李厚金，陳六平，張樹(shù)永

1中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院，廣州 510006

2山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，濟(jì)南 250100

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ腔瘜W(xué)專(zhuān)業(yè)人才的核心競(jìng)爭(zhēng)力。學(xué)生通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅可以理解化學(xué)的原理和本質(zhì)，而且還能夠牢固掌握規(guī)范、安全的實(shí)驗(yàn)操作技能，提高科學(xué)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，在科學(xué)研究方法、創(chuàng)新能力上得到系統(tǒng)的訓(xùn)練和提高，同時(shí)激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣和熱愛(ài)。

近年來(lái)，各高校在化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)條件建設(shè)方面取得了重要成就。實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，通風(fēng)櫥、實(shí)驗(yàn)服、護(hù)目鏡、手套、“三廢”(廢液、廢氣、固體廢棄物)的回收處理，提高了實(shí)驗(yàn)的安全性，培養(yǎng)了學(xué)生的安全環(huán)保及社會(huì)責(zé)任意識(shí)。眾多的現(xiàn)代科學(xué)儀器已經(jīng)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)。小班化教學(xué)、精細(xì)化指導(dǎo)提高了教學(xué)效果。當(dāng)然，目前我國(guó)高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)依然存在不少問(wèn)題：教學(xué)體系、教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)考核等仍未達(dá)到與硬件建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展的應(yīng)有水準(zhǔn)[1-3]；出版的實(shí)驗(yàn)教材很多，但內(nèi)容大同小異；實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要關(guān)注“三基”(基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論、基本技能)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊單一、缺乏綜合性和設(shè)計(jì)性，教學(xué)要求不高，挑戰(zhàn)性差，“照方抓藥”式的教學(xué)難以培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新能力，教學(xué)效果不理想。隨著化學(xué)學(xué)科的飛速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容落后于時(shí)代已成為一個(gè)突出的問(wèn)題[4,5]。

本文擬對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)化學(xué)新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探討新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的選題方向、創(chuàng)制途徑、教學(xué)實(shí)施和評(píng)價(jià)方法，為同行提供參考。

1 化學(xué)新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)是指將反映新知識(shí)、新理論、新技術(shù)、新方法等的最新成果設(shè)計(jì)為適合本科生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。我們以2017年1月-2021年3月間在《大學(xué)化學(xué)》上發(fā)表的代表性新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)(表1)以及2019年第一屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品代表(表2)為例，分析我國(guó)高校化學(xué)新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀。

表1 2017年1月-2021年3月間在《大學(xué)化學(xué)》期刊發(fā)表的新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的主要選題方向

(續(xù)表1)

表2 2019年第一屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)的新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)作品的主要選題方向

(續(xù)表2)

2017年1月-2021年3月，《大學(xué)化學(xué)》共發(fā)表新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)63個(gè)(不包括全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽特刊的20篇)，其中綜合實(shí)驗(yàn)52個(gè)，占比82.5%。2019年第一屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品共65項(xiàng)，其中新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)46項(xiàng)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)13項(xiàng)，科普實(shí)驗(yàn)6項(xiàng)[6]。新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)以綜合實(shí)驗(yàn)為主，內(nèi)容有一定難度，實(shí)驗(yàn)過(guò)程具有探究性，有利于培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題的綜合能力和高級(jí)思維。

科教融合是當(dāng)前教育改革的熱點(diǎn)?！秶?guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》明確指出：“支持學(xué)生參與科學(xué)研究，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)”“促進(jìn)科研與教學(xué)互動(dòng)、與創(chuàng)新人才培養(yǎng)相結(jié)合”?！督逃筷P(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育 全面提高人才培養(yǎng)能力的意見(jiàn)》也強(qiáng)調(diào)“將最新科研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為教育教學(xué)內(nèi)容，以高水平科學(xué)研究支撐高質(zhì)量本科人才培養(yǎng)”。表1和表2顯示，新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的選題熱點(diǎn)有納米材料、功能高分子材料、金屬有機(jī)框架材料、聚集誘導(dǎo)發(fā)光、新型電池、熒光探針、催化劑的制備和應(yīng)用、人名反應(yīng)、一鍋法反應(yīng)、綠色化學(xué)、天然產(chǎn)物化學(xué)等，有部分新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)同時(shí)涵蓋多個(gè)方向。新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的選題方向與中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心與科睿唯安聯(lián)合發(fā)布的《研究前沿》和《研究前沿?zé)岫戎笖?shù)》年度報(bào)告(http://www.casisd.cn/zkcg/zxcg/)高度吻合，說(shuō)明大部分指導(dǎo)教師能夠指導(dǎo)學(xué)生將最新科研項(xiàng)目改編成教學(xué)實(shí)驗(yàn)，使新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚓o跟學(xué)科發(fā)展前沿，實(shí)現(xiàn)科研成果向教學(xué)實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)化。

