科研训练嵌入化学实验教学的探索与实践

罗志勇，甘孟瑜，张云怀，但晓武

（重庆大学 化学化工学院，重庆 401331）

化学是理论与实验紧密结合的学科。实验教学作为化学专业教学计划里必不可少的环节，在高等学校化学专业本科人才培养体系中发挥重要作用[1]。学生通过实验可以认识、理解、巩固和扩展所学的专业理论知识，因此，实验教学的内容、形式和效果不仅影响学生对知识的理解，而且直接影响学生在未来学习和工作中分析与解决问题的能力[2]。传统的化学实验教学偏重验证性，主要训练学生的动手操作能力，而随着时代发展，社会对创新人才的需求日趋强烈。以重庆大学化学化工学院为例，目前每年本科应届毕业生，40%左右继续攻读研究生，另 40%左右从事研发相关工作，这两者的比例还在逐年上升，未来越来越多的本科毕业生将从事科学研究。这将对本科毕业生科研能力提出越来越高的要求，因此，提高在校生的科研能力非常必要[3]。将科研训练嵌入化学实验教学，在教学过程中引入科研训练并优化改革传统实验体系，使化学实验融合科研设计、科研方法，从而确保学生的科研能力和水平在本科实验教学过程中不断提高，这不仅为学生毕业后研究生学习或研发工作奠定坚实基础，而且对学校的“双一流”建设至关重要[4-7]。

1 科研训练嵌入实验教学的支撑与保障

科研训练嵌入实验教学中，必须在人员、资金、场所三个方面建立足够的支撑和保障。

1.1 人员支撑与保障

科研训练嵌入实验教学需要既熟悉实验教学内容又有丰富科研经验的高水平高素质的专业教师队伍指导和培养学生，同时也需要广大实验教辅人员管理与维护实验室。这些相关人员的积极参与是科研训练嵌入实验教学的人员支撑与保障。

1.2 资金支撑与保障

化学实验需要资金购买所需的仪器、耗材和化学试剂，而科研训练由于其独特性、原创性，耗时较长，需要更多的仪器、耗材和化学试剂，因此需要更多资金支持。设立专项创新基金是科研训练嵌入实验教学的资金支撑与保障。

1.3 场所支撑与保障

化学实验需要特定的场地——实验室，科研训练嵌入化学实验更需要开放实验室。在不影响教学和科研的前提下，不仅要开放学院的教学实验室，还要开放教师的科研实验室，这样更利于科研训练嵌入化学实验。开放实验室是科研训练嵌入实验教学的场地支撑与保障。

2 科研训练嵌入实验教学的措施与途径

2.1 按照科研训练的要求，优化实验体系

按照科研训练的要求，从本科教学计划入手，改革本科实验体系，突破实验课依附理论课分类的方法，将本科实验课整合成“化学基础实验—化学专业基础实验—化学专业实验—化学创新实验”四大模块。将以前分开设置的无机、有机、分析、物化及专业化学实验课从实验大纲、实验项目、实验内容上整合进上述四大模块，合并其中交叉、重复的内容，并依照实验课程的难易程度和相关理论课的进度需要进行重新编排，使化学实验形成一个由四大模块组成的、循序渐进覆盖本科四年的体系（图1）。

2.2 以科研训练为目标，更新实验项目

本科化学实验项目分为三类：验证性实验、综合性设计性实验、研究性实验。验证性实验是训练学生掌握基本实验方法、实验技能、常规仪器设备操作的实验；综合性设计性实验是训练学生综合运用理论知识设计操作实验；研究性实验是引导学生自主探索、研究、分析的实验。现有实验项目存在的问题：①实验项目陈旧，多年未更新；②验证性实验偏多。因此，以科研训练为目标，更新实验项目十分必要。具体措施：调整以上三类实验项目的比例，使学生从低年级升入高年级，验证性实验占比不断减少，综合性设计性实验、研究性实验占比逐渐增加，其实验自主权也不断提高，创新能力和创造思维的锻炼逐渐加强，科研思维和科研能力稳步提高（图1）。

图1 化学实验教学体系

2.3 从训练科研思维出发，强化实验讨论

传统实验课讨论通常是分析实验误差，对训练学生的科研思维、创造能力帮助不大。改进措施：强化实验讨论，布置开放性讨论题，让学生课余时间到实验室来完成。例如，基础化学实验项目“摩尔气体常量的测定”里排水量气装置测定金属箔片与盐酸反应生成的氢气体积，可布置思考讨论题：若实验原料由金属粉末替代金属箔片，该排水量气装置应进行哪些改进？让学生思考讨论，提出合理方案后，利用课余时间到实验室开展实验。

