高校科研平台服务专业课实验教学的探究——以浙江省碳材料技术研究重点实验室平台为例

陈锡安

（温州大学 化学与材料工程学院，浙江 温州 325027）

【实验平台】

高校科研平台服务专业课实验教学的探究
——以浙江省碳材料技术研究重点实验室平台为例

陈锡安

（温州大学 化学与材料工程学院，浙江 温州 325027）

如何实践科研反哺实验教学是高等学校教学体系重要研究课题之一。本文详细分析了科研平台服务专业课实验教学的重要性，重点从科研平台的成果转化专业课实验教学内容，科研平台设备充当实验教学资源以及借助科研平台开设创新研究型专业课实验等三个方面探讨科研平台——省级碳材料研究重点实验室如何有效地服务碳材料专业课实验教学，进而提高该领域专业技术人员的实践能力和创新能力。

科研平台；专业课实验教学；碳材料；实践

一、引言

实验教学是高校教学体系的重要组成部分，它与理论教学相辅相成、互相促进，是学生深刻理解和综合运用理论知识的重要渠道，也是培养学生创新思维、创新能力与实践能力的必要手段[1]。21世纪，国际、国内激烈的竞争环境使得社会对高等教育改革与发展提出了新的要求和挑战，特别是在培养具有实践和创新能力人才方面，要求更加突出。在就业竞争激烈的今天，扎实的实验知识和技能能够为学生带来就业优势。再者，具有扎实的专业知识、实践能力和创新能力的专业技术人员已是社会的中流砥柱，社会要有所发展，必须依靠专业技术人员发挥他们的知识专长和技术能力。专业课实验教学是学生获取专业知识、提高专业实验技能和创新能力的重要手段，是培养专业技术人员的重要途径。然而，长期以来，多数专业实验却被一种固定的教学模式所束缚，教学内容过于陈旧，教学方法比较简单。其结果是使学生被动多、模仿多、共性多，主动少、创新少、个性少，这现象已引起人们的普遍担忧。因此，如何有效提高专业课实验教学质量，培养出专业知识和技能扎实及创新能力强的大学生已是高校教育的关注热点之一。

科研平台是高校科研工作的主阵地，在实验设施、技术力量及运作管理方面都比传统的教学实验室更具优势，具有灵活的开放时间，先进的仪器设备，合理的学术梯队，浓郁的学术氛围，充裕的实验经费，研究方向集中[2]。这些特点使得科研平台可以有效服务专业课实验教学，丰富学生专业知识，提高实验技能和创新能力，从而培养高级专业技术人员。目前，纳米结构碳材料包括碳纳米管、石墨烯及碳量子点等，已在复合材料增强、电化学能源、电化学储能、医学等领域有着广泛的应用，而这些领域在社会发展中起到至关重要的作用。因此，提高碳材料专业实验教学水平对培养该领域实践能力和创新能力强的专业技术人员具有重要意义。本文以笔者所在的浙江省碳材料重点实验室科研平台为例，探究其如何服务碳材料专业课实验教学。

二、科研平台服务专业课实验教学的实施途径

1.科研平台论文成果转化专业课实验教学内容。高等学校教学与科研之间的关系受高等教育政策与体制、大学组织制度和学科文化的影响，如何处理好这两者之间的关系，使两者相互渗透，相辅相成，是高等教育的一个重要课题。目前，笔者所在的省重点实验室主要从事纳米结构碳材料的基础研究（碳纳米管、石墨烯、碳量子点的基础研究和应用基础研究）和碳色素材料的应用基础研究和技术开发（墨水关键技术开发与产业化、新型碳素墨水研发）。鉴于此，我们可以巧妙地开设相关碳（碳素）材料的制备及在电化学能源、医学以及墨水等领域应用的相关内容的实验教学，将已经发表的相关成果引入实验教学，以此作为基础性实验内容，开展不同于传统教材内容中的验证性实验。以笔者发表在J Power Source杂志上的科研成果（水热法制备石墨烯/碳纳米管/氢氧化镍及电容性能研究）为例开设的实验课程，让学生掌握水热制备复合材料的方法，通过对材料结构表征以及不同结构材料的电化学电容性能测试的研究，清楚从制备到结构表征，再到性能测试的整个研究流程，验证发表论文结果的真实性。这样新颖的实验教学内容，不再停留在一成不变的实验教材，不仅能让学生了解老师发表成果的意义，激发学生的实验兴趣，且更加有效地丰富学生专业知识，提高了实验技能，同时也考究了教师科研成果的真实可靠性。

