王 堃 蔣建新 朱莉偉 孫潤倉

北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 北京 100083

根據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》，高等教育應(yīng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)辦出特色并重點擴(kuò)大應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才的培養(yǎng)規(guī)模。我校作為我國林業(yè)和生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域高等院校的排頭兵，正全面進(jìn)入向研究型大學(xué)發(fā)展的轉(zhuǎn)型期。學(xué)校正逐步深化6項改革(教學(xué)科研、學(xué)科管理、人事制度、內(nèi)部治理結(jié)構(gòu)、產(chǎn)學(xué)研合作、大學(xué)文化)，以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為根本，以學(xué)科建設(shè)為龍頭，以實際人才建設(shè)為突破，以體制機(jī)制改革為動力，以辦學(xué)條件建設(shè)為支撐，向建設(shè)“國際知名、特色鮮明、高水平研究型大學(xué)”的目標(biāo)邁進(jìn)[1]。倡導(dǎo)素質(zhì)教育和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，逐步構(gòu)建以個性和創(chuàng)新原則為核心的教學(xué)新理念已成為我校建設(shè)和發(fā)展的重要指導(dǎo)思想，并將貫穿于大學(xué)生培養(yǎng)的每個教學(xué)階段[2]。

1 實驗教學(xué)在植物纖維化學(xué)課程中的重要性

植物纖維化學(xué)作為我校國家級特色專業(yè)—林產(chǎn)化工的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究木質(zhì)纖維原料的生物結(jié)構(gòu)及其所含各組分，特別是纖維素、半纖維素和木素3種主要組分的化學(xué)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理和化學(xué)性質(zhì)[3]。隨著石油、天然氣、煤炭等不可再生的化石能源的日益枯竭，各國掀起了生物質(zhì)資源利用研究的熱潮。林木生物質(zhì)作為其中一種重要的可再生資源，可通過化學(xué)和生物加工產(chǎn)生具有高附加值的化工中間體、精細(xì)化學(xué)品、材料和能源，從而緩解化石能源危機(jī)，減少溫室氣體排放，促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展[4]。前國務(wù)院副總理李嵐清同志曾指出“大學(xué)本科的教育重點在于教好基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課，要使學(xué)生知識面寬一些，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和發(fā)展打下一個好基礎(chǔ)”[5]。作為一門理論性和實踐性均較強(qiáng)的課程，植物纖維化學(xué)涉及諸多基礎(chǔ)理論知識，包括植物學(xué)、儀器分析、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等，同時涵蓋了林產(chǎn)化工的紙漿造紙、香料與色素、松香松節(jié)油、天然高分子等眾多專業(yè)領(lǐng)域，是培養(yǎng)該學(xué)科創(chuàng)新型人才最重要的基礎(chǔ)課程。作為創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)，實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生“知行統(tǒng)一”方面起著重要的作用。通過植物纖維化學(xué)的實驗教學(xué)，不僅能使學(xué)生加深對基本理論的理解，熟練掌握實驗方法及基本操作技能，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其觀察、分析和解決問題的能力，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、實事求是的科學(xué)態(tài)度，它是提高學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維的重要手段。

實驗教學(xué)是教學(xué)體系的重要組成部分，是一個系統(tǒng)工程。不同于理論課的講授，實驗教學(xué)是以學(xué)生為主體，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下動手完成教學(xué)內(nèi)容，并通過教師的引導(dǎo)和啟發(fā)來分析和解決實驗過程中出現(xiàn)的不同現(xiàn)象和問題。由于個體差異，即便使用同樣的原料、試劑和操作指南，實驗過程和結(jié)果都可能不同，這也就促進(jìn)了大學(xué)生通過對實驗結(jié)果的對比、分析，對實驗過程中的現(xiàn)象和問題進(jìn)行深入、全面的思考，提出可能的影響因素及解決問題的思路。它打破了理論課程統(tǒng)一計劃、統(tǒng)一模式、同一標(biāo)準(zhǔn)、批量生產(chǎn)的教學(xué)模式，是現(xiàn)階段教學(xué)過程中最有條件、最容易培養(yǎng)綜合能力的教學(xué)環(huán)節(jié)。同時，實驗教學(xué)過程中學(xué)生和教師的互動交流，使學(xué)生逐步學(xué)習(xí)到教師分析、解決問題的思維模式和應(yīng)對方法，獲得潛移默化的影響，接受到無法用言語表達(dá)的源自實踐活動的默會知識[6]。

