基于創(chuàng)新實驗的《波譜解析》課程建設(shè)與研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

崔士強 鄭春紅 蒲守智

摘要：本文探索出了新的基于創(chuàng)新實驗的《波譜解析》課程教學(xué)模式，包括波譜解析結(jié)合創(chuàng)新型實驗的教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、方法、途徑及組織形式等。通過基礎(chǔ)理論知識和創(chuàng)新型實驗教學(xué)的開展，激發(fā)研究生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維習(xí)慣，培養(yǎng)研究生求異探索的科學(xué)品質(zhì)、實驗?zāi)芰Α⒖蒲兴季S能力、創(chuàng)造能力、分析問題和解決問題的能力，以及科學(xué)研究素養(yǎng)和良好的科學(xué)品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：波譜解析；創(chuàng)新實驗；課程建設(shè)；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0122-03

《波譜解析》課程的主要內(nèi)容包括核磁、質(zhì)譜、紅外和紫外的基本原理、基本方法及應(yīng)用，是江西科技師范大學(xué)化學(xué)一級學(xué)科碩士研究生的必修課程。研究生通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)該能夠?qū)σ阎衔锝Y(jié)構(gòu)進行確認(rèn)，并且能夠?qū)ξ粗袡C化合物結(jié)構(gòu)進行解析。因此，掌握波譜解析的基本原理和方法并熟練地應(yīng)用，已經(jīng)成為化學(xué)專業(yè)研究生所必需的技能。

目前，研究生的學(xué)習(xí)主要是通過對確定知識的掌握和不確定知識的獲得來實現(xiàn)。對確定知識的掌握，即對基礎(chǔ)知識和基本理論的理解固然不容忽視，而對不確定知識的獲得則要更加重視。在對不確定知識獲得的過程中，要充分發(fā)揮人的主觀能動性和創(chuàng)新思維，這個過程對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是至關(guān)重要的。所以，開展和實施創(chuàng)新型實驗教學(xué)，既可以拓展研究生教學(xué)的視野，豐富研究生教學(xué)內(nèi)容，又能夠為研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供理論依據(jù)和實踐經(jīng)驗。

為了使研究生更好地掌握確定知識握以及獲得不確定知識，在教學(xué)內(nèi)容上，我們緊密遵循波譜解析理論的科學(xué)體系，與科學(xué)、技術(shù)、社會緊密聯(lián)系，開放實驗室，培養(yǎng)研究生的科學(xué)探究和創(chuàng)新精神，使《波譜解析》課程與創(chuàng)新型實驗結(jié)合起來，與研究能力結(jié)合起來，與提高學(xué)生的考博率結(jié)合起來，與擴大學(xué)生的就業(yè)率結(jié)合起來，充分發(fā)揮研究生的主體作用，有利于培養(yǎng)研究生的思維能力、創(chuàng)造性和創(chuàng)新意識。

一、課程體系的構(gòu)建

創(chuàng)新實驗教學(xué)內(nèi)容比較抽象，不僅要使研究生真正了解并掌握課程中的基礎(chǔ)理論知識，還需要讓其掌握課程中所涉及的大型儀器的操作，以及創(chuàng)新型實驗的技巧和方法。因此，要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和教學(xué)方法等方面對課程內(nèi)容進行重新構(gòu)建。

第一，確定教學(xué)目標(biāo)，優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容，細(xì)化知識點，抓住重點突破全局，緊密遵循創(chuàng)新理論的科學(xué)體系。由于四大譜學(xué)涉及了分析化學(xué)、有機化學(xué)和物理學(xué)等多學(xué)科的知識，并且每一種譜學(xué)都涉及大量的圖譜數(shù)據(jù)。這些知識點和圖譜數(shù)據(jù)抽象且不成系統(tǒng)，學(xué)生要在短時間內(nèi)理解，具有相當(dāng)?shù)碾y度。因此，我們希望通過對教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和細(xì)化，分清主次，以核磁為主，其次是質(zhì)譜和紅外。對于波譜原理和影響因素等基本知識部分，要特別透徹明晰地講授。將授課教師或研究生的研究結(jié)果作為案例引入教學(xué)，便于學(xué)生將理論知識和實際問題結(jié)合起來，培養(yǎng)研究生的科學(xué)研究素養(yǎng)。以實際應(yīng)用為導(dǎo)向，為學(xué)生提供大量譜圖供學(xué)生課后思考和解析。檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果的考核，按開、閉卷結(jié)合的方式進行。總之，創(chuàng)新實驗《波譜解析》課程的構(gòu)建是對教學(xué)方式的探索，也是社會主義新時代對學(xué)生創(chuàng)新能力和科研能力培養(yǎng)的要求。在有限的時間內(nèi)最大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并全面掌握該課程的主要內(nèi)容，提高學(xué)生解決科研實際問題的能力的同時，學(xué)生的綜合能力也會獲得較大提高。

