基于創新型人才培養的化學實驗改革淺談

黎小勝，王莉敏，趙祥華

(信陽師范學院a.數學與統計學院；b.化學化工學院，河南 信陽 464000)

基于創新型人才培養的化學實驗改革淺談

黎小勝a，王莉敏b，趙祥華b

(信陽師范學院a.數學與統計學院；b.化學化工學院，河南 信陽 464000)

當今世界經濟飛速發展，知識更新加快，多學科交叉滲透融合。國家提出科教興國戰略，深化科技和教育體制改革，提高自我創新能力。然則科技創新，人才為本。本文立足于高?；瘜W實驗，著眼于培養符合社會需求的創新型人才，提出了增強學生創新思維和實驗技能的實驗改革方案，旨在逐步引導學生由知識學習向科學研究領域的初步轉變。

創新；改革；人才培養；化學實驗

21世紀是創新知識的世紀,是培養創新人才的時代。根據《國務院關于實施科技規劃綱要增強自主創新能力的決定》和《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》對我國未來科學技術和經濟社會發展做出的全面部署規劃，提出了建設創新型國家的奮斗目標，旨在增強我國科學技術自主創新能力，為科技強國的發展奠定基礎。然而，創新的關鍵在于培養創新型人才，大學是我國培養高層次創新人才的重要基地，是我國基礎研究和高技術領域原始創新的主力軍之一，是解決國民經濟重大科技問題、實現技術轉移、成果轉化的生力軍，因此創新型人才的培養成為國家高等教育的首要目標。在高等教育中培養學生的創新意識、創新思維和創新能力顯得尤為重要[1]。因而創新教育改革，培養符合社會需求的具有創新能力的創新型人才是當前教育工作者亟待解決的問題。

為了適應新時代的發展，創新型人才培養的化學實驗改革便應運而生。由于化學是一門以觀察、實驗為基礎的科學，故實驗對于化學的發展以及教學的重要作用不言而喻[2]。開設化學實驗的目的是為了提高學生的實驗技能、培養學生應用所學基礎理論解決實際問題的能力，但是實驗教學仍是化學教學中的薄弱環節。各類院校雖然在不同層面對有關實驗教學內容進行了改革，然而目前大部分院校在實驗教學中仍存在不少問題：驗證性實驗為主，實驗內容缺乏相關性，實驗過程基本上是“照方抓藥”，且內容陳舊重復、起點低等等[3]。多數學生只會按照實驗課本上的實驗步驟機械式地模仿，缺乏積極主動性，不能養成獨立思考的良好習慣。這些問題致使學生實驗結束后常常一無所獲，教學效果甚微，十分不利于我國素質教育人才戰略的實施。

古人云“授人以魚不如授人以漁”，因此在化學實驗教學中，教師不應該只是把教學知識進行簡單的傳授，而是要培養學生的獨立操作能力，教會學生如何提高自己的實驗技能以及創新思維能力。為了加快國家素質教育的開展以及人才戰略的實施，教育工作者應盡快地適應新課程教學改革的要求，深化實驗教學內容的改革。本文依據我?；瘜W化工學院近年來實驗改革的實踐經驗，從實驗方案的設計，實驗實踐活動的實施以及實驗教學的革新等方面進行簡要分析總結，旨在逐步引導學生由知識學習向科學研究領域的初步轉變[4]，培養其創新能力和科研素養，為今后科研工作的開展以及就業求職奠定基礎。

1 創新設計實驗方案

根據實驗教程要求，精簡、整合、優選、更新實驗教學內容，合理增加探索研究型的綜合實驗、創新設計型實驗向實驗課教學內容的滲透，逐步建立以學生為主體，教師為引導的互動教學模式[5]，引導學生逐步養成積極主動查閱文獻，合作探討解決問題，分析歸納完善細節等良好習慣，建立全面系統的知識框架，明確邏輯思路，提高實驗技能，培養創新思維。

1.1 開展探索研究型的綜合實驗

綜合化學實驗是把單一的實驗進行歸納整合，按照“合成、制備——分析、表征——應用”的實驗設計思路，改變基礎實驗自成體系、相互脫節的傳統模式，強調實驗間的相互關聯性，由點及面，深入開展。而探索研究型的綜合實驗，則是在綜合實驗的基礎上，利用教師的科研優勢，將實驗內容與科技前沿知識進行有機結合，從而將學習與科技更好地銜接，提高教學質量以及學生的綜合實驗技能。例如稠雜環小分子液晶功能材料7-丁氧基苯并吡喃[2,3-c]吡唑-3-酮的制備與表征實驗，涉及有機化學與分析化學多方面內容。合成步驟如下：

