大型儀器設備融入化學實驗教學的探索與實踐

[關鍵詞]化學實驗教學；改革創新；大型儀器設備；共享平臺；融合［基金項目]2022年度西北工業大學教育教學改革研究項目“大型儀器設備共享平臺融入本科化學實驗教學的探索與實踐”(2022JGY28);2023年度西北工業大學研究生培養質量提升工程項目“化學分析測試儀器實用操作技術”(23KC0108)[作者簡介」(1982—），男，江蘇徐州人，博士，副研究員，主要從事環境化學研究。

[中圖分類號]G642.0 [文獻標識碼］A [文章編號]1674-9324(2025)31-0117-04 [收稿日期］2023-11-04

高校作為人才和創新的聚集地，在我國進入新發展階段、世界正處于百年未有之大變局的背景下，核心科技競爭日趨激烈。這迫使我們必須堅持科技自立自強，對我國高等教育質量提升提出了新要求，也給高校創新型人才培養提出了新任務。眾所周知，基礎學科是自然科學發展和重大技術創新的基礎，科技創新必須重視基礎學科。化學作為一門應用性很強的基礎學科，實驗是化學最典型的特征。實驗教學在傳授化學實驗基礎知識和基本原理、訓練基本技能的同時，還可以培養學生分析和解決問題的思路與方法，幫助學生養成規范嚴謹的實驗習慣和實事求是的科學態度，鍛煉學生分工協作的團隊精神，培養學生堅韌的意志品質以及勇于探索的創新意識。實驗教學在本科化學類專業人才培養中發揮著基礎性、關鍵性作用。

大型儀器設備通常是指價值10萬元以上的儀器設備，其擁有數量往往是衡量一所高校教學科研水平的重要指標[]。大型儀器設備在社會生產、技術和經濟發展過程中發揮著重要的支撐作用，是高校“雙一流”建設的重要保障，也是高校重要的資源財富，是培養創新型人才的重要物質基礎。然而，受重科研、輕教學慣性思維的影響，大家認為大型精密儀器設備價值高，怕損壞，對本科生的開放率不高，特別是在本科化學實驗課教學中的應用較少。大部分高校本科化學實驗教學往往還只限于大綱范圍內的傳統儀器設備，鮮有大型精密儀器設備支撐的化學實驗內容。因此，在大型儀器設備滿足科學研究需要的同時，如何充分發揮它們在化學實驗教學中的使用效益，使其融人本科化學實驗教學，不斷提升本科生的創新能力，已成為國家、地方以及高校自身關注的熱點問題之一。

一、大型儀器設備融入化學實驗教學的有效路徑

大型儀器設備是高校人才培養和學科發展的重要支撐，高校基于其自身特點，將其融人本科人才培養，涉及多個方面。特別是化學學科，高校需要從儀器設備、師資人員配置、體制機制等多個方面協同配合，形成系統、有機的整體，發揮協同作用，才能達到預期效果，實現化學高素質人才培養的目標。

(一)儀器設備資源整合

眾所周知，支撐化學教學、科研以及學科發展的硬件設施是儀器設備，高校通常擁有許多大型精密儀器設備。這些儀器設備不僅種類多樣，而且原理和使用方法各異，如色譜類、光譜類、質譜類、波譜類等等。為方便大型儀器設備的管理和運行，提高儀器設備的使用效率，在國家政策的推動與支持下，許多高校都成立了大型儀器設備共享平臺(中心)。的化學結構與材料性能分析測試共享平臺建于2011年，經過十多年的發展，其已經具備較為完善的化學結構與高分子材料性能分析、表征、測試儀器，包括掃描電子顯微鏡(SEM、X射線光電子能譜儀(XPS)、X射線衍射儀(XRD)核磁共振波譜儀(NMR）差示掃描量熱儀(DSC）圓二色光譜儀(CD）紅外光譜儀(FTIR）高效液相色譜儀(HPLC)凝膠色譜儀(GPC）氣相色譜質譜聯用儀(GC-MS)、原子吸收光譜儀(AAS)等。

鑒于本科生的知識面和接受能力，本科化學實驗通常有多個層次，如驗證型、綜合型、提高型、創新型等，具有類型多、涉及原理復雜多樣的特點。因此，高校需要結合本科化學實驗的特征，整合儀器設備資源，梳理適于本科化學實驗教學的大型儀器設備。

(二)教師資源優化配置

大型儀器設備具有精密度高、結構復雜和操作技能性強等特點，通常需要專人負責管理、運行與操作。基于這些特點，許多高校的大型儀器設備都依托共享平臺來運行與管理，形成了專門的教師管理隊伍，這些教師在大型儀器設備的分析測試、新功能開發、儀器設備優化與維護、日常培訓等方面積累了豐富的經驗。因此，高校吸納在共享平臺工作的教師依托大型儀器設備開展化學實驗教學，將共享平臺人員轉變為化學實驗教學工作者，可以充分發揮這些教師的實踐經驗，有助于提高學生的實際動手能力，培養他們的實踐操作技能，從而大大提高本科化學實驗教學質量，達到培養學生實踐創新能力的實驗教學目標。

