袁藝，李寧，委育秀，陳晨，黃建國，林旭鋒，李嘯風(fēng)，王從敏，王勇，王鵬

浙江大學(xué)化學(xué)系，杭州 310058

在全球化與國際化的背景下，國際科技競爭日趨激烈，習(xí)近平同志指出“我們比歷史上任何時期都更需要建設(shè)世界科技強國！”拔尖創(chuàng)新人才成為全球科技競爭的戰(zhàn)略資源，拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)成為提升國家綜合實力與國際競爭力的關(guān)鍵[1-3]。2020年1月，教育部頒布《關(guān)于在部分高校開展基礎(chǔ)學(xué)科招生改革試點工作的意見》，決定自2020年起，在“一流大學(xué)”建設(shè)A類高校開展基礎(chǔ)學(xué)科招生改革試點工作(簡稱“強基計劃”)。“強基計劃”旨在聚焦國家重大戰(zhàn)略需求，探索建立多維度考核學(xué)生的評價模式，逐步形成基礎(chǔ)學(xué)科拔尖創(chuàng)新人才選拔培養(yǎng)的有效機制，破解基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)軍人才短缺和長遠(yuǎn)發(fā)展的瓶頸問題[4]。

在化學(xué)教學(xué)中做到創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是化學(xué)教育工作者致力研究的方向[5-17]。“無機和分析化學(xué)實驗”是面向浙江大學(xué)“強基計劃”和“拔尖人才計劃”化學(xué)專業(yè)本科生開設(shè)的第一門專業(yè)實驗課程。總計96學(xué)時。浙江大學(xué)“無機和分析化學(xué)實驗”課程組在遵循人才培養(yǎng)的科學(xué)規(guī)律和教育教學(xué)規(guī)律，營造有利于創(chuàng)新性人才自由生長的學(xué)習(xí)空間，激發(fā)創(chuàng)新人才追求學(xué)術(shù)和探索未知的內(nèi)在驅(qū)動力等三個方面進(jìn)行了重點思考、建設(shè)和探索，以培養(yǎng)具有扎實基礎(chǔ)理論、嫻熟實驗技能、寬廣學(xué)科視野的，擁有批判性思維、創(chuàng)新性意識、國際性競爭能力的，以天下為己任的學(xué)術(shù)領(lǐng)袖和行業(yè)精英。

1 融入思政，實現(xiàn)課程思政育人

“人無德不立，國無德不興”。立德樹人是教育的根本任務(wù)，拔尖創(chuàng)新人才的發(fā)展應(yīng)以德為先。秉承為黨育人，為國育才的初心，根據(jù)化學(xué)學(xué)科發(fā)展史、學(xué)科特色和專業(yè)優(yōu)勢，提煉無機和分析化學(xué)實驗知識體系中所蘊含的思想價值和精神內(nèi)涵，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的國家觀、民族觀、歷史觀和文化觀，客觀科學(xué)地看待、判斷和分析自然現(xiàn)象和社會問題。例如：我們在“口服液和生物質(zhì)中的鐵含量”實驗中，將測定紫金港校園內(nèi)花草樹木中的鐵含量作為思政映射點和素材，將課程思政教育如鹽入水般融入到專業(yè)知識的教學(xué)中，實現(xiàn)學(xué)生和校園的緊密相連，讓學(xué)生享受浙大之美，化學(xué)之美、自然之美。激發(fā)學(xué)生蓬勃的生命力，使學(xué)生成為熱愛祖國、熱愛科學(xué)、熱愛生活的人。通過重大化學(xué)學(xué)科成果、著名科學(xué)家和企業(yè)家的介紹，例如：在“蛋氨酸合銅(II)的制備及組成的測定”實驗中，介紹了浙江大學(xué)化學(xué)系系友企業(yè)——浙江新和成股份有限公司，率先利用自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，率先利用自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，實現(xiàn)“十五萬噸蛋氨酸的工業(yè)化生產(chǎn)”，躋身蛋氨酸全球主要供應(yīng)商行列。激發(fā)專業(yè)自豪感和使命感，加強精益求精科學(xué)精神的培養(yǎng)，增強學(xué)生構(gòu)建和諧社會和人類共同命運體的個人責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

