化學(xué)競賽對本科生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的影響

卞歡 徐彥芹 陳家狀 劉浩 徐溢 曹淵

[摘 要]實(shí)驗(yàn)是理工科學(xué)生用來鞏固和驗(yàn)證理論知識(shí)，提升實(shí)驗(yàn)操作技能，培養(yǎng)思維和創(chuàng)新能力的主要渠道。化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽可以極大的激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)以及科研的興趣，開闊眼界，增長見識(shí)。在有效提高實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，使學(xué)生能夠更加主動(dòng)地去探索實(shí)驗(yàn)和科研。實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)了科研的嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，思維的縝密有序，有利于專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的心理素質(zhì)和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，對其綜合能力有很大的提升。

[關(guān)鍵詞]實(shí)驗(yàn)競賽 綜合性實(shí)驗(yàn) 新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 本科生 創(chuàng)新能力

[中圖分類號] O6-4;G642[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A[文章編號] 2095-3437（2015）12-0122-02

化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)不僅是學(xué)生獲取知識(shí)與技能的重要途徑，更是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要方法。[1]傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是以教師為中心，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，基本上都是照著老師所講述的步驟按部就班地做，不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[2]而通過參加化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽，學(xué)生能夠直接參與設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)，完成了從查閱文獻(xiàn)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、分析處理數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)總結(jié)這樣一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)過程，從而提高了學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

“卓越杯”大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽是以理工科見長的卓越聯(lián)盟9所“985”高校為加強(qiáng)理科化學(xué)教育而設(shè)立的一項(xiàng)國家級學(xué)科競賽，大賽分為“新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)賽”和“實(shí)驗(yàn)技能賽”兩個(gè)賽項(xiàng)。其中新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)競賽旨在引導(dǎo)學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)加深對化學(xué)基礎(chǔ)理論的理解和運(yùn)用，強(qiáng)化化學(xué)基礎(chǔ)理論與實(shí)踐的結(jié)合，提高大學(xué)生的綜合能力和實(shí)踐能力，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。2014年10月，我們小組帶著作品“金銀花中綠原酸的提取和分析”參加了首屆“卓越杯”大學(xué)生化學(xué)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)競賽的綜合組項(xiàng)目，并有幸獲得了二等獎(jiǎng)好成績。

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽促進(jìn)本科生專業(yè)知識(shí)水平的提高

作為藥學(xué)專業(yè)本科三年級學(xué)生，“四大化學(xué)實(shí)驗(yàn)”基礎(chǔ)知識(shí)是必須要掌握的內(nèi)容。結(jié)合學(xué)生專業(yè)背景知識(shí)，設(shè)計(jì)的參賽項(xiàng)目是“金銀花中綠原酸的提取和分析”，其中提取溶劑的選擇和標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制等方面均需要有機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)相關(guān)知識(shí)。在實(shí)驗(yàn)前期的準(zhǔn)備階段，參賽學(xué)生通過翻閱文獻(xiàn)和相關(guān)書籍，再一次地回顧了在大學(xué)本科低年級已經(jīng)學(xué)過的基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)。除了鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，在分析過程中，學(xué)生還學(xué)會(huì)了應(yīng)用儀器分析兩大重要的色譜分析方法——“薄層層析法”和“高效液相色譜法”對綠原酸進(jìn)行定性定量分析，理解了它們的原理及使用方法，而反復(fù)多次的儀器操作又能夠促進(jìn)學(xué)生掌握儀器分析的理論知識(shí)。

我們組的參賽作品屬于綜合實(shí)驗(yàn)方向，所謂“綜合”是指取消二級學(xué)科專業(yè)界限，在化學(xué)一級學(xué)科層面上建立的全新的內(nèi)容交叉、技術(shù)綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，要將跨專業(yè)的基本理論、基本實(shí)驗(yàn)技能融會(huì)貫通在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中。[3]實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)之一就是以中藥材金銀花作為實(shí)驗(yàn)樣本，對其中的主要活性成分之一綠原酸進(jìn)行定性識(shí)別和定量分析，融合了有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、生物化學(xué)、藥物化學(xué)、藥物分析學(xué)、生藥學(xué)等多個(gè)二級學(xué)科內(nèi)容，初步涉及中藥的提取、分離、分析知識(shí)，學(xué)生因此提前接觸了藥物分析、中藥分析、天然藥物化學(xué)等藥學(xué)專業(yè)知識(shí)，了解了藥物的質(zhì)量分析和質(zhì)量控制途徑和方法，提高了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)水平，有利于對本科高年級藥學(xué)專業(yè)科目的學(xué)習(xí)。