在當(dāng)今的知識經(jīng)濟(jì)時代，教師的工作應(yīng)該實現(xiàn)由“教書”向“育人”轉(zhuǎn)變，從“教會知識”向使學(xué)生“學(xué)會學(xué)習(xí)”，使學(xué)生的學(xué)習(xí)從“接受”向“創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)經(jīng)驗型教師向研究型教師的轉(zhuǎn)變，真正落實“以人為本”的教育方針[7]。這就要求教師不僅要系統(tǒng)掌握所教課程的基礎(chǔ)知識，還要具備研究問題的素養(yǎng)和能力，善于把研究與教學(xué)實踐結(jié)合起來。實驗教學(xué)所需要的創(chuàng)造性和探究性能力，可以作為提高教師研究素養(yǎng)的一條有效途徑。對于林產(chǎn)化學(xué)加工工程這門學(xué)科，利用林木生物質(zhì)基原料研發(fā)生產(chǎn)材料、能源及化學(xué)品是當(dāng)今世界各國研究的熱點領(lǐng)域，是緩解化石能源危機(jī)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、減少溫室氣體排放、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。因此，從事相關(guān)領(lǐng)域教學(xué)工作的教師應(yīng)抓住這一契機(jī)，努力提升自身科研水平，利用我國豐富的林木生物質(zhì)資源，為促進(jìn)我國生物基產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

2 目前實驗教學(xué)存在的問題

2.1 實驗室建設(shè)投入的不足

高校實驗室是進(jìn)行實驗教學(xué)，開展科學(xué)研究的重要基地，但是各個專業(yè)實驗室往往存在著實驗經(jīng)費短缺、儀器設(shè)備老化、設(shè)施落后等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了實驗教學(xué)質(zhì)量的提高和學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。例如，木質(zhì)纖維原料基本成分中木質(zhì)素含量的測定包括酸不溶和酸溶木質(zhì)素兩個部分，酸溶木質(zhì)素的測定需要使用紫外分光光度計，而酸溶木質(zhì)素含量測定的內(nèi)容并沒有列入傳統(tǒng)實驗講義中。另外，采用硫酸水解法測定酸不溶木質(zhì)素含量的同時，纖維素和半纖維素降解成單糖溶解于水解液中，通過高效液相色譜或離子色譜分析可測定其單糖的組成及含量，進(jìn)而可以分析得到纖維素組分的含量和半纖維素組分的組成及含量，也是對原有實驗中α纖維素和聚戊糖含量測定的進(jìn)一步驗證(見表1)。由于經(jīng)費有限，林化實驗室沒有購進(jìn)現(xiàn)代化的分析儀器，此分析方法在實驗講義中也未予以考慮。

表1 實驗內(nèi)容開設(shè)比較表

實驗室?guī)熧Y隊伍的建設(shè)直接關(guān)系到實驗教學(xué)質(zhì)量和實驗水平。林產(chǎn)化工專業(yè)的指導(dǎo)教師不僅要熟悉木材成分、松香松脂、植物精油、活性炭等專業(yè)知識，還需具備有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、分析化學(xué)等基礎(chǔ)理論知識，具有較強(qiáng)的綜合知識能力。因此，實驗教師崗位的配備和專業(yè)技能的培訓(xùn)極其重要。目前我院嚴(yán)重缺少實驗指導(dǎo)教師，每位教師通常身兼儀器采購、實驗準(zhǔn)備和實驗教學(xué)等數(shù)職，工作壓力較大。對于驗證型實驗來說，一位指導(dǎo)教師指導(dǎo)十余位學(xué)生還能基本完成，但是對于具有專業(yè)性和創(chuàng)新性的研究型實驗，則是不可能完成的任務(wù)。

