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科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)化的探索與實(shí)踐論文
隨著社會(huì)對(duì)高校畢業(yè)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)要求的不斷提高，化學(xué)實(shí)驗(yàn)(綜合性)的重要性也不斷地被強(qiáng)調(diào)�；瘜W(xué)綜合實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的核心課程，各大高校紛紛對(duì)該課程進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)新形勢(shì)下的要求。如復(fù)旦大學(xué)在專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的資助下大刀闊斧地修訂實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)“培養(yǎng)學(xué)生串聯(lián)、組裝各知識(shí)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)技能，形成有效解決問(wèn)題的能力”的教學(xué)理念。西南科技大學(xué)的化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程已經(jīng)發(fā)展成熟，向著精品課程發(fā)展，形成了信息化平臺(tái)的教學(xué)資源。北京大學(xué)則是將綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)延伸到科研學(xué)術(shù)組內(nèi)，引導(dǎo)學(xué)生更多地參與到科研課題組。我校(西安交通大學(xué))化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的發(fā)展受資金限制，只能通過(guò)“節(jié)流”來(lái)實(shí)現(xiàn)跳躍式的改革�；瘜W(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程處在學(xué)生修完基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與開(kāi)始畢業(yè)設(shè)計(jì)前這個(gè)關(guān)鍵的時(shí)期，其目的是對(duì)學(xué)生已學(xué)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)、歸納、應(yīng)用和延伸，使學(xué)生在修完化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程之后，能夠更加順暢地過(guò)渡到隨后的科研訓(xùn)練及畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，循序漸進(jìn)地得到系統(tǒng)的研究訓(xùn)練。針對(duì)這些限制和需求，將前沿領(lǐng)域科學(xué)研究中相對(duì)成熟的科研成果向教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化是最快最有效的方式；而且，隨著教師科研的進(jìn)展，隨時(shí)將教師新的成熟科研項(xiàng)目不斷地融入到化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，也保證了化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)新技術(shù)、新應(yīng)用、新視野的要求。
化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程在新要求下應(yīng)具備以下特點(diǎn)：①在內(nèi)容上要體現(xiàn)“綜合”的特性；②使學(xué)生全面接觸大型測(cè)試儀器；③緊密聯(lián)系當(dāng)前研究熱點(diǎn)。這樣設(shè)置課程內(nèi)容不僅能改善實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目陳舊的問(wèn)題，引領(lǐng)學(xué)生直接關(guān)注研究熱點(diǎn)，同時(shí)也能系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。實(shí)驗(yàn)的全面性也讓參與實(shí)驗(yàn)的教師對(duì)自己的科研有了新的體會(huì)，實(shí)實(shí)在在地起到教學(xué)相長(zhǎng)的作用。
1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇
提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要從一點(diǎn)一滴做起，切實(shí)完成好一個(gè)個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)。因此，我們從以下幾個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了修訂。
(1)突出熱點(diǎn)和學(xué)科前沿。
學(xué)院調(diào)動(dòng)廣大優(yōu)秀教師對(duì)《化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)》教材重新進(jìn)行了編寫，所有實(shí)驗(yàn)均精選自一線教師的教學(xué)積累、近期研究成果及前沿科學(xué)等相關(guān)課題，內(nèi)容涉及鋰電池電極材料、熒光磷光材料、金屬有機(jī)配合物、表面活性劑等多個(gè)領(lǐng)域。
