王淑勤，劉建芝，張耀宇

(華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北 保定 071003)

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的影響

王淑勤，劉建芝，張耀宇

(華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北 保定 071003)

根據(jù)“高分子復(fù)合絮凝劑處理脫硫廢水的研究”和“負(fù)載TiO2光催化協(xié)同吸磷的實(shí)驗(yàn)研究”現(xiàn)已結(jié)題的兩項(xiàng)大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，分析大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)成果，淺談大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的影響。

大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)；高分子復(fù)合混凝劑；負(fù)載TiO2光催化；創(chuàng)新型人才

21世紀(jì)人類面臨的最大問題是如何開發(fā)人的創(chuàng)新能力，以及發(fā)揮人的潛能和提高解決復(fù)雜間題的能力，以利于人類更好地處理全球性問題。只有培養(yǎng)出大批具有創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的創(chuàng)新型大學(xué)生，才能使我們有能力參與日趨激烈的國際競爭，并保證在競爭中立于不敗之地。大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃是教育部為了提高本科教育質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的一項(xiàng)重要舉措。大學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過程中，不僅學(xué)習(xí)到課本以外的知識(shí)、拓寬視野，而且培養(yǎng)了創(chuàng)新能力、實(shí)踐操作能力、合作協(xié)調(diào)能力等[1]。

筆者在對“水污染控制工程”課程的基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目-混凝實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合改進(jìn)，形成了混凝設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生通過方案設(shè)計(jì)、分析測定、結(jié)果討論等過程，將理論知識(shí)和實(shí)際問題有機(jī)地結(jié)合，激發(fā)了學(xué)生進(jìn)行科研實(shí)驗(yàn)的興趣。教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，混凝實(shí)驗(yàn)的綜合性改革便于落實(shí)研究性教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，有利于學(xué)生綜合能力的提高[2]。還經(jīng)過不斷探索和長期的教學(xué)改革和實(shí)踐，形成了水污染控制工程與理論教學(xué)緊密相關(guān)的，由課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)組成的較為完善的實(shí)踐教學(xué)體系。實(shí)現(xiàn)了水污染控制工程實(shí)踐教學(xué)改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[3]。在取得以上實(shí)驗(yàn)實(shí)踐基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合指導(dǎo)兩項(xiàng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐和心得體會(huì)，對大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)取得的成果，以及對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的影響，談?wù)剛€(gè)人認(rèn)識(shí)。

1 大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)取得的成果

1.1 高分子復(fù)合絮凝劑處理脫硫廢水的研究

通過此次國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們學(xué)會(huì)了絮凝劑的制備，包括鋅鎂鋁絮凝劑和改性鋅鎂鋁絮凝劑柱撐黏土的制備。主要從針對反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、絮凝處理實(shí)驗(yàn)及吸附處理實(shí)驗(yàn)、改性土比表面積分析、試驗(yàn)最佳條件的確定四方面進(jìn)行研究。在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生們通過自己的親身實(shí)驗(yàn)證實(shí)了很多結(jié)論，通過學(xué)生自己查閱相關(guān)文獻(xiàn)制作了反應(yīng)器，提高了學(xué)生們的工程意識(shí)。通過正交實(shí)驗(yàn)得出了復(fù)合鋅鎂鋁絮凝劑中氯化鋅、氯化鎂和硫酸鋁的最佳濃度比和最佳體積比，以及最佳堿化度。對比直接使用鋅鎂鋁絮凝劑處理鉻水樣與使用鋅鎂鋁絮凝劑柱撐改性土對鉻水樣的去除效率可知，改性土投加量僅合約0.833mL絮凝劑用量效率可達(dá)60%以上，僅用絮凝劑則投加25mL效率仍不到40%，所以柱撐后絮凝劑用量大大減少，且效率明顯提高。對比僅使用羥基鋁柱撐改性土和使用復(fù)合鋅鎂鋁絮凝劑柱撐改性土的處理效率，復(fù)合之后處理效率提高56.67%～65.70%，證明了進(jìn)行高分子復(fù)合的必要性。通過柱撐，不僅提高了黏土的吸附性能，大大降低了藥劑的投加量，且絮凝劑柱撐改性土沉降性能較好，解決了絮凝劑難以與水分離的問題。通過對不同濃度鎳水樣的處理，得出了復(fù)合鋅鎂鋁絮凝劑柱撐改性土(江蘇土)處理鎳水樣適用的濃度范圍，在濃度為5～8mg/L之間，改性土投加量6g/L時(shí)，效率可達(dá)65%以上。