2 化學(xué)新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展與對(duì)策

目前，化學(xué)新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)取得一定成就，但已編入了實(shí)驗(yàn)教材或?qū)嶋H應(yīng)用于教學(xué)的項(xiàng)目占比仍然比較低。新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的未來(lái)發(fā)展，仍需要重點(diǎn)解決以下幾個(gè)方面：

(1) 開(kāi)發(fā)貼近實(shí)際、“接地氣”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要在體現(xiàn)新穎性，將化學(xué)新方法、新原理、新物質(zhì)、新功能引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí)，增加應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)，解決實(shí)驗(yàn)內(nèi)容“頂天”多，“立地”少的問(wèn)題。特別是對(duì)于農(nóng)、林、醫(yī)、工、師范類(lèi)以及一些地方性高校，不要盲目在國(guó)際頂尖科技成果或者熱點(diǎn)領(lǐng)域中去尋找開(kāi)發(fā)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而是應(yīng)該根據(jù)各自學(xué)校的學(xué)科特點(diǎn)、地方資源和行業(yè)特色、學(xué)生未來(lái)就業(yè)與發(fā)展的需要，開(kāi)發(fā)系列貼近實(shí)際、“接地氣”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，在提高實(shí)驗(yàn)新穎性的同時(shí)注重實(shí)用性和趣味性，這對(duì)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果大有裨益。

(2) 兼顧實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可行性。不少新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮了創(chuàng)新性和前沿性，但對(duì)是否適合本科教學(xué)考慮不多；很多新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)盲目追求使用現(xiàn)代分析表征手段，看似高大上，實(shí)際上導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的可操作性變差。新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的核心價(jià)值在于其推廣應(yīng)用和教學(xué)效果，是否適合作為本科實(shí)驗(yàn)是創(chuàng)制實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須優(yōu)先考慮的因素。例如，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)選題范圍可以很廣，如不對(duì)稱(chēng)合成、催化反應(yīng)、微量反應(yīng)、綠色合成、無(wú)水無(wú)氧反應(yīng)、人名反應(yīng)、諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)反應(yīng)、藥物合成、天然產(chǎn)物化學(xué)實(shí)驗(yàn)等，但是否適合作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)則需要考慮：① 實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)以4-6 h完成為宜。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)，最好能夠合理劃分為2-4個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段不要超過(guò)6 h；② 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。實(shí)驗(yàn)儀器不能太貴重，避免大量和非必要使用大型儀器設(shè)備，否則難以推廣；③ 實(shí)驗(yàn)試劑的價(jià)格和安全性。試劑最好價(jià)廉易得，宜安全綠色，不宜有毒有害；④ 實(shí)驗(yàn)操作安全性好。不宜選用易燃、易爆的危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)最好采用常規(guī)條件，避免超低溫、高溫、高壓、嚴(yán)格無(wú)水無(wú)氧等操作；⑤ 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。實(shí)驗(yàn)步驟不宜太多，產(chǎn)率不宜太低，實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定，結(jié)果重現(xiàn)性好。要努力踐行綠色、環(huán)保、安全的實(shí)驗(yàn)教育理念，樹(shù)立新時(shí)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)的新形象。

(3) 突出科研育人。新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)是落實(shí)科教融合的重要途徑。通過(guò)巧妙的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，把最新的前沿科學(xué)研究成果編入教材、引入實(shí)驗(yàn)課堂，通過(guò)拓展實(shí)驗(yàn)的背景知識(shí)，通過(guò)綜合多學(xué)科、多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)設(shè)置真實(shí)的問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生探索未知世界的好奇心，并通過(guò)參與科研過(guò)程將所學(xué)知識(shí)與能力培養(yǎng)融會(huì)貫通，全面提升素質(zhì)和能力，使學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)不斷加強(qiáng)，科研方法逐漸規(guī)范，自主學(xué)習(xí)能力、研究能力、溝通協(xié)作能力不斷增強(qiáng)，是將科研成果引入本科實(shí)驗(yàn)的初衷。另外，改變“照方抓藥”的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)中采取團(tuán)隊(duì)合作的實(shí)驗(yàn)方式，通過(guò)多參數(shù)設(shè)置，引導(dǎo)學(xué)生積極探究，增強(qiáng)分析和綜合能力，采用研究型教學(xué)模式，才能真正發(fā)揮新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的作用，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新性、高階性和挑戰(zhàn)度。目前，很多新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)在引入新原理、新方法、新體系的同時(shí)，卻采用了傳統(tǒng)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，其效果無(wú)疑會(huì)大打折扣，無(wú)法實(shí)現(xiàn)新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)的初衷。