例如“氧化-還原法制備石墨烯”的實(shí)驗(yàn)。由于石墨烯在電子運(yùn)輸、導(dǎo)電性、機(jī)械特性等方面廣闊的應(yīng)用前景，加上其在2010年成為諾貝爾物理獎(jiǎng)的主題，受到廣大科研工作者的青睞，是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)課題。本學(xué)院教師在科研基礎(chǔ)上將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)成熟的綜合實(shí)驗(yàn)。充分考慮實(shí)驗(yàn)安全性和原料成本，以天然鱗片石墨為原料，運(yùn)用Hummers法制備氧化石墨，通過(guò)超聲波剝離技術(shù)制備單層氧化石墨烯及還原石墨烯，并通過(guò)X射線衍射譜和拉曼光譜對(duì)比分析了原料和產(chǎn)品。再如磷光發(fā)光材料對(duì)未來(lái)新一代顯示技術(shù)及節(jié)能固態(tài)照明光源研發(fā)的意義重大，實(shí)驗(yàn)“2-苯基吡啶Pt配合物磷光發(fā)光分子的合成與光物理表征”合成了一種磷光發(fā)光分子，它是一種金屬有機(jī)配合物，是在聚合物主鏈或支鏈通過(guò)化學(xué)鍵引入功能性金屬中心而生成的新型高聚物。金屬聚合物由于整合了金屬中心的導(dǎo)電、熒光、氧化還原、催化特性以及高分子材料優(yōu)良的溶解性能而備受關(guān)注，在催化、磁性材料、熒光材料等多方面都有很好的應(yīng)用前景，也是當(dāng)今化學(xué)研究領(lǐng)域的熱門課題之一。我校教師將其整合成一套適用于學(xué)生操作的綜合實(shí)驗(yàn)。從前驅(qū)體的制備、目標(biāo)分子的合成到產(chǎn)物的分離、提純，從方法的選擇到洗脫液的選擇配比，都進(jìn)行了深入的探討，讓學(xué)生對(duì)金屬配合物的合成方法以及柱層析分離有了更清晰的認(rèn)識(shí)。
這些實(shí)驗(yàn)既加強(qiáng)了學(xué)生化學(xué)專業(yè)必備的基本操作技能訓(xùn)練，又能讓他們充分了解教師的科研內(nèi)容和目前此研究方向的現(xiàn)狀與進(jìn)展，開(kāi)闊了眼界，達(dá)到了提高學(xué)生實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的目的。
(2)聯(lián)系實(shí)際，注重設(shè)計(jì)。
大多數(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與日常生活關(guān)系不大，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只是照方抓藥，這樣會(huì)有種紙上談兵的感覺(jué)。這次改革引入了一些和日常生活緊密相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)知識(shí)對(duì)人類文明的推進(jìn)作用，提升他們的專業(yè)親切感和自豪感。如“兩性表面活性劑十二烷基二甲基甜菜堿(BS-12)的合成與評(píng)價(jià)”，學(xué)生自己從原料入手合成表面活性劑，進(jìn)行系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)后進(jìn)一步設(shè)計(jì)并配制自己專屬的洗手液和洗發(fā)水；鋁合金是日常生活中一種非常重要的裝飾材料，“鋁合金的圖紋化”實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自行設(shè)計(jì)，在教師審閱保證安全的情況下給予學(xué)生最大的自由度，讓學(xué)生將校徽、自己的名字制作成銘牌留作紀(jì)念。這種寓教于樂(lè)的實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行岣邔W(xué)生的興趣；實(shí)實(shí)在在的樣品更有視覺(jué)沖擊力，使學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的印象更加深刻。
(3)緊密圍繞“綜合”的主題。
整個(gè)教材的選題對(duì)于從單個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容到各項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)都進(jìn)行了通盤考慮。單個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容全面，從產(chǎn)品合成、優(yōu)化、修飾到表征是一個(gè)小“綜合”，各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間從基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，逐級(jí)增加實(shí)驗(yàn)難度，并且囊括了化學(xué)學(xué)科中的幾大分支，輻射到了無(wú)機(jī)合成、高分子、儀器分析等各方面，甚至對(duì)近化學(xué)學(xué)科(如材料、醫(yī)學(xué)、食品等)也有涉及，相當(dāng)于一個(gè)大“綜合”�！痘瘜W(xué)綜合實(shí)驗(yàn)》教材本身是一本很好的科研入門資料，雖然我們?cè)谡n程設(shè)置上不能將所有實(shí)驗(yàn)全部開(kāi)出，但是學(xué)生在平時(shí)的閱讀中也能有所收益�；瘜W(xué)綜合實(shí)驗(yàn)將做成一個(gè)不斷開(kāi)發(fā)升級(jí)、滾動(dòng)發(fā)展的課程，逐步開(kāi)出更多新型的實(shí)驗(yàn)，為科研成果向教學(xué)項(xiàng)目的轉(zhuǎn)化進(jìn)行有益的探索，為學(xué)生系統(tǒng)地接受科研訓(xùn)練創(chuàng)建平臺(tái)。
2引入先進(jìn)大型儀器