二、化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽促進(jìn)本科生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣?/p>

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽中，我們在化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能、化學(xué)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和記錄、儀器使用和數(shù)據(jù)采集及其分析處理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、圖譜解析等多個(gè)方面分析和解決問題的能力得到了進(jìn)一步的鍛煉和提高。[4]雖然平時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程對此也有一定的訓(xùn)練作用，但實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)競賽的自主性、開放性、綜合性更強(qiáng)，需要我們?nèi)炭刂茖?shí)驗(yàn)，此外還能夠獲得專家和老師專業(yè)的指導(dǎo)，對實(shí)驗(yàn)過程順利進(jìn)行有著極大的促進(jìn)作用。

（一）化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽促進(jìn)本科生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的提高

在確定實(shí)驗(yàn)課題之后、正式開展實(shí)驗(yàn)工作之前，需要緊密結(jié)合專業(yè)知識(shí)和統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，進(jìn)行大量文獻(xiàn)綜述和必要的預(yù)實(shí)驗(yàn)，從而制訂出完善的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。[5]在文獻(xiàn)檢索方面，學(xué)生通過查閱中國藥典、中藥提取分析方向的資料以及大量有關(guān)金銀花中綠原酸的實(shí)驗(yàn)研究，以藥典的檢測方法為主，輔以在預(yù)實(shí)驗(yàn)中已驗(yàn)證行之有效的實(shí)驗(yàn)條件，在老師的指導(dǎo)下，制訂出了提取分析金銀花中綠原酸的初步方案。

因?yàn)橐酝瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)課程中，大部分的實(shí)驗(yàn)都有固定的方案和實(shí)驗(yàn)步驟，使學(xué)生無法從實(shí)驗(yàn)參考書籍上找到對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案，從源頭上杜絕了學(xué)生懶于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)這類問題的發(fā)生，使學(xué)生主動(dòng)思考。在不斷修改實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案過程中，學(xué)生的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫藉憻捄吞嵘?/p>

（二）化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽促進(jìn)本科生實(shí)驗(yàn)操作能力的提高

實(shí)驗(yàn)操作能力是化學(xué)類學(xué)生必備的基本實(shí)驗(yàn)技能之一，而目前存在一部分學(xué)生的實(shí)際操作能力不足的現(xiàn)狀，因操作失誤而產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)事故也時(shí)有發(fā)生。大學(xué)生重理論輕實(shí)踐和學(xué)校對實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的管理與重視不夠是在校大學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力差的主要原因之一。[6]想要改變這一現(xiàn)狀，首先學(xué)生自己必須端正態(tài)度，從思想上重視起來，努力提高實(shí)驗(yàn)操作能力。

在我們整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段，也發(fā)現(xiàn)了一些操作問題。例如定容過程中膠頭滴管需要垂直伸入并貼緊容量瓶頸而不是懸垂滴定，在移液過程中取液要控制在液面以下1cm處。這些雖然都是簡單的實(shí)驗(yàn)步驟，但學(xué)生出現(xiàn)了細(xì)節(jié)上的錯(cuò)誤。而在實(shí)驗(yàn)競賽中，團(tuán)隊(duì)在一起進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，錯(cuò)誤就會(huì)顯現(xiàn)出來，學(xué)生因此認(rèn)識(shí)到錯(cuò)誤并及時(shí)改正。除了糾正基本操作問題，學(xué)生還學(xué)會(huì)了薄層板和高效液相色譜儀的使用，這本來是在本科高年級才會(huì)接觸到的實(shí)驗(yàn)操作，因?yàn)閰⒓訉?shí)驗(yàn)競賽的緣故，學(xué)生提前接觸并自學(xué)掌握，比同年級其他同學(xué)學(xué)到了更多的知識(shí)。

（三）化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽促進(jìn)本科生實(shí)驗(yàn)分析能力的提高

