拔尖计划2.0 背景下的创新化学实验教学研究*

陈 华, 马兆玲

教育是传承文明和培养人才的重要途径, 对国家高质量发展具有基础性和引领性作用。 高水平现代大学作为创新人才培养的摇篮, 支撑着国家创新体系建设。 培养具有广泛的科学素养、 良好的人文素养、 较强的创新能力和广阔视野的高素质拔尖人才, 已成为当前高等教育改革的重要主题。 改革开放以来, 广西大力推进科教兴国战略, 高等教育从精英教育进入大众教育阶段。 近年来, 国家也明确提出了“一流本科、 一流专业、 一流人才” 的人才培养任务。 因此, 在高等教育大众化的背景下, 如何保证高等教育质量, 培养高质量人才, 成为广西高等教育工作者迫切需要思考的重要课题。

2009 年, 国家三部委联合出台拔尖计划实施方案, 旨在大力培养高水平拔尖人才。 2015 年, 国务院相继颁布了世界一流大学和一流学科建设方案, 其中重要建设任务之一也是培养拔尖创新人才。 国家中长期教育改革和发展规划纲要也要求高校要以提高人才培养质量为根本目标。 基于此, 近年来, 我们国家再次启动拔尖计划2.0, 进一步聚焦如何培养拔尖创新人才。自“基础学科拔尖学生培养试验计划” 实施以来, 以国家双一流大学为代表的高校不断探索行之有效的培养模式, 进行各种有针对性的尝试, 如北京大学元培学院、 南京大学匡亚明学院、 浙江大学竺可桢学院等。 所以, 在我国高等教育正面临“双一流” 建设的新时期, 以国内外顶尖高校的创新拔尖人才培养为借鉴, 继续探索地方高校拔尖创新人才的培养模式十分必要[1-3]。

我校是一所教育部与自治区人民政府共建师范院校, 以立足广西, 服务全国, 辐射东盟, 培养具有创新精神的高级专门人才和师范生为己任, 在九十载发展过程中逐渐形成了“尊师重道, 敬业乐群” 的校风。 面对国家拔尖创新人才培养的总要求和广西新时期“科教兴桂和人才强桂” 总战略, 学校十分重视创新拔尖人才的培养, 在12 个不同学院和专业进行拔尖人才培养模式的探索与实践。 在此背景下, 化学与药学学院积极参与和响应, 努力探索人才培养模式, 化学“独秀人才试验班” 创办以来, 已逐渐形成了一套特色的拔尖人才培养模式,为国家培养了一批创新型化学学科拔尖人才。 对于化学创新拔尖人才的培养, 实验课程作为实践体系的重要组成部分, 能提高学生实践能力和创新意识。 大部分综合性高校以及国外知名高校都十分重视学生实验技能的培养。 然而传统的化学实验,教学内容上大都是验证型实验, 只有少部分二级学科内的创新型综合实验。 教学方法多以“按方服药” 的灌输法为主, 学生自主动手和自主安排的机会很少。 显然, 现有的实验课程将非常不适合实践能力和综合能力的锻炼和全方位提升。 为适应拔尖计划2.0 的新需求, 对实验教学进行全面的改革, 增设创新型综合化学实验的课程, 提升综合化学实验课程内涵, 这将对提高化学拔尖人才的创新实践能力, 培养能担当中华民族伟大复兴历史使命的创新型人才具有重要意义。

1 当前创新型化学实验教学的现状

创新型化学拔尖人才的实验课程强调多维度的教学, 学生不仅可以掌握最新前沿动态, 而且可以提高对化学科学的兴趣。 培养学生的创新实践能力, 使之成为能够提升实验技能和创新能力的重要手段, 从而达到提高学生综合创新能力的终极目标。

