王文蜀, 周宜君, 孫洪波, 武海波

(1. 中央民族大學(xué) 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 北京 100081; 2. 中央民族大學(xué) 化學(xué)實驗教學(xué)中心, 北京 100081)

依托國家級實驗教學(xué)示范中心提升學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力

王文蜀1，2, 周宜君1，2, 孫洪波1，2, 武海波1，2

(1. 中央民族大學(xué) 生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 北京 100081; 2. 中央民族大學(xué) 化學(xué)實驗教學(xué)中心, 北京 100081)

實驗教學(xué)示范中心是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要平臺。在深化國家級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)的過程中,依托實驗教學(xué)示范中心平臺,通過完成教學(xué)實驗、科學(xué)研究訓(xùn)練項目以及參與學(xué)科競賽等多層次訓(xùn)練,提升了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力,實現(xiàn)了人才培養(yǎng)目標(biāo)。

實驗教學(xué)示范中心； 實踐能力； 創(chuàng)新能力

我國民族地區(qū)面積占國土總面積的64%,自然資源豐富，但由于生產(chǎn)技術(shù)落后、人才短缺等因素嚴(yán)重制約了其經(jīng)濟社會發(fā)展。要改變這種狀況,實現(xiàn)各民族共同繁榮,關(guān)鍵在于培養(yǎng)人才[1-2]。我校作為中國少數(shù)民族人才培養(yǎng)的最高學(xué)府,其辦學(xué)宗旨是為民族地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展提供人才保障?；瘜W(xué)是研究物質(zhì)變化和化學(xué)反應(yīng)的科學(xué),是與生命、環(huán)境、材料、能源、地球、空間和核科學(xué)等有密切交叉和滲透的科學(xué)[3-5],通過培養(yǎng)具有扎實化學(xué)基礎(chǔ)理論知識和實驗技能的相關(guān)專業(yè)人才,將現(xiàn)代化學(xué)知識和先進的化學(xué)實驗與生產(chǎn)技術(shù)引入到民族地區(qū)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)中,將有助于實現(xiàn)民族地區(qū)各種資源的高效利用、減輕或解決環(huán)境污染,助力實現(xiàn)民族地區(qū)的區(qū)域經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。我校生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院化學(xué)實驗中心(簡稱中心)于2008年成為 “北京市高校實驗教學(xué)示范中心”建設(shè)單位,在2014年順利通過驗收。2012年10月申請并被批準(zhǔn)成為國家級化學(xué)實驗教學(xué)示范中心建設(shè)單位。以國家級實驗教學(xué)示范中心建設(shè)單位為契機,中心進一步推進實驗教學(xué)改革,轉(zhuǎn)變成一個實驗室管理與實驗教學(xué)相統(tǒng)一的教學(xué)機構(gòu)[6-7],為理論教學(xué)與實踐教學(xué)并重的化學(xué)類教學(xué)提供了保障。中心按照教育部要求的實驗教學(xué)示范中心建設(shè)目標(biāo),學(xué)習(xí)借鑒其他高校實驗教學(xué)示范中心建設(shè)經(jīng)驗[8-9],結(jié)合民族院校實際情況,修訂和完善中心相關(guān)管理制度,強化管理,爭取多渠道資金支持,堅持以學(xué)生為本的教學(xué)理念,在實驗教學(xué)、學(xué)生科研訓(xùn)練和學(xué)科競賽方面探索培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的途徑。

1 學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)

1.1 增加綜合性設(shè)計性實驗

以往的教學(xué)實驗基本為驗證性實驗,實驗教材中配以詳細(xì)操作步驟的教材,教學(xué)過程以模仿和訓(xùn)練為主,實驗?zāi)康亩嘁约寄苡?xùn)練為核心,學(xué)生在整個過程中缺乏足夠的自主性[10]。此外,出于安全、教學(xué)進程、實驗準(zhǔn)備等方面的考慮,實驗課程多以統(tǒng)一化的形式進行,最終造成了學(xué)生基本實驗技能掌握較扎實但探究能力弱的后果。