2 立足課堂，實現(xiàn)三基系統(tǒng)強化訓(xùn)練

扎實的學(xué)科基本能力是學(xué)生在學(xué)術(shù)探究沖動下實現(xiàn)自我超越的條件?！盁o機和分析化學(xué)實驗”作為一門實驗專業(yè)課，首要目標(biāo)是通過無機物的制備、分離提純、分析鑒定，分階段遞進(jìn)式加深加強對學(xué)生基本理論、基本知識和基本技能的三基系統(tǒng)化訓(xùn)練。

2.1 學(xué)生實驗?zāi)芰Φ脑u估與相應(yīng)的實驗教學(xué)方案的設(shè)計

通過進(jìn)入實驗室前、實驗過程中和實驗結(jié)束后的安全事項調(diào)查問卷來評估學(xué)生的安全意識，進(jìn)行針對性的安全培訓(xùn)強化。培訓(xùn)內(nèi)容包括五大部分：(1) 認(rèn)識和預(yù)測實驗室危害，樹立安全意識和個人的安全職責(zé)；(2) 了解和熟悉實驗室安全設(shè)施(滅火器、噴淋裝置、洗眼器、滅火毯、護(hù)目鏡等)及其位置，掌握使用安全設(shè)施和防護(hù)用品的正確使用方法；(3) 預(yù)習(xí)實驗室所用到的原料、儀器和操作過程的危險性和對策；(4) 結(jié)合案例討論安全注意事項，演練安全器材的使用及應(yīng)急處理方法；(5) 掌握廢棄物(廢水、廢氣、廢液)的正確處理方法，最后進(jìn)行線上安全準(zhǔn)入考試。使學(xué)生明確本課程的安全注意事項，有意識地妥善處理各種不同的有潛在危險的物質(zhì)，保護(hù)人身健康、實驗室和周圍環(huán)境的安全，具備在實驗室進(jìn)行實驗操作的資格。布置在線預(yù)習(xí)單元實驗操作視頻。我們在第2次實驗課上進(jìn)行了安全準(zhǔn)入考試和實驗摸底考試。通過氫氧化鈉溶液的標(biāo)定評估了學(xué)生實驗的理論和操作水平。評估結(jié)果表明：有化學(xué)競賽經(jīng)歷學(xué)生的理論和操作水平普遍高于無競賽經(jīng)歷的學(xué)生，學(xué)生的實驗操作需要進(jìn)一步規(guī)范，學(xué)生的思維非?；钴S，領(lǐng)悟性很強，實驗過程中表現(xiàn)出探究興趣。針對摸底考試情況，有針對性地選擇并調(diào)整適合學(xué)生水平的實驗項目和實驗內(nèi)容，根據(jù)實驗課程進(jìn)展情況逐步提升教學(xué)內(nèi)容。基本思路是依次開展三基(基本理論、基本知識和基本技能)集中強化訓(xùn)練、綜合性實驗、探究性實驗，協(xié)同提高學(xué)生的實驗操作水平、實驗統(tǒng)籌能力及創(chuàng)新能力。其中三基強化訓(xùn)練實驗3個，總計18學(xué)時；綜合性實驗4個，總計24學(xué)時；探究性實驗3個，總計36學(xué)時，教學(xué)安排見表1。

表1 “無機和分析化學(xué)實驗”遞進(jìn)式教學(xué)安排

2.2 三基的系統(tǒng)強化訓(xùn)練

針對摸底操作考試的情況，設(shè)計“不同種類的粗鹽提純及鑒定”的無機合成類實驗和“多種方法測定實際樣品中多種酸的解離平衡常數(shù)和解離度”的分析類實驗，對學(xué)生進(jìn)行基本操作的集中強化訓(xùn)練，加深學(xué)生對實驗知識的理解，通過10次的過濾和18次的滴定操作讓學(xué)生在最短時間里熟練掌握溶解、蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶、常壓過濾、減壓抽濾、傾析法等無機合成操作及稱量、移液、定容、滴定等分析操作，系統(tǒng)化夯實實驗技能。

