科研促進“無機及分析化學”教學的探索與實踐

摘要：高等學校教學與科研是相互依賴和相互促進的，也是高素質人才培養的重要途徑。將科研與教學有機結合，是提高教育教學質量的重要保證。從西南科技大學“無機及分析化學”課程的教學和科研實踐出發，對科研提高教師學術水平、科研內容轉化為教學內容、科研方法轉化為教學方法、科研實驗轉化為教學實驗、科研成果編入教材，從而增強學生興趣、提高教育教學質量等方面進行了介紹。

關鍵詞：無機及分析化學；科學研究；本科教學

高等學校教學與科研是相互依賴、相互促進、不可分離的整體。如何擺正高校教學與科研的恰當位置，探索教學與科研相結合的內在規律，從而促進學生知識、能力、素質的協調發展，是大學教師必須深入思考和研究的問題。普通本科教育是高等教育的主體和基礎，抓好本科教學是提高整個高等教育質量的重點和關鍵，以科研促進本科教學是提高教學質量的重要途徑。人才培養與科學研究是高等學校的重要職能，教學與科研共為一體，兩者之間的互動構建了高等學校的育人環境，其根本目的是培養高質量的人才。[1]多年的科研和教學工作實踐經驗告訴我們，將科學研究與教學工作緊密聯系在一起，是培養和教育學生不可分割的兩個關鍵環節，兩者之間相互促進，相互提高。堅持教學與科研相統一，是培養大學生創新能力的主要途徑。[2]那種為了“科研而科研”，或以損害教學質量為代價而去搞科研的做法是不可取的。[3]教師既從事教學又進行科研，把科研與教學有機地結合起來，以科研促進教學，深化教學改革，可實現教學和科研之間的良性互動、協調發展。

一、促進教師教學水平和課堂教學質量的提高

1.科研提高教師的綜合素質，促進教師教學水平的提高

高校教師必須廢棄以教師、課本為中心，重知識傳授、輕能力培養的教學觀念，而樹立以學生、學習為中心，既重視知識的傳授、又重視能力的培養、更注重素質提高的現代教學觀念。教師學術水平的高低是決定教學效果的關鍵，而科研是教師提高自身學術水平的重要途徑。科研是教學改革和教學創新的推進器，是促進學科發展、改革課程體系的原動力。[4]以科研促進教學，以教學帶動科研，是高等學校的主要工作和永恒主題。[5]要使教師的教學水平不斷提高，除了依靠書本知識和教學經驗的積累外，教師從事科學研究顯得更為重要。科研不僅可增強教學的深度、拓展教學的廣度，而且可更新教師的知識結構、完善教師的知識體系，提高教師的綜合素質。科學研究有助于教師對教材的深入理解，更準確地把握課程教學內容，及時了解本學科的國內外發展動態，把握本學科的特點、研究熱點領域及與其他學科之間的關系，并向學生傳播最新的科學知識，同時促進自身教學水平的提高。教師完善知識結構，更新知識體系，提高學術水平，可以為提高教育教學質量奠定堅實的基礎。我校無機及分析化學課程組由近20位中青年教師組成，90%以上具有碩士或博士學位，他們都從事著相應的科研工作和主持各級科研課題，多位教師是碩士研究生導師，并且都取得過良好的科研成果。教師在指導研究生、本科生以及自己親自參加科研實驗活動的每一環節都是鍛煉自己、提高教學科研水平的極好機會。在課堂教學中，教師結合“無機及分析化學”課程的講授內容，將最新的研究成果特別是自己的科研成果在第一時間內傳授給學生，讓學生能及時、全面地了解某個領域的理論與實踐知識。通過國內外知名學者來校講學、“博士論壇”等系列學術交流活動，營造學術氛圍，拓寬學生視野，增加其學科知識的深度和廣度，使學生接受到潛移默化的科學思維方法和研究方法的教育，為學生將來從事科學研究打下基礎，使學生養成良好的提出問題、分析問題、解決問題的習慣，培養學生的創新能力。

2.科研促進教學內容與教學方法的改革

課堂教學不僅是知識傳授的過程，也是科學素質培養的過程。在學校的資助下開展了“科學思維方法在基礎化學教學中的應用與實踐”課題研究。課堂教學應教會學生掌握學習方法和科學研究技能，引導學生進行科學思維，培養其應用掌握的科學知識、方法與技術，創造和發現新知識、開創新技術的實踐能力。課程講授不可能面面俱到，應重點把教師理解課堂教學內容的思路教給學生，把科學家解決問題的思路教給學生，使學生領悟科學家發現和創造的思維軌跡，從中學到科學的思維方法。教學為科研提供良好支持，科研能促進教學改革的深入開展，從而不斷提高教育教學質量。吸收學術領域的科研成果，充實和改革教學內容，是提高大學教學質量的重要途徑。[6]課堂教學是培養大學生從理論上掌握科學本領的重要和必要環節。科研能使教師站在學術前沿，教師通過科研能跟蹤本學科領域的進展，把科研成果帶入課堂教學，優化課程體系和擴充教學內容，將科研中獲得的新知識和新成果“固化”到教學內容中，把最新的知識和信息傳遞給學生，將科研思想和創新思維融入教學中來，不僅豐富了教學內容，而且使教學內容更貼近學科發展前沿，提高教學效果。針對“無機及分析化學”課堂教學較為枯燥的特點，教師以自己科研工作中的切身體會為內容，把這些新知識貫穿到課堂教學中，廣泛開展討論，強調探究式學習方法的運用，變被動學習為主動探索，調動學生的學習積極性。開展研討式教學，其過程是：教師給定題目→學生收集資料→撰寫論文→報告→大家提問→討論→總結→評定成績。

