拔尖計劃2.0 背景下的創新化學實驗教學研究*

陳 華, 馬兆玲

教育是傳承文明和培養人才的重要途徑, 對國家高質量發展具有基礎性和引領性作用。 高水平現代大學作為創新人才培養的搖籃, 支撐著國家創新體系建設。 培養具有廣泛的科學素養、 良好的人文素養、 較強的創新能力和廣闊視野的高素質拔尖人才, 已成為當前高等教育改革的重要主題。 改革開放以來, 廣西大力推進科教興國戰略, 高等教育從精英教育進入大眾教育階段。 近年來, 國家也明確提出了“一流本科、 一流專業、 一流人才” 的人才培養任務。 因此, 在高等教育大眾化的背景下, 如何保證高等教育質量, 培養高質量人才, 成為廣西高等教育工作者迫切需要思考的重要課題。

2009 年, 國家三部委聯合出臺拔尖計劃實施方案, 旨在大力培養高水平拔尖人才。 2015 年, 國務院相繼頒布了世界一流大學和一流學科建設方案, 其中重要建設任務之一也是培養拔尖創新人才。 國家中長期教育改革和發展規劃綱要也要求高校要以提高人才培養質量為根本目標。 基于此, 近年來, 我們國家再次啟動拔尖計劃2.0, 進一步聚焦如何培養拔尖創新人才。自“基礎學科拔尖學生培養試驗計劃” 實施以來, 以國家雙一流大學為代表的高校不斷探索行之有效的培養模式, 進行各種有針對性的嘗試, 如北京大學元培學院、 南京大學匡亞明學院、 浙江大學竺可楨學院等。 所以, 在我國高等教育正面臨“雙一流” 建設的新時期, 以國內外頂尖高校的創新拔尖人才培養為借鑒, 繼續探索地方高校拔尖創新人才的培養模式十分必要[1-3]。

我校是一所教育部與自治區人民政府共建師范院校, 以立足廣西, 服務全國, 輻射東盟, 培養具有創新精神的高級專門人才和師范生為己任, 在九十載發展過程中逐漸形成了“尊師重道, 敬業樂群” 的校風。 面對國家拔尖創新人才培養的總要求和廣西新時期“科教興桂和人才強桂” 總戰略, 學校十分重視創新拔尖人才的培養, 在12 個不同學院和專業進行拔尖人才培養模式的探索與實踐。 在此背景下, 化學與藥學學院積極參與和響應, 努力探索人才培養模式, 化學“獨秀人才試驗班” 創辦以來, 已逐漸形成了一套特色的拔尖人才培養模式,為國家培養了一批創新型化學學科拔尖人才。 對于化學創新拔尖人才的培養, 實驗課程作為實踐體系的重要組成部分, 能提高學生實踐能力和創新意識。 大部分綜合性高校以及國外知名高校都十分重視學生實驗技能的培養。 然而傳統的化學實驗,教學內容上大都是驗證型實驗, 只有少部分二級學科內的創新型綜合實驗。 教學方法多以“按方服藥” 的灌輸法為主, 學生自主動手和自主安排的機會很少。 顯然, 現有的實驗課程將非常不適合實踐能力和綜合能力的鍛煉和全方位提升。 為適應拔尖計劃2.0 的新需求, 對實驗教學進行全面的改革, 增設創新型綜合化學實驗的課程, 提升綜合化學實驗課程內涵, 這將對提高化學拔尖人才的創新實踐能力, 培養能擔當中華民族偉大復興歷史使命的創新型人才具有重要意義。

1 當前創新型化學實驗教學的現狀

創新型化學拔尖人才的實驗課程強調多維度的教學, 學生不僅可以掌握最新前沿動態, 而且可以提高對化學科學的興趣。 培養學生的創新實踐能力, 使之成為能夠提升實驗技能和創新能力的重要手段, 從而達到提高學生綜合創新能力的終極目標。