實驗室是探究實驗現(xiàn)象、啟迪學(xué)生研究思路的重要場所,在化學(xué)類實驗中,明確驗證化學(xué)理論知識的同時,更應(yīng)該思考和實踐學(xué)生參與實驗課題選擇、實驗方案設(shè)計、儀器和試劑選擇、實驗數(shù)據(jù)處理、結(jié)果表征和分析討論等環(huán)節(jié),才能完成對學(xué)生探究科學(xué)實驗現(xiàn)象能力的有效培養(yǎng)。

中心鼓勵教師充分利用實驗教學(xué)平臺加強與學(xué)生的交流,在完成常規(guī)教學(xué)任務(wù)的同時,重視編寫、修訂適合綜合探究型實驗教學(xué)的實驗講義,根據(jù)課程的特點和教學(xué)目標(biāo),盡可能多地開設(shè)綜合性、設(shè)計性實驗。目前綜合性、設(shè)計性實驗比例已經(jīng)占到了總開設(shè)實驗項目的43.3%。2015年,匯集多位教師的本科生科研訓(xùn)練項目和綜合性實驗教學(xué)的成果,中心出版了《化學(xué)綜合設(shè)計實驗》教材,并在高年級實驗教學(xué)中應(yīng)用。開設(shè)的綜合探究實驗中,學(xué)生組建3～5人的實驗小組,選擇自己感興趣的課題,自主實踐,培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識和合作精神,共同設(shè)計實驗步驟、選擇實驗儀器、驗證實驗結(jié)果,最終用科技論文形式的實驗報告結(jié)合PPT匯報的方式完成整體實驗。

1.2 設(shè)立各類本科生科研訓(xùn)練項目

在完成綜合探究性實驗的基礎(chǔ)上,依托已培養(yǎng)的探究能力,中心大力倡導(dǎo)教師將熟悉的科研項目及時融入到本科實驗教學(xué)中,為學(xué)生用化學(xué)理論和方法研究實際問題、接觸科學(xué)前沿提供機會,進一步提升學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

每年12月,中心負(fù)責(zé)動員學(xué)生組隊(3～5人一組),根據(jù)自己的專業(yè)知識和興趣選擇研究課題,尋找相應(yīng)指導(dǎo)教師,在教師指導(dǎo)下撰寫實驗項目申請書,并參加中心組織的統(tǒng)一公開答辯,申請學(xué)校為本科生設(shè)立的各級科學(xué)研究訓(xùn)練項目。評委教師根據(jù)申報項目的創(chuàng)新程度、方案可行性、人員組成合理性等標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一打分評判后,分別確定為國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃、北京市大學(xué)生訓(xùn)練項目和學(xué)校本科生研究訓(xùn)練項目立項,并給予不同的金額資助(0.5～2萬元/項目),規(guī)定在1年內(nèi)完成申報的課題研究任務(wù)。

中心建立了相關(guān)制度,保證所有創(chuàng)新訓(xùn)練項目順利進行。項目結(jié)束后學(xué)生仍可繼續(xù)跟隨導(dǎo)師進行后續(xù)工作,并可作為畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容。這種做法激發(fā)了學(xué)生參與的積極性和工作熱情,也延長了學(xué)生科研工作的時間,保證了研究的相對完整性。

針對本科學(xué)生的學(xué)習(xí)特點,科研訓(xùn)練項目的實驗需要在課余時間和假期完成,因此,中心設(shè)立了本科創(chuàng)新教育實驗室,制定了一整套實驗室開放細(xì)則,尤其注重了實驗室開放時間的規(guī)劃,并對學(xué)生申請使用實驗室、借用實驗儀器等建立了管理制度。目前中心各實驗室在正常教學(xué)任務(wù)以外的任何上班時間、寒暑假以及國家法定節(jié)假日都面向師生開放,盡全力給學(xué)生提供實驗條件。通過采取這樣的措施,大大提高了中心儀器設(shè)備的使用效率,更重要的是促進了創(chuàng)新實驗教學(xué)質(zhì)量的全面提高,實現(xiàn)了中心常規(guī)教學(xué)的升華。