(三)科研成果凝練

錢偉長院士曾說：“大學必須拆除教學與科研之間的高墻，教學沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教育，沒有靈魂的教育。”[2]事實上，許多科研成果的獲得都離不開大型儀器設備的支撐。在充分分析本科化學實驗教學特點的基礎上，將依托共享平臺大型儀器設備開展的科學研究項目和成果進行凝練轉化，形成適于本科化學實驗教學的項目，這是大型儀器設備融入本科化學實驗教學的有效抓手。

同時，教師將平時管理、運行和操作大型儀器設備所取得的經驗、體會以及在科學研究中錘煉的思維與方法，融人課堂實驗教學中，不僅有助于鍛煉學生的動手能力，還能訓練學生的科學研究思維，為學生未來進一步發展奠定堅實的實踐基礎。整體上，高校要充分發揮大型儀器設備、科研成果、化學實驗與參與教師之間的協同作用，提高協同育人成效。

(四)管理與評價機制優化

高校的管理與評價機制是教育教學發展的指揮棒，是將各種成果轉化為教學改革和人才培養資源的重要保障，也是促進教師職業發展的關鍵。好的管理與評價機制能夠調動教師教學、科研的積極性與主動性，發揮人、財、物的協作效用。因此，高校需要從人才培養的落腳點出發，理順參與化學實驗教學的教師、儀器設備運行管理和維護的投入以及學院與學校之間的協作關系，明確管理職責，優化實驗教學評價制度與管理方式，調整內外部資源配置方式，使人盡其才、物盡其用。高校應讓參與化學實驗教學的教師能夠充分發揮主觀能動性，實現個性化發展，錘煉一支具有豐富實踐教學經驗的指導教師隊伍，從而為培養高素質、創新型化學人才奠定基礎。

二、基于大型儀器設備共享平臺的化學實驗教學新模式構建

（一）融合大型儀器設備的多層次創新型化學實驗教學

化學實驗教學是培養學生實踐能力、實現實踐育人功能的重要環節[3]。目前，本科化學實驗大多還是傳統的實驗模式。從實驗模式上來說，教師設計好實驗內容，制定出詳細的實驗步驟，并且配制好化學試劑，調節好實驗儀器，學生按照實驗步驟完成實驗。從實驗內容上來說，實驗多是驗證型的，綜合型、創新型實驗較少，尤其缺乏設計型和自主型實驗，以至于學生對化學試劑配制，儀器設備調試、校準等實際應用中的關鍵步驟缺乏相應了解，嚴重制約著其創新實踐能力的培養。

多層次的實驗課程教學必須有相適應的實驗條件作為支撐，尤其是涉及儀器設備多、原理復雜多樣的化學實驗教學。國內高校購置的大型科學儀器設備數量不斷增加、品質不斷提高、種類不斷豐富。為更好地發揮大型儀器設備的功效，高校基本建立起了儀器設備共享平臺(中心)，并配備了專門的師資管理隊伍。因此，高校依托大型儀器設備共享平臺上的這些不同層次和類型的儀器設備，結合平臺靈活的管理機制，構建類型豐富、層次多樣的化學實驗教學項目，優化儀器設備使用，發揮其對實驗教學的支撐作用，提升設計型、綜合型、自主型實驗的比例，并將其與大學生創新創業訓練課題以及化學實驗技能競賽等有機結合。高校應綜合運用大型儀器設備共享平臺的儀器設備優勢、管理優勢和教師資源優勢，找到與本科化學實驗教學的契合點，讓高、精、尖的大型儀器設備有機地融人本科化學實驗教學，使其成為化學創新型人才培養的重要基礎平臺，從而構建融合大型儀器設備的多層次創新型化學實驗教學新體系，為大型精密儀器設備向本科生開放尋找突破口，從而提高創新人才培養質量。

(二)融合現代信息技術的多元化開放型化學實驗教學

隨著現代科技的飛速發展，網絡與通信技術、顯示與控制技術、人工智能與多媒體等新一代信息技術不斷涌現。這些新技術、新業態的快速發展為教育教學的信息化、多元化改革帶來巨大潛力。而且，與以前的學生相比，新時代的學生在見識、閱歷和知識結構等方面都有了長足的進步，學生對個性化、多元化發展的需求增強。因此，在尊重化學實驗教學規律和學生成長規律的前提下，高校緊緊圍繞“以學生發展為中心”這一核心，將實驗課程的同質化教學向個性化、差異化教學轉變，構建個性化、多元化、開放型的化學實驗教學模式[4]。大型儀器設備共享平臺的儀器設備資源種類多，支撐的教學科研成果多，教師經驗豐富，這為滿足學生個性化、差異化、多元化的實驗需求提供了有效途徑，從而為本科化學實驗教學新模式的構建提供了新方向。