7-羥基香豆素-3-甲酸乙酯的合成（Knoevenagel縮合反應）：

該綜合型實驗通過化合物的分步合成、性質表征，從而使學生更好地理解Knoevenagel縮合、親核取代和肼解縮環反應原理，掌握氣相色譜測試純度、紅外光譜（IR）和核磁共振氫譜（1H-NMR）表征目標產物的分子結構、差示掃描量熱儀(DSC)測試熱性能等大型儀器的使用方法[6]。

又如綜合無機與有機化學實驗，通過高錳酸鉀晶體的制備這一基礎實驗，可橫向拓展利用高錳酸鉀氧化性進行簡易有機物質的制備。

首先以軟錳礦（主要成分是二氧化錳）為原料，在強氧化劑（如氯酸鉀）存在下與堿共融，然后向含有錳酸鉀的溶液中通入二氧化碳氣體，經減壓過濾除去固體二氧化錳后，溶液濃縮結晶，即可得到暗紫色針狀高錳酸鉀晶體[7]：

其次，在堿性條件下，高錳酸鉀作為氧化劑與1,10-鄰二氮雜菲加熱回流：

產物4,5-二氮雜-9-芴酮，是一種廣泛應用于有機半導體、生物傳感等領域的有機合成中間體，并以此縱向深入，進行更深領域的探索。這一系列化的綜合實驗，不僅將基礎實驗與科研探索結合起來，同時將高錳酸鉀的制備及其性質與實際應用有機結合，激發學生嘗試利用其性質在不同環境下進行新型化合物的合成與制備的興趣。

開展上述探索研究型的綜合實驗，不僅有助于培養學生的學習興趣，提高對基礎化學知識的理解應用以及對合成有機功能材料的認識，并且實驗簡單，現象明顯，結果可靠，成本較低，實用性強，有助于訓練學生的科研素養，激發探索未知領域的興趣，是培養學生實驗技能和創新能力的有效措施。

1.2 增設創新設計型實驗

創新設計型實驗即依據實驗大綱，要求學生自主設計實驗，通過查閱資料等，獨立完成整個實驗設計方案，是一個由“知”轉化為“用”的過程。改變了傳統實驗學生被動接受、機械操作的狀態，使其能夠有目的地自主學習，融會貫通所學到的知識，注重動手能力以及分析解決問題能力的培養[8]。例如在分析化學試驗中，當學生完成基礎實驗的四大滴定（酸堿滴定、絡合滴定、氧化還原滴定、沉淀滴定）反應后，可要求學生根據所學知識，查閱資料，設計NaOH-Na2CO3(或NaHCO3-Na2CO3)混合物中各組分含量的測定；Mg2+-EDTA混合液中各組分含量的測定；H2SO4-H2C2O4混合物中各組分含量的測定等相關設計型實驗。

學生為了設計出科學有效、現象明顯的實驗方案，需要在課下仔細查閱相關資料，認真思考實驗方法與技巧，才能寫出完整的實驗預習報告[4]，通過獨立動手的實驗過程以及與老師同學的交流討論，總結經驗教訓，寫出規范完整的實驗報告。經過這樣一個獨立自主、師生互動的學習過程，對于實驗原理、物質性質、指示劑的選擇等有更深入的理解，這是驗證性實驗無法取得的教學效果，同時也能提高其獨立自主的實驗技能，訓練創新求異的思維能力。

2 創新開展實驗實踐活動

我國推行素質教育改革，倡導以學生為基礎，積極發揮學科優勢，提高學生的學習興趣，培養合作意識，激發探索創新潛能。在開展實驗實踐活動中，本著“厚基礎，求創新”的原則，以教學內容為基礎，科研課題為導向，并結合化學實驗實踐性的學習特點，通過不斷實踐，提高實驗技能以及創新能力，訓練科研思維，促進個性發展。