目前, 雖然很多高校化學專業開設了綜合化學實驗, 但實驗內容比較單一, 實驗內容更新率很低, 完全跟不上實驗教學的發展及創新能力培養的要求。 具體表現在: ①綜合化學實驗內容陳舊, 前沿性低, 且以驗證實驗為主。 即使有少量的綜合設計實驗, 也與最新前沿科技的關系也不是特別緊密。 ②多學科交叉融合的綜合性實驗課程嚴重不足, 不符合培養拔尖創新人才的目標。 大多數學校會分階段優化課程設置和課時分配,但實踐體系的調整相對緩慢。 主要原因是實驗條件的限制和概念上的滯后。 認為化學專業的綜合實驗只是理論課的補充, 專業綜合實驗只是簡單地以化學二級學科的交叉形式進行。 ③教學與科研脫節, 不能很好地相互促進。 有人認為教學和科研是分開的, 一是培養學生, 二是提高教師的自我價值。 事實上,教學與科研是相輔相成的, 科研可以提升教學的高度和維度,讓教學始終與學科前沿緊密相連, 讓學生有更多機會接觸前沿學科知識。 ④傳統的教學模式和考核方式已經過時, 學生學習積極性不高。 實驗教學的評價方式大多以學生的預習報告和實驗報告為基礎, 只需要根據教材或講義對數據進行復制和處理, 對結果的分析要求不高。 缺乏對實驗過程和實驗能力的綜合考核。 因此, 很多學生只專注于寫好實驗報告而忽略了實驗過程, 難以真正達到綜合化學實驗課程開設的目的。 傳統的教學模式和考核方式非常不利于培養和鍛煉學生的實驗能力和創新精神, 而且會增加學生的反感, 使學生疲于應付實驗課程[4-8]。

綜上所述, 鑒于目前化學化工及生物醫藥行業的快速發展, 對專業復合型、 創新型拔尖人才的迫切需求, 本文以切實提高拔尖學生的專業綜合素質為根本出發點, 針對專業實踐過程中出現的問題, 以培養學生的綜合創新能力為目標, 將創新型和研究型教學理念融入化學“獨秀人才試驗班” 綜合實驗教學, 優化創新型綜合實驗課程教學內容、 教學模式和考核方式,提升創新型綜合化學實驗課程內涵, 建立“課程內涵提升-教學方法變革-考核方式優化-實驗競賽引導” 的協調發展模式, 努力培養學生的創新實踐能力, 以適應“拔尖學生培養計劃2.0”的要求, 為創新人才的培養提供可行的方案。

2 基于拔尖計劃2.0 的創新型化學實驗教學改革

2.1 課程內涵提升: 以化學“獨秀人才試驗班” 為試點的創新型綜合實驗教學內容改革研究

本課程的實驗項目要求具有很強的綜合性、 前沿性和學科交叉性, 能夠綜合應用多種實驗技術和方法。 在創新型綜合實驗教學內容設計中, 教師在中間扮演了非常重要的角色。 必須有能力突出和與時俱進的教學團隊, 才能達到滿意的教學效果。 我校化學綜合實驗課程自開設以來, 經過幾年的建設, 逐步形成了一支教研復合型教學團隊。 全體教師活躍在教學科研第一線, 了解學科最新科研動態, 教學思路積極, 學生能夠受到生動的科學思維方法的啟發。 但我校目前從事化學綜合實驗課程教學的教師大多是化學專業背景, 相應的教學實驗項目也在化學學科知識方面。 與拔尖創新人才的培養目標相比, 本課程在交叉復合實驗項目建設方面相對缺乏和薄弱, 不利于拔尖創新人才的培養。 近年來, 隨著化學與生物、 能源、 材料、 環境等領域的交叉融合日益深入, 學校積極謀劃具有相關研究背景的教師加入創新型綜合化學實驗教學團隊。 近年來, 我院以化學“獨秀人才試驗班” 為試點先后聘請了多位從事化學生物學、 能源、 材料研究的教師加入教學團隊, 今后還將進一步加大綜合交叉力度。 在保證實驗項目設置的可操作性前提下, 經過多次反復論證, 對化學“獨秀人才試驗班” 綜合實驗的內容設置上大膽革新, 將研究型和創新型的教學理念融入實驗內容的設計中, 把最新科研成果和前沿科技知識設計為適合化學“獨秀人才試驗班” 實驗教學的綜合實驗, 促進綜合化學實驗教學的改革, 使得綜合實驗教學內容更加充實, 更具有前沿性、 綜合性、 交叉性。

2.2 教學方法變革: 以化學“獨秀人才試驗班” 為試點的創新型綜合實驗教學方式改革探索

在創新型綜合實驗教學實踐過程中, 經常會遇到兩個棘手問題, 首先是實驗場地問題, 綜合性的實驗不像傳統的化學實驗能在一間化學實驗室完成, 通常需要多個不同功能的實驗室共同協調; 另一個問題是, 創新型實驗的開展過程中學生會接觸到一些新技術、 新方法和新設備, 如何讓學生能正確快速的使用, 這是一個挑戰。 針對以上出現的棘手問題, 我們在教學方式上大膽進行一些探索和實踐。

