馮艷艷，楊 文，王桂霞

(桂林理工大學(xué) 化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西 桂林 541004)

本科實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要環(huán)節(jié)，是鞏固基礎(chǔ)理論知識(shí)和加深對(duì)基礎(chǔ)理論認(rèn)識(shí)的有效途徑，是理論聯(lián)系實(shí)際的重要平臺(tái)，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)方面具有特別的作用，有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高[1-2]?；瘜W(xué)工程與工藝是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科。作為化學(xué)工程與工藝專業(yè)的本科生，除了掌握相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)外，還必須具備化工相關(guān)的基本實(shí)驗(yàn)過程的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力?；ぞC合實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)工程與工藝的專業(yè)必修課，其對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維及動(dòng)手能力有著十分重要的作用。另外，針對(duì)化工材料制備技術(shù)及制備工藝的快速發(fā)展，學(xué)生非常有必要跟得上科學(xué)技術(shù)的發(fā)展步伐，掌握最新的實(shí)驗(yàn)技能技術(shù)和表征測(cè)試技術(shù)，加強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。然而目前，化工綜合實(shí)驗(yàn)以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力、創(chuàng)新能力的綜合性實(shí)驗(yàn)較少，部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相對(duì)陳舊，缺乏新穎性，不能很好地激發(fā)學(xué)生的興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，更不用說發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性。高校教師的科研成果是非常寶貴的潛在實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。所以，如何將高校教師的科研成果優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為綜合性實(shí)踐教學(xué)資源，讓教師已有的科研成果及時(shí)反應(yīng)到本科教學(xué)實(shí)踐中，以實(shí)現(xiàn)科研反哺教學(xué)及教學(xué)和科研的相互促進(jìn)和協(xié)調(diào)發(fā)展，是大學(xué)本科教學(xué)改革中迫切需要解決的問題[1，3-4]。為此，為了提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生具備基本的科研素養(yǎng)，結(jié)合化工綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)際情況，我們探索了將已有的科研成果"生物質(zhì)基多孔炭的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用"轉(zhuǎn)化為本科生化工綜合實(shí)驗(yàn)的一部分教學(xué)內(nèi)容。希望通過這種形式，能夠把科研工作的研究熱點(diǎn)和最新進(jìn)展、國內(nèi)外上相關(guān)研究的最新內(nèi)容及時(shí)轉(zhuǎn)化到實(shí)踐教學(xué)中，使實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容具有前沿性、新穎性和挑戰(zhàn)性。這對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、分析和解決問題的能力及創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)起到了積極的作用。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和安排

為了引起學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣、充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必須具備前沿性、新穎性、挑戰(zhàn)性和實(shí)用性。因此，結(jié)合廣西地區(qū)特色，實(shí)驗(yàn)選取已有的科研成果"生物質(zhì)基多孔炭的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用"作為本科生大四化工綜合實(shí)驗(yàn)的一部分教學(xué)內(nèi)容。隨著生活水平的提高，人們對(duì)移動(dòng)電子產(chǎn)品和電動(dòng)交通工具的需求也越來越多，但伴隨石化燃料的日益枯竭和全球氣候變暖的問題，使得人類不得不尋求綠色環(huán)保的清潔能源和環(huán)境友好的高功率儲(chǔ)能設(shè)備。超級(jí)電容器因其高的功率密度、長的循環(huán)壽命和簡(jiǎn)單易懂的工作原理等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。在對(duì)超級(jí)電容器的研究工作中，主要集中在電極材料的開發(fā)方面。所以，以南方地區(qū)資源豐富的生物質(zhì)谷殼為碳源，通過高溫化學(xué)活化法將廉價(jià)的生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫滋?/p>

超級(jí)電容器電極材料，從而實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源的有效利用，并且有力推進(jìn)新能源材料的發(fā)展。

1.1 實(shí)驗(yàn)流程的設(shè)計(jì)

在化工綜合實(shí)驗(yàn)整個(gè)過程中，學(xué)生需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟殚喯嚓P(guān)的資料→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告→項(xiàng)目的實(shí)施(化學(xué)活化法制備樣品及樣品電極)→樣品的表征和電化學(xué)性能測(cè)試→整理表征結(jié)果及性能測(cè)試數(shù)據(jù)→分析樣品的結(jié)構(gòu)形貌與性能之間的關(guān)系→撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等，使學(xué)生作為主體經(jīng)歷科研基本素質(zhì)訓(xùn)練的全過程。學(xué)生每4人一組，實(shí)驗(yàn)以生物質(zhì)谷殼為碳源、采用化學(xué)活化法通過改變活化溫度和活化時(shí)間及氫氧化鉀的用量來制備不同結(jié)構(gòu)形貌的多孔炭材料。采用掃描電鏡和低溫氮?dú)馕矫摳奖碚魇侄蝸矸治霾牧系男蚊步Y(jié)構(gòu)，繼而研究所得多孔炭作為超級(jí)電容器電極材料的電化學(xué)性能。