2.2 對實驗教學(xué)在創(chuàng)新教育中的重要性認(rèn)識不夠

在當(dāng)前的實驗教學(xué)過程中，教學(xué)內(nèi)容和編排體系與理論教材相匹配，以基本操作能力的訓(xùn)練以及對理論教學(xué)中結(jié)論和方法的驗證為目的，這就導(dǎo)致了實驗課程體系中內(nèi)容陳舊，重復(fù)性內(nèi)容較多，而先進(jìn)性、綜合性、實用性、探究性內(nèi)容體現(xiàn)不足。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)多以講解、實驗操作、撰寫實驗報告為主，大多數(shù)學(xué)生只是將實驗操作作為一門輔助課程，不用思考實驗?zāi)康暮瓦^程，而是照著實驗講義“依葫蘆畫瓢”，為了完成課程要求而上實驗課，敷衍了事。在林產(chǎn)化學(xué)專業(yè)課實驗內(nèi)容中，稱量、配制標(biāo)準(zhǔn)溶液、滴定、恒重等基本實驗操作較多，雖然在反復(fù)的實驗過程中培養(yǎng)了學(xué)生熟練的實驗操作技能，但實驗內(nèi)容過于簡單煩瑣，不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實驗教學(xué)學(xué)時短，要在16學(xué)時內(nèi)要完成10余個實驗，難以保證實驗教學(xué)的質(zhì)量以及對學(xué)生的針對性培養(yǎng)。

3 實驗教學(xué)改革的思路

3.1 改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，調(diào)整實驗教學(xué)內(nèi)容

“授人以魚，不如授人以漁。”教學(xué)的目的不僅僅是將理論知識傳授給學(xué)生，更重要的是使學(xué)生學(xué)會獲得知識的途徑和方法，同時具備提出問題、分析問題和解決問題的能力，正如美國著名學(xué)者布魯巴克提出的“最精湛的教學(xué)藝術(shù)，遵循的最高標(biāo)準(zhǔn)就是讓學(xué)生自己提問題”[8]。將傳統(tǒng)教學(xué)中以教師為主體的填鴨式教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為主體的啟發(fā)式教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)教與學(xué)的互動性，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新欲望。同時，合理安排實驗教學(xué)內(nèi)容，采用新型的實驗分析方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。在植物纖維化學(xué)實驗教學(xué)中，木材原料的全組分分析是核心內(nèi)容，而含水率的測定結(jié)果關(guān)系到后續(xù)總纖維素、纖維素和木質(zhì)素含量的測定，而測定過程僅是將樣品在烘箱中反復(fù)恒重，實驗耗時長、枯燥乏味，但是不可或缺。可以考慮購置水分測定儀迅速測定原料的含水率，既減少了原料消耗又節(jié)省了時間，從而可以安排更多的實驗內(nèi)容，同時使學(xué)生學(xué)習(xí)使用先進(jìn)儀器，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。再如木材原料的冷水、熱水和堿溶液抽提物含量的測定，操作方法和測定原理相同，可以在實驗中分小組同時進(jìn)行，避免了實驗過程中的重復(fù)性勞動，壓縮了時間。同時增加實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的實驗學(xué)時，相當(dāng)于理論課時的1/2甚至2/3以上，以便更好地安排創(chuàng)新型實驗。

3.2 開發(fā)綜合型、設(shè)計型實驗，嘗試開放教學(xué)

植物纖維化學(xué)是林產(chǎn)化工專業(yè)學(xué)生進(jìn)入專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，因此要求學(xué)生在掌握有關(guān)實驗技能和原理的同時，更應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)，使其能夠運(yùn)用理論知識解決遇到的實際問題。傳統(tǒng)的植物纖維化學(xué)實驗中驗證型實驗比例較大，不利于學(xué)生實驗技能的提高和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此，可以設(shè)置一些綜合型、開放型的實驗，在實驗課前給學(xué)生提出問題，促使學(xué)生主動查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，分小組自行設(shè)計實驗方案，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，讓學(xué)生掌握實驗的整體設(shè)計思想，逐漸形成科學(xué)的思維方式。例如，木材原料的冷水、熱水抽提物含量的差別主要在什么成分上？主要的化學(xué)組成又有什么不同？可以讓學(xué)生關(guān)注傳統(tǒng)實驗中廢棄的液體樣品，進(jìn)而設(shè)計不同的溶質(zhì)回收方法并進(jìn)行分析鑒定，延續(xù)性地學(xué)習(xí)半纖維素的相關(guān)知識。通過對半纖維素在工業(yè)及食品領(lǐng)域應(yīng)用的了解，激發(fā)學(xué)生新的學(xué)習(xí)興趣點，甚至引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入該領(lǐng)域從事相關(guān)工作。所以，綜合型、設(shè)計型實驗的開發(fā)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力具有理論課程難以比擬的優(yōu)勢，可以為學(xué)生實現(xiàn)構(gòu)想提供條件，為吸引學(xué)生進(jìn)入該領(lǐng)域?qū)W習(xí)、工作奠定基礎(chǔ)。

