以研究性实验驱动的“精细化工实验”教学改革与实践*

赵苏亚，赵俭波

(塔里木大学化学化工学院，新疆 阿拉尔 843300)

研究性实验是将科学领域的研究方法引入实验教学，学生针对授课教师提出的问题独立设计实验方案、确定实验方法、选择实验器材，独自完成实验的一种实验教学模式[1]，与传统实验教学相比更多强调学生的自主性、创新性，教师不再主宰学生的学习而是成为学生学习的引导者，重视学生研究意识和创新能力的培养[2-3]。开展研究性实验应当转变传统实验的教学理念，将实验授课上升到学生体验科学研究过程高度来认识[4]。因此，在实验教学中如何设计研究性实验教学模式已成为深化高等学校实验教学改革的发展趋势。

精细化工实验是学生在完成基础化学课程及实验、化工原理、精细化学品化学、精细化工工艺学等专业基础课的学习及实验室基本操作训练的基础上开设的一门以精细化学品合成开发为主要内容的实践课程，具有综合性和应用性强的特点[5-6]。组织好这门课程的教学对培养学生的专业综合素质创新能力具有十分重要的意义。我校应用化学专业自开始招生就开设了本课程，迄今已近十年，积累了丰富的教学经验。然而，一直延用的“知识为本位，教材为中心”的教学模式是以验证性为主，教学方法多为注入式，学生被动地从事实验，只能按照指导书上的内容和步骤完成实验，学生的一些新思路和新的实验也或因仪器、试剂等实验条件的限制，难以对问题进行深入探索。并且目前教学的考核方式不够严谨，评分主观性强，无法对实验过程中产生的千差万别的成果和水平给与公平而又科学的评价，学生又往往顾虑得分较低而不会轻易进行新实验的尝试。因此，如何改变学生中普遍存在“基础知识较强、理论联系实际，动手操作能力、实践创新能力较弱”现象，是教师面对的重要问题。由此，本文结合塔里木大学实际情况，利用现有资源，在经典和成熟的验证性实验的基础上，引入研究性实验在精细化工实验教学中进行了改革探索与实践并取得了一定教学效果。

1 实验教学改革的主要内容

1.1 优选实验内容

结合精细化工实验课程学时，删减部分综合性实验，增加1个研究性实验。充分结合我系教师科研项目和当前科学研究技术发展的前沿，提炼反映科学热点的研究性课题，综合考虑学生的知识水平和实验技能，每个实验的研究目标和内容，给学生留下发挥空间。基于以上原则，初步以我系教师4个科研项目作为研究性实验备选。

1.2 研究性实验教学的组织与实施

为保证研究性实验顺利实施，必须精心策划教学组织过程。学生以自学为主，任课教师、实验指导老师主要承担辅导作用，注重对学生科研能力的训练和创新意识的培养。研究性实验以小组团队协作方式进行，各小组根据自己的兴趣从以上4个备选实验中选定1个并按照科研活动的顺序开展研究性实验。实验由组长负责组织实施，自主完成文献资料检索、实验方案制定，实验开展、数据记录与处理、科技论文撰写、多媒体制作、答辩、成果展示等环节。

1.3 改革考核方式，建立更加客观公正的考核体系

结合实习课程的特点，建立一种“全过程-多方式-立体化”评价体系。变实习报告考核为日常学习表现考核，不仅重视实习结果，更强调对实习过程的考核，鼓励学生求变、求异，有意识地培养学生的创新意识，变单一的考核为多种形式考核，成绩立体化不仅体现在实验过程，还体现在资料查阅、实验方案制定、论文撰写、多媒体制作、实习总结等多个方面。

1.4 创新性实验总结与再实践

为评价创新性实验的开展及应用效果，对参与课程的应用化学专业学生进行问卷调查和个别访谈，在此基础上，指导教师对研究性实验的选择、实验要求及内容进行相应的更新、完善，并更好实践于低一届应用化学专业学生。