1.3 舉辦學(xué)科競賽

學(xué)科競賽是實驗教學(xué)向外延伸的一種范式,在整個實驗教學(xué)體系中,其鮮活的項目對于大學(xué)本科生來說比較適宜,不僅能展示他們的實踐和創(chuàng)新能力,更能激發(fā)他們的科學(xué)競爭意識,有利于其今后的工作與深造中競爭能力的提升。

為鼓勵學(xué)生積極參與實驗、展示自身實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力培養(yǎng)的效果,每年4月份,中心將各級本科生科研訓(xùn)練項目的驗收評審和化學(xué)實驗競賽相結(jié)合。具體做法為,中心聘請有經(jīng)驗的校內(nèi)教師組成大賽評委會,對學(xué)生提交的創(chuàng)新實驗項目報告書、創(chuàng)新點說明和實驗結(jié)果進行評分,進一步采用現(xiàn)場答辯形式考查學(xué)生,檢查他們的陳述清晰度與思維敏捷性。根據(jù)結(jié)果評選出一等獎、二等獎。獲獎的學(xué)生不僅可以獲得相應(yīng)的綜合測評加分,一等獎的獲得者還可以作為免試研究生的條件之一。此外,中心將從中選擇優(yōu)勝隊代表學(xué)校參加每年的北京市大學(xué)生化學(xué)實驗競賽。

1.4 組織世界環(huán)境日活動

每年的6月5日是世界環(huán)境日,中心組織化學(xué)、制藥工程、環(huán)境科學(xué)、環(huán)境工程專業(yè)的學(xué)生參加世界環(huán)境日的宣傳活動。每個班級在環(huán)境日之前2周,結(jié)合專業(yè)所學(xué)知識,緊扣當(dāng)年環(huán)境日主題,自愿組合為若干3～5人小組,自主選擇宣傳和展示的內(nèi)容,撰寫項目策劃書,現(xiàn)場實驗計劃并提交班級導(dǎo)師審閱。班級導(dǎo)師根據(jù)與專業(yè)和主題的相關(guān)性、實驗設(shè)計科學(xué)性及成本可行性等提出修改意見。小組反復(fù)修改后制作展板,聯(lián)系實驗技術(shù)教師準(zhǔn)備實驗,制作與觀眾交流的小道具等。在環(huán)境日當(dāng)天,在學(xué)校的主要交流展示區(qū),每個班級通過展板、小實驗和現(xiàn)場問答,趣味游戲等形式將以化學(xué)知識和技術(shù)為基礎(chǔ)的環(huán)境保護意識和方法傳遞給參與群眾。活動后學(xué)生每人撰寫總結(jié)心得,上交班級導(dǎo)師。班級導(dǎo)師根據(jù)學(xué)生在策劃期間的參與程度、貢獻大小和活動心得對其進行實踐活動評分。

2 中心建設(shè)對學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的成效

傳授知識、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力是實驗教學(xué)示范中心的建設(shè)目標(biāo)。通過幾年來的探索實踐,取得了很好的效果。

2.1 提高了學(xué)生的科研意識和能力

由于對實驗教學(xué)內(nèi)容進行整合并采取了循序漸進的安排,收到良好的教學(xué)效果,學(xué)生在實驗操作、報告撰寫和語言表述方面都得到了鍛煉。例如,在為三年級學(xué)生開設(shè)的化學(xué)綜合設(shè)計實驗中,開設(shè)了“天然抗氧化劑提取分離、結(jié)構(gòu)鑒定及抗氧化活性研究”實驗。該實驗要求學(xué)生組隊后,在教師提示下自行查找相關(guān)文獻、理解天然抗氧化劑的意義、系統(tǒng)了解天然抗氧化劑的研究現(xiàn)狀后,在教師提供的幾種實驗材料中,選擇小組感興趣的研究材料。然后設(shè)計合理的研究方案,綜合運用各種提取方法和色譜分離技術(shù),至少分離1個純凈天然化合物，并進行核磁氫譜表征與解析,通過與文獻中相應(yīng)化合物的氫譜數(shù)據(jù)對比,確證化合物結(jié)構(gòu),最后設(shè)計抗氧化活性實驗測試所得化合物的抗氧化能力,最終結(jié)合結(jié)構(gòu)特點分析所得抗氧化能力。