3.科研成果編入教材，實現教材建設的創新

在深化教學改革中，實現教材建設的創新是有效解決教學內容和教學方法存在問題的關鍵。[7]將科研項目的內容引入教材，并積極吸收學科領域研究的新成果，不斷豐富和更新教學內容，使教材內容具有先進性、科學性。科學研究在教材的體系設計、內容安排等方面發揮至關重要的作用，將本學科新的內容和觀點及時編進教材，將教師自己的科研成果固化為教材內容，加快教材建設的更新，不斷提高教材質量。通過科學研究和長期的教學實踐，不斷豐富和完善了《無機及分析化學》教材理論體系和內容。例如，沉淀滴定法中一般教材介紹莫爾法、福爾哈德法、法揚斯法，編寫了碘-淀粉指示劑法，將科研成果“碘-淀粉指示劑法測定碘化鉀”編入了《無機及分析化學》教材，[8]實現科研為教學服務，促進教學質量的提高。通過教師把科研成果編入教材、引入課堂教學的“言傳身教”，激發了學生學習的熱情和從事研究工作的興趣，教會學生如何去提出問題、分析問題和解決問題，如何去搜尋知識和提煉知識，也就是研究性、創新性和自主性學習。

二、科研促進實驗教學內容的改革和學生綜合能力的提高

1.實驗教學是加強學生科學思維方法培養的重要途徑

化學實驗是理論聯系實踐的一種方式，是科學研究的基礎，是培養學生的動手能力、分析歸納能力和獨立工作能力的主要手段。高質量的實驗教學是激發學生創造性、敏銳力和競爭力的重要途徑。將科研成果轉化為實驗教學內容，有助于靈活應用所學理論知識，激發學生的思考興趣，培養學生的動手能力，提高學生解決問題和分析問題的能力，不斷提高實驗教學質量。教師不僅應該教會學生獲取知識的方法，提高學生獲取知識的能力，更應該培養學生科學思維的習慣和創造性的思維方式。科研能力的培養需要一定實踐環節，通過化學實驗培養科研能力是一種便捷方法。在化學實驗教學中加強綠色化學教育，對傳統的化學實驗內容進行綠色化改革，并推行綠色化學實驗是大勢所趨，也是科學思維方法在實驗教學改革中的具體應用。如何把綠色化學的理念融合于大學化學教學，在化學實驗中減少環境污染，增強廣大師生環保意識，使綠色化學成為化學教育的重要組成部分，也是化學實驗課程改革的新課題。綠色無機及分析化學實驗新體系的建立和完善，有利于與化學相關專業的大一學生牢固地樹立起綠色化學的觀念和環保意識，為將來自覺地運用這些方法打下堅實的基礎。從有關院校實驗教學改革經驗看，尋找替代品、推行微型實驗、發展封閉式實驗和串聯實驗、開發模擬實驗、回收利用實驗產物是實現無機及分析化學實驗綠色化的重要途徑。因此，放棄污染嚴重的傳統化學實驗，探索化學實驗的“綠色化”改造，是化學實驗教育工作者的奮斗方向。在無機及分析化學實驗課教學中，注重在繼承傳統內容的基礎上創新，增加設計性實驗，加強綜合性實驗，減少驗證性質實驗。通過對原有實驗項目的整合，實現了實驗教學內容體系的整體優化。教學中注重對學生環境保護意識的培養，為學生灌輸綠色化學思想，課題組積極開展綠色化學實驗研究，并推進化學實驗教學內容的綠色化。