我們在經(jīng)典實驗的基礎(chǔ)上設(shè)計了基礎(chǔ)理論知識相關(guān)的實驗問題，讓學(xué)生通過實驗來分析和總結(jié)規(guī)律。比如：在“多種方法測定實際樣品中多種酸的解離平衡常數(shù)和解離度”實驗中，要求學(xué)生設(shè)計兩種以上的實驗方案來實現(xiàn)解離常數(shù)和解離度的測定，闡述解離常數(shù)和解離度的影響因素。在加強三基基本訓(xùn)練的同時訓(xùn)練了學(xué)生的化學(xué)邏輯思維。

2.3 實驗技能的提高和升華

設(shè)計承載本學(xué)科思想和方法、貼近生活、綜合性強、實用性強的綜合性實驗內(nèi)容。例如：開設(shè)“口服液和生物質(zhì)中的鐵含量”實驗，從摩爾吸光系數(shù)的本質(zhì)和光程兩方面思考如何提高紫外-可見光譜檢測的靈敏度。利用分光光度法的標(biāo)準(zhǔn)曲線法和化學(xué)分析法測定鐵含量，引導(dǎo)學(xué)生比較不同分析方法的特點和分析對象，分析并建立待測量與實驗可測量之間的定量關(guān)系，透過實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)挖掘隱含的科學(xué)思想和方法，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，提升學(xué)生靈活應(yīng)用基本理論、基本知識和基本操作，培養(yǎng)和提升實驗技能的綜合運用能力。

在“口服液和生物質(zhì)中的鐵含量”和“實際樣品中氟離子含量的測定”實驗中，通過測定浙江大學(xué)紫金港校園內(nèi)花草樹木中的鐵含量及牙膏、飲料中的氟含量，使學(xué)生掌握液體、固體等不同復(fù)雜樣品的處理方法，提高解決實際問題的能力。

在“從廢棄物制備硫酸鋁鉀的大晶體及鋁含量的測定”實驗中，通過溶液濃度和溫度的調(diào)控來實現(xiàn)純凈透明規(guī)整晶種的可控生長，并再次通過調(diào)控母液的濃度和溫度，獲得通透規(guī)整的八面體硫酸鋁鉀大晶體，做透做實結(jié)晶相關(guān)的實驗，提高和升華了實驗技能。進(jìn)一步提升實驗難度，在“從不同原料制備硫酸亞鐵銨晶體及其組分的測定”實驗中，選用不同的重結(jié)晶溶劑和不同配比的混合溶劑，探究了重結(jié)晶溶劑對晶體形貌的影響和單晶的培養(yǎng)條件，獲得了硫酸亞鐵銨的單晶并進(jìn)行了單晶XRD衍射分析，完成了從普通的重結(jié)晶到單晶培養(yǎng)實驗技能的升華。

3 依托科研優(yōu)勢提升課程質(zhì)量

3.1 以實現(xiàn)“拔尖人才”培養(yǎng)“拔尖創(chuàng)新人才”為目標(biāo)的教學(xué)團隊組建

教師是課程的靈魂，直接影響拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。我們組建了由八位教師(國家杰青、萬人計劃，國家優(yōu)青，求是特聘教授等高層次科研人才和教學(xué)卓越崗等優(yōu)秀教學(xué)人才)、兩位實驗技術(shù)人員和兩位博士生助教相融合的教學(xué)團隊。高層次人才在“無機和分析化學(xué)實驗”課程的教學(xué)中負(fù)責(zé)探究性實驗內(nèi)容的開發(fā)與設(shè)計。其中5位高層次人才分別全程獨立指導(dǎo)了“從廢棄物制備硫酸鋁鉀的大晶體及鋁含量的測定”“蛋氨酸合銅(II)的制備及其組成的測定”“乙二胺合鈷鹽光學(xué)異構(gòu)體的制備與拆分”“吸波隱身(形)材料的制備與分析”和“團簇的制備及分析”等實驗并批改設(shè)計方案和實驗報告，1位人才做了文獻(xiàn)檢索和數(shù)據(jù)分析講座。高層次人才和其他老師共同參與貼近生活、綜合性強、實用性強的實驗教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計。