目前, 虽然很多高校化学专业开设了综合化学实验, 但实验内容比较单一, 实验内容更新率很低, 完全跟不上实验教学的发展及创新能力培养的要求。 具体表现在: ①综合化学实验内容陈旧, 前沿性低, 且以验证实验为主。 即使有少量的综合设计实验, 也与最新前沿科技的关系也不是特别紧密。 ②多学科交叉融合的综合性实验课程严重不足, 不符合培养拔尖创新人才的目标。 大多数学校会分阶段优化课程设置和课时分配,但实践体系的调整相对缓慢。 主要原因是实验条件的限制和概念上的滞后。 认为化学专业的综合实验只是理论课的补充, 专业综合实验只是简单地以化学二级学科的交叉形式进行。 ③教学与科研脱节, 不能很好地相互促进。 有人认为教学和科研是分开的, 一是培养学生, 二是提高教师的自我价值。 事实上,教学与科研是相辅相成的, 科研可以提升教学的高度和维度,让教学始终与学科前沿紧密相连, 让学生有更多机会接触前沿学科知识。 ④传统的教学模式和考核方式已经过时, 学生学习积极性不高。 实验教学的评价方式大多以学生的预习报告和实验报告为基础, 只需要根据教材或讲义对数据进行复制和处理, 对结果的分析要求不高。 缺乏对实验过程和实验能力的综合考核。 因此, 很多学生只专注于写好实验报告而忽略了实验过程, 难以真正达到综合化学实验课程开设的目的。 传统的教学模式和考核方式非常不利于培养和锻炼学生的实验能力和创新精神, 而且会增加学生的反感, 使学生疲于应付实验课程[4-8]。

综上所述, 鉴于目前化学化工及生物医药行业的快速发展, 对专业复合型、 创新型拔尖人才的迫切需求, 本文以切实提高拔尖学生的专业综合素质为根本出发点, 针对专业实践过程中出现的问题, 以培养学生的综合创新能力为目标, 将创新型和研究型教学理念融入化学“独秀人才试验班” 综合实验教学, 优化创新型综合实验课程教学内容、 教学模式和考核方式,提升创新型综合化学实验课程内涵, 建立“课程内涵提升-教学方法变革-考核方式优化-实验竞赛引导” 的协调发展模式, 努力培养学生的创新实践能力, 以适应“拔尖学生培养计划2.0”的要求, 为创新人才的培养提供可行的方案。

2 基于拔尖计划2.0 的创新型化学实验教学改革

2.1 课程内涵提升: 以化学“独秀人才试验班” 为试点的创新型综合实验教学内容改革研究

本课程的实验项目要求具有很强的综合性、 前沿性和学科交叉性, 能够综合应用多种实验技术和方法。 在创新型综合实验教学内容设计中, 教师在中间扮演了非常重要的角色。 必须有能力突出和与时俱进的教学团队, 才能达到满意的教学效果。 我校化学综合实验课程自开设以来, 经过几年的建设, 逐步形成了一支教研复合型教学团队。 全体教师活跃在教学科研第一线, 了解学科最新科研动态, 教学思路积极, 学生能够受到生动的科学思维方法的启发。 但我校目前从事化学综合实验课程教学的教师大多是化学专业背景, 相应的教学实验项目也在化学学科知识方面。 与拔尖创新人才的培养目标相比, 本课程在交叉复合实验项目建设方面相对缺乏和薄弱, 不利于拔尖创新人才的培养。 近年来, 随着化学与生物、 能源、 材料、 环境等领域的交叉融合日益深入, 学校积极谋划具有相关研究背景的教师加入创新型综合化学实验教学团队。 近年来, 我院以化学“独秀人才试验班” 为试点先后聘请了多位从事化学生物学、 能源、 材料研究的教师加入教学团队, 今后还将进一步加大综合交叉力度。 在保证实验项目设置的可操作性前提下, 经过多次反复论证, 对化学“独秀人才试验班” 综合实验的内容设置上大胆革新, 将研究型和创新型的教学理念融入实验内容的设计中, 把最新科研成果和前沿科技知识设计为适合化学“独秀人才试验班” 实验教学的综合实验, 促进综合化学实验教学的改革, 使得综合实验教学内容更加充实, 更具有前沿性、 综合性、 交叉性。

