各层次化学实验教学中大学生创新能力培养探究

于兵川，吴洪特 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023）

创新能力是高素质人才必备的素质之一，对大学生创新能力的培养是目前高等教育改革的重要内容。化学是一门以实验为基础的学科，化学实验教学是本科化学教育的重要内容，是理论联系实际、进行科学训练和形成科学思维的重要途径，对培养大学生实践动手能力、创新意识及能力都有重要的作用[1－3]。就目前实验教学改革情况看，其基本内容是构建了分层次实验教学体系[4－6]，即化学基础实验层、综合提高实验层和研究创新实验层。目前认同比较一致的观点，对学生创新能力的培养主要集中于研究创新实验层[4，7－8]。但对学生创新意识和能力的培养应该是一个贯穿始终、循序渐进和潜移默化的过程。因此，学生创新意识和能力的培养仅仅着眼于研究创新实验层是不够的，且在很多情况下，研究创新实验仅仅是针对那些动手能力强，基础好的部分学生群体。因此，如何让各阶层实验教学都对学生创新意识和能力的培养发挥出应有的作用，科学设置和充实实验教学内容，使其能激发学生的创新意识，让所有学生都在创新意识和能力上都得到培养和提高，是目前需更加深入研究的课题。

1 创新意识和能力培养贯穿于实验教学全过程

1.1 化学基础实验层，启发式创新意识培养

在实验教学的第1阶段，即化学基础实验层，其主要目的是让学生扎实的掌握基本实验技能，培养其科学严谨的工作作风。在该层次的实验教学中，主要还是按照既定的实验方案，严格按要求规范学生的操作，为下一步更深层次的实验活动打下坚实的基础。在该层次对学生主要是启发式创新意识的培养，其方法可以是思考和课余兴趣小组的方式进行，即在学生进行严格规范化操作训练的同时，针对实验情况中可能出现的不同情况，给出思考题，对同一实验提出新的实验方案，并让学生在课余时间以兴趣小组的方式，进行该实验方案的验证，如酸碱滴定，这是基础的实验操作训练项目之一，教学中必须严格训练，规范操作。但在其教学过程中，可以让学生思考是否还有其他方法，如电位滴定，有什么特点，主要用于什么情况等。然后在课余时间让学生兴趣小组进行该实验操作的验证，并与课堂上的操作及结果进行对比分析。这样的兴趣小组不一定很多，只有少量兴趣浓厚的学生参与，但通过他们的宣传，会对其他同学起到潜移默化的作用，从而激发和开启学生创新意识的大门。

1.2 综合提高实验层，大学生创新意识和能力的全面培养

该层次实验教学分为2个阶段，在第1阶段，学生综合应用在第1层次掌握的实验技能和理论知识，完成具有一定二级学科交叉的综合性实验项目，进一步熟练掌握基本实验技能，锻炼知识和技能的综合应用能力。对学生创新意识和能力的培养主要体现在主动性思考和探究。在该阶段的实验中，对部分实验项目可分别给出几种不同的实验方案，让学生分组进行不同方案的实验，然后在老师的指导下对不同实验方案的原理、过程和结果进行对比和讨论，确定其中相对最好的实验方案，由此引导学生主动思考和探究此方案思路的创新点，还有什么问题需要解决，有兴趣的同学对自己认为需要进一步解决的问题也可同时在老师的指导下，以开展业余科研的方式进行验证。让学生初步体验研究创新的切入点。

综合提高实验层的第2阶段是综合设计性实验，将对大范围学生的创新意识和能力进行全面的培养和教学。在该阶段的实验中，学生的实验活动不再是 “照方抓药”的实验方式，而是由老师提出实验题目，学生分成几个小组，在老师的指导下，综合运用自己所学习的理论知识、原理和基本实验技能，通过查阅资料，每个小组自行设计出至少1种实验方案提交上来，由老师组织学生对提交上来的实验方案进行讨论，根据实验室现有的条件筛选出几种切实可行的实验方案，由各小组分别进行实验。如β－萘甲醚的制备实验，按照以上的方法，筛选出了对甲苯磺酸催化微波加热法，硫酸催化常规加热法，离子交换树脂催化微波加热法和固体超强酸催化微波加热法，其中后2种方法是结合老师的科研项目而转化的。在实验的过程中，要求学生将制备中产生的废水、废渣等予以保留以做环境污染评价用。实验结束后，再组织学生对实验方案从工艺、经济、环保等各方面进行分析讨论和对比。从而评选出较为科学合理且具有一定先进性的实验方案。

通过这种方式，让学生摒弃前面阶段中的为实验而实验的观念，培养学生的工程观念、经济观念和环保意识，锻炼学生独立思考问题和解决问题的能力。初步体会科研切入点的找寻过程和方法，激发其创新意识和能力。

1.3 研究创新实验层，创新能力突出的精英学生培养

该层次的实验是学生创新能力激发提高的重要体现，通过前面2个层次的实验活动，学生已经具备了扎实的基本实验技能和初步独立工作的能力，其创新意识和能力已经有了全面提高。从而在该层次的实验中，可以让学生从事相对独立的科研创新活动。其主要方式可以让学生加入到老师主持的科研团队中去或让学生根据自己的专业特点自带课题，在老师的指导下进行相对独立的科研实践活动，并引导和指导学生参与实验教学仪器设备的自主开发和研制工作。通过这些实验活动，既培养了学生的团队意识和协作精神，又使学生的独立工作能力和内在潜能可得到最大的锻炼和发挥，使学生的创新能力实现从体会以往他人创新到自我主动创新的飞跃。该层次实验活动主要是针对前面2个层次实验中的创新能力表现突出的部分精英学生，使他们通过该层次的实验活动，培养其创新思维，提早进入到科研创新活动中去，成为具有前沿活力的创新型人才[9]。