秉承“提高學(xué)術(shù)志趣，激發(fā)探索欲望”的教學(xué)理念，通過學(xué)術(shù)造詣深厚和教學(xué)經(jīng)驗豐富的一線教師的深度介入，讓學(xué)生了解世界研究熱點、學(xué)科前沿，國家的戰(zhàn)略需求，頂尖學(xué)者思考問題的角度和方法，學(xué)習(xí)拔尖人才的學(xué)術(shù)探究精神、學(xué)術(shù)情懷與攻克學(xué)術(shù)難題的意志品質(zhì)，接受學(xué)術(shù)前輩高尚人格品質(zhì)的熏陶，明晰學(xué)習(xí)目標(biāo)和發(fā)展趨勢，以實現(xiàn)“拔尖人才”培養(yǎng)“拔尖創(chuàng)新人才”的目標(biāo)。發(fā)揮高層次人才的引領(lǐng)作用，倡導(dǎo)啟發(fā)式探索性教學(xué)方法，挖掘?qū)W生的科研潛力，創(chuàng)建全方位、立體化、科教融合式的化學(xué)實驗教學(xué)課程，提升本課程的教學(xué)水平。

3.2 科研成果轉(zhuǎn)化為高階性、創(chuàng)新性、前沿性和挑戰(zhàn)度的實驗教學(xué)內(nèi)容

實驗內(nèi)容是課程質(zhì)量的載體。錢偉長先生指出：教學(xué)沒有科研底子，就是一個沒有觀點的教育，沒有靈魂的教育[8]。發(fā)揮浙江大學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科與科學(xué)研究的優(yōu)勢，將學(xué)科資源和科研資源轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源：教師科研成果進(jìn)課堂、前沿學(xué)科動態(tài)進(jìn)課堂、社會科技熱點問題進(jìn)課堂，實現(xiàn)科研反哺教學(xué)，促進(jìn)科學(xué)精神和科學(xué)思維的養(yǎng)成。具體是將化學(xué)系科研成果，如：手性拆分、吸波隱身(形)材料和納米團簇發(fā)光材料引入“無機和分析化學(xué)實驗”教學(xué)中，開發(fā)了系列綜合性強、可操作性強的小型探究性實驗，例如在團簇實驗中，學(xué)生從不同金屬離子的價電子構(gòu)型與配體基團的結(jié)構(gòu)入手，對團簇的發(fā)光性能進(jìn)行了探究。學(xué)生根據(jù)軟硬酸堿理論推測所合成團簇化合物的穩(wěn)定性，探究了空間位阻對動力學(xué)反應(yīng)性的影響。為學(xué)生創(chuàng)建了探究性學(xué)習(xí)的情境，提供了個性化學(xué)習(xí)的空間。

吸波隱身(形)材料的表征對理解材料的形貌、性能及應(yīng)用是非常必要的，可以使學(xué)生對所合成的材料有更深入的理解，并激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的興趣。因此我們在實驗教學(xué)中引入了現(xiàn)代的材料表征技術(shù)，邀請儀器分析實驗課程教師對學(xué)生進(jìn)行基本操作培訓(xùn)，使學(xué)生掌握制樣和儀器操作，了解基本原理，能通過與標(biāo)準(zhǔn)譜圖的對照進(jìn)行譜圖解析。材料表征相關(guān)視頻及資料上傳至“學(xué)在浙大”平臺，學(xué)生可重復(fù)觀看。本課程中材料表征技術(shù)的引入使低年級的學(xué)生對材料表征技術(shù)有了實際的體驗，在隨后的高階教學(xué)中將進(jìn)一步講解儀器結(jié)構(gòu)、測試原理和未知復(fù)雜樣品的分離分析。

