化學新實驗設計賽轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容的探索

徐彥芹， 董傲通, 曹 淵， 熊 燕， 陳昌國， 周正濤

(重慶大學 a.化學化工學院,b新聞學院,重慶 401331)

0 引 言

研究型高校的根本任務是培養(yǎng)創(chuàng)造型人才。實驗教學是造就創(chuàng)造型人才的搖籃，是探索求真開拓創(chuàng)新的源頭；是培育優(yōu)良科學作風的土壤；是科學方法訓練的場所和科學品質(zhì)鑄造的熔爐[1]。而當前實驗教學內(nèi)容面臨的突出問題是:①內(nèi)容相對陳舊，缺乏時代氣息[2]。②實驗操作過程單層次、單側(cè)面，不能較好地激發(fā)學生的求知欲[3]；③教學內(nèi)容更新途徑單純依賴于科研成果，而科研成果轉(zhuǎn)化成實驗教學的“廣度”和“深度”不好把握[4-10]。

針對以上問題，組織開展了每年一次的高校聯(lián)盟“卓越杯”大學生化學新實驗設計賽和校級“樹聲前鋒杯”大學生化學新實驗設計賽，涌現(xiàn)出大量學生設計的化學新實驗項目，經(jīng)過多次研討、修改，篩選出優(yōu)秀項目應用于實驗教學。達到了“以化學競賽促實驗教學、提高實驗教學質(zhì)量”的目的，活躍了教學氣氛，拓寬了實驗教學內(nèi)容更新的路子。

1 化學新實驗設計賽轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容

在?；瘜W化工相關專業(yè)本科生均可參加化學新實驗設計賽，年級不限，學生自由組隊，大大降低了學生參加課外科技創(chuàng)新活動的起點。學生參與熱情高，自主性強，受益面廣。學生自愿選擇學院教師作為指導教師，在教師的指導下，從科研課題中設計出具有基礎性、科學性、前沿性、創(chuàng)新性、經(jīng)濟和環(huán)保性的實驗項目，并能適于拓展為本科生化學實驗項目。

參賽學生經(jīng)過4～6個月的實驗，寫出實驗指導書,設計成實驗講義，并將實驗過程做成視頻，由校內(nèi)外教學、科研專家擔任評委，經(jīng)過初賽、復賽激烈比拼，最終角逐出最具有特色適合拓展為本科生化學實驗的項目和實驗裝置。學院組織教學專家、任課教師和實驗準備人員召開研討會論證如何修改將化學新實驗設計賽產(chǎn)生的優(yōu)秀項目和實驗裝置應用于實驗教學，實現(xiàn)新實驗設計賽與教學內(nèi)容一脈相承和環(huán)環(huán)相扣。

2 實施效果

2.1 以化學新實驗設計賽為牽引，搭建了實驗教學和科研成果的橋梁

高水平的科研是實驗教學的助推器。實驗教學沒有科研做底蘊，是失去靈魂的教育[11]?？蒲谐晒亲顚氋F的教學資源，蘊含了國內(nèi)外最新研究內(nèi)容，將其及時補充到實驗教學，使實驗內(nèi)容具有前沿性，有效激發(fā)學生的學習能動性、好奇心和創(chuàng)新精神，緊追日新月異的技術(shù)步伐。而目前科研成果直接轉(zhuǎn)化成實驗教學存在基礎知識薄弱、教學內(nèi)容欠缺完整性、授課過程邏輯連貫性和統(tǒng)籌性欠缺，造成學生“水土不服”的現(xiàn)象。采用以科研成果為基礎的化學新實驗設計賽作為牽引，成功搭建了實驗教學和科研成果的橋梁，可以有效拆除實驗教學和科研成果之間的“高墻”，最終實現(xiàn)科研成果和實驗教學相融合。

2.2 整合資源，建立了實驗教學內(nèi)容更新的長效機制

化學新實驗設計賽是由化學化工學院、校團委、實驗室及設備管理處、教務處、基礎化學實驗中心、大型儀器測試中心、卓越聯(lián)盟高校各部門共同努力下舉辦的，競賽運行經(jīng)費持續(xù)支持為成功舉辦競賽提供了保障。