(4) 深入挖掘課程思政內(nèi)涵。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的宗旨是落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，要以學(xué)生為中心，促進(jìn)學(xué)生的全面健康成長(zhǎng)。依托科研最新成果開(kāi)設(shè)的新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)，能更多地體現(xiàn)科研思維方式、社會(huì)責(zé)任、擔(dān)當(dāng)精神、創(chuàng)新意識(shí)和綠色發(fā)展意識(shí)等，具有較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)更加豐富的課程思政內(nèi)涵。因此，新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)要更加自覺(jué)地推進(jìn)“思政育人”，引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立遠(yuǎn)大的理想和正確的價(jià)值觀，堅(jiān)持科學(xué)精神，嚴(yán)守學(xué)術(shù)規(guī)范，遵循科學(xué)倫理，擔(dān)當(dāng)社會(huì)責(zé)任。

(5) 合理調(diào)控新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)方向。實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是一個(gè)以人才培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向的科學(xué)體系，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)特的知識(shí)、能力和素質(zhì)的使命。只有合理融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)才能發(fā)揮其應(yīng)有的效能。目前，絕大多數(shù)新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)僅僅是單個(gè)的、獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)，并未被納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。表1和表2顯示，在TiO2的光催化[7-10]、金屬有機(jī)框架材料[11-14]、熒光探針[15,16]、聚集誘導(dǎo)發(fā)光[17-19]等新興的熱點(diǎn)科研方向上開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量比較多，這雖然是當(dāng)前科研熱點(diǎn)和人才培養(yǎng)需求的合理反映，但一味地追逐熱點(diǎn)，開(kāi)發(fā)過(guò)多的類(lèi)似實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，最終很難得到應(yīng)用推廣，這也會(huì)成為一種資源浪費(fèi)。

(6) 完善效果評(píng)價(jià)。新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)大多是綜合性、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的較高層次，對(duì)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力有著更高的要求。學(xué)生為了完成實(shí)驗(yàn)，可能需要閱讀大量文獻(xiàn)，拓展相關(guān)研究的背景知識(shí)；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中往往需要教師更多的指導(dǎo)和同學(xué)間的相互協(xié)作；實(shí)驗(yàn)完成后可能需要小組討論，一起分享實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)、體會(huì)和感想，即具有更顯著的過(guò)程性特征。因此，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)體系對(duì)這些新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)并不適合。建立綜合過(guò)程性、終結(jié)性考核的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)學(xué)生在文獻(xiàn)研讀、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、問(wèn)題分析、總結(jié)提升、過(guò)程反思等方面進(jìn)行全過(guò)程評(píng)測(cè)，建立全面、客觀、準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目己梭w系，以目標(biāo)為導(dǎo)向，通過(guò)考核充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，提升學(xué)生的參與度，也是新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，符合化學(xué)學(xué)科發(fā)展潮流，融入了新知識(shí)、新理論、新技術(shù)、新方法的新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大量涌現(xiàn)，為化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)了勃勃生機(jī)。與此同時(shí)，新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)在選題方向上一味追逐熱點(diǎn)科研領(lǐng)域，不注重開(kāi)發(fā)貼近實(shí)際、“接地氣”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高實(shí)驗(yàn)實(shí)用性和趣味性的問(wèn)題普遍存在。在新創(chuàng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)制時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，綜合考慮多方因素，兼顧實(shí)驗(yàn)的安全性、可操作性和可推廣性。要精心設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，拓展實(shí)驗(yàn)的背景知識(shí)，融入課程思政，創(chuàng)新教學(xué)方法，提升實(shí)驗(yàn)的趣味性，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方法、理論思考、實(shí)驗(yàn)過(guò)程體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析等方面獲得更全面、更系統(tǒng)、更深入的訓(xùn)練，促進(jìn)綜合能力提升。效果考核要更加關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)他們由過(guò)去的“學(xué)習(xí)、考試”型向“學(xué)習(xí)、思考、研究、創(chuàng)新”型轉(zhuǎn)變。