大型儀器設(shè)備是高等院校重要的科技資源之一，隨著國(guó)家對(duì)高等教育經(jīng)費(fèi)的不斷增加，我校的儀器設(shè)備特別是大型精密儀器設(shè)備在數(shù)量上有了很大的提高。由于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)條件和目標(biāo)的限制，學(xué)生接觸到大型精密儀器的機(jī)會(huì)很少，但在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)又需要使用，造成了帶畢業(yè)設(shè)計(jì)教師的很大困擾。因此在化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程中引入先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器的訓(xùn)練很重要。
在化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生有機(jī)會(huì)在老師的指導(dǎo)下親自操作大型儀器，可以提高他們參與實(shí)驗(yàn)的興趣。同時(shí)使用大型儀器的經(jīng)歷使得他們對(duì)儀器的構(gòu)造、使用及簡(jiǎn)單維修都有了很直觀的認(rèn)識(shí)，也能更深刻地體會(huì)到先進(jìn)儀器設(shè)備對(duì)科研發(fā)展的促進(jìn)作用。改革后的化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程中的所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均涉及產(chǎn)品的鑒定分析，涵蓋了我中心大部分的大型儀器，如：X射線衍射儀(XRD)、核磁共振儀(NMR)、拉曼光譜儀(Raman)、紫外可見(jiàn)吸收光譜儀(UV-vis)、傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)、熒光光譜儀(AFS)、接觸角儀(CAT)等。每位教師可根據(jù)自己的科研內(nèi)容，選擇最有代表性的幾種表征手段。教師對(duì)儀器的原理、具體的操作方法以及最后的譜圖分析都要進(jìn)行詳細(xì)的介紹，使學(xué)生在掌握儀器的使用方法后能夠自行進(jìn)行檢測(cè)。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比較，學(xué)生的參與度更高。
如在實(shí)驗(yàn)“金屬酞菁的合成及光譜特性研究”中，學(xué)生合成出含有鈷、鋁、鋅等金屬中心原子的酞菁配合物，分別研究了不同金屬中心、不同溶劑對(duì)酞菁紫外可見(jiàn)吸收光譜的影響，并針對(duì)同一溶劑的不同濃度、不同金屬中心的酞菁熒光光譜進(jìn)行了檢測(cè)對(duì)比。相較于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)單一的評(píng)價(jià)條件，在化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)地討論了各種變量之間的聯(lián)系和影響，對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力都是很好的鍛煉。同時(shí)，學(xué)生對(duì)兩種譜圖進(jìn)行分析比較，對(duì)紫外可見(jiàn)吸收光譜及熒光光譜這兩種分析手段之間的聯(lián)系和區(qū)別也有了更深的認(rèn)識(shí)。又如實(shí)驗(yàn)“局部麻醉劑苯佐卡因的制備及表征”，由對(duì)甲基乙酰苯胺分四步反應(yīng)最終合成出產(chǎn)品苯佐卡因，每合成出一種前驅(qū)體都要進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)(用熔點(diǎn)儀測(cè)熔點(diǎn)，用紅外光譜分析官能團(tuán)等)，學(xué)生從檢測(cè)的數(shù)據(jù)和合成產(chǎn)品的產(chǎn)量，選擇下一步的投料量，最終對(duì)合成出的產(chǎn)品進(jìn)行核磁共振分析。由于每一步的成敗都直接影響最終的結(jié)果，可使學(xué)生意識(shí)到這是“自己”獨(dú)一無(wú)二的實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)時(shí)就不會(huì)走過(guò)場(chǎng)。
3調(diào)整教學(xué)方法及考核辦法
3.1教學(xué)方法的改進(jìn)
化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)已從原來(lái)的32學(xué)時(shí)增加到64學(xué)時(shí)，時(shí)間的延長(zhǎng)有利于科研的系統(tǒng)性，同時(shí)也對(duì)這門課程提出了更高的要求。
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課一般都是教師根據(jù)教科書中的明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)對(duì)學(xué)生提出統(tǒng)一的要求；改革后的化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)不但內(nèi)容輻射面廣，而且與時(shí)俱進(jìn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這更符合培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的要求。課程內(nèi)容則是教師給出實(shí)驗(yàn)題目及基礎(chǔ)背景，由學(xué)生上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，在課堂上教師和學(xué)生相互探討；教師根據(jù)目前的研究水平進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室具體條件，和學(xué)生一起討論出最佳的合成路線、提純方法及相應(yīng)的檢測(cè)手段；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師根據(jù)每個(gè)學(xué)生的實(shí)際情況給出解決辦法，直到最后報(bào)告的完成。學(xué)生每完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)就相當(dāng)于完成了一個(gè)系統(tǒng)的小課題。