2.4 科研训练嵌入创新开放实验

创新开放实验是让学生在课余时间自主到开放实验室从事的研究性实验，课题可以是学生的兴趣、碰到的问题或者头脑中想法[8]。例如：近年来学生提出校园湖水水质监测、食堂食用油品质分析、火腿肠里亚硝酸盐测定、茶叶内农药残留检测、实验室废液无毒无害化处理等与自己学习生活密切相关的创新开放实验。这些创新实验不仅激发学生的学习兴趣，而且训练其科研能力。区别于传统化学实验，创新实验从提出课题、收集资料、配置仪器、设计方案到分析解决实验问题等步骤都与科研相似，完成后提交研究结题报告。因此，创新开放实验本身就嵌入了科研训练。为保证科研训练的学生受益面，应将创新开放实验直接纳入本科教学计划。

2.5 科研训练嵌入第二课堂

第二课堂指除课堂教学外的科技竞赛、科技制作、科技发明等具有素质教育内涵的学习实践活动。科研训练嵌入第二课堂，可以寓教于乐地提高学生的创新实践能力，培养学生的科研思维方式。特别是，科技竞赛不仅可加深学生理解和运用书本知识，而且在保研、找工作时可获得相应加分，深受大学生喜爱。因而，大力培育第二课堂，并将科研训练嵌入第二课堂十分必要。具体措施：用科研方法指导学生参加科技竞赛，将科研设计、科研方法贯穿于学生参加科技竞赛全过程，既培养学生的创新创造能力，又使学生作品在比赛中更具竞争力。

2.6 科研训练嵌入毕业论文

本科毕业论文是学生毕业前在教师指导下综合运用化学原理和方法，通过自己动手实验研究，发现问题、研究问题、解决问题，并独立完成的学术性论文。毕业论文阶段，学生需自行查阅资料、撰写文献综述、制订研究方案、进行科学实验、处理实验数据、分析并讨论实验结果，得到论文结论[9]。因此，作为综合性实践教学环节，本科毕业论文自带科研训练属性，科研训练也是天然嵌入毕业论文过程中。为了在毕业论文阶段更好地对学生进行科研训练，建立覆盖毕业论文全过程的“选题检查→开题检查→中期检查→答辩检查”的质量监测监控体系，强化毕业论文的全过程管理十分有必要。

2.7 改进考核激励机制

科研训练嵌入化学实验教学是一项庞杂的系统工程，需要学生、指导教师、实验教辅人员的共同参与和配合。对于学生，应进行立项支持；对于指导教师、实验教辅人员，应进行工作量核算；同时建立良好考核奖励机制，调动大家的参与积极性。因此，改变注重结果的传统考核方式，建立以过程考核为基础的滚动支持模式，充分激发大家参与科研训练嵌入化学实验教学的热情，才能实现学校、教师、学生多方共赢和共同进步。

3 科研训练嵌入实验教学的应用与实效

为满足时代对高素质创新人才的需求，重庆大学化学化工学院以研究型学院建设和一流学科建设为契机，在本科教学计划中将科研训练分层次嵌入化学专业四大模块所有的实验教学环节，使科研训练嵌入到本科生四年培养过程中，保证了覆盖面。目前我院科研训练受益率实现了在校本科生全覆盖，科研训练时间实现了从计划内学时到计划外学时的本科四年全覆盖，科研训练内容实现了从课堂内到课堂外的全覆盖[10-11]。

对于学生，科研训练嵌入实验教学极大地促进了学生做化学实验的兴趣，充分调动了学生的主观能动性和参与意识，很好地提高了本科学生的创新能力。毕业后直接工作的学生不仅具有极强的动手能力，而且具有良好的科研思维方式，职业发展前景更广阔；攻读研究生的学生在入学后能很快对自己科研课题进行选题、开展、实施，并且表现出良好的分析问题、解决问题的能力。因此，本科生毕业后无论参加工作还是继续深造，都极具竞争力。

对于教师，将科研训练嵌入实验教学，一方面可以在教学过程中及时发现科研存在的问题，并解决问题，实现教学与科研的共同进步；另一方面，教学作为科研成果最快捷、最广泛的传播方式，能为科研工作提供更大原动力，带来更多启发。此外，教师可以在科研训练嵌入实验教学过程中发现、选拔、培养优秀学生作为自己未来的研究生，同时这些学生对导师课题非常熟悉，能较快取得成果，实现师生良好的互动和双赢。

4 结语

科研训练嵌入化学实验教学是一项庞杂的系统工程，需要学校、学院及广大师生的共同参与和配合。在充分保障人员、资金、场所的前提下，按照科研训练的要求，优化实验体系，更新实验项目，强化实验讨论，将科研训练分层次嵌入化学专业教学计划的基础实验、专业基础实验、专业实验、创新开放实验、第二课堂、毕业论文等所有实验相关教学环节，实现本科四年培养过程的科研训练全覆盖，保证知识覆盖面和学生受益率，使科研训练嵌入化学实验教学贯穿于大学教育的全过程，从而培养和提高了学生的创新意识和科学研究能力，助力学校“双一流”建设。