2 改革方案设计和解决问题的方法

2.1 优选实验内容

2.1.1 优化实验内容

结合“精细化工实验”课程的学时，删减部分综合性实验，开设1个研究性实验。研究性实验的选择是达到预期教学目标的关键，实验的选择必须注重科学性、先进性、前沿性、可行性。研究性实验设计需兼顾以下三个原则：(1)实验的可行性，实验所涉及的实验技能是否超出本科生的理论基础，实验室条件及仪器能否满足实验要求；(2)实验开放性，每个研究性实验都存在进一步研究的内容，需要学生体会科研进展，查询科技文献，自己搭建实验装置，尝试多种实验方案；(3)研究性实验重在探索性，研究性实验项目全部来自于教师的实际研究课题，每个研究性实验都留有足够的探索空间，影响因素多，实验结果存在差异。

2.1.2 研究性实验教学组织与实施

为保证研究性实验顺利实施，必须精心策划教学组织过程。研究性实验以小组协作方式进行，由组长负责组织实施，分阶段与指导教师进行研讨，明确各阶段所要掌握的理论知识，查阅文献了解研究前沿，设计实验方案，搭建实验系统，完成实验内容，分析实验结果，完成实习报告及成果展示，并与其他小组作交流报告，互评，讨论实验中遇到的难点问题，教师对实验过程、结果进行综合讲评。通过让学生经历一个课题研究的全过程，包括选题、开题、准备、实施、数据处理分析、总结、答辩等环节，使其在一个较长时间段内处于一种专业科研的氛围之中，培养学生“文献观点-相关条件-现实条件-新的观点”的科学思维方法，求真务实的态度及团结合作的精神。

2.1.3 改革考核方式，构建科学的评价体系

传统的教学方式是填鸭式教学，学生“照方抓药”，采用的考核模式是以“平时成绩+实验报告”的考核方式，主观性强，只能考查学生运用书本知识解决问题的能力，而不是分析解决实际问题的能力，缺乏对学生的多元化、个性化和动态化的全过程评价。研究性实验要求对传统的考核方式进行改革，建立一种“全过程-多方式-立体化”评价体系，更确切、客观、全面地评价学生的学习能力。

2.1.4 创新性实验总结与再实践

实验结束后，采用不记名问卷及个别访谈的方式对研究性实验的实验设置、完成情况、学习效果、能力提升等方面进行调查，在此基础上，指导教师重新筛选研究性实验，对实验的要求、内容进行相应的更新、完善、并再实践。

本项目的设计流程，见图1。

图1 项目设计流程Fig.1 The design process of the project

2.2 解决问题的方法

2.2.1 转变教学理念，开设研究性实验

开展研究性实验，应当彻底转变传统实验的教学理念，将开设研究性实验上升到学生体验科学研究过程高度来认识，强调的是学生的主体意识和能力的发展，教育的实施者由“教师”转变为“导师”研究性实验教学的目的是通过实验帮助学生学习和理解相关知识，在实验过程中体验科学实验的艰辛、感受发现的乐趣和科学的魅力。研究性实验需要学生自主查阅文献，设计实验方案，完成实验内容，分析处理数据，撰写科技论文，完成答辩，类似一篇小论文，所需学时较长，因此，根据“精细化工实验”课程学时安排，需删减部分综合性实验，充分利用我系教师科研项目，选取4个难度适中，可行性强的科研项目作为研究性实验备选：(1)大孔水凝胶的制备与吸附性能研究；(2)Gemini型表面活性剂控制氧化锌纳米材料的制备及光催化性能研究；(3)氧化锌及其复合材料的制备及光催化性能研究；(4)生物质碳材料的制备及电化学性能。