由比表面積分析(BET)可知，改性江蘇土比表面積49.788m2/g，改性福建土比表面積25.395m2/g。對改性福建土與江蘇土進(jìn)行BET分析，從理論上驗(yàn)證了改性江蘇土吸附的優(yōu)良特性的原因，從孔徑分析圖可以得出相同孔徑下江蘇土占的體積為0.02517mL/g比福建土的0.01250mL/g高出一倍以上，所以相較福建土來說，江蘇土吸附容量大，比表面積也高出近一倍，所以改性江蘇土對鉻、鎳重金屬離子的去除效率以及除濁效率都比改性福建土高。

1.2 負(fù)載TiO2光催化協(xié)同吸磷的實(shí)驗(yàn)研究

通過此次省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們學(xué)會(huì)了改性二氧化鈦催化劑的制備，包括摻氮TiO2、摻氮氟TiO2、SiO2/TiO2復(fù)合粒子和粘土柱撐TiO2的制備。本項(xiàng)目主要從催化劑的制備、反應(yīng)器設(shè)計(jì)、光催化實(shí)驗(yàn)、催化劑及土壤的結(jié)構(gòu)分析四方面進(jìn)行研究。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生們通過查閱文獻(xiàn)，雖然走了很多彎路，但是也學(xué)會(huì)到了很多，無論是對實(shí)驗(yàn)的深度還是寬度都有了他們自己的理解。

圖1 30min和180min各種催化劑吸附和光催化除磷效率圖

用制備的各種改性TiO2催化劑處理含磷廢水，可以發(fā)現(xiàn)單摻改性的TiO2吸附效果和光催化效果高于純TiO2，雙摻的TiO2高于單摻的TiO2，柱撐土改性的TiO2最高如圖1所示。

圖2 各種TiO2催化劑的XRD圖

此創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還鍛煉了學(xué)生們對XRD的初步認(rèn)識(shí)。由圖2可知，純TiO2由銳鈦礦型和金紅石型兩種晶型構(gòu)成，經(jīng)摻雜改性后的摻氮TiO2和摻氟TiO2晶型全部為銳鈦礦型。研究表明，TiO2的三個(gè)晶型(板鈦礦型、銳鈦礦型和金紅石型)中銳鈦礦型的活性最高，因此摻雜能有效抑制銳鈦礦向金紅石的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而提高催化劑的活性；與純TiO2的衍射峰角度相比，摻氟TiO2發(fā)生了較大程度的偏移，這說明TiO2八面體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了畸變和缺陷，這些缺陷位置作為新的活性中心，降低了光生電子和空穴的復(fù)合機(jī)率，有利于捕獲更多的電子，因此光催化活性得到提高。

2 大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的影響

2.1 學(xué)會(huì)將理論應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中

古人曾經(jīng)說過“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。實(shí)際操作能力的提高是當(dāng)代大學(xué)生強(qiáng)化和應(yīng)用理論知識(shí)的一種方法。書本上的內(nèi)容，大都是實(shí)際問題抽象到理論高度的結(jié)論性知識(shí)。但是在實(shí)際運(yùn)用當(dāng)中，面對形形色色的實(shí)際問題，很難將已有的知識(shí)靈活應(yīng)用[4]。學(xué)生們參加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，在老師的幫助之下，出于大學(xué)生們對自身的認(rèn)識(shí)和專業(yè)知識(shí)的理解，讓他們自行設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)從而使得他們能夠認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，提高學(xué)生的工程意識(shí)，達(dá)到了真正學(xué)以致用的目的。為思想的創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

2.2 提高了大學(xué)生的綜合科研能力

在項(xiàng)目進(jìn)行過程中，查找文獻(xiàn)和論文以及方法思路的調(diào)整給學(xué)生科研素養(yǎng)的提高奠定了一定的基礎(chǔ)。在項(xiàng)目遭受瓶頸的時(shí)候，冷靜的思考和分析，鍛煉了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦斫馐挛锏哪芰头治雠袛嗟哪芰ΑＴ陧?xiàng)目最后階段，論文的書寫彌補(bǔ)了科研寫作能力的不足，為大學(xué)最后一年的畢業(yè)論文做好準(zhǔn)備。在各個(gè)環(huán)節(jié)中，學(xué)生都以設(shè)計(jì)者的角色出現(xiàn)，發(fā)揮了他們的主觀能動(dòng)行，掌握了一定的研究方法。為能力的創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。