通過科研成果轉(zhuǎn)化的實驗項目讓學(xué)生初步了解科研動態(tài)以及開展科研的基本思路和基本方法，提升學(xué)生綜合運用專業(yè)學(xué)科知識解決問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生從“學(xué)會”向“會學(xué)”的轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位和教師的主導(dǎo)作用，激發(fā)創(chuàng)新意識、培養(yǎng)創(chuàng)新精神。本課程的教學(xué)對學(xué)生產(chǎn)生了強大的吸引力。

3.3 以科研思路引領(lǐng)學(xué)生完成實驗項目

學(xué)生進(jìn)入大學(xué)以后，面臨一個全新的學(xué)習(xí)環(huán)境，在學(xué)習(xí)上出現(xiàn)了迷茫，以往高中的刷題式學(xué)習(xí)方法遇到了很大的挑戰(zhàn)，如何解決學(xué)生在這方面的迷茫，將科研思維的培養(yǎng)扎根在頭腦中，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的意識，提升學(xué)生的專業(yè)歸屬感和自豪感，是“無機和分析化學(xué)實驗”課程教學(xué)改革的主要目標(biāo)。保姆式實驗教學(xué)崇尚對學(xué)生進(jìn)行投喂式的傳授，追求標(biāo)準(zhǔn)答案式的傳授，即時滿足學(xué)生對標(biāo)準(zhǔn)答案的需求，這緩解了學(xué)生對未知事物的焦慮，但是不利于學(xué)生思辨性思維的形成和可持續(xù)發(fā)展的綜合素質(zhì)的培養(yǎng)?？蒲幸痪€教師分享科研經(jīng)歷，以批判性思維對實驗內(nèi)容和實驗過程進(jìn)行重新認(rèn)識和審視[11]，以化學(xué)學(xué)科邏輯完成實驗項目。

在“蛋氨酸合銅(II)的制備及組成的測定”實驗中，學(xué)生對蛋氨酸與碘的反應(yīng)機理不清晰，老師通過啟發(fā)式的遞進(jìn)式提問引導(dǎo)學(xué)生圍繞問題查閱文獻(xiàn)，主動思考，小組討論來理解蛋氨酸與碘的作用機理。當(dāng)學(xué)生對配位反應(yīng)所需的pH有質(zhì)疑時，老師提出條件穩(wěn)定常數(shù)的概念，引導(dǎo)學(xué)生從金屬離子、滴定劑乙二胺四乙酸(EDTA)各自的副反應(yīng)分析滴定條件對配位滴定的影響，確定準(zhǔn)確滴定的條件，主動設(shè)計實驗方案，提出可行性實驗方法，解決實驗中所遇到的問題。

4 注重表達(dá)和交流，激發(fā)思辨

哈佛大學(xué)的邁克爾·桑德爾(Michael J. Sandel)教授[18]指出，“讓學(xué)生參與討論，這種互動性的方式對于教師來說在控制課堂上有些風(fēng)險，因為會存在不確定的因素，但正因為有這些的存在，才會讓課程更有靈氣，師生之間才會出現(xiàn)閃光點?！遍W光點的出現(xiàn)說明大家都在真正地思考。本課程三次探究性實驗中學(xué)生以小組為單位開展實驗，教師把學(xué)生帶入一個個具體的困境，不斷地拋出尖銳的問題，啟發(fā)思考和辯論，但不會給出標(biāo)準(zhǔn)答案，為學(xué)生創(chuàng)造更多自由探討的氛圍。學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，小組成員積極討論，自行設(shè)計實驗方案，教師密切跟進(jìn)過程，鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，大膽猜想與獨立論證，這種方式極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了學(xué)生的文獻(xiàn)調(diào)研能力、自學(xué)能力、科學(xué)表達(dá)能力和實際解決問題的能力。同時培養(yǎng)學(xué)生的嚴(yán)謹(jǐn)性，要求專業(yè)術(shù)語的縮略語、略稱或代號，在首次出現(xiàn)時需注明其全稱或加以說明。在答辯課上，學(xué)生針對本學(xué)期的實驗內(nèi)容進(jìn)行匯報，積極討論和互動，教師給予點評。討論中以“會質(zhì)疑、重實證、講邏輯”為基本要點，培養(yǎng)學(xué)生求真、理性、推理、變通、綜融的思維技能，幫助學(xué)生成為擁有反思能力、創(chuàng)新意識和多元流動思維的復(fù)合型人才。

