以赛促改 推动科研反哺本科实验教学

陈珠灵, 汤 儆, 许紫婷, 魏巧华, 袁耀锋

(福州大学 化学学院, 福建 福州 350108)

进入21世纪,要实现高等教育内涵式发展,建设高等教育强国,培养化学创新“一流”人才是化学实验教学的主要宗旨[1-2]。化学实验教学作为培养学生创新能力的主要途径之一,是将专业基础理论用于实际工作的纽带,是化学类人才培养的重要环节,是专业教育与创新创业教育相结合的重要体现[3-4]。众所周知,化学实验教学在化学专业教学中具有举足轻重的地位。然而,近年来受到绩效考核及各种大学排名等影响,加上本科教学难以量化,不具有“短、平、快”的特点,难以短期内见效,致使化学实验教学尚存在以下问题[5-9]:

(1) 实验教学内容比较陈旧、部分内容低层次重复、教学方式单一、实验方法基本以灌输、模拟和验证为主,不利于培养学生创新思维和学习主动性,难以满足化学创新“一流”人才培养的要求。

(2) 重科研轻教学,尤其轻视实验教学。高层次人才师资和教师精力更多投向科研,使得实验教学边缘化,教师从事实验教学热情不高；专业实验室和实验教学相互独立、教师之间缺乏交流,不利于实验教学队伍的整体规划、建设和业务水平的提高,实验教师队伍老化、学历层次低、知识结构单一,缺乏与国内外高水平大学的交流学习。

为了解决上述化学实验教学的问题,通过对“985工程”“211工程”高校的大量调研并结合我校化学专业的实际情况,发现积极组织和鼓励大学生参与化学实验竞赛是培养大学生创新能力的一个有效手段。此外,鉴于目前高校教师重科研轻教学的实际情况,充分利用我校化学学院科研实力较强的优势,把科研工作中部分实验内容作为学生的综合实验及创新实验项目,同时将教师的部分科研成果转化为本科生化学竞赛的题目,为化学专业实验教学提供了优秀素材,培养了学生的创新能力,提升了实验教学队伍的教学水平。为此,提出“以赛促改、赛学结合、守正创新、科研引领”的化学实验教学改革新理念,以化学实验竞赛为抓手,促进实验教学平台的软、硬件建设和实验教学改革的方案,积极推动科研反哺本科实验教学,积极探索化学专业“一流”人才培养模式改革。

1 科研成果转化为实验教学内容

按照“基础性、科学性、创新性、环保性”4大原则推出一批具有我校特色的本科生实验课程,这些实验课程不仅可用于大学生化学竞赛,而且可拓展为本科生的基础实验、综合实验和创新性实验[10-12]。大学生化学实验竞赛项目一方面涉及到基本操作的运用,考查学生的实验动手能力,另一方面又涉及到现代物理化学手段在分析测试中的作用；结合选取的项目安排运用一些大型仪器设备,如红外光谱、紫外光谱、色谱、核磁共振谱等分析、检测和表征实验产物,考查学生的实际动手操作能力。对有机、无机、分析的基础化学实验教学体系和内容进行整合优化,改革原有的以验证原理为主和大量浪费化学试剂的课程结构,删减重复内容,筛选出危险性低、污染少的项目,增添化学仪器分析应用的实验内容,倡导绿色化学。如在无机基础化学实验中删除了与分析化学实验重复的实验项目——酸碱滴定,增加了新的实验项目——氧化还原反应与电化学,使无机基础化学实验与无机化学理论课程有机地结合,加深了学生对电化学相关知识的理解。

通过化学实验竞赛,许多科研成果可转化为大学生化学竞赛实验,将这些实验选择性地转化到实验教学中,使化学专业实验的内容得到进一步更新和完善。例如第一届福建省大学生化学竞赛中的实验操作试题——用废旧易拉罐制备明矾及其铝含量的测定,在命题过程不断摸索验证和竞赛过程真题演练的基础上,形成“综合化学实验(1)”的实验内容,于2017年3月向本科三年级学生开设授课。另外基于异烟酰肼衍生物的合成及超分子化学研究、Gemini表面活性剂的合成及界面协同性质研究、食品中农药残留的快速检测新方法研究等与教师科研相关的内容，都已经作为本科生综合化学实验予以安排。

2 科研平台的大型仪器向本科生实验教学开放

将化学学院测试中心与实验示范中心融合,使先进的大型仪器不仅为教师的科学研究服务,而且向本科生开放。一方面使得本科生可以了解掌握近代实验方法和技术,另一方面可以提高大型仪器的利用率。我校实验中心的教学仪器以常规的仪器设备为主,现代化大型仪器(如核磁共振仪、液相-质谱联用仪等)数量较少,要让大多数学生熟练掌握现代化的大型仪器的使用难度较大。为此,充分发挥我校化学学院能源与环境光催化国家重点实验室、教育部食品安全分析与检测重点实验室等科研平台的优势,将开放型实验项目、高年级的综合化学实验安排在这些科研平台上由导师直接指导完成,取得了良好的效果。