第二，教學(xué)手段多樣化，基礎(chǔ)知識以多媒體教學(xué)為主，抽象的實驗內(nèi)容通過構(gòu)建虛擬仿真實驗室給予形象化，從而改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式?！恫ㄗV解析》課程的知識點繁雜而且抽象，需要分析大量的圖譜案例。如果按照傳統(tǒng)的板書教學(xué)手段，在有限的課時內(nèi)很難完成本課程全部的教學(xué)工作量，教學(xué)效果也會大打折扣。學(xué)生在面對各類圖譜時，很難將其與分子結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。因此，我們采用多種教學(xué)手段。首先，通過多媒體輔助教學(xué)，將抽象的基礎(chǔ)知識具體化，使學(xué)生更快更好地掌握基礎(chǔ)知識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。其次，通過構(gòu)建虛擬實驗室，把譜圖的獲得過程直接生動地展示給學(xué)生，以此提高學(xué)生操作儀器的能力，同時避免由于不了解儀器的構(gòu)造和操作規(guī)程而損壞儀器。最后，通過構(gòu)建圖譜和分子結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，結(jié)合動畫向?qū)W生展示各種譜圖的綜合解析過程，增加學(xué)生對圖譜解析過程的感性認(rèn)識，從而更加熟練地將波譜解析應(yīng)用到實際科研當(dāng)中。

第三，基礎(chǔ)理論與創(chuàng)新型實驗同步相結(jié)合，綜合科學(xué)研究的綜合實驗，結(jié)合研究生的研究方向設(shè)計創(chuàng)新實驗，使學(xué)生能夠親自操作每一種波譜解析儀器，讓學(xué)生懂得如何應(yīng)用現(xiàn)有譜學(xué)知識和儀器，對創(chuàng)新實驗中的已知化合物進行確認(rèn)，以及對實驗過程中的未知化合物結(jié)構(gòu)進行表征，從而為研究生學(xué)習(xí)期間的科研活動奠定堅實的基礎(chǔ)。同時，結(jié)合研究生的研究方向，優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容，細(xì)化知識點，把課程內(nèi)容融入研究項目，讓研究生在科研實驗過程中牢固掌握和應(yīng)用譜學(xué)知識，為其后續(xù)的科研活動服務(wù)。

另外，結(jié)合我校教師科研項目，開放研究實驗室以及現(xiàn)有的波譜解析儀器等，讓研究生在有機合成、產(chǎn)物分離和結(jié)構(gòu)表征等方面進行系統(tǒng)化的創(chuàng)新研究學(xué)習(xí)，以培養(yǎng)研究生的探索精神和實際科研能力，從而提高研究生的創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)。

綜上所述，基于創(chuàng)新實驗的《波譜解析》課程構(gòu)建思路如圖1所示。

二、課程體系的實施

本課程體系的實施是按“學(xué)習(xí)過程”“教學(xué)過程”和“教學(xué)目標(biāo)”三個模塊進行的，如圖2所示。一般來說，研究生的學(xué)習(xí)過程是按照“認(rèn)知—探究—論證—創(chuàng)新”的方式逐級進行的。這是一個循序漸進的過程，從最開始的接受知識到理解知識，然后對知識的驗證，最后是發(fā)現(xiàn)問題，創(chuàng)造新的知識。

1.在“認(rèn)知”階段，教學(xué)過程主要采用的是課堂理論教學(xué)，涉及各種波譜解析儀器的基本原理、發(fā)展概況及特點，儀器各部件的適應(yīng)性等。這些內(nèi)容屬于學(xué)習(xí)的初級階段，學(xué)生主要通過識記獲得并初步掌握基礎(chǔ)理論知識。

2.在“探究”階段，通過多媒體或動畫對抽象的基本理論、儀器結(jié)構(gòu)以及操作方法等內(nèi)容具體化，探究儀器的操作規(guī)程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深、鞏固學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和掌握。這不但讓學(xué)生知其然，還要知其所以然。

3.在“論證”階段，開設(shè)與課程相對應(yīng)的實驗課程，通過讓研究生實際操作波譜解析儀器，讓其對所學(xué)的基本原理和操作方法進行驗證，并熟練掌握各種儀器的操作。既能讓研究生較牢固地掌握基本理論知識，又能讓其掌握儀器操作技能，真正地把分子結(jié)構(gòu)、譜圖和儀器聯(lián)系起來，學(xué)以致用，不再紙上談兵。