3年的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)學(xué)生都能積極參與實驗,從小花八角、紫玉蘭、楊梅、金銀花等不同植物中分離得到一些具有抗氧化能力的純凈化合物。實驗結(jié)果符合實驗考核指標(biāo):化合物純度90%以上,3次活性數(shù)據(jù)誤差±2.5%。實驗過程中,不同的小組面對不同的實驗材料和產(chǎn)品,其分離制備路線、分離方法和波譜數(shù)據(jù)不完全相同,整個實驗考查了學(xué)生有機化學(xué)、天然產(chǎn)物化學(xué)、分析化學(xué)、儀器分析、波譜解析等課程的學(xué)習(xí)效果,綜合鍛煉了學(xué)生的文獻檢索能力、實驗設(shè)計能力、獨立思考能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。學(xué)生初步學(xué)會了撰寫科研論文以及成果展示匯報表達能力等,實現(xiàn)了強化專業(yè)性、實踐性和培養(yǎng)能力的實驗教學(xué)目標(biāo)。

2.2 提升了科研能力

2012年以來,每年都有近40項、200多名學(xué)生到中心開展本科生科研訓(xùn)練項目的實驗工作。參與的學(xué)生克服了各種困難,在實驗中體會科學(xué)實驗的苦與樂,在為期1年的項目完成后,實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力得到了培養(yǎng)。經(jīng)過中心組織的項目答辯,98%以上的項目能通過評審,且部分項目獲得了優(yōu)秀成績。根據(jù)學(xué)校關(guān)于創(chuàng)新教育學(xué)分的規(guī)定,取得項目合格、成績優(yōu)秀的學(xué)生將分別獲得創(chuàng)新教育加分,計入總學(xué)分中,部分優(yōu)秀項目的學(xué)生根據(jù)項目結(jié)果撰寫的研究論文發(fā)表在相關(guān)科技期刊上,如:“中緬木蓮化學(xué)成分的研究”項目獲得了優(yōu)秀成績,其論文被《Nature Product Research》雜志錄用；“紫玉蘭素A在穩(wěn)定四鏈體DNA中的應(yīng)用”獲得國家發(fā)明專利。此外,許多參與項目的學(xué)生在學(xué)業(yè)方面表現(xiàn)優(yōu)秀,參加研究生面試時表現(xiàn)優(yōu)異,為進一步深造創(chuàng)造了條件。為了宣傳學(xué)生參與科研訓(xùn)練的效果,中心每年對獲獎學(xué)生進行表彰的同時,還對獲得一等獎的項目制作展板進行為期一個月的展出。展板內(nèi)容不僅有參與項目的內(nèi)容介紹,而且有學(xué)生參與項目的心得和教師、學(xué)生的照片,展出傳播了正能量,也激勵更多的學(xué)生參與。

2.3 增強了自信,擴大了影響

自2009年以來,中心連續(xù)8年選派學(xué)生代表學(xué)校參加北京市大學(xué)生化學(xué)實驗競賽,并取得了優(yōu)異成績。至今獲得了總共10次一等獎、18次二等獎和14次三等獎。每年競賽季,在中心的組織下,指導(dǎo)教師和學(xué)生認(rèn)真準(zhǔn)備,根據(jù)參賽的原則,學(xué)生精心制作實驗視頻、展示自己的實驗操作和實驗結(jié)果。通過與北京市其他參賽高校選手的競技而獲得的優(yōu)異成績，不僅體現(xiàn)了學(xué)生的科研訓(xùn)練成果,同時也增強了學(xué)生的自信,擴大了影響,為學(xué)校贏得了榮譽。