3 以赛促学,开展本科生的科研训练

我校将本科生的综合实验、创新实验与本科生的科研训练(SRTP)相结合,为优秀本科生创造早期进行科学研究的条件。我院要求所有承担省部级、国家级项目的教授和博士均承担本科生的科研训练项目(SRTP),把本科生的开放性创新实验与导师的科研项目密切结合起来,鼓励教师能将自己的科研成果和学术思想融入到实验教学环节中,教师运用自己的学术研究能力和科学研究的方法指导学生,使学生养成良好的分析问题、解决问题的习惯,激发学生的学习兴趣,培养学生的创新精神。在开展综合实验教学中,教师将承担科研项目的内容转化为教学案例,使学生通过具体的研究项目、研究内容、研究方法,加深对基础理论、基本概念的理解及实际应用,也使学生更充分地了解化学学科发展前沿,以及将所学的理论知识转化成学生认识和解决实际问题的能力。

科学研究反哺教学,在本科生实验体系设计、内容安排等方面发挥了至关重要的作用,一批具有我校特色的科研成果及时转化为实验内容和综合化学实验教材,从而加快了实验内容的更新,提高了教学质量[10-12]。我校本科生从第三学期开始申请SRTP项目,每个项目组有三年级和二年级学生2～3人,每年约有25项SRTP,约50名左右的优秀本科生从二年级上学期开始,利用业余实践时间和寒暑假进入导师实验室进行科学研究。2015年至今,据不完全统计,这些学生参与的科研论文已有80余篇被SCI收录。

4 以赛促学,提高学生的创新实践能力

化学竞赛促进了大学生实践创新能力的培养[10-12]。大学生的动手能力、解决实际问题的能力,以及化合物合成、纯化分离及结构鉴定等能力在化学实验竞赛得到充分体现,创新实践能力得到充分强化和锻炼。我院每个年级化学专业5个班共约150人,在选拔省级及国家级大学生化学实验竞赛之前,学院采用初赛、复赛方式,选拔优秀学生,同时对大学生化学实验竞赛选拔过程中成绩进行量化、转化为学分,在学生学业成绩中得到体现。

化学实验竞赛涉及到的知识面比较广,化学学科的特点要求学生必须做到细致、准确、灵活、面宽。对于选择的竞赛题目,首先要进行实验设计,包括制定实验步骤、实验过程中要注意观察的现象和所需采集的信息及数据。实验结果要进行准确的分析和表征。因此,一个循环后要及时总结实验中的经验和不足,为开展下一步的实验奠定基础。2015年6月,我校通过组织福建省首次“大学生化学实验夏令营”的方式对学生进行训练和赛前选拔,学生的创新实践能力得到充分强化和锻炼,切实提高了学生的参赛水平；2016年,我校搭建了福建省内首个化学实验竞赛平台并筹办第一届福建省大学生化学实验邀请赛,不仅鼓励了学生勇于创新和挑战,激发学生兴趣和热情,也为福建省几十所高校大学生互相交流、互相学习、绽放自我、展现风采提供了机会。化学实验竞赛集训基地的建设为我校化学及相关专业近1 000名学生提供了更多的实验训练机会,有利于学生分析问题、解决问题等创新能力的提高和综合素质的培养。

5 以赛促改取得的成果

实践表明,以大学生化学竞赛为切入点,以赛促改,推动科研反哺本科实验教学,缓解了目前重科研轻教学,尤其是不够重视实验教学的问题。这一措施一方面及时更新了实验教学内容,提高了实验教学的效果；另一方面提高了实验教师队伍素质,全面提升了我校化学实验教学水平。近5年来,我校化学专业本科生参与的科研成果在国内外各类期刊杂志上发表论文共210多篇,其中SCI论文80多篇,教师发表的与实验教改相关的论文9篇。化学专业的本科生参加全国化学竞赛获得了三等奖3项、二等奖3项，全国高校化学视频大赛一等奖5项，本科生参加省级化学竞赛获得特别奖3项、优秀奖14项，获得福建省第九届高等教育教学成果奖一等奖1项，获得福州大学校级教学成果奖特等奖2项、一等奖2项、二等奖3项，福州大学教学优秀奖一等奖6项 、二等奖4项、三等奖9项。2015年6月,我校主办福建省高校化学实验夏令营；2016年4月,我校化学实验中心成功举办了“首届福建省大学生化学实验邀请赛”,有16所省内高校及台湾淡江大学师生代表参加；2016年10月,邀请了厦门大学、福建师范大学等福建省16所高校的省赛组委会委员及实验教学骨干教师共计38人,召开了“福建省大学生化学实验邀请赛组委会第一次会议暨2016年福建省高等院校实验中心主任联席会议”,近20所省内高校代表参会,扩大了实验中心的影响和辐射作用。2016年7月,福州大学化学实验中心成功获得了第十一届全国大学生化学实验邀请赛的承办权,开创了第一次非“985工程”高校承办的先例。

6 结语

总之,在“以赛促改、赛学结合、守正创新、科研引领”的化学实验教学改革新理念的指导下,积极开展本科生化学的实验内容和实验模式的改革。将竞赛与传统实验教学相结合,充分利用我校能源与环境光催化国家重点实验室、教育部食品安全分析与检测重点实验室等科研团队的优势,从科研课题中挖掘实验内容,将综合性强的科研内容转化为本科生的实验内容,对实验教学内容进行优化,同时采取科研平台对本科生开放、积极开展本科生科研训练等一系列科研反哺本科实验教学改革新举措,取得了较显著的教学成果。