3.2師資配備的調(diào)整
化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程的改革對(duì)帶實(shí)驗(yàn)課的教師自身科研水平的要求有很大提高。以往科研水平高的資深教師較少參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)。此次除了對(duì)課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行很大的調(diào)整之外，另一個(gè)亮點(diǎn)就是科研一線的教授、副教授直接走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，全程參與學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的討論、指導(dǎo)。同時(shí)，打破了一位教師主講一門課程的傳統(tǒng)。我們的實(shí)驗(yàn)課是由一位教師總負(fù)責(zé)，6位資深教授、副教授分別指導(dǎo)自己編寫的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由最專業(yè)的教師講授自己最擅長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)接受到最有效的指導(dǎo)，這本身對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)就有很強(qiáng)的吸引力，因此收效顯著。
3.3考核制度的改進(jìn)
完善的考核體系能更好地檢驗(yàn)教與學(xué)的效果，同時(shí)也能促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的不斷完善。新的考核制度更注重對(duì)學(xué)生自身素質(zhì)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，既包括對(duì)平時(shí)操作技能的評(píng)價(jià)，也包括對(duì)實(shí)驗(yàn)的積極性、主動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度等的評(píng)價(jià)。平時(shí)成績(jī)從原來(lái)占總成績(jī)的30%增加到70%。加大平時(shí)實(shí)驗(yàn)的成績(jī)能使學(xué)生更注重在平時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)，引導(dǎo)他們由過(guò)去的“學(xué)習(xí)、考試”型學(xué)生向“學(xué)習(xí)、探索、研究、創(chuàng)新”型學(xué)生轉(zhuǎn)變。
4以科研助教學(xué)、教學(xué)帶科研的循環(huán)滾動(dòng)式發(fā)展
經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程訓(xùn)練后，提高了學(xué)生科研訓(xùn)練中分析問(wèn)題、解決問(wèn)題及實(shí)驗(yàn)操作的能力，使他們對(duì)隨后進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題、考研方向和工作方向的選擇都變得更主動(dòng)、更有目的性，而且縮短了學(xué)生進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)后的磨合期。同時(shí)，這門課程促進(jìn)了不同研究方向的交叉，更有利于激發(fā)創(chuàng)新思維，產(chǎn)生新的科研思路。
科研與教學(xué)是對(duì)立的統(tǒng)一體，二者相輔相成，相互促進(jìn)。以科研助教學(xué)，以教學(xué)促科研的循環(huán)滾動(dòng)式發(fā)展既能鍛煉學(xué)生的能力，又有利于教師的科研，是一項(xiàng)雙贏的措施。
5結(jié)論和展望
科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)化的實(shí)踐，得到了廣大師生的認(rèn)可。學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力方面有了明顯提高；查閱文獻(xiàn)、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，對(duì)大型儀器的認(rèn)知及熟練操作都取得了很大的進(jìn)步，為他們進(jìn)行后續(xù)的學(xué)習(xí)和研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)�；瘜W(xué)綜合實(shí)驗(yàn)將不斷更新和調(diào)整，這對(duì)教學(xué)資源配套提出更高的要求，而且也需要教師傾注更多的心血、投入更多的力量。這種改革無(wú)疑會(huì)使教學(xué)和科研都充滿勃勃的生機(jī)�？蒲谐晒�?qū)嶒?yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)化是高校教學(xué)科研相輔相成的正路，理應(yīng)得到大力推廣。
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