獲獎項目中既有教師的自然科學(xué)基金項目,如“以G-四鏈體為靶點運用NMR發(fā)現(xiàn)篩選民族藥用木蘭屬植物中新型抗腫瘤先導(dǎo)化合物的研究”,也有學(xué)生自己設(shè)計的題目,如“蛋殼廢舊利用制備醋酸鈣及其應(yīng)用的初步研究”；既有傳統(tǒng)化學(xué)類課題,也有以化學(xué)為基礎(chǔ)多專業(yè)協(xié)同的項目。2011年,“鈦柱撐蒙脫土的制備及其用于動物香料麝香酮合成的研究”入選全國大學(xué)生創(chuàng)新年會論文項目。這些成績和成果充分體現(xiàn)了中心一直以來貫徹的將教師科研應(yīng)用于教學(xué)、及時更新本科實驗教學(xué)內(nèi)容、提高實驗教學(xué)水平的思路,以及培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才的辦學(xué)特色。

2.4 增強公民環(huán)境意識,鍛煉交流能力

從2010級開始中心組織世界環(huán)境日實踐活動以來,每屆學(xué)生都對世界環(huán)境日實踐表現(xiàn)了極大的參與熱情。學(xué)生通過準(zhǔn)備實踐活動的資料,展示了扎實的專業(yè)背景知識；通過活動當(dāng)天的宣傳,展示了學(xué)院學(xué)生的精神面貌,增強了學(xué)生從教室走向社會的現(xiàn)代社會公民責(zé)任意識,有效鍛煉了學(xué)生進入社會后將所學(xué)知識進行正規(guī)及專業(yè)傳遞與輻射的能力。

3 結(jié)語

我校化學(xué)實驗中心作為國家級化學(xué)實驗教學(xué)示范中心建設(shè)單位,著力搭建了多層次實驗教學(xué)與科研訓(xùn)練相結(jié)合的平臺,培養(yǎng)了學(xué)生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力,為學(xué)生進一步深造或走向社會奠定堅實的基礎(chǔ)。今后,化學(xué)實驗中心將努力實現(xiàn)實驗教學(xué)兼顧全面、突出重點、形式多樣的特色,既重視對學(xué)生化學(xué)實驗基本技能的培養(yǎng),也重視學(xué)生自身實驗創(chuàng)新思維的培養(yǎng),將創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)融于其中,努力使化學(xué)實驗中心建設(shè)成為培養(yǎng)適應(yīng)新世紀(jì)國家(尤其是民族地區(qū))經(jīng)濟建設(shè)與社會發(fā)展需要的、具有較強競爭能力的高素質(zhì)創(chuàng)新性人才的基地。

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Improving students’ practical and innovative ability by relying on national experimental teaching demonstration center

Wang Wenshu1，2, Zhou Yijun1，2, Sun Hongbo1，2, Wu Haibo1，2

(1. School of Life and Environmental Sciences, Central University for Nationalities, Beijing 100081, China; 2. Chemical Experimental Teaching Center, Central University for Nationalities, Beijing 100081, China)

The experimental teaching demonstration center is an important platform for cultivating the students’ practical and innovative ability. In the process of deepening the construction of the national experimental teaching demonstration center, by relying on the platform of such center, and through the completion of the multilevel trainings such as the teaching experiments, the research training projects, the participation in subject competitions, etc., the students’ practical and innovative ability is enhanced, and the goal of the talent cultivation is realized.

experimental teaching demonstration center； practical ability； innovative ability

G482

: B

: 1002-4956(2017)09-0218-04

2017-04-29修改日期:2017-05-09

國家級化學(xué)實驗教學(xué)示范中心項目(2012)；北京高等學(xué)校教育教學(xué)改革立項項目(2015-ms104)

王文蜀(1974—),女,四川成都,博士,副教授,化學(xué)實驗中心主任,從事有機化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)教學(xué)和科研工作.

E-mail:wangws@muc.edu.cn

10.16791/j.cnki.sjg.2017.09.056