此外，積極嘗試開放式教學(xué)，鼓勵學(xué)生進(jìn)行自主實驗，探究自己關(guān)注的專業(yè)問題，使學(xué)生在真正的科研氛圍中發(fā)揮創(chuàng)造性。針對學(xué)生在理論課程學(xué)習(xí)中提出的問題，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極思考并提出合理的實驗檢驗方法，通過交流探討檢驗學(xué)生思維的科學(xué)性和邏輯性，并最終設(shè)計出可行的實驗方案。在實驗過程中強(qiáng)化學(xué)生自主認(rèn)識和操作儀器的能力，提高解決問題的綜合素質(zhì)以適應(yīng)工作崗位對全方位能力的要求，增強(qiáng)學(xué)生的職業(yè)技能，縮短學(xué)生適應(yīng)工作環(huán)境的時間。同時利用學(xué)校大學(xué)生課外科技創(chuàng)新基金的支持，鼓勵學(xué)生及早參與課外科研訓(xùn)練活動，在科研實踐中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

3.3 結(jié)合科研課題和社會需求，進(jìn)行研究性實驗教學(xué)

教育部在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》中指出：“積極推動研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”。研究性教學(xué)作為一種新的教學(xué)觀，將教師的研究性實驗教學(xué)與學(xué)生的研究性實驗學(xué)習(xí)有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生獨立研究的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和社會競爭力。將實際生產(chǎn)和科研項目中的問題引入實驗教學(xué)，以理解現(xiàn)實為目的，對理論教學(xué)中感興趣的問題進(jìn)行闡釋、實踐和創(chuàng)新。在木材組分分析實驗中，我們使用生產(chǎn)廠家實際使用的原料做實驗，既滿足了實際的測量需要，又使學(xué)生的實驗活動貼近現(xiàn)實，提高學(xué)生的責(zé)任心和興趣。另外，可將教師的科研項目引入實驗教學(xué)中，使學(xué)生能夠了解前沿的科學(xué)問題，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，為進(jìn)一步培養(yǎng)科研能力打下良好基礎(chǔ)，通過開展科研工作為社會創(chuàng)造效益，具體研究性實驗見表1。

4 結(jié)束語

植物纖維化學(xué)是當(dāng)前科學(xué)研究的熱點方向，處于不斷的發(fā)展進(jìn)步中，新的基礎(chǔ)理論和實驗方法也在不斷地改進(jìn)完善過程中。在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)體系、教學(xué)方法和手段及管理體系方面進(jìn)行改革，通過增加實驗學(xué)時和實驗經(jīng)費投入，改進(jìn)傳統(tǒng)實驗內(nèi)容和方法，結(jié)合現(xiàn)代分析儀器，提高實驗教學(xué)效率。通過植物纖維化學(xué)實驗課程提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，順應(yīng)素質(zhì)教育和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要，是林產(chǎn)化工專業(yè)實驗教學(xué)過程中值得長期關(guān)注和研究的問題。

[1] 宋維明.堅持特色發(fā)展 建設(shè)高水平研究型大學(xué)[J].中國高?？萍?2011(8):10-11.

[2] 陳至立.在教育部直屬高校工作咨詢委員會第十六次全體會議上的講話[J].中國高等教育,2006,Z1:4-8.

[3] 楊淑蕙.植物纖維化學(xué):第三版[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,2006.

[4] 蔣建新,殷寧,孫潤倉.林產(chǎn)化學(xué)加工工程教育與生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[J].高等農(nóng)業(yè)教育,2008(6):61-63.

[5] 李嵐清.李嵐清教育訪談錄[M].北京:人民教育出版社,2003.

[6] 郁振華.波蘭尼的默會知識論[J].自然辯證法研究,2001(17):5-10.

[7] 陸有銓.時代呼喚研究型教師[J].杭州師范學(xué)院學(xué)報:人文社會科學(xué)版,2002(1):98-104.

[8] 徐海偉,高珊珊,李永紅,鄭甲信.實驗教學(xué)與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育,2011(9):22-23.