4.在“創(chuàng)新”階段，通過結(jié)合研究生的研究方向設(shè)計創(chuàng)新實驗，提升專業(yè)實踐創(chuàng)新能力，為研究生后續(xù)開展各自方向的科學(xué)研究奠定良好的基礎(chǔ)。在此過程中，完成對研究生獨立科研能力、創(chuàng)新能力等方面綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，為其能夠成為優(yōu)秀的研究生奠定堅實的基礎(chǔ)。

三、教學(xué)效果的評價

為了準(zhǔn)確地測評學(xué)生的實際學(xué)習(xí)情況，了解此次課程教學(xué)效果，在期末開展了調(diào)查。調(diào)查對象為我校已經(jīng)完成《波譜解析》課程學(xué)習(xí)的2017級部分化學(xué)專業(yè)研究生，共51人。對調(diào)查中的主要問題分析如下。

1.對課程的認(rèn)識和教學(xué)效果的評價。大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為這門課程重要（重要61%，很重要14%，一般25%），認(rèn)為課程很難和較難的分別占32%和36%，說明要牢固掌握本課程內(nèi)容，對學(xué)生來說還有一定的困難。對于多媒體教學(xué)和虛擬仿真實驗室使用效果的評價，認(rèn)為效果很好的占51%，較好的占36%，說明靈活運用多媒體輔助教學(xué)和虛擬仿真實驗室，確實可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，較高地提升教學(xué)效果，幫助學(xué)生較好地掌握課程內(nèi)容。

2.對于儀器操作技能的評價。所有的學(xué)生都認(rèn)為有必要在每一章結(jié)束后安排相應(yīng)的實驗儀器操作（很有必要78%，有必要22%）。能夠獨立操作四種波譜解析儀器的同學(xué)占12%，能夠獨立操作三種波譜解析儀器的占16%，能夠獨立操作二種波譜解析儀器的占23%，能夠獨立操作一種波譜解析儀器的占49%?？梢钥闯?，在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識的同時，同學(xué)們都希望通過實驗環(huán)節(jié)加深對所學(xué)的知識掌握，并希望親身接觸實驗儀器、操作儀器，獲得操作技能。每一位研究生在課程結(jié)束時，至少能夠獨自操作一種波譜解析儀器。同時，我們也可以看到，在有限的課時內(nèi)，要全部掌握四種波譜解析儀器的操作還是有一定的困難的。

此外，通過基于創(chuàng)新實驗的《波譜解析》課程建設(shè)與研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的實施，學(xué)校培養(yǎng)了一批實踐能力強、綜合素質(zhì)高的研究型人才。不管是直接就業(yè)還是繼續(xù)深造，用人單位和深造單位都給予了高度評價，認(rèn)為我校畢業(yè)的研究生不僅較好地掌握各種儀器的使用，而且動手能力、科研能力以及創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)較高。用人單位和深造單位對我校畢業(yè)研究生有較高的評價，每年都有很多單位要求推薦畢業(yè)生到他們單位工作或繼續(xù)攻讀博士學(xué)位。這些成績的取得，為即將畢業(yè)的研究生的就業(yè)和繼續(xù)深造奠定了堅實的基礎(chǔ)。

四、結(jié)論

通過對創(chuàng)新實驗《波譜解析》課程的建設(shè)，大部分研究生能夠運用所學(xué)知識對本研究方向所涉及的化合物結(jié)構(gòu)進行解析，并能夠?qū)⒌玫降臄?shù)據(jù)應(yīng)用到論文的發(fā)表和畢業(yè)論設(shè)計文當(dāng)中。通過該課程的實施，雖然取得了一定的成績，大部分研究生對該課程的學(xué)習(xí)表現(xiàn)出較大的興趣，但也要認(rèn)識到仍有相當(dāng)一部分研究生對于這門課程的學(xué)習(xí)依然有一定的困難。這些問題需要教師不斷地改進教學(xué)手段，革新教學(xué)方式和方法，建立一套緊密遵循創(chuàng)新理論的科學(xué)體系，增加研究生學(xué)習(xí)和探索的主動性，讓學(xué)生在全面、系統(tǒng)地掌握波譜解析基礎(chǔ)知識的同時，掌握幾種波譜解析儀器的操作，真正做到理論學(xué)習(xí)和科學(xué)實踐相結(jié)合，培養(yǎng)科研能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)較高的研究生。

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