實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性問題，想要解決這些問題首先就得學(xué)會(huì)分析。在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)課上，實(shí)驗(yàn)老師會(huì)幫忙分析原因，找出對策，以至于部分學(xué)生產(chǎn)生了依賴性，不懂得自己查閱資料進(jìn)行摸索和驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)競賽雖然也有老師指導(dǎo)，但細(xì)節(jié)上的問題還是需要自己去處理。我們組在做薄層層析法定性識(shí)別綠原酸的實(shí)驗(yàn)過程中，出現(xiàn)了按照文獻(xiàn)上的條件操作，但薄層板上沒有斑點(diǎn)的問題，在查閱資料之后，經(jīng)歷了換用展開劑和提高標(biāo)準(zhǔn)液、提取液濃度的不斷嘗試，最終成功地完成了薄層層析。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理能力也相當(dāng)重要，在獲取化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)的必要環(huán)節(jié)，快速而準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理對獲得有益的實(shí)驗(yàn)結(jié)論非常重要。而在這其中，計(jì)算機(jī)發(fā)揮著特別的作用，Origin是化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以及科學(xué)繪圖軟件的較好選擇。[7]綠原酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合，高效液相色譜圖的重現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)系列綠原酸溶液高效液相三維圖像的繪制，無一不需要Origin的輔助。不同于以往的簡單計(jì)算，復(fù)雜樣本分析實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)往往龐大而繁雜，只有借助專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件才能得到精確的結(jié)果，加上實(shí)驗(yàn)競賽的要求比一般實(shí)驗(yàn)高，我們利用Origin進(jìn)行難度更大的計(jì)算處理，使得學(xué)生的數(shù)據(jù)處理水平有了進(jìn)一步的提升。

三、化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽促進(jìn)本科生思維和創(chuàng)新能力的提高

現(xiàn)在很多學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，只會(huì)一味地按照課本上或老師給定的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不善于對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行思考和深究，這也是阻礙學(xué)生提高學(xué)習(xí)水平的因素之一。而究其原因，是因?yàn)閷W(xué)生沒有形成良好的思維能力。思維能力并非與生俱來，需要后天的訓(xùn)練才能養(yǎng)成。在沒有真正意義上獨(dú)立完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)往往思路不清晰，知其然，而不知其所以然，僅僅是按照既定方案操作，也不會(huì)進(jìn)行反思。但當(dāng)學(xué)生自主操作整個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，各種問題就會(huì)迎面而來，總體的實(shí)驗(yàn)步驟順序，條件改變與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的因果關(guān)系，這些問題以往不需要學(xué)生考慮，是老師的問題。現(xiàn)在學(xué)生改變了這種僥幸心理，自己反復(fù)探索實(shí)驗(yàn)條件，才得到了最終實(shí)驗(yàn)方案，整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程條理清晰，體現(xiàn)了從藥材—提取—TCL鑒定—HPLC定量分析的一個(gè)完整的分析過程。通過設(shè)計(jì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯性、思辨性，以及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的思維方式。

總的說來，通過這次參加首屆“卓越杯”大學(xué)生化學(xué)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)競賽，我們收獲頗豐。化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽可以極大的激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)以及科研的興趣，開闊眼界，增長見識(shí);在有效提高實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，使學(xué)生能夠更加主動(dòng)地去探索實(shí)驗(yàn)和科研。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程讓學(xué)生感受到了科研的嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，思維的縝密有序，有利于專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，此外還提高了學(xué)生的心理素質(zhì)和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，對學(xué)生的綜合能力有很大的提升。

[ 注 釋 ]

[1] 崔學(xué)桂，張樹永，李建平，等.培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、綜合思維能力是大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的中心任務(wù)[J].實(shí)驗(yàn)室技術(shù)與管理，2003（2）：120-124.

[2] 張麗，公維民，劉麗波，等.大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].教育教學(xué)論壇，2014（24）：44-45.

[3] 崔學(xué)桂，張樹永，貝逸翎，等.綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)充滿生機(jī)和活力[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006（1）：20-21.

[4] 許麗麗，衷明華.淺談指導(dǎo)化學(xué)實(shí)驗(yàn)競賽的一些體會(huì)[J].廣東化工，2014（16）：209，220.

[5] 王琪，胡良平.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的概念與基礎(chǔ)[J].藥學(xué)服務(wù)和研究，2010（1）：5-9.

[6] 郝利君.淺談大學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力差的成因及對策[J].新西部，2009（8）：219，231.

[7] 彭彬，肖信，袁中直.用Origin進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理[J].化學(xué)教學(xué)，2003（6）：31，32-34.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]