開放實驗可以讓學生處于個性發展和自我展示的環境中，變成實驗主體。學生在開放實驗中不僅可以獲得知識，還能發揮主觀能動性，培養獨立意識、創新意識和實踐能力。因此，高校應充分利用現代信息技術手段，制定較為完善的大型儀器設備實驗教學方法，將實驗教學、操作訓練和交流探討相結合，借助互聯網 + 網絡信息化系統等現代信息技術，構建開放實驗模式。例如，高校通過微信群、QQ群、公眾號、視頻號等方式，讓學生相互交流儀器使用的經驗、體會和注意事項，也可以通過這些群來探討在實驗過程中遇到的問題，取長補短，提高實驗效果。這樣，學生不但可以更加熟練地掌握儀器的操作方法，還能激發他們對科學研究的興趣，真正體現大型儀器設備在實驗教學中的價值與魅力。

(三)融合思政元素的多樣性綠色型化學實驗教學

課程思政是在專業課教學過程中，充分挖掘專業知識中蘊含的思政元素，有意識地將思想道德教育內容，包括為國家、社會、人民服務的價值素養，質疑、嚴謹、進取的科學素養以及自信、守正、互鑒的文化素養等融人其中，實現專業課教學與思政教育的有機融合，并將思政教育貫穿教育教學的全過程，助力學生全面發展。實驗課堂教學互動性強，學生參與度高，是融合思政教育的有力載體。因此，高校要深入挖掘大型儀器設備蘊含的思政元素，在提出問題、分析問題、解決問題的過程中增強思想政治教育的針對性和實效性，進一步實現理論性與實踐性相統一，因材施教。

隨著我國生態文明、“雙碳”等戰略的實施，環保、節約、綠色、低碳、可持續成為各個行業的新發展理念[5]。在化學實驗教學中，高校可以增加儀器設備節能、節約、低耗以及化學實驗綠色、環保、低碳等方面的內容，向學生提出儀器設備資源高效利用與優化實驗條件的要求，并為學生提供探索和研究的條件。通過這些研究探索，學生學會獨立思考，掌握合理的實驗設計方法以及儀器設備的合理高效利用技巧。這樣不僅可以解決節能和環保問題，還可以激發學生的探索熱情，幫助學生樹立資源節約、綠色環保的化學科研素養和服務國家總體戰略部署的社會責任感。同時，在實驗教學中，高校要結合我國深厚的民族文化底蘊，增加課程的文化內涵，讓優秀的民族文化潛移默化地深入學生內心，幫助學生形成以社會主義核心價值觀為引領的特色科學研究文化，發揮文化育人功能，為學生將來進一步深造奠定基礎。

整體上，高校要結合大型儀器設備的特點、化學實驗的知識體系以及本科學生的特點，在系統思維理論的指導下，堅持聯系與發展的觀點，遵循理論與實踐并重的原則，注重實際應用效果和學生的實際體驗。

參考文獻

[1]章文偉，蘆昌盛，淳遠，等.基于創新能力培養的化學專業本科實驗教學新體系的構建與實踐［J].大學化學，2022，37(2):5-10.

[2]王順宏，雷剛，李杰，等.基于“OBE”理念的團隊科研驅動式教學模式在研究生課程教學中的創新與實踐[J].高教學刊，2021(5):13-17.

[3]劉艷玲.《無機化學實驗》課程教學改革的思考［J].教育理論與實踐，2022，42(30):62-64.

[4]童程霞，屈學儉，閆瑾，等.吉林大學化學本科實踐育人平臺的建設[J].化學教育(中英文)，2022，43(14):69-73.

[5]莫國煒，鄭廣儉，湯希雁.師范類化學專業“化工基礎”課程教學策略探討[J].高教論壇，2022(9):30-33，93.

Exploration and Practice of Integrating Large Instrument and Equipment into Undergraduate Chemistry Experiment Teaching HU Si-hai， SUNRan， CHANG Ning-hui (School ofChemistry and Chemical Engineering，Northwestern Polytechnical University， Xi'an， Shaanxi 710072， China)

Abstract: Chemistry is ascience based on experiment which has high demand for experimental instrument andequipment.However，the traditionalchemistryexperiment teaching was restrictedbyinstrumentand equipment conditions leading to lack ofparticipationand short in inovation，so that there are defects for students in learning interestandnewknowledgeacquisition，whichseriously influencethecultivationofstudents.Giventhat，usingthe advantages of highaccuracy，sophisticationand cuting-edge technology，oflarge-scale instrument and equipment to improve chemicalexperiment teaching isagood method，and thus itis esntial toexplore effectiveapproachesof large-scale instrument and equipment to support chemical experiment teaching. Arange of feasible ways integrating of the large-scale instrument and chemical experiment teaching including enriching experiment types and content， constructing new and attractive experimental resources were put forward and discussed to enhance and improve the current situation of chemical experiment teaching.The methods proposed can provide reference for the cultivation ofinnovative talentsand support toachieve theFundamental goal of universities which is building moralityand cultivating talents.

Key words: chemical experiment teaching; reform and innovation;large instrument and equipment; sharing platform; integration