1.2 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的實(shí)施

結(jié)合既定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，學(xué)生查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解實(shí)驗(yàn)中涉及的相關(guān)概念，熟悉超級(jí)電容器電極材料的一般制備方法和性能測(cè)試過程，在至少通讀15篇文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上制定實(shí)驗(yàn)方案；根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行樣品及樣品電極的制備；樣品及樣品電極制備好后，進(jìn)行表征分析及電化學(xué)性能測(cè)試；最后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生可以根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程適時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案。表征測(cè)試以掃描電鏡和低溫氮?dú)馕矫摳綖橹?，電化學(xué)性能通過上海辰華儀器有限公司的CHI660E型電化學(xué)工作站在6 M氫氧化鉀電解液中進(jìn)行測(cè)試，采用三電極測(cè)試系統(tǒng)，以甘汞電極作為參比電極、石墨片作為對(duì)電極。

2 科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)踐教學(xué)的特點(diǎn)

(1)化工綜合實(shí)驗(yàn)是針對(duì)大四本科生開設(shè)的課程，將科研成果“生物質(zhì)基多孔炭的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用”轉(zhuǎn)化為該課程的一部分教學(xué)內(nèi)容，有一定的可行性。學(xué)生在大學(xué)前三年形成的專業(yè)知識(shí)體系基礎(chǔ)上，用到了很多已學(xué)過的知識(shí)，在內(nèi)容上除了相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)之外，還涉及到掃描電鏡分析技術(shù)、低溫氮?dú)馕矫摳椒治黾夹g(shù)、材料的電化學(xué)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)等。通過本科研成果的轉(zhuǎn)化，學(xué)生對(duì)所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，參與到了科研基本素質(zhì)訓(xùn)練的全過程，進(jìn)行了理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，不斷增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)，促進(jìn)了科研素質(zhì)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，為后期畢業(yè)設(shè)計(jì)及論文打下了良好的基礎(chǔ)。

(2)實(shí)踐教學(xué)必須與科學(xué)研究熱點(diǎn)緊密結(jié)合，與時(shí)俱進(jìn)，關(guān)注社會(huì)需求，注重教學(xué)內(nèi)容的前沿性、新穎性和實(shí)用性[2]。根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況選擇恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)課題。選題太難容易讓學(xué)生望而生怯，失去學(xué)習(xí)的興趣，不利于學(xué)生積極性和創(chuàng)造性的發(fā)揮，課題太簡(jiǎn)單雖然容易實(shí)現(xiàn)，但是不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的提高[4]。

(3)依托學(xué)院已有的大型儀器設(shè)備，將科研成果優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為本科實(shí)踐教學(xué)資源，學(xué)生在此過程中可以了解化工相關(guān)材料的一般制備技術(shù)、基本表征方法及電化學(xué)性能測(cè)試方法，有機(jī)會(huì)接觸到各種先進(jìn)的大型儀器設(shè)備[1]。

(4)選題要注重學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展，滿足學(xué)生的多方位需求，最好是既能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，又能滿足學(xué)生的現(xiàn)實(shí)需求，有利于學(xué)生就業(yè)。將"生物質(zhì)基多孔炭的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用"轉(zhuǎn)化為實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)滿足了以上兩個(gè)要求，此外，還對(duì)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、分析和解決問題的能力起到了積極的作用。

3 取得的成果

將已有的科研成果"生物質(zhì)基多孔炭的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用"轉(zhuǎn)化為大四本科生化工綜合實(shí)驗(yàn)，目前已有1屆學(xué)生進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，并且得到了學(xué)生們廣泛的歡迎和認(rèn)同，實(shí)驗(yàn)效果良好。通過科研成果轉(zhuǎn)化，學(xué)生比較系統(tǒng)地了解了超級(jí)電容器電極材料用碳材料的一般制備過程，掌握了材料電化學(xué)性能的測(cè)試方法，培養(yǎng)了基本的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生們自己動(dòng)手實(shí)踐，獨(dú)立思考，遇到難題能夠團(tuán)隊(duì)討論并協(xié)作解決，充分發(fā)揮了主觀能動(dòng)性，學(xué)習(xí)的興趣和積極性大大提高，學(xué)生的動(dòng)手能力、數(shù)據(jù)處理能力明顯提高，從而具備了初步的科研實(shí)踐能力。

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