大學生創新性實驗對培養創新型人才的影響

王淑勤，劉建芝，張耀宇

(華北電力大學 環境科學與工程學院，河北 保定 071003)

大學生創新性實驗對培養創新型人才的影響

王淑勤，劉建芝，張耀宇

(華北電力大學 環境科學與工程學院，河北 保定 071003)

根據“高分子復合絮凝劑處理脫硫廢水的研究”和“負載TiO2光催化協同吸磷的實驗研究”現已結題的兩項大學生創新實驗，分析大學生創新實驗中學生們的實驗成果，淺談大學生創新性實驗對培養創新型人才的影響。

大學生創新性實驗；高分子復合混凝劑；負載TiO2光催化；創新型人才

21世紀人類面臨的最大問題是如何開發人的創新能力，以及發揮人的潛能和提高解決復雜間題的能力，以利于人類更好地處理全球性問題。只有培養出大批具有創新思維和創新能力的創新型大學生，才能使我們有能力參與日趨激烈的國際競爭，并保證在競爭中立于不敗之地。大學生創新性實驗計劃是教育部為了提高本科教育質量、培養創新型人才的一項重要舉措。大學生在創新實驗過程中，不僅學習到課本以外的知識、拓寬視野，而且培養了創新能力、實踐操作能力、合作協調能力等[1]。

筆者在對“水污染控制工程”課程的基本實驗項目-混凝實驗進行綜合改進，形成了混凝設計性實驗，使學生通過方案設計、分析測定、結果討論等過程，將理論知識和實際問題有機地結合，激發了學生進行科研實驗的興趣。教學實踐結果表明，混凝實驗的綜合性改革便于落實研究性教學實踐環節的教學，有利于學生綜合能力的提高[2]。還經過不斷探索和長期的教學改革和實踐，形成了水污染控制工程與理論教學緊密相關的，由課內實驗、課程設計、綜合實驗、創新實驗組成的較為完善的實踐教學體系。實現了水污染控制工程實踐教學改革與創新能力培養[3]。在取得以上實驗實踐基礎上，筆者結合指導兩項創新實驗的實踐和心得體會，對大學生創新性實驗取得的成果，以及對培養創新型人才的影響，談談個人認識。

1 大學生創新性實驗取得的成果

1.1 高分子復合絮凝劑處理脫硫廢水的研究

通過此次國家級大學生創新性實驗，學生們學會了絮凝劑的制備，包括鋅鎂鋁絮凝劑和改性鋅鎂鋁絮凝劑柱撐黏土的制備。主要從針對反應器的設計、絮凝處理實驗及吸附處理實驗、改性土比表面積分析、試驗最佳條件的確定四方面進行研究。在創新實驗過程中，學生們通過自己的親身實驗證實了很多結論，通過學生自己查閱相關文獻制作了反應器，提高了學生們的工程意識。通過正交實驗得出了復合鋅鎂鋁絮凝劑中氯化鋅、氯化鎂和硫酸鋁的最佳濃度比和最佳體積比，以及最佳堿化度。對比直接使用鋅鎂鋁絮凝劑處理鉻水樣與使用鋅鎂鋁絮凝劑柱撐改性土對鉻水樣的去除效率可知，改性土投加量僅合約0.833mL絮凝劑用量效率可達60%以上，僅用絮凝劑則投加25mL效率仍不到40%，所以柱撐后絮凝劑用量大大減少，且效率明顯提高。對比僅使用羥基鋁柱撐改性土和使用復合鋅鎂鋁絮凝劑柱撐改性土的處理效率，復合之后處理效率提高56.67%～65.70%，證明了進行高分子復合的必要性。通過柱撐，不僅提高了黏土的吸附性能，大大降低了藥劑的投加量，且絮凝劑柱撐改性土沉降性能較好，解決了絮凝劑難以與水分離的問題。通過對不同濃度鎳水樣的處理，得出了復合鋅鎂鋁絮凝劑柱撐改性土(江蘇土)處理鎳水樣適用的濃度范圍，在濃度為5～8mg/L之間，改性土投加量6g/L時，效率可達65%以上。

由比表面積分析(BET)可知，改性江蘇土比表面積49.788m2/g，改性福建土比表面積25.395m2/g。對改性福建土與江蘇土進行BET分析，從理論上驗證了改性江蘇土吸附的優良特性的原因，從孔徑分析圖可以得出相同孔徑下江蘇土占的體積為0.02517mL/g比福建土的0.01250mL/g高出一倍以上，所以相較福建土來說，江蘇土吸附容量大，比表面積也高出近一倍，所以改性江蘇土對鉻、鎳重金屬離子的去除效率以及除濁效率都比改性福建土高。

1.2 負載TiO2光催化協同吸磷的實驗研究

通過此次省級大學生創新性實驗，學生們學會了改性二氧化鈦催化劑的制備，包括摻氮TiO2、摻氮氟TiO2、SiO2/TiO2復合粒子和粘土柱撐TiO2的制備。本項目主要從催化劑的制備、反應器設計、光催化實驗、催化劑及土壤的結構分析四方面進行研究。創新實驗過程中，學生們通過查閱文獻，雖然走了很多彎路，但是也學會到了很多，無論是對實驗的深度還是寬度都有了他們自己的理解。

圖1 30min和180min各種催化劑吸附和光催化除磷效率圖

用制備的各種改性TiO2催化劑處理含磷廢水，可以發現單摻改性的TiO2吸附效果和光催化效果高于純TiO2，雙摻的TiO2高于單摻的TiO2，柱撐土改性的TiO2最高如圖1所示。

