張海容 陳金娥

(山西忻州師范學院生化分析技術研究所，山西 忻州 034000)

研究性教學新模式—化學專業(yè)本科生開放型實驗與創(chuàng)新能力培養(yǎng)

張海容 陳金娥

(山西忻州師范學院生化分析技術研究所，山西 忻州 034000)

通過化學專業(yè)本科生早期科研實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)，提出了研究性教學新模式：從開放型實驗構建、研究課題選定、文獻調研及儀器操作和參加本科生各種競賽活動等，在人才培養(yǎng)過程中突出學生自主性、實踐性、能力性，創(chuàng)新性、突顯大學生的科研創(chuàng)新思維能力，成效顯著，為師范院校課堂教學改革建立了研究性教學新模式。

研究性教學 開放型實驗 能力培養(yǎng)

研究性教學是教師為了使學生進行研究性學習、有助于學生積極主動參與并善于探索、有利于培養(yǎng)學生探究問題和解決問題之能力的教學新模式，亦是擔負人才培養(yǎng)重任的高等學校教學質量工程重要內容之一。十六大報告明確提出：“推進國家創(chuàng)新體系的建設”，而大學科技創(chuàng)新體系是國家創(chuàng)新體系的重要組成部分。因此，高校培養(yǎng)的人才類型要呈多樣化，要求學生不僅學習知識，還要具有發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，高速發(fā)展的現(xiàn)代社會更加需要創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)人才[1～3]。傳統(tǒng)的課堂教學一直沿用“概念-定理-推導-結論”的黑板教學模式，停留在重理論輕實踐、重灌輸輕啟迪的狀況。這種模式嚴重阻礙了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，不符合現(xiàn)代高等教育以多學科和跨學科的方法分析解決不斷出現(xiàn)的社會、文化、經(jīng)濟、政治問題的要求，不利于培養(yǎng)跨世紀的創(chuàng)新人才。教師首先要轉變傳統(tǒng)教育觀念，充分尊重學生的個性與創(chuàng)造精神是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的基礎。教師既不能把學生看作消極的被教育管理的對象，也不能把學生當作灌輸知識的容器，而應該把每個學生都看作具有創(chuàng)造潛能的主體，形成以“以學生為中心，培養(yǎng)學生自主學習”的教學新觀念和模式。

幾年來，我們采取一系列重大舉措,結合基礎教學知識點，在化學專業(yè)高年級本科生開展了廣泛的“開放型實驗-創(chuàng)新能力培養(yǎng)”研究性教學活動[4，5]。實踐表明，將學生創(chuàng)新研究實驗課題與學科各專業(yè)教材知識點相結合，與科研項目相結合(包括可參加教師的課題研究及自己設計申請大學生科技創(chuàng)新課題)，引導學生親自設計制定創(chuàng)新型研究課題研究工作方案，將課堂的理論知識與實踐能力結合起來，減少驗證性實驗, 增加創(chuàng)新性設計實驗，在研究實踐中學習、探索、發(fā)現(xiàn)和理解知識規(guī)律,在不斷實踐操作的基礎上，啟迪學生的思維創(chuàng)造性，激發(fā)學習、探索的積極性，充分發(fā)揮學生的個人潛能，使他們在知識、能力、品格諸方面都得以提高，完成了卓有成效的教學與科研互動、創(chuàng)新人才培養(yǎng)實踐運行模式。研究型教學—開放型實驗激發(fā)了廣大同學學習的積極性，近年來化學專業(yè)考研人數(shù)一直居我院各系之首，為全國綜合性大學、名牌大學和兄弟師范院校輸送了一大批高質量化學專業(yè)人才。