2.3 增強(qiáng)學(xué)術(shù)交流的藝術(shù)

互動(dòng)過程貫穿于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)整個(gè)項(xiàng)目之中。無論是與小組成員之間的溝通，還是與指導(dǎo)老師的交流都是非常重要的，這就要求學(xué)生學(xué)會(huì)一定的交流技巧。在與其他成員的合作中，培養(yǎng)了良好的團(tuán)隊(duì)精神和合作意識(shí)，也懂得了如何求同存異，達(dá)到共識(shí)。在老師的指導(dǎo)和鼓勵(lì)下，增強(qiáng)了與老師的探討和溝通，認(rèn)識(shí)到科研對老師和學(xué)生來說是一個(gè)師生互補(bǔ)、教學(xué)相長的過程[5]。多種場合與不同的人溝通，使得學(xué)生的學(xué)術(shù)交流能力得到了提升。

2.4 認(rèn)識(shí)到創(chuàng)新的重要性

創(chuàng)新是一個(gè)國家和進(jìn)步的靈魂，尤其我國處于快速發(fā)展的時(shí)期，更加需要發(fā)揮科技人才的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目正是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的有效途徑之一[6]。在實(shí)踐鍛煉過程中，創(chuàng)新點(diǎn)的發(fā)掘有助于學(xué)生不斷的提高創(chuàng)新意識(shí)，更使大學(xué)生們了解到什么是真正的發(fā)明與創(chuàng)新，同時(shí)也激發(fā)了他們發(fā)明創(chuàng)新的興趣。

3 結(jié)語

總之參加大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力均得到加強(qiáng)，知識(shí)遷移和應(yīng)用能力、創(chuàng)新思維能力、解決工程實(shí)際問題的能力得到了培養(yǎng)和訓(xùn)練。獲得“創(chuàng)青春”河北省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽省部級(jí)特等獎(jiǎng)2項(xiàng)；第五屆全國高校環(huán)?？萍紕?chuàng)新設(shè)計(jì)大賽省部級(jí)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，優(yōu)勝獎(jiǎng)2項(xiàng)；中國(河北)青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽十佳創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)1項(xiàng)；校級(jí)節(jié)能減排大賽二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。

[1] 劉春英. 大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)踐與深度思考[J].石油教育,2015(5):59-61.

[2] 王淑勤,劉明珠,王可心. 混凝設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在研究性教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2015(11):31-34,57.

[3] 王淑勤,馮亞娜. 水污染控制工程實(shí)踐教學(xué)改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J]. 教育教學(xué)論壇,2012(40):55-56.

[4] 陳麗娜. 將綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)合起來[J]. 信息系統(tǒng)工程,2011(1):46-48.

[5] 葛敬巖,齊 妍,陳芳芳,等. 教學(xué)相長在大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中的體現(xiàn)[J]. 吉林醫(yī)學(xué),2014(15):3424.

[6] 王 偉,胡真虎,蘇饋?zhàn)?等. 大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)改革和實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2014(5):178-179，202.

(本文文獻(xiàn)格式：王淑勤，劉建芝，張耀宇.大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的影響[J].山東化工，2017，46(04)：126-127.)

Effect of College Students Innovation Experiment on Cultivation of Innovative Talents

WangShuqin,LiuJianzhi,ZhangYaoyu

(School of Environmental Science and Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003，China)

According to the two college students innovative experiment conclusions——" Research of desulfurization wastewater treatment by composite polymer flocculant " and " Experimental study of phosphorus by doped TiO2photocatalytic synergistic adsorption ",the experiment results of the students in the innovative experiment are analyzed. The Influence of Innovative Experiment on Cultivating Innovative Talents was discussed.

college students' innovative experiment；polymer composite coagulant；doped TiO2photocatalysis；innovative talents

2016-12-26

本文系河北省教改項(xiàng)目的研究成果(編號(hào)2016GJJG367)。 項(xiàng)目名稱：面向新能源、化工環(huán)保復(fù)合型人才培養(yǎng)的能化專業(yè)綜合改革

王淑勤(1965—)，女，定州人，博士，教授，主要從事大氣和水污染治理技術(shù)方面的研究。

G642.0

B

1008-021X(2017)04-0126-02