圖2 各種TiO2催化劑的XRD圖

此創新實驗項目還鍛煉了學生們對XRD的初步認識。由圖2可知，純TiO2由銳鈦礦型和金紅石型兩種晶型構成，經摻雜改性后的摻氮TiO2和摻氟TiO2晶型全部為銳鈦礦型。研究表明，TiO2的三個晶型(板鈦礦型、銳鈦礦型和金紅石型)中銳鈦礦型的活性最高，因此摻雜能有效抑制銳鈦礦向金紅石的轉變，進而提高催化劑的活性；與純TiO2的衍射峰角度相比，摻氟TiO2發生了較大程度的偏移，這說明TiO2八面體結構產生了畸變和缺陷，這些缺陷位置作為新的活性中心，降低了光生電子和空穴的復合機率，有利于捕獲更多的電子，因此光催化活性得到提高。

2 大學生創新性實驗對培養創新型人才的影響

2.1 學會將理論應用到實踐當中

古人曾經說過“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。實際操作能力的提高是當代大學生強化和應用理論知識的一種方法。書本上的內容，大都是實際問題抽象到理論高度的結論性知識。但是在實際運用當中，面對形形色色的實際問題，很難將已有的知識靈活應用[4]。學生們參加創新性實驗，在老師的幫助之下，出于大學生們對自身的認識和專業知識的理解，讓他們自行設計和進行實驗從而使得他們能夠認識到理論聯系實際的重要性，提高學生的工程意識，達到了真正學以致用的目的。為思想的創新奠定基礎。

2.2 提高了大學生的綜合科研能力

在項目進行過程中，查找文獻和論文以及方法思路的調整給學生科研素養的提高奠定了一定的基礎。在項目遭受瓶頸的時候，冷靜的思考和分析，鍛煉了學生嚴謹的理解事物的能力和分析判斷的能力。在項目最后階段，論文的書寫彌補了科研寫作能力的不足，為大學最后一年的畢業論文做好準備。在各個環節中，學生都以設計者的角色出現，發揮了他們的主觀能動行，掌握了一定的研究方法。為能力的創新奠定基礎。

2.3 增強學術交流的藝術

互動過程貫穿于創新創業整個項目之中。無論是與小組成員之間的溝通，還是與指導老師的交流都是非常重要的，這就要求學生學會一定的交流技巧。在與其他成員的合作中，培養了良好的團隊精神和合作意識，也懂得了如何求同存異，達到共識。在老師的指導和鼓勵下，增強了與老師的探討和溝通，認識到科研對老師和學生來說是一個師生互補、教學相長的過程[5]。多種場合與不同的人溝通，使得學生的學術交流能力得到了提升。

2.4 認識到創新的重要性

創新是一個國家和進步的靈魂，尤其我國處于快速發展的時期，更加需要發揮科技人才的積極性、主動性和創造性，大學生創新創業項目正是實現人才培養的有效途徑之一[6]。在實踐鍛煉過程中，創新點的發掘有助于學生不斷的提高創新意識，更使大學生們了解到什么是真正的發明與創新，同時也激發了他們發明創新的興趣。

3 結語

總之參加大學生創新性實驗項目后，學生的實踐能力和創新能力均得到加強，知識遷移和應用能力、創新思維能力、解決工程實際問題的能力得到了培養和訓練。獲得“創青春”河北省大學生創業大賽省部級特等獎2項；第五屆全國高校環保科技創新設計大賽省部級二等獎1項，優勝獎2項；中國(河北)青年創新創業大賽十佳創業獎1項；校級節能減排大賽二等獎2項。

[1] 劉春英. 大學生創新實驗項目實踐與深度思考[J].石油教育,2015(5):59-61.

[2] 王淑勤,劉明珠,王可心. 混凝設計性實驗在研究性教學中的應用[J]. 實驗技術與管理,2015(11):31-34,57.

[3] 王淑勤,馮亞娜. 水污染控制工程實踐教學改革與創新能力培養[J]. 教育教學論壇,2012(40):55-56.

[4] 陳麗娜. 將綜合性設計性實驗和大學生創新實驗項目結合起來[J]. 信息系統工程,2011(1):46-48.

[5] 葛敬巖,齊 妍,陳芳芳,等. 教學相長在大學生創新實驗中的體現[J]. 吉林醫學,2014(15):3424.

[6] 王 偉,胡真虎,蘇饋足,等. 大學生創新實驗項目教學改革和實踐[J]. 實驗科學與技術,2014(5):178-179，202.

(本文文獻格式：王淑勤，劉建芝，張耀宇.大學生創新性實驗對培養創新型人才的影響[J].山東化工，2017，46(04)：126-127.)

Effect of College Students Innovation Experiment on Cultivation of Innovative Talents

WangShuqin,LiuJianzhi,ZhangYaoyu

(School of Environmental Science and Engineering,North China Electric Power University,Baoding 071003，China)

According to the two college students innovative experiment conclusions——" Research of desulfurization wastewater treatment by composite polymer flocculant " and " Experimental study of phosphorus by doped TiO2photocatalytic synergistic adsorption ",the experiment results of the students in the innovative experiment are analyzed. The Influence of Innovative Experiment on Cultivating Innovative Talents was discussed.

college students' innovative experiment；polymer composite coagulant；doped TiO2photocatalysis；innovative talents

2016-12-26

本文系河北省教改項目的研究成果(編號2016GJJG367)。 項目名稱：面向新能源、化工環保復合型人才培養的能化專業綜合改革

王淑勤(1965—)，女，定州人，博士，教授，主要從事大氣和水污染治理技術方面的研究。

G642.0

B

1008-021X(2017)04-0126-02