摘 要介紹了以實驗教學(xué)改革為先導(dǎo)，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，樹立以學(xué)生為本，知識、能力、思維、素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念和以能力培養(yǎng)為核心的實驗教學(xué)體系，并結(jié)合光催化降解環(huán)境污染物的實驗實例，闡述了對學(xué)生進行科學(xué)研究訓(xùn)練的一般方法。

關(guān)鍵詞 實驗中心；教學(xué)體系；科研訓(xùn)練

中圖分類號：O6-3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-489X（2008）02－0035-03

培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才是當(dāng)前本科教學(xué)改革的重要內(nèi)容之一。化學(xué)是一門實驗學(xué)科，實驗教學(xué)在整個化學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)中占有十分特殊的地位，不僅要使學(xué)生加深對化學(xué)基本理論和基本概念的理解，訓(xùn)練學(xué)生熟練的實驗技能，更重要的是，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新素質(zhì)。

強調(diào)化學(xué)類創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，要更加重視實驗教學(xué)。創(chuàng)新不能憑空而來，而是來自于實踐和實驗。在教學(xué)改革中，教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容的改革是教學(xué)改革的重點和難點。教學(xué)內(nèi)容必須服從人才培養(yǎng)規(guī)律，而教學(xué)方式的改革同樣也非常重要，改革教學(xué)方式首先要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，即由教學(xué)向教育轉(zhuǎn)變，由傳授知識向傳授學(xué)習(xí)知識的方法轉(zhuǎn)變，由主導(dǎo)學(xué)生向服務(wù)學(xué)生轉(zhuǎn)變。

1 探索新的教育理念

著名化學(xué)家戴安邦教授指出“化學(xué)教育既傳授化學(xué)知識和技術(shù)，更訓(xùn)練科學(xué)方法和思維，還培養(yǎng)科學(xué)精神和品德”，“化學(xué)實驗課是實施全面化學(xué)教育的最有效的教學(xué)方式”，這充分體現(xiàn)了化學(xué)實驗在培養(yǎng)人才方面的重要性。

實驗中心是大學(xué)的心臟，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要場所，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主戰(zhàn)場?；瘜W(xué)學(xué)科實驗中心是高校改革的產(chǎn)物，順應(yīng)了高等教育改革和發(fā)展，其建設(shè)必須樹立以學(xué)生為本，建立知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高、協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念和以能力培養(yǎng)為核心的實驗教學(xué)理念。為此，實驗教學(xué)的目標(biāo)不是簡單地驗證理論，而是提高學(xué)生的實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新精神，全面提高學(xué)生素質(zhì)。在課程體系和內(nèi)容上，增設(shè)化學(xué)與化工、材料、生物以及環(huán)境科學(xué)等學(xué)科交叉的內(nèi)容，注重學(xué)生學(xué)科綜合知識和綜合能力的培養(yǎng)，建立“厚基礎(chǔ)、大綜合、寬口徑”現(xiàn)代教育理念。

1.1 實驗中心的建設(shè)定位以實驗教學(xué)改革為先導(dǎo)，融實驗教學(xué)、科學(xué)研究和社會服務(wù)為一體，建設(shè)一個面向全?；瘜W(xué)、化工、材料等學(xué)科的實驗教學(xué)人才培養(yǎng)基地。樹立以學(xué)生為本，知識、能力、思維、素質(zhì)全面協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念和以能力培養(yǎng)為核心的實驗教學(xué)體系，建設(shè)滿足現(xiàn)代實驗教學(xué)的高素質(zhì)實驗教學(xué)隊伍，建設(shè)儀器設(shè)備先進、資源共享、開放服務(wù)的實驗教學(xué)環(huán)境，建立現(xiàn)代化高效可行的管理體制，全面提高實驗教學(xué)水平，為實驗教學(xué)、科學(xué)研究、培養(yǎng)人才和學(xué)科建設(shè)服務(wù)。

1.2 實驗教學(xué)體系 明確學(xué)科實驗中心的建設(shè)目標(biāo)，高標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建科學(xué)的實驗教學(xué)體系，規(guī)劃了學(xué)科實驗中心的整體建設(shè)方案。

以實驗教學(xué)改革為先導(dǎo)，實驗教學(xué)要從過去的知識技能型轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰ε囵B(yǎng)型，以能力培養(yǎng)為核心。筆者修改了實驗教學(xué)大綱，整體優(yōu)化了課程設(shè)計，增加了綜合性和研究型實驗，改革實驗教學(xué)方法，建立了化學(xué)實驗教學(xué)平臺和完善的化學(xué)學(xué)科實驗教學(xué)新體系（圖1）。制定化學(xué)實驗及各專業(yè)實驗課程人才培養(yǎng)計劃，改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，形成適合實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)體系。