1開放型實驗構建

在“厚基礎、強能力、重創(chuàng)新”的教學思想指導下，2001年開始，對我院的實驗教學體系進行了較大的改革，按照“基礎型—綜合型—設計型” “三層次”開展實驗教學與研究活動，實驗課程分為基礎化學實驗、綜合化學實驗和設計型化學實驗，其中基礎化學實驗20個、綜合化學實驗6個和設計型化學實驗若干。設計型實驗項目主要來自教師的科研和本科生科技創(chuàng)新活動項目，設計型實驗由素質較高的教師組織，每年利用寒暑假吸納3-4年級學生進行開放型實驗研究活動。多年的實踐活動表明，開放型研究活動對提高大學生提出問題、分析問題、解決問題的能力，改變傳統(tǒng)的教學模式，取得了良好的教學效果。

1.研究題目選定與設計

① 從化學專業(yè)教材出發(fā)選題。如學生在學完基礎學科內容后，對熱力學概念、熱力學函數(shù)中焓(△H)、熵(△S)和自由能(△G)等定義感覺比較抽象，學習起來很吃力。為此，我們巧妙地設計實驗型題目，選擇超分子化合物如環(huán)糊精、胍包合物測定體系熱力學函數(shù)△H、△S、△G的變化；使同學在探索、完成題目過程中，對熱力學函數(shù)定義更加明確，尤其是根據(jù)熱力學函數(shù)的變化可以判斷分子間相互作用力類型，使熱力學函數(shù)運用由抽象到具體，由具體到靈活使用，印象深刻，理解透徹。結合基礎化學中知識點，我們設計了大量的表面活性劑、膠束增穩(wěn)、增敏光度法測定生物活性物質和熒光、磷光發(fā)光綜合性實驗題目、實踐型研究題目。

② 天然產(chǎn)物的電磁強化分離。中藥多糖提取、分離及化學修飾來自山西省自然科學基金。根據(jù)課題要求，結合工作實際我們廣泛開展了中藥多糖和黃酮清除自由基研究、微波輔助提取沙棘籽油等。每個開放型項目均與教材中表面活性劑、化學熱力學、化學動力學、光化學定律等理論知識點相互穿插、滲透進行。

③ 與日常生活密切相關的課題。日常生活密切相關的醫(yī)藥、環(huán)保、食品等如卷煙中多環(huán)芳烴評價、四環(huán)素含量測定、青蒿分離、VC測定；食品科學中黃酒、食醋、高梁紅色素、亞硝鹽實踐型題目、研究內容多為學生感興趣、與人類密切相關的社會生活、實踐活動有關的綜合性課題。

④ 生化分析技術研究所指導老師主持的10余項省級科研項目，全部向本科生開放。

2.創(chuàng)新能力培養(yǎng)

在項目開始之前，我們從配溶液、稱量、加熱以及各種不同儀器如酸度計、微波爐、超聲儀、真空萃取儀、層析儀、熒光儀、可見、紫外、紅外光度計等所有儀器的使用反復操作，指導訓練，直到學生能獨立操作為止。項目完成后，學生對實驗室儀器使用、溶劑選擇、溶液配制等實踐活動，均達到了熟練操作程度。

項目完成過程中抽象的化學知識變成了熟悉的實驗內容。尤其是在數(shù)據(jù)處理過程中，同學對原來不熟悉甚至根本在課堂上接觸不到的Excel、Chemdraw等軟件可以自如的使用，具備一定的科學研究、創(chuàng)新實踐能力。

論文整理過程中，從論文題目、中英文摘要、結果與討論、參考文獻選定等多方面引導和嚴格要求。尤其是論文格式、文字規(guī)范、英文摘要的寫作，經(jīng)過長時間的嚴格訓練、積極探索和化學理論知識的滲透，這種實踐性教學模式，使過去理論與實踐、考試成績與學生能力脫節(jié)的局面大為改觀，有不少參加開放型實驗創(chuàng)新實踐研究的同學一致認為，參加項目活動后，真正領會了化學理論要點，克服了知識難點，解決問題能力，應用操作能力大大提高。幾年來，先后有128多名本科生參加了開放型實驗研究活動，以2008級同學為例，相關創(chuàng)新、實踐研究題目、所涉及知識點見表1：