2.1 舉辦化學實驗技能大賽

實驗技能大賽注重學生對理論知識的整體掌握以及實驗儀器的規范操作、化學試劑的合理使用等，重點考察學生實驗設計能力和實驗結果的分析表達能力[9]。高校各院系可相互聯系，動員學生積極參與，從而舉辦化學實驗技能大賽。大賽開展形式靈活多樣，可以將不同年級、專業、科目區別開來，亦可組織個人或小組團隊，選取筆試、問答、搶答以及實驗設計操作等環節幾種或部分相結合的方式進行比賽。大賽主題亦可靈活選取，例如，“化學實驗安全知識競賽”、“趣味化學知識問答”、“化學基本操作技能大賽”、“化學驗證創新型課題競賽”、“化學實驗綜合設計大賽”等[10]。還可以因地制宜，根據當地的地理環境，自主設計“水中污染指數的測定”、“水質分析”等環保型實驗。

通過這種正規的比賽競爭，給學生提供了一個鍛煉自己，展示才能的機會和平臺。不僅能鞏固強化理論知識的學習，加深實驗操作及技能規范等細節，鍛煉學生團隊合作精神，培養創新思維、競爭意識，還有助于提高實驗教學質量，促進師資隊伍建設和實驗教學改革，為打造化學高效課堂奠定堅實基礎[10]。

2.2 開展創新科研項目

“十二五”期間教育部決定實施國家級大學生創新創業訓練計劃，大力推進高校和廣大師生教育思想觀念的轉變，旨在通過開展創新創業項目，改革人才培養模式，增強高校學生的創新能力，以培養適應創新型國家建設需要的高水平創新型人才。

大學生科研項目以科學前沿問題為導向，結合老師的科研項目和學生的創新項目，在老師的指導下，通過文獻調研進行項目選題并完善設計項目計劃方案等過程立項；以小組合作的形式開展實施，檢查成員和指導教師在中期檢查時給予建議和幫助；對實驗產生的新的問題及其目前結果進行分析歸納并撰寫科學論文；實驗成果進行匯總分析，答辯評審完成項目結題報告[11]。如圖為開展科研項目的簡易流程：

在科研項目的立項以及開展實施過程中，學生搜集資料和文獻檢索的能力會極大地增強，分析解決問題的能力也能得到逐步鍛煉，撰寫科技論文的能力顯著提高，對基礎知識和科技前沿的理解更加深入，探索創新、團結協作的實驗技能和綜合科研素養將會有質的飛躍，亦能使學生的專業和興趣的協同發展。

2.3 實施開放性實驗室

開放性實驗室是高校實驗教學改革和創新型人才培養的重要基地，其目的是培養學生科研創新能力，從形式和內容兩方面開展實施。在形式上開放，要保證時間的充足性以及學生的自由性，即時間上不局限于教學計劃課程安排，學生可利用課余時間自由進入實驗室，有目的地開展實驗探索工作。在內容上開放，要建立完善的實驗室管理制度，改革實驗內容，以探索研究型的綜合實驗和自主設計的創新型實驗為主。同時為了滿足學生創造性學習的需要，營造自由民主的教學氛圍，可為學生提供開放的教學內容、開放的教學材料等，最大限度地提高學生實驗的自由度，充分發揮學生的創造性[12]。另外，學生也可以根據自己的興趣，選擇合適的指導教師，結合指導老師的科研方向，通過參與國家級、省級或校級科研課題組，經過實驗操作、搜索查閱文獻、分析整理實驗數據，撰寫科技論文等過程逐步提高綜合實驗技能[13]。

在開放性實驗室的實施中，要以學生為主體，實行“分層培養，啟發創新”的教學思路，鼓勵學生“從做中學”，通過“做”的過程從而達到“學”的目的。讓學生不僅能充分發揮主觀能動性、強化團隊合作意識、提高實驗技能，而且能鍛煉文獻閱讀以及論文寫作能力，激發科研探索熱情，從而培養綜合全面的基礎科研能力，為今后開展科研探索奠定良好基礎。

3 創新思想革新實驗教學

現代教育理論認為，教師是教育活動的組織者，倡導因材施教，注重引導與啟發。在新形勢下，教育工作者應摒棄“以書為綱”、“權威教學”的傳統教學觀念，樹立以培養創新能力為核心的創新教育理念，改革實驗室管理體制，培養創新型人才。

3.1 更新教師觀念

德國教育家第多斯惠說過：“教學的藝術不在于傳授本領而在于喚醒、鼓舞和激勵?！币虼?，教師應建立以學生為主體的“啟發式”教學思想，打破傳統教學理念的束縛，改變學生被動學習的局面，為培養創新型人才奠定基礎。