在以上3个层次的实验教学中，对学生的创新意识和能力的培养经历了启发式创新意识培养、主动性思考和探究、创新意识和能力的全面培养和提高、从体会以往他人创新到自我主动创新等阶段，把对学生的创新意识和能力的培养贯穿于整个的实验教学工程，循序渐进，由观察体会到自我主动创新，逐步提升，使学生不仅大面积得到创新意识和能力的锻炼和培养，也使基础扎实、创新能力强的学生有脱颖而出，自我展示的机会。

2 实验教学与科研有机结合，合理设置和充实实验教学内容

2.1 根据学生专业特点设置实验教学内容

化学及其实验对许多专业都是一门基础课程，涉及面广，而不同专业对化学知识的应用、学生学习的兴趣都各不相同。因此，在实验教学内容的设置上，除了一些学生必须掌握的基础经典的实验内容外，应结合学生的专业特点，科学设置[10]。如对生物、食品学科相关专业的学生，设置了食品中相关成分如蛋白质检测、氨基酸合成及食品、饲料添加剂合成等项目；对油田相关专业的学生，重点设置了石油产品分析、检测、分离及油田化学品的合成等实验项目。这些项目的设置，体现了学生所学专业特色，使学生在学习过程中实实在在体会到化学知识及化学实验技能在本专业学科中的应用，提高了学习的兴趣，拓展了学生主动思考的空间。

2.2 实验教学与科研有机结合，完善充实实验教学内容

将实验教学与科研有机结合起来，是完善和充实实验教学内容的一条有效的途径。最突出、最直接的表现就是体现在研究创新实验层。就目前来说，学院开设的研究创新性实验绝大多数都是与老师的科研相结合的项目，还有少量学生自带的项目。在开展这些项目实验的同时，应注意将其中经典和成熟的工作内容及时的转化为上层次的实验教学内容。同时，在进行创新性实验的过程中，加强自行研制实验教学仪器的工作，并在资金和技术上予以支持。在该层次实验中，对各个学校而言，特别是地方院校，不应比规模，比高端，一哄而起。应充分发挥各自院校的特色优势，结合对学生的培养方向，科学设置实验内容。让学生实实在在感受到目前所学的将来会为我所用，调动学生学习兴趣和积极性。如我院在上层次实验中的有关石油产品分析、检测、分离、油田化学品的合成及食品、饲料添加剂合成等实验项目以及实验仪器，很多都是经过该层次实验后所转化和自行研制的。通过这些工作，不仅使实验教学内容和设备得到了完善和充实，而且这些实验教学内容和设备既与学生所学专业联系紧密，又体现了当前较为前沿的先进内容和方法，使学生从第2层次实验开始，就实实在在的体会到这些实验内容和设备有“学长”的智慧凝聚，科研创新就发生在自己身边，自己所做的工作也就是前沿科研的一部分，从而打破了科研创新的神秘性，使学生主观思维得到充分的调动，激发学生创新思维和热情[11－12]。

3 结 语

对学生创新能力的培养是高等教育中十分重要的内容之一，实验教学在激发和培养学生创新精神和能力过程中有着理论教学不可替代的重要作用。对学生创新意识和能力的培养应贯穿于整个实验教学各阶段，应该是一个循序渐进、潜移默化的过程，让学生通过3个层次的实验活动，逐步完成从创新思考、创新思维到创新实践，从创新意识到创新能力的培养和过渡。在这个过程中，实验教学和科研的有机结合是一种有效的方法和手段，在激发和培养学生创新思维和能力方面能起到独特的作用。当然，由于各个学校具体情况和特色各不相同，在对学生创新能力的培养中，各个学校如何相互借鉴成功经验，探索具有本校特色的培养方法，是今后较长时期内需进一步深入探讨和研究的课题之一。

[1]陈六平，童叶翔，瞿俊雄，等 .强化实验教学过程管理，培养高素质化学创新人才 [J].大学化学，2010，25（2）：12-15，26.

[2]李海燕，赵汗青，马艳华，等 .基于创新思维的实验教学课堂改革 [J].实验室研究与探索，2010，29（11）：309-311.

[3]牛燕青，鲁德平，杨世芳 .化学工程与工艺专业创新人才培养的探索 [J].化工高等教育，2010（2）：15-18.

[4]郭士恒，王东耀，周勇强，等 .创建国家级化学化工实验教学示范中心的探索和实践 [J].实验室研究与探索，2011，30（10）：103-106.

[5]张逢星，李又，郭慧林 .以创新培养为主线构建综合化学实验与科研训练体系 [J].大学化学，2009，24（3）：18-21.

[6]申烨华，李剑利，崔斌，等 .化学人才实践创新能力培养平台的构筑与成效 [J].实验技术与管理，2012，29（8）：8-9，14.

[7]冯洁 .创新型人才培养中实验教学的问题与对策 [J].实验室研究与探索，2008，27（4）：102-105.

[8]戚洪彬，梁树平，姜浩 .大学化学实验课程体系的建设 [J].实验技术与管理，2011，28（10）：122-124.

[9]付家庆，王伞，于蕾 .论创新性人才的培养 [J].实验技术与管理，2012，29（7）：8-10，13.

[10]王春玲，孙尔康 .大学化学实验培养学生创新能力的探索 [J].实验技术与管理，2011，28（10）：27-30.

[11]于兵川，吴洪特 .实验教学与科研有机结合，培养学生创新意识和能力 [J].实验室研究与探索，2010，29（2）：76-77，87.

[12]于兵川，吴洪特，童金强 .科研成果转化为实验项目初探 [J].实验室研究与探索，2009，28（1）：133-135.