2.無機及分析化學實驗教學內容的綠色化改造

用綠色化學的觀念改造傳統的無機及分析化學實驗教學內容，建立“制備實驗小量化、分析實驗減量化、實驗內容綠色化”新體系。[9，10]改造后的綠色化學實驗項目可在常規儀器中完成無機及分析化學實驗教學，不僅可大量減少化學試劑和藥品的消耗，大幅度節省實驗經費，而且可加強學生的環保意識、降低環境污染，從而提高教學質量和效益。對傳統的滴定分析實驗進行減量化改造，標準溶液濃度由0.1～0.2mol·L-1降至0.01～0.02mol·L-1，滴定管由50mL改用25mL，錐形瓶由250mL改用100 mL。試劑用量大大減少，提高了實驗的安全性；產生的“三廢”量很少，改善了實驗環境條件，極大地減少了對環境的污染。例如，碘量法測定膽礬或銅礦中銅的含量，傳統教材采用的是0.1mol·L-1Na2S2O3溶液，每個學生完成標定和樣品測定實驗要消耗碘化鉀6g以上；在小容量儀器基礎上進行減量化實驗，把Na2S2O3標準溶液濃度降至0.02mol·L-1，完成實驗消耗碘化鉀總量不到1g，比傳統的實驗可節約經費80%以上。我校一年有約1300人學習“無機及分析化學”課程，僅該實驗的開設，就可節約至少12瓶（500g/瓶）KI，單價約240元/瓶，節省經費3000元以上。再如，硫酸亞鐵銨的制備實驗，該實驗原來雖然要求在通風櫥中進行，但整個實驗室還是能聞到臭味，與綠色化學要求相比，硫酸亞鐵銨制備實驗存在著以下兩個缺點：廢氣有待治理和未達到原料的最大限度的合理利用。學生帶著這些問題，經過動手、動腦，不僅提高了學習興趣，鞏固了所學知識，同時培養了獨立思維能力。通過改進把整個實驗裝置封閉起來，因鐵屑不純而產生的H2S、SO2等有毒氣體用堿液瓶回收，改進裝置后雖不在通風櫥內進行實驗也聞不到臭味了。因此，改進硫酸亞鐵銨制備實驗是對綠色化學指導思想的貫徹執行，有助于學生的環保意識培養和樹立充分利用資源、實施綠色化學技術的思想，為學生以后的實驗、畢業論文設計及走上工作崗位后成為綠色化學的實踐者打下基礎。

3.將科研成果引入綜合設計性實驗，提高學生的創新能力和實驗教學質量

在無機及分析化學實驗教學中適當地引入科學研究項目，并固化為教材內容，保證實驗內容的新穎性，引導學生從事科研工作，也是提高實驗教學質量、培養學生綜合能力的重要途徑。將科研成果內容充實到實驗教學中，為本科生開設新的實驗項目，提高學生分析與動手能力。把一些科研成果轉化為實驗教學內容，并編入了《無機及分析化學實驗》教材，如“過氧化鈣的制備及含量測定”、“乙酰水楊酸銅配合物的制備與表征”、“用硫鐵礦燒渣制備硫酸亞鐵”、“從含碘廢液中回收碘”、“甘氨酸鋅螯合物的制備與表征”、“室溫固相法制備納米氧化鉍”、“固相法制備非晶態金屬硼化物納米材料”、“硫酸鋅樣品中鋅和鎂含量的測定”等內容。在科研過程中探索化學規律或解決問題、設計實驗方案，有利于學生提出新問題和新設想，有利于培養學生的創新精神和實踐能力。因此，在授課過程中堅持開設綜合性設計性實驗，使學生在教師的指導下，結合教學科研課題，分析實驗目的、查閱相關文獻資料、設計詳細實驗方案、選擇合適的儀器設備，在征得教師的同意后，自主進行實驗，并對實驗結果進行正確分析與討論。綜合性設計性實驗推進了素質教育，加強了對學生的能力特別是自學、思維、實踐、創新能力的培養。實驗報告要求按科技小論文的基本格式撰寫，包括實驗的目的意義、實驗原理、裝置及內容、實驗結果與討論、參考文獻等，學生根據自己的實驗情況，分析、歸納、整理實驗數據，評價與討論實驗結果，從而達到培養學生文獻查閱能力及科研寫作能力。

三、結語

高校教師既從事教學又進行科研，將兩者有機結合，才能不斷提高教學質量和科研水平。圍繞教育教學改革和培養創新人才，學校教務處每年對教學改革與研究項目進行經費支持，鼓勵教師積極研究探索新的教學內容、新的教學方法，鼓勵教師指導學生參加各種學術及創新活動，對教育教學改革成果和高水平的教研論文進行物質獎勵，同時學院還對發表教研論文的教師給予資助。

近5年來，我校“無機及分析化學”課程組在教學研究和教學改革方面取得了顯著的成績，在有一定影響的教學刊物上發表了教學研究論文約20篇，體現了科研與教學相結合的成果。“無機及分析化學”課程被評為2008年四川省精品課程和2011年四川省精品開放課程。21世紀高等學校教材《無機及分析化學》被科學出版社推薦參加了2009年普通高等教育國家級精品教材的評選，2012年評為四川省“十二五”普通高等教育本科規劃教材，并被四川省推薦參加“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材評選。“基礎化學課程建設的研究與實踐”2007年獲西南科技大學第二屆優秀教學成果三等獎，“大學基礎化學系列教材建設與改革”2010年獲西南科技大學第三屆優秀教學成果獎二等獎，“多科性普通本科高校化學實驗課程體系的建設與實踐”和“無機及分析化學課程建設與實踐”2011年分別獲西南科技大學第四屆優秀教學成果特等獎和三等獎，《無機及分析化學》系列教材2010年獲西南科技大學第二屆優秀教材二等獎。

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（責任編輯：宋秀麗）