在教學(xué)計劃和課程大綱制定中，首先增加實驗學(xué)時數(shù)，基礎(chǔ)化學(xué)實驗、儀器分析實驗、綜合化學(xué)實驗和化學(xué)專業(yè)實驗分別獨立設(shè)課。其次在實驗內(nèi)容和項目上，提高了綜合和設(shè)計性實驗比例，增加了能反應(yīng)學(xué)科前沿的最新研究成果。結(jié)合專業(yè)課程建設(shè)，面向化學(xué)專業(yè)高年級學(xué)生開設(shè)綜合化學(xué)實驗和化學(xué)專業(yè)實驗，開設(shè)反映學(xué)科綜合和學(xué)科前沿的研究成果，實現(xiàn)了實驗教學(xué)內(nèi)容的整體規(guī)劃，多層次結(jié)合，學(xué)科交叉，逐層推高，有利地提高了學(xué)生綜合能力的養(yǎng)成，使其更符合培養(yǎng)人才的目標(biāo)。綜合實驗和專業(yè)實驗，按照加強基礎(chǔ)、淡化專業(yè)、分類教學(xué)、通才培養(yǎng)的方針，以能力培養(yǎng)為核心，取消了以二級學(xué)科為主，實驗內(nèi)容過窄，實驗技術(shù)單一的實驗，在化學(xué)一級學(xué)科上建立了內(nèi)容交叉，涵蓋2個二級以上學(xué)科知識的綜合，將基本理論、基本實驗技能、合成與制備、測試方法、結(jié)構(gòu)表征、性能測試等方面融為一體，全面提高學(xué)生實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

加強化學(xué)學(xué)科實驗中心內(nèi)涵建設(shè)，建設(shè)儀器設(shè)備先進、資源共享、開放服務(wù)的實驗教學(xué)基地。建設(shè)一批設(shè)備先進、管理科學(xué)、有一定規(guī)模效應(yīng)和持續(xù)發(fā)展能力、能滿足各個層次教學(xué)需要的標(biāo)準(zhǔn)化實驗室，為化學(xué)相關(guān)專業(yè)實驗教學(xué)和實踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供重要支撐。

建立開放實驗室網(wǎng)上預(yù)約平臺，逐步完善實驗室開放機制，建立健全開放項目庫建設(shè)。面向全?；瘜W(xué)及相關(guān)專業(yè)本科學(xué)生開放實驗室。

2 科學(xué)研究方法的訓(xùn)練

在科學(xué)研究一般方法的訓(xùn)練階段，教師主要傳授科學(xué)研究的基本過程及方法，引導(dǎo)學(xué)生通過研究獲得最佳實驗條件，同時培養(yǎng)學(xué)生嚴謹和實事求是的科學(xué)態(tài)度。

在綜合設(shè)計型實驗階段，學(xué)生獨立運用所學(xué)知識和實驗技術(shù)解決實際問題，可以提高他們分析問題和解決問題的能力，在實驗設(shè)計的思想、實驗方法的形成、實驗技能的培養(yǎng)、實驗論文的撰寫等多方面得到全面的系統(tǒng)訓(xùn)練。綜合設(shè)計型實驗一方面是對學(xué)生基礎(chǔ)技能的全面訓(xùn)練，另一方面也能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

筆者以綜合設(shè)計性實驗“光催化降解環(huán)境中的有機污染物”為例，闡述科學(xué)研究方法的訓(xùn)練。光催化氧化技術(shù)是一種高級氧化技術(shù)[1]。該技術(shù)是利用光催化劑在光照的條件下能夠產(chǎn)生強氧化性的自由基，該自由基能將幾乎所有的有機物徹底降解，并最終生成H2O、CO2等無機小分子，加上光催化反應(yīng)還具有反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)設(shè)備簡單，二次污染小，操作易于控制，催化材料易得，運行成本低，可望用太陽光為反應(yīng)光源等優(yōu)點[2]。近年來，人們圍繞光催化劑活性的提高以及降低反應(yīng)成本等方面進行了大量的研究，相關(guān)文獻每年都有百篇以上[3]。

TiO2光催化反應(yīng)過程可概括為以下幾個步驟[4]:

目前，制備納米TiO2的方法可歸納為氣相法和液相法兩大類。合成納米TiO2的液相方法主要有液相沉淀法、溶膠—凝膠法、醇鹽水解（沉淀）法、微乳液法以及水熱法等。液相法具有合成溫度低、設(shè)備簡單、易操作、成本低等優(yōu)點，是目前被廣泛采用的制備納米TiO2的方法。