建立了有效的激勵機制，整合了高水平師資，吸引了活躍在科研教學第一線的優(yōu)秀中青年教師親自指導，實力雄厚的師資力量是新實驗設計賽的質(zhì)量保證。

整合了實驗室資源，為競賽活動提供了重要開放平臺，參與競賽的實驗室有基礎化學實驗室、專業(yè)化學實驗室、大型儀器室和教師科研室，提供了常用儀器、專業(yè)設備、大型儀器、與學科前沿接軌的科研設備，為學生競賽提供了堅強后盾。健全的管理制度，如專門針對化學新實驗設計賽的指導教師管理條例和獎勵辦法、實驗室開放管理規(guī)定、耗材管理辦法、大型儀器使用管理辦法、實驗室管理人員基本職責等，保證了化學新實驗設計賽的有序規(guī)范。

2.3 學生創(chuàng)新能力得到提高

每年約有80多名化學化工學院學生報名參加化學新實驗設計賽，占學院學生總數(shù)的1/3以上，是學院組織報名最多的競賽活動之一。近3年依托新實驗設計賽，本學生以第一作者發(fā)表SCI收錄論文3篇[12-14]，發(fā)表其他論文近20篇，發(fā)明專利7項，顯示了良好的創(chuàng)新潛質(zhì)。2016年12月跟蹤調(diào)查了參加過學院化學新實驗設計賽復賽和高校聯(lián)盟“卓越杯”化學新實驗設計賽的學生就業(yè)和再深造情況，結(jié)果顯示，進入國內(nèi)外高水平繼續(xù)深造的占50%以上，進入國內(nèi)大企業(yè)占30%。

3 新實驗設計賽轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容案例

我校已經(jīng)成功舉行的化學新實驗設計賽，產(chǎn)生較多的優(yōu)秀實驗設計賽項目作品，選出的優(yōu)秀項目或裝置經(jīng)過論證已應用于實驗教學，收到了良好的效果。筆者從中選取了幾個案例供參考。

3.1 應用于物理化學實驗教學

本科2013級化工01班馮諳等同學設計的新實驗項目“電沉積MnO2的成核機理及其超級電容充放電性能研究”，綜合了幾種典型的電化學測試方法(見圖1)，使學生電化學測試有全局了解，掌握電化學測試原理、基本技能及解析方法，并結(jié)合材料的制備與電化學等研究熱點，參加首屆“卓越杯”化學新實驗設計論證修改后應用于物理化學實驗教學，受益學生每年200多名。

(a)電流-時間曲線

(b)歸一化曲線

3.2 新實驗設計競賽項目應用于儀器分析實驗教學

本科2014級化工1班楊瑤等同學針對實驗教材中的大部分采用標準曲線法、待測樣本成分單一，設計了新實驗項目“熒光光譜標準加入法測定尿液中的水楊酸”，有效避免了復雜樣本測定誤差大等問題，采用標準加入法測定尿液中的水楊酸，有效降低了基體的干擾，避免了繁瑣的預處理，見圖2、3。參加第二屆“卓越杯”化學新實驗設計賽，獲得一等獎，文章發(fā)表在《實驗技術(shù)與管理》雜志[16]，經(jīng)論證修改后應用于儀器分析實驗教學，受益學生每年約200多名。

圖2 水楊酸(SA)和Eu/SA的熒光光譜(激發(fā)波長310 nm)

圖3 水楊酸(SA)和Eu/SA的尿液合成樣本的熒光光譜(激發(fā)波長310 nm)

3.3 新實驗設計競賽項目應用于大學化學實驗教學

2012級化工1班嚴華等同學設計了“一種電鍍、電拋光實驗時用的裝置”，見圖4。該裝置優(yōu)點：溫度可控、多功能、安全性高、一體化提高了裝置的實用性，申請發(fā)明專利1項[17]，參加首屆“樹聲前鋒杯”化學新實驗設計賽，獲得一等獎。該實驗裝置已應用于大學化學實驗教學，受益學生每年約2 400名。

圖4 新設計裝置圖和教學應用圖

4 結(jié) 語

針對研究型高校實驗教學內(nèi)容更新機制存在的問題進行了深入探究和總結(jié)，通過整合資源，以化學新實驗設計賽為紐帶，涌現(xiàn)出了大量原創(chuàng)性實驗項目和實驗教學裝置，成功將科研成果有效轉(zhuǎn)化為實驗教學內(nèi)容，并建立了實驗教學內(nèi)容更新的長效機制，形成了實驗教學課程內(nèi)容更新的良性循環(huán)。同時學生自主設計化學新實驗的過程加深了其對化學基礎理論的理解和運用，強化了化學基礎理論與實踐的結(jié)合，提高了學生的綜合能力和實踐能力，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神和團隊協(xié)作意識。

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