2.2 教学方法变革: 以化学“独秀人才试验班” 为试点的创新型综合实验教学方式改革探索

在创新型综合实验教学实践过程中, 经常会遇到两个棘手问题, 首先是实验场地问题, 综合性的实验不像传统的化学实验能在一间化学实验室完成, 通常需要多个不同功能的实验室共同协调; 另一个问题是, 创新型实验的开展过程中学生会接触到一些新技术、 新方法和新设备, 如何让学生能正确快速的使用, 这是一个挑战。 针对以上出现的棘手问题, 我们在教学方式上大胆进行一些探索和实践。

针对实验教学场地问题, 化学“独秀人才试验班” 综合创新实验不再采用传统的实验教学模式, 利用我院独秀人才试验班学生都配备了科研导师, 进入导师科研实验室这一优势, 综合实验只提供必要的公共实验室, 大部分实验不在公共实验室开展, 课程开始前两周学生自由组合, 学生以团队形式进入各自科研实验室进行实验。 实验开始前教师只提要求、 不讲解实验原理、 操作步骤, 学生自行设计方案。 学生设计的实验方案经与老师讨论通过后才可开展实验。 根据设计的实验方案, 学生自己到实验中心领取试剂、 药品和仪器。 实验过程要求学生自主完成, 学生在实验设计过程中会深刻理解实验原理。

学生在实验过程中如何正确快速掌握一些新技术、 新方法和新设备, 这也是困扰综合创新实验开展的一大问题。 大型仪器设备是高校教学、 科研的重要条件和基本手段, 是培养高素质创新型人才的重要硬件基础。 大型仪器设备开放共享的前提条件是使用者能够正确地操作仪器, 但是为本科生专门进行仪器培训会大大增加仪器管理人员的负担, 仪器的使用不当, 也会造成不必要的损失。 为使得创新型综合实验得以顺利开展,基于以学生为本的教学理念, 利用药用资源化学和分子工程国家重点实验室和国家级化学实验教学中心的优势, 充分发挥学院虚拟仿真平台的优点, 建设综合化学实验课程网站, 涵盖技能点、 学习手册、 文献资料和虚拟仪器培训环节等, 方便学生提前了解实验的各个主要内容, 提前熟悉仪器设备。 在虚拟平台上进行仪器的操作, 操作熟练后再进行实地演练, 这样可以大大减少实验员和仪器管理员的工作量。

2.3 考核方式优化: 以化学“独秀人才试验班” 为试点的创新型综合实验考核方式改革

综合化学实验主要侧重于对学生综合能力的培养和提高,因此我们教学团队在考核方式上也与以往的实验不同。 经过综合考虑, 我们的实验课程考核占比为: 实验文献调研10%, 实验设计与操作40 %, 小论文及PPT 答辩汇报50%。 通过答辩的方式, 极大的锻炼了学生的综合能力。

2.4 实验竞赛引导: 以化学“独秀人才试验班” 为试点的综合化学实验创新设计竞赛教学研究

化学实验创新设计竞赛是检验学生专业理论知识、 实践创新能力、 团队合作能力等综合能力的有效方式, 针对“独秀人才试验班”, “全国大学生化学实验创新设计竞赛” 是目前综合化学实验领域影响力最大的设计类竞赛之一, 也是学生展示自我的综合实验能力的重要舞台。 在完成综合化学实验教学的基础上, 针对优秀学生进行专项培训与训练, 优化实验项目, 强化新知识、 新理论、 新技术、 新方法在综合化学实验中的展示, 以此培养具备高水平综合创新能力的拔尖学生, 同时也可以此为契机检验本校化学“独秀人才试验班” 学生的培养质量在全国拔尖人才计划培养高校中的相对水平。

3 结 语

本文针对创新型综合化学实验教学中存在的突出问题, 以切实提高拔尖人才的创新能力和实践能力等专业综合素质为根本出发点, 借鉴国内外顶尖高校拔尖人才的培养模式, 将研究型和创新型教学理念融入综合化学实验教学, 凝练教学内容,把反映新知识、 新理论、 新技术、 新方法的最新科研成果融入实验教学, 优化综合化学实验课程的固有教学模式和考核方式, 引导优秀学生参加全国创新实验设计大赛, 努力培养学生的实践和创新能力, 希望为高素质的化学创新人才培养提供一条值得借鉴的思路, 并在相关兄弟院校起到一定的辐射带动作用。