針對實驗教學場地問題, 化學“獨秀人才試驗班” 綜合創新實驗不再采用傳統的實驗教學模式, 利用我院獨秀人才試驗班學生都配備了科研導師, 進入導師科研實驗室這一優勢, 綜合實驗只提供必要的公共實驗室, 大部分實驗不在公共實驗室開展, 課程開始前兩周學生自由組合, 學生以團隊形式進入各自科研實驗室進行實驗。 實驗開始前教師只提要求、 不講解實驗原理、 操作步驟, 學生自行設計方案。 學生設計的實驗方案經與老師討論通過后才可開展實驗。 根據設計的實驗方案, 學生自己到實驗中心領取試劑、 藥品和儀器。 實驗過程要求學生自主完成, 學生在實驗設計過程中會深刻理解實驗原理。

學生在實驗過程中如何正確快速掌握一些新技術、 新方法和新設備, 這也是困擾綜合創新實驗開展的一大問題。 大型儀器設備是高校教學、 科研的重要條件和基本手段, 是培養高素質創新型人才的重要硬件基礎。 大型儀器設備開放共享的前提條件是使用者能夠正確地操作儀器, 但是為本科生專門進行儀器培訓會大大增加儀器管理人員的負擔, 儀器的使用不當, 也會造成不必要的損失。 為使得創新型綜合實驗得以順利開展,基于以學生為本的教學理念, 利用藥用資源化學和分子工程國家重點實驗室和國家級化學實驗教學中心的優勢, 充分發揮學院虛擬仿真平臺的優點, 建設綜合化學實驗課程網站, 涵蓋技能點、 學習手冊、 文獻資料和虛擬儀器培訓環節等, 方便學生提前了解實驗的各個主要內容, 提前熟悉儀器設備。 在虛擬平臺上進行儀器的操作, 操作熟練后再進行實地演練, 這樣可以大大減少實驗員和儀器管理員的工作量。

2.3 考核方式優化: 以化學“獨秀人才試驗班” 為試點的創新型綜合實驗考核方式改革

綜合化學實驗主要側重于對學生綜合能力的培養和提高,因此我們教學團隊在考核方式上也與以往的實驗不同。 經過綜合考慮, 我們的實驗課程考核占比為: 實驗文獻調研10%, 實驗設計與操作40 %, 小論文及PPT 答辯匯報50%。 通過答辯的方式, 極大的鍛煉了學生的綜合能力。

2.4 實驗競賽引導: 以化學“獨秀人才試驗班” 為試點的綜合化學實驗創新設計競賽教學研究

化學實驗創新設計競賽是檢驗學生專業理論知識、 實踐創新能力、 團隊合作能力等綜合能力的有效方式, 針對“獨秀人才試驗班”, “全國大學生化學實驗創新設計競賽” 是目前綜合化學實驗領域影響力最大的設計類競賽之一, 也是學生展示自我的綜合實驗能力的重要舞臺。 在完成綜合化學實驗教學的基礎上, 針對優秀學生進行專項培訓與訓練, 優化實驗項目, 強化新知識、 新理論、 新技術、 新方法在綜合化學實驗中的展示, 以此培養具備高水平綜合創新能力的拔尖學生, 同時也可以此為契機檢驗本校化學“獨秀人才試驗班” 學生的培養質量在全國拔尖人才計劃培養高校中的相對水平。

3 結 語

本文針對創新型綜合化學實驗教學中存在的突出問題, 以切實提高拔尖人才的創新能力和實踐能力等專業綜合素質為根本出發點, 借鑒國內外頂尖高校拔尖人才的培養模式, 將研究型和創新型教學理念融入綜合化學實驗教學, 凝練教學內容,把反映新知識、 新理論、 新技術、 新方法的最新科研成果融入實驗教學, 優化綜合化學實驗課程的固有教學模式和考核方式, 引導優秀學生參加全國創新實驗設計大賽, 努力培養學生的實踐和創新能力, 希望為高素質的化學創新人才培養提供一條值得借鑒的思路, 并在相關兄弟院校起到一定的輻射帶動作用。