學(xué)術(shù)探究沖動是直接推動學(xué)術(shù)人才執(zhí)著于學(xué)術(shù)探究活動的內(nèi)在動力[19]。采取有效措施保護(hù)學(xué)生的學(xué)術(shù)探究沖動，激發(fā)學(xué)生“做”學(xué)術(shù)的興趣、體驗“做”學(xué)術(shù)的快樂，培養(yǎng)他們的質(zhì)疑精神，將他們的學(xué)術(shù)探究興趣從有趣發(fā)展為樂趣，并進(jìn)一步發(fā)展成為學(xué)術(shù)志趣。為學(xué)生全面認(rèn)知與深度體驗基礎(chǔ)學(xué)科探究活動創(chuàng)造條件。鍛煉克服困難的意志，體驗學(xué)術(shù)探究的成功與喜悅，萌生崇高的學(xué)術(shù)情懷。

5 信息化教學(xué)平臺的使用和建設(shè)

依托“學(xué)在浙大”教學(xué)平臺，我們推行了講義、實驗相關(guān)素材、視頻、預(yù)習(xí)報告、實驗報告等內(nèi)容的電子版無紙化教學(xué)，做到了高效、即時、靈動、開放，實現(xiàn)了有效的大信息量溝通。針對強基班和求是班的學(xué)生理論基礎(chǔ)較為扎實，思維非?；钴S，學(xué)習(xí)主動性很強的特點，我們給學(xué)生提供了更多的開放性問題，引發(fā)學(xué)生的思考，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的訓(xùn)練。要求學(xué)生觀看視頻，根據(jù)實驗內(nèi)容自主提出與實驗相關(guān)的思考題，上交電子版預(yù)習(xí)報告，預(yù)習(xí)報告包括實驗步驟、思考題和注意事項三方面的內(nèi)容。通過對實驗步驟的充分預(yù)習(xí)，熟悉實驗的基本內(nèi)容，做到心中有數(shù)。通過注意事項的思考，學(xué)生明確了實驗中可能存在的危險及所用試劑的安全性。根據(jù)學(xué)生的實驗過程隨時豐富完善實驗講義，隨時上傳教學(xué)相關(guān)素材，實現(xiàn)即時靈動開放式的教學(xué)模式。要求學(xué)生利用繪圖軟件和數(shù)據(jù)處理軟件撰寫電子版實驗報告和探究性實驗報告，鼓勵學(xué)生針對實驗內(nèi)容提出自己的觀點，注重報告的規(guī)范性。學(xué)生在“學(xué)在浙大”教學(xué)平臺上上傳實驗過程記錄和產(chǎn)品圖片，加強對學(xué)生的跟蹤評價，實現(xiàn)實驗全過程管理。

6 結(jié)語

通過高層次人才的深度介入，培養(yǎng)學(xué)生正確的價值取向，自主的鉆研創(chuàng)新精神和濃厚的科研興趣。立足課堂，夯實化學(xué)學(xué)科基礎(chǔ)，建立以問題和課題為核心的項目式實驗教學(xué)模式，倡導(dǎo)啟發(fā)式探索性教學(xué)方法，學(xué)會思考、批判和選擇，激發(fā)學(xué)生“做”學(xué)術(shù)的興趣、創(chuàng)建以培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才為導(dǎo)向的科教融合式“無機和分析化學(xué)實驗”課程教學(xué)模式，打造具有預(yù)判趨勢的洞察力、整合資源的創(chuàng)造力、把握全局的領(lǐng)導(dǎo)力的卓越創(chuàng)新人才。