基于创新创业能力培养的化学综合实验课程改革的思考与探索

2023-12-26易慧王文兵陈勇舒赛蒙伦书张新蕾

创新创业理论研究与实践 2023年22期

易慧，王文兵，陈勇，舒赛，蒙伦书，张新蕾

（1.柳州工学院，广西柳州 545616；2.广西生态工程职业技术学院，广西柳州 545000）

化学实验的种类很多，从不同的角度可以分为不同的类型，化学综合实验属于探究性综合实验。高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专业人才，推动科学技术文化进步，促进社会主义现代化建设。因而，对于高校尤其是应用技术型高校而言，如何开展创新创业教育，培养大学生的创新创业能力，是人才培养的重要研究方向。本文从提高学生创新创业能力出发，对大学综合化学实验课程改革进行了思考与探索，在实验内容选择、实验模式创新、教学考核评价方面进行了研究。

1 柳州工学院2016-2020 年化学综合实验课程开设情况

2016-2020 年，柳州工学院化学综合实验课程主要面向化学工程与工艺专业、食品科学与工程和食品质量与安全专业本科生开设，课程分两个学期修读，共48 学时，实验项目有：废干电池的回收利用、鸡蛋壳中钙含量的测定、葡萄糖酸锌的制备及含量测定、叶绿素铜钠的合成及分析、茶叶有效成分的提取与分离等。

2 存在的问题

课程开设以来，有效地帮助学生巩固了无机化学、分析化学和有机化学的专业知识，提升了实验操作技能，但在具体实施中还存在一些问题。主要有以下几方面：（1）实验内容按照二级学科分类进行，不符合学科高度交叉的发展趋势；（2）验证性实验多，能够解决生产生活问题的实验少，因此缺乏趣味性和实用性，学生的学习热情不足；（3）实验教学内容相对单一，不利于提高学生的综合实验技能；（4）实验教学对象主要为食品与化学工程学院的学生，学生覆盖面小。

3 实验教学内容的探究

3.1 创新研究型实验

近年来，各高校开始推出化学综合研究型实验，一般从制备到表征再到应用，具有一套完整的科研训练过程，能够极大地提高学生综合运用各种实验技术的能力以及分析、解决问题的能力[1-2]。例如，将教师的横向科研课题融入课堂，广西柳州钢铁集团有限公司电化学法处理工业循环水项目就是其一。

3.1.1 实验目的

实验目的如下：

（1）掌握电化学法处理工业循环水的氧化还原反应原理；

（2）掌握钙硬、总硬度和 Cl-浓度的测定方法；

（3）掌握一个小型电化学反应装置的搭建。

3.1.2 实验原理

循环冷却水在电流作用下发生电解，在阳极发生氧化反应，产生大量H+和OH·、O3、H2O2、HClO 等强氧化性物质。强氧化性物质可杀菌灭藻，可使Fe 氧化生成Fe3O4类致密保护膜，阻止管壁与氧结合，起到进一步防腐的作用[3]，最关键的是可使Cl-转变为氯气，防止氯离子腐蚀。在阴极发生还原反应，成垢离子向阴极区富集，进而在阴极板附近生成沉淀析出，降低水中硬度，降低了系统腐蚀、结垢等风险[4]。

循环水溶液发生的电化学反应[5]包括：

3.1.3 实验装置

电化学水处理实验装置主要由稳压直流电源、反应池、正负极板、电极夹等组成，图1 为实验装置示意。阳极选择表面钌铱多元化合物涂层的钛基板，阴极板有纯钛、不锈钢和纯铝三种材质。反应溶液采用柳钢焦化厂焦化循环冷却水；电源规格为0～30V 可调稳压直流电源；导线、电极夹、连接件均为铜制。

图1 实验装置示意

3.1.4 实验步骤

按照图1 的装置示意图搭建电化学水处理实验装置。确定实验的反应时间，确定实验的电压，开启电源，调节电压使电压达到实验所需，待电压稳定后开始计时。装置运行稳定后，观察实验现象，达到所需反应时间后，关闭电源，取样检测。