2.平台科研设备充当实验教学过程的资源。高校科研平台往往拥有大量贵重实验设备，以笔者所在的重点实验室为例，现拥有实验室和办公用房3000余平方米，各类大型研究设备总价值达3000余万元，部分仪器见表1。根据仪器属性，可巧妙设计实验教学内容，综合利用仪器，充分发挥仪器能效，多让学生接触仪器，这样不仅能让学生学会仪器操作，也掌握仪器基本原理和简单维护知识，从而提高学生动手能力，为以后从事相关专业工作打下坚实的基础。例如我们设计一个实验：CVD法制备阵列碳纳米管、结构表征及场发射性能的研究，该实验将需要多台CVD装置，优化条件控制合成碳纳米管，同时需要SEM、TEM、Laman光谱仪等表征碳管的微观形貌、碳管直径及结构，还需利用场发射装置研究其不同结构对场发射性能的影响。这样巧妙设计专业课实验课程，充分利用仪器，让学生熟练掌握仪器的使用，为今后从事相关专业的工作奠定了坚实的基础。

表1 仪器名称及用途

3.借助平台开设创新研究型专业课实验。具有先进仪器设备、合理学术梯队、浓郁学术氛围以及充裕实验经费的科研平台为有效地开设综合创新型专业课实验提供了保障。笔者所在重点实验室拥有一支以中青年学术骨干为主体的从事微纳结构功能材料研究的极具发展潜力的创新团队，自2009年以来已完成和在研项目包括国家、省部以及市级项目共80余项，总经费达3000余万。科研平台的研究人员可以结合自己在研的科研课题，与学生分享自己的科研想法，指导学生查阅相关文献，参与科研过程，让专业学生组建若干科研团队，共同拟定综合创新型实验的主题以及研究方案。如结合本实验室的科研项目，可以开展掺杂碳纳米管或石墨烯的制备及在燃料电池中的应用，功能碳材料基锂硫电池的制备及性能测试等一些创新研究型专业课实验。具体的以功能碳材料基锂硫电池的制备及性能测试为例（该课题来源于笔者在研的省自然科学基金资助项目）。首先让学生团队分工查阅文献，整理文献综述报告，了解锂硫二次电池研究的意义以及充放电的原理，从原料设计合成，电极制备，到电池组装，再到最后性能测试，构成了完整的制备与表征体系，不仅可使学生对碳材料和储能器件有感性认识，而且对碳材料的制备方法及在锂硫二次电池中的应用有了更深的理解。实验方案利于学生操作，学生也可针对实验内容的某一部分设计自己的方案，并在实验平台上进行验证。这样既锻炼了学生的动手能力，培养了学生的创新精神，又拓宽了学生的学习空间，激发了学生发散性思维，培养了他们的团队协作精神。

三、结语

碳（炭）材料已在复合材料、电化学能源、电化学储能、医学等对社会发展起着至关重要的领域中有着广泛的应用，具有扎实的专业知识和实验技能的碳材料人才是推进该领域发展的关键。为弥补碳材料专业人才的匮乏，围绕省重点实验室发展定位和地域特色确定专业培养目标，探索碳材料专业的实验体系建设，实践科研平台反哺专业课实验教学，培养学生创新能力，提高毕业生的综合素质，为国内高校开设碳材料专业所面临的暂无经验借鉴的现状，提供一种具有参考价值的实验教学模式。

[1]韦化，曾冬梅，秦钢年.实验教学与科研相结合 培养学生的创新能力[J].实验技术与管理，2008，25（5）：31-34.

[2]周元，张国权，刘晓丽，张强.科研平台开放实验室管理模式的探索与实践[J].实验室科学，2012，15（5）：128-130.

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1674-9324（2014）17-0239-03