表1 2008級部分本科生創(chuàng)新實驗題目

2標志性成果

實踐證明,探索型、開放型研究對培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新思維能力及提出問題、分析問題和解決問題的綜合能力、團隊協(xié)作精神取得顯著成效、且碩果累累。從2003年開始正式實施,幾年來共有128名學生參加,完成了天然植物活性成分及中草藥分離、提取及化學修飾研究；與人類社會實踐活動密切相關的醫(yī)藥、環(huán)保、食品；物理化學中表面活性劑、膠束增穩(wěn)、增敏光度法和熒光、磷光發(fā)光研究；將現(xiàn)代物理技術如超聲波、微波技術引入活性物質提取方法研究中多方面設計綜合性實驗題目。幾年來，完成本科生研究型、創(chuàng)新型實驗論文120多篇，并有72篇論文發(fā)表于中文期刊，有3篇被SCI收錄。先后有10位同學獲得國家、山西省“興晉挑戰(zhàn)杯”高校青年師生學術科技作品競賽獎(見表2)。

表2 2005年以來國家、山西省“挑戰(zhàn)杯”高校青年師生學術科技作品競賽獎

3開放型、創(chuàng)新型實驗活動對提高課堂教學質量的反哺作用

如“物理化學”是化學專業(yè)本科生在學完高數(shù)、普通物理、無機化學、有機化學后的一門綜合性的理論化學課。教材本身概念抽象、公式繁雜，不少學生對理論課程學習有畏難情緒。每年利用寒暑假時間吸納已學過或正在學習物理化學的同學8-25人參加開放型實踐活動。同學在創(chuàng)新型教學研究活動的帶動和促進下、學習熱情高漲。抽象的物理化學概念變成具體的研究對象，難學、難記的物理化學原理、公式滲透到實驗研究當中。這種創(chuàng)新型實踐活動使化學專業(yè)本科生連續(xù)幾年物理化學考研成績居各科之首，尤其是個別同學單科成績高達145分。經(jīng)統(tǒng)計，2005—2007年考研學生的物理化學平均成績從2005年的108.5分增加到2007年的117.3分，最高分成績從2005年的133分增加到2007年的145分。很多參加項目的學生考取重點大學的研究生,并在后續(xù)的學習過程中顯示出強勁的優(yōu)勢。

4保障措施

我所由3位高級教師和1名碩士專門負責開放型研究活動的管理、指導工作。開放型實驗研究活動增加了實驗材料的消耗和開支。開放型實驗項目多數(shù)是指導老師的縱向課題，如山西省科技廳國際合作項目、山西省高等學校科技開發(fā)項目等；除此以外，我們鼓勵同學積極申請院大學生科技創(chuàng)新基金，在2004年、2006年及2008年度獲6項資助課題。為開放型創(chuàng)新實踐活動的開展、研究成果發(fā)表提供了有力的經(jīng)費保障。

[1] 任露泉，劉燕，韓志武 等.新型交叉學科人才培養(yǎng)的研究與實踐[J].中國高等教育，2008，(18)：30～31.

[2] 周俊宜,駱曉楓,顏少平 等. 開放性實驗教學與學生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J],中國高等醫(yī)學教育.2006,11:3～4.

[3] 申靜波，倪紅梅，時貴英.初探開放性實驗對學生能力的培養(yǎng)[J].高校實驗室工作研究，2008.95(1)：56～57.

[4] 趙勝巖，陳書智，邱巖. 利用交叉學科培養(yǎng)創(chuàng)新人才教學改革與學校創(chuàng)新[J]. 中國冶金教育，2008，1：13～15.

[5] 楊冬花，郭彥文，武正簧.基礎物理化學實驗中增加設計性實驗的實踐[J],太原理工大學學報 (社會科學版) ,2005,23(Supp):159～160.

10.16597/j.cnki.issn.1002-154x.2017.11.016

2017-07-27

本文系教育部“人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實驗區(qū)”(2007.25號)、山西省普通本科高等教育教學改革研究項目(2014-100，山西省教育廳)資助課題

張海容(1957～)，男，博士，教授，主要從事物理化學教學與研究工作。