2.2.2 组织开展研究性实验

研究性实验的组织分为4个阶段。(1)准备阶段：根据自愿组队的原则，将学生按每组4～5人分成若干个小组，实验项目进行之前，由负责项目的教师对4个备选研究性实验的背景进行介绍，小组成员协商后根据兴趣选择1个实验项目作为研究性实验，进行科技文献查阅，实验方案设计，并在与指导老师反复讨论中完善。(2)实验研究与探索：从原料、试剂的准备，实验方法的选择，实验过程的控制，实验表征，数据的分析与作图等均由学生独立完成，指导教师负责总体指导及分析仪器的使用，以及记录实验小组成员的工作表现。(3)实验论文：实习结束后一周内，每个实验小组按照撰写科技论文的规范格式提交研究报告。报告撰写必须坚持实事求是的原则，将实验的原始资料进行整理、归纳、分析、概括，并对实验现象及结果进行合理的解释。研究报告要力图全面反映各小组达到成果，论据充分，结论合理。(4)实验总结：通过成果展示，引导学生从实验选题、实验方案、实验技能、实验操作、表征手段的支撑、科学的思维方法等方面进行总结，各小组不仅需要讨论总结本组实验的长处和不足之处，还需与其他小组充分讨论，在此基础上，教师对实验过程进行综合点评，帮助学生整合实验中所获得的知识，使其条理化、系统化。

2.2.3 建立“全过程-多方式-立体化”评价体系

充分发挥考核在培养学生创新意识和科研能力方面所起的作用。我们在建立新的评价体系时考虑以下原则：(1)强调能力，主要考核学生发现问题、分析解决问题的能力、科学思维的能力、团队协作能力、成果展示的能力。(2)强调新思路、新方法、新观点等创新，考查学生在实验设计中的发散性思维。具体操作层面从学生选题难易、文献总结、实验方案、仪器搭建、实验操作、数据处理分析、报告论文、课件制作、答辩、成果展示等各个环节给予评价并给定实验成绩，每位同学对自己和小组其他成员在完成实验时贡献大小分别排序，最后，指导教师综合每个学生排序情况、平常表现及实验成绩确定个人成绩。

2.2.4 创新性实验总结与再实践

为评价研究性实验开展的完成情况及效果，实习结束后，采用不记名调查问卷及个别访谈的方式对19届应用化学专业学生进行调查，问卷主要设置“研究性实验选择”、“研究性实验完成情况”、“研究性实验学习效果”、“哪方面能力得到了提升”及“研究性实验所遇到的困难”5个一级指标，个别访谈主要围绕问卷设置的问题进行，并对问题进行深入了解。在此基础上，指导教师重新筛选研究性实验，对实验的要求、内容进行相应的更新、完善、并再实践于下一届应用化学专业学生。

3 引入研究性实验的教学效果

将研究性实验引入精细化工实验教学中进行改革后，经过我院19届应用化学专业学生试行，教学实践表明，研究性实验有利于学生对各方面能力的提高，是提升学生综合素质的有效途径。学生在从组成小组到安排实验时间、设计实验方案、分析问题、解决问题、最终答辩和研讨总结过程中，他们的独立实验能力、实验设计能力、科研思维、创新意识以及团队协作意识均得到了明显提高，有效的培养了学生自主完成文献资料检索、实验方案制定，实验开展、数据记录与处理、科技论文撰写等多方面的科学素质，同时也提高了教师的教学水平，有利于教师科研工作的开展。从学生的调查问卷和访谈上看，他们更认为这种研究性实验在能够真正掌握课本基本知识的同时还能够学习到课本以外的知识，更深的了解和掌握精细化工产品的合成过程以及应用前景，提高了对本课程的学习兴趣。

4 结 语

随着当前快速的高科技的发展和社会形势，社会对综合应用型人才的需求越来越多，我院通过将研究性实验引入精细化工实验课程中进行的一系列改革尝试和探索，有效培养了学生的科研精神和创新实践能力，增强学生的社会竞争能力。相信随着《精细化工实验》教学改革的不断深入，学生独立动手能力、科研素养、创新能力和解决实际问题的能力将会得到不断提高；同时还可以不断提高教师自身素质，更好地结合教师的科研项目，开发更多适合的研究性实验。只要不断地对研究性实验的组织、实施方式和评价手段进行完善，让学生多一些选择机会，一定能培养出大量的创新应用型人才。