設備主要用于科學研究和研究生培養，用于本科生人才培養的資源明顯不足。為此，應采取措施對現有的儀器設備管理制度進行改革，加大對教學使用的傾斜。在化學基礎知識的教學中增加化學類常用儀器的相關內容，設立大型儀器實踐教學課程，讓學生對儀器設備的構成、測試原理和基本操作等方面有初步的了解，促進學生科研能力的提升。還可以結合化學學科的特點，將開放的化學專業軟件融入教學。如在無機化學和結構化學的教學中，引入 Gauss View軟件可以使學生能直觀的觀察分子的立體結構，幫助學生理解分子軌道的分布。利用Diamond軟件可以使學生直觀的觀察各類晶體的圍觀結構，為量子力學的應用和量子化學的計算提供生動形象的素材。總之，大型科研儀器和專業軟件融入教學，在提升化學基礎知識理論教學的趣味性的同時，也能有效的提升學生的科學素養。

2.4 科研項目融入教學

針對化學類專業實踐性和應用性較強的特點，將科研項目融入教學是對目前教學改革倡導的項目化教學的一種嘗試，旨在提升學生的工程能力和應用能力。要將科研項目與教學融合，專業教師要從根本上理解科研對教學的反哺作用，在教學活動中不斷實踐、探索。科研項目與教學的融合目前主要體現在學生畢業設計階段，然而在這個階段由于升學或工作的影響往往取得不了預期的效果。將科研項目與教學的融合前移至低年級階段，可以讓專業課程實驗不再是照方抓藥的經典實驗和驗證性實驗的教學模式，而是富有探索趣味的創新體驗。這一方面比較成熟的探索是實施導師制，組織學生以小組的形式參與專業教師的科研項目。科研項目可以進行適當拆分，制定學生力所能及的科研目標，對象學生開展有針對性的指導和培養。同時，有明確的科研目標，也避免了學生漫無目標式的盲目探索，在保證科研項目順利實施的前提下，讓學生了解科研的基本流程，培養學生理論聯系實際、分析問題和解決問題的能力[7]。同時，學生參與科研的過程中取得的階段性成果可以參加各類學科競賽和創新創業項目，真正做到將科研項目滲透到學生培養的各個環節，在增強專業課程教學質量的同時，激發、培養和訓練學生的科研思維和科研能力，進而全方位提升專業素質。