3.1.5 实验结果与讨论

根据测定的实验前后的钙离子浓度、钙镁离子浓度和Cl-浓度，计算出钙离子去除率、钙镁离子去除率和氯离子去除率。

3.2 创业推动就业型实验

传统的综合实验项目如茶叶有效成分、植物色素、茶多酚、黄酮的提取及含量分析，涵盖分离、提取、纯化等过程，但是将提取天然产物应用于实用型产品的教学实验却鲜有报道。

柳州工学院位于广西壮族自治区柳州市，当地特色经济作物有甘蔗、柑橘、桑蚕、茶叶、金花葵等。本课程可积极融入地方产业的发展，如随着现代科学技术的发展，发现金花葵植物中富含多种生物活性物质，如总黄酮、金丝桃苷、有机多糖、不饱和脂肪、叶黄素、膳食纤维、微量元素铜、锌、钙及高聚糖胶[6-8]，这些物质具有清凉、冷血、解毒的功效，在调节免疫系统、降低血脂、抗肿瘤、消炎镇痛、清热解毒、抗氧化等方面有显著效果[9]，具有广阔的发展空间。可以金花葵作为原材料，提取其中的有效成分，制成各类功能性精细化学品、食品。

3.2.1 实验目的

本实验的目的是：了解提取天然产物中有效成分的各种方法，掌握超声辅助热水浸提金花葵中多糖的操作方法，掌握制作含金花葵多糖的护手霜的操作流程与方法。

3.2.2 实验原理

金花葵花朵多糖属于水溶性物质，利用蒸馏水作为金花葵花朵粉末的提取溶剂，在超声波的辅助下使用设定的温度进行水浴提取，且加以一定功率的超声波能够对植物细胞壁进行破坏，使得金花葵花朵多糖更易析出[10-11]。

3.2.3 实验步骤

金花葵花朵多糖提取的步骤：金花葵花朵粉末→脱脂→干燥→热水提取→离心→取上清液→测多糖浓度→浓缩→醇沉→离心干燥→产物测试DPPH 自由基清除率→金花葵花朵多糖加入护手霜→护手霜理化性质检测。

实验将有效成分提取、功效分析、配方实验、理化性质检验等进行创新性改进并串联为一个综合性实验，为培养学生的创业思维奠定基础。学生参与整个实验过程，制作出金花葵护手霜，体会化学与生活息息相关。实验不仅提升了学生的实验操作技能和科研思维，更提高了学生的创新创业能力[12]。

4 教学模式及考核

4.1 产教融合、校企共育的模式

通过产教融合，学校可根据企业需求，为企业量身定制一些课题，学生通过查阅文献后设计出实验方案（含实验原理、操作步骤、物质分析方法，列出所需仪器与药品），经教师审批后进入实验室，在计划学时内完成实验，在计划学时外进行实验方案的讨论、实验结果分析并上交实验报告。学生也可依托与企业共建的各类培养基地，在具备相应实验条件的基地开展实验[13]。

实验分组进行，2～3 人一组，讨论制定实验方案，合作完成实验，而实验结果的分析必须独立完成，既培养学生团结协作的精神，又考查学生独立完成任务的能力。教师的主要任务是指导学生查阅文献，审核实验方案，指导学生如何使用重要的实验仪器，指导学生进行实验数据的记录与处理，解答学生的各种问题，最后评阅学生的实验报告。

4.2 注重对学生能力的评价

由于大学综合化学实验突出强调学生对所学化学知识和化学实验技能的综合应用以及对学生分析问题、解决问题能力的培养，所以在实验考核时，不仅要考查学生的操作能力及实验结果的正确性，更要注重对学生发现、分析和解决问题能力的评价。在对实验过程和实验报告的考查过程中，重点考查学生运用实验原理解释实验现象的能力，分析、解释实验结果的能力。实验考核表可参照表1。