在教學工作的開展過程中，教師要鼓勵學生主動提出問題，即“為什么”，并激勵其想出對策，即“怎么辦”，這也正是激發創新思維，培養創新能力的源泉。另外，教師亦可充分利用形式多樣，內容豐富的互聯資源，采用多媒體網絡技術，通過網絡課堂，與學生在線交流、答疑并提供仿真、虛擬實驗視頻以及與實驗有關的學習資料等，培養學生自主學習能力；同時，學生之間也能夠在網絡平臺上相互交流討論，相互合作，共同進步。

通過不斷更新教學觀念，不斷汲取先進學習資源，從而營造出創新型人才培養的良好氛圍。老師注重啟發，學生注重探索，師生互動，在知識學習、實驗實踐中強化科研探索意識，并敢于質疑，敢于發現，激發創新思維，培養創新能力。這正是素質教育所倡導的教學模式，也是新形勢下教育改革與發展的重要突破。

3.2 改革實驗室管理體制

化學實驗室是高校進行實驗教學、人才培養和科研探索的重要基地，也是提高實驗教學質量和科研探索實力的重要環節[14]。然而目前在碩士研究生招生考試中，不少學生在面試時出現了“高分低能”的現象，這是由于根深蒂固的“重理論，輕實踐”的傳統觀念束縛了實驗教學，影響學生實驗能力的發展。因此，高校應建立以提高學生實驗技能為基礎的實驗室管理機制，利用現代管理理念，全面推進優質實驗資源共享，更好地服務于國家創新型人才培養制度，主要從以下三方面著手：

3.2.1 加強實驗教學師資隊伍建設

由于各學科交叉滲透融合以及實驗室規模不斷擴大，實驗教學對實驗人員的需求量也不斷增多，對于實驗教學人員，應采取“理論課教師與實驗課教師合理流動”的管理機制，對實驗人員進行專業培訓，并吸收一部分優秀教師組建成一支職稱、年齡、學歷結構較為合理的骨干師資隊伍[14]，提高實驗教學水平。

3.2.2 深化大型儀器設備管理調配

科技日新月異，借助大型儀器設備進行科研探索的頻率越來越大，對于價格昂貴的實驗設備，如酸度計、核磁共振儀、分光光度計、紫外光譜等可以建立單獨的儀器室[14]，成立分析測試中心，由專人負責管理，加強儀器維護使用。同時，為了充分提高其利用率，通過局域網絡建立大型儀器共享平臺，預約使用，統一規劃，科學管理[15]，不僅節約成本、高效利用而且能提高科研、實驗工作效率。

3.2.3 大力引入小量——半微量實驗

經濟在飛速發展的同時也引發了一系列環境問題，不少化學實驗對環境的污染相當大。在化學實驗教學中，為了盡力減輕環境污染，應倡導綠色化學理念，大力引入小量——半微量實驗，即在實驗方法、操作技術不變的前提下，采用常規的小容量實驗儀器和設備，試劑用量少，實驗現象明顯，且降低教學成本，安全省時，對學生實驗操作規范化科學態度的養成以及技能強化訓練具有重要作用[16]。

4 結語

在廣大師生的積極參與下，我校通過實驗教學改革實踐，學生的創新能力和實驗技能明顯提高，教學質量也從根本上得到改善。然而實驗教學改革是一項長期的工程，需要在教學內容和教學管理等方面不斷探索實踐才能形成適合自身發展、科學合理的實驗教學模式。依據《“十三五”國家科技創新規劃》，設計圍繞以增強科技自主創新能力的創新型人才培養的化學實驗改革，建立學生為主體、教師為引導的實驗教學理念，用“創新思想”培養“創新人才”，引導學生由知識學習向科學研究的初步轉變，培養其創新實踐能力，為企業和科研機構提供具有創新能力的專門型人才，提高畢業生就業率。同時為國家培育充滿活力的創新主體，實現創新型國家的奮斗目標，推動我國國民經濟和社會發展。

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G 420

A

1672-2094（2017）05-0112-05

2017-05-31

國家自然科學基金資助項目(編號：11547122，61405170),河南省教育廳項目(編號：14B150011,16B110012)，信陽師范學院大學生科研基金資助(編號：2016-DXS-22),信陽師范學院“南湖學者獎勵計劃”青年項目,國家級大學生創新創業訓練(編號：201510477017)

黎小勝（1985-），男，河南信陽人，信陽師范學院講師，博士。研究方向：量子信息在交叉領域的應用。

張隆輝