光催化降解環(huán)境中的污染物是近年研究熱點，據(jù)查詢，近兩年中關(guān)于該課題研究的國家自然科學(xué)基金就有100多項。本實驗選擇環(huán)境中的有機污染物為研究對象，以自制納米TiO2為催化劑和小功率紫外燈為光源，在自制光反應(yīng)器上考察光催化劑投加量、溶液初始pH值、溫度和H2O2濃度等幾個因素對光催化氧化降解剛果紅速率的影響，可確定了光催化降解的最佳實驗條件，可采用了正交試驗設(shè)計方案對光催化降解反應(yīng)的影響因素及反應(yīng)條件進行優(yōu)化。

學(xué)生可通過本實驗了解光催化的基本原理，掌握環(huán)境有機污染物降解的實驗方法和光催化降解的動力學(xué)參數(shù)測定，掌握光催化中紫外光源的使用及有機物的光譜分析法。從學(xué)科跨度上講，該實驗中的納米光催化劑的合成涉及無機納米材料合成；光催化劑合成方法學(xué)以及改性實驗涉及實驗設(shè)計和高分子化學(xué)；光催化劑降解效能、檢測涉及到分析化學(xué)的檢測方法以及實驗條件的優(yōu)化；光催化降解動力學(xué)涉及化學(xué)建模方法和物理化學(xué)的基本理論研究；光催化反應(yīng)器設(shè)計還包括工程設(shè)計方面的研究內(nèi)容。選擇這樣的實驗內(nèi)容有助于開闊學(xué)生的思路，在化學(xué)一級學(xué)科層面上培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑、視野開闊的社會所需要人才；培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法和分析問題、解決問題的實踐能力；該實驗的設(shè)計為學(xué)生的創(chuàng)新能力訓(xùn)練提供了一個非常好的平臺。

該實驗的另一個重要特點就是探索性和創(chuàng)造性的統(tǒng)一，要求學(xué)生大膽假設(shè)，多方求異、突破束縛、創(chuàng)造性的提出解決問題的方法和途徑，無論是從實驗思想、實驗方法、實驗原理的應(yīng)用還是實驗儀器的選擇、實驗步驟的進行都要求學(xué)生具有一定的創(chuàng)造性，要求學(xué)生學(xué)會選擇與重組實驗信息，尋求變異。

令人欣慰的是，不少學(xué)生在查閱文獻的基礎(chǔ)上，提出了一些新的想法，例如，有些學(xué)生提出了采用過硫酸鉀、溴酸鉀代替雙氧水為氧化劑，有些同學(xué)提出了納米二氧化鈦的水熱合成方法，有些學(xué)生就光催化反應(yīng)器的設(shè)計及高效運行提出了一些有效的建議，實驗結(jié)果令人滿意。

本次綜合設(shè)計性實驗參試學(xué)生為化學(xué)院的4個班級，共計120人次。調(diào)查結(jié)果顯示， 96%以上的同學(xué)對綜合設(shè)計型實驗表現(xiàn)出極大的興趣，并且投入大量的時間和精力完成了這項工作。

3 結(jié)論

實施創(chuàng)新教育，必須以實驗教學(xué)改革為先導(dǎo)，實驗教學(xué)要從過去的知識技能型轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰ε囵B(yǎng)型，構(gòu)建以能力培養(yǎng)為核心的實驗教學(xué)平臺。通過該平臺，能充分發(fā)揮學(xué)生的聰明才智和主觀能動性，提高其發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力，使學(xué)生在實驗設(shè)計的思想、實驗方法的形成、實驗技能的培養(yǎng)、實驗論文的撰寫等多方面得到全面的系統(tǒng)訓(xùn)練，進而全面提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新素質(zhì)。

參考文獻：

[1]L.C.Macedoa， D.A.M.Zaia， G.J.Mooreb， et al..Degradation of leather dye on TiO2: A study of applied experi

mental parameters on photoelectrocatalysis[J].Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry，2007，185:

86-93

[2]Chun-Hsing Wu， Jia-Ming Chern. Kinetics of Photocatalytic Decomposition of Methylene Blue[J].Ind.Eng.Chem.

Res.2006，45:6450-6457

[3]戴樹桂.環(huán)境化學(xué)進展[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005，8:487-515

[4]T. Aarthi， Giridhar Madras. Photocatalytic Degradation of Rhodamine Dyes with Nano-TiO2[J].Ind. Eng.Chem.Res.

2007，46:7-14