把科研引入物理化學實驗教學，培養學生自主學習能力

◆訾學紅 陳永寶 張紅光 劉淑珍 王小逸

(北京工業大學環境與能源工程學院基礎化學實驗中心)

一、引言

科學研究和培養合格的大學生是高校的兩大系統工作，而科研與教學是高校兩個不可或缺的重要組成部分，二者相輔相成，如何把科研引入到教學中去，提高教育教學質量，是擺在高校教師面前一個重要而緊迫的任務。重視學生實踐能力和創新能力的開發，培養創新型人才，已成為當今高校教育改革的核心。實驗教學作為培養學生實踐能力的重要教學環節，是促進知識轉化、知識拓展和全面提高學生素質的重要教學手段，其教學內容和教學模式的改革，是提高教學質量和培養具有創新意識、創新能力和科學思維方法的高素質人才的需要。因此，我們在總結實驗教學中經驗的基礎上，結合本校實驗條件等，對將科研引入物理化學實驗教學培養學生自主學習能力進行探索和實踐。

二、設計開發科研型創新性物理化學實驗項目，激發學生興趣

以往的專業實驗，由于開出的實驗項目年年相同，學生來到實驗室后只是開始“被動實驗”，依據具有培養創新人才的要求，解決目前存在的問題現狀，我們提出在物理化學實驗教學中逐步增加科研型創新實驗項目，實施實驗教學與科研相結合，使實驗項目不斷地變化，把反映當代科學技術成就的新理論和新技術補充到實驗項目中去，使本科生能夠及時學到最新的學科發展前沿技術和專業理論知識，把握創新性實驗的原則和方法，開設一些與當今社會的熱點問題相關和學生感興趣的實驗項目。例如，從環境保護、污染防治、節能減排等社會熱點話題入手，結合物理化學學術前沿和現在一些常規的測試方法和技術，開展創新性實驗項目的設計開發。例如，結合燃料電池新型催化劑材料，開設了測定其電化學性能的實驗;結合污染物脫除問題，開設了分析污染物中吸附劑的性能測試實驗;結合食品安全等大眾熱點問題，開設了有關食品添加劑(如表面活性劑)的性質測試實驗，結合目前汽車尾氣污染的治理問題，開設了溶液還原法制備Rh納米粒子、雙金屬Rh－Au/(－Al2O3催化劑的制備及三效催化活性的研究等科研小課題。這些小課題具有一定的難度，使學生有機會了解本學科發展的前沿，有利于激發學生的求知欲望和探索精神，有利于培養他們的創新思維和創新意識，提高實踐創新能力。

三、建立以學生為主導的、師生互動的自主式實驗教學模式

自主學習(autonomous learning)亦稱自我調節學習(self－regulated learning)，自我指導學習，它是一種學習模式，以學生自主探究為主、教師根據學生的需求加以引導為輔的主體性教學方式。在實驗項目選擇和制定階段，教師根據學生的知識水平和訓練程度，結合實驗的客觀條件設定數個課題，學生根據自己的興趣點入手，開展實驗課題的選擇。選定課題后，自主查閱文獻、參閱相關資料，開展小組討論和師生間的討論，分析、確定實驗方案，并對實驗中可能出現的問題進行分析和判定解決方案，這個過程鍛煉了學生的文獻調研能力和對于實驗的預判斷能力和分析能力。

在實驗實施過程中，充分調動學生的積極性，發揮他們豐富的想象力，學生根據自己的時間安排，獨自完成實驗材料的準備、實驗用儀器的校準和測試，也可讓學生自己動手設計實驗裝置，鼓勵學生探索最佳的實驗方法和實驗條件，培養鍛煉學生的獨立思考能力和勤于、勇于動手的能力。在實驗過程中，當學生遇到問題時，不是由教師直接給出答案，而是由教師進行導引，由淺入深地提出一系列引導問題，由學生自己一步步的找到相關問題的答案。學生完成實驗項目后，會對實驗中涉及的原理和操作有更深刻的認識和理解。在實驗過程中，也會充分調動學生思維和想象力，將實驗現象同理論知識及疑惑或興趣點結合起來，促進其積極思考，鍛煉其創新思維能力和解決問題能力。

在實驗完成后的總結階段，讓學生獨立對實驗數據進行總結處理，鼓勵其使用電腦數據處理軟件，如Excel和Origin等。實驗數據處理完成后，要求學生上交一份科研小論文，而不是傳統的實驗報告，避免了學生實驗報告相互抄襲，甚至復印上屆學生實驗報告的情況，科研小論文要對實驗過程和數據進行總結與思考，加入自己對這個實驗的理解和思考，找到其中的關鍵點，總結是否解決了之前的疑惑，興趣是否在此過程中得以滿足，這個過程鍛煉了學生的軟件運用能力、分析問題與解決問題能力等綜合能力。

在科研論文完成后，要求學生進行幻燈片的制作，并組織學生進行現場答辯，教師和參與整個項目的同學共同積極討論，分別對答辯情況給出自己的分數，創造一個良好的師生互動、積極向上的氛圍，可以鍛煉他們的語言表達能力，以及學生對現場提問的思辨能力和綜合能力，增強了他們的自信心，提高了學生的學習、思考的積極性。

四、把自主式實驗教學應用到物理化學科研實驗課的效果

這種實驗教學模式建立了一種新的師生關系，教師不再是權威的代表和教材的主講人，而是鼓勵學生積極創新的導引者，教師把學生看作是活動的主體，充分調動學生的學習興趣及主觀能動性，使他們樂學、好學、會學，在學習中體驗解決問題的過程。對于學生來說，在做這樣的科研小課題不再只是重復別人做過的實驗，每一個實驗對于他們都是新的挑戰，他們由理解和接受式的被動學習轉變為探索和研究型的自主學習，而且獨自完成整個實驗的過程提高了他們的分析問題和解決問題的能力，培養了他們的創新能力、創造思維和科研能力，能讓他們充分體會自我價值的實現。

五、結束語

眾所周知，高等教育法已將高校的職能定位為人才培養、科學研究和社會服務三個方面，其中人才培養是中心，也是高校的基本職能。因此，高效的科研和教學工作都要圍繞著人才培養來進行。將自主式教學模式應用到物理化學科研創新型實驗教學工作中，激發學生對學習的興趣和對科學知識的熱愛，可以很好地鍛煉學生自主學習的能動性，培養他們的創新思維和實踐創新能力，使他們成為一代有知識、會學習、善思考的新型人才，而教師也要不斷提升自己可持續發展能力，來面對學生時刻提出的問題。

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