基于开放性实验指导大学生创新训练项目_赵志刚.pdf

科技视界Science&Technology VisionDOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2022.31.20基于开放性实验指导大学生创新训练项目赵志刚金丹包淑云季宝珍周玉燕*（皖南医学院药学院，安徽 芜湖241002）【摘要】运 用 开 放 性 实 验 的 理 论 和 方 法，5名 本 科 学 生 在 教 师 指 导 下 完 成 了 安 徽 省 大 学 生 创 新 训 练 项 目 的 申 报，并 在课 题资 助 下 高质 量 地 完成 了既 定 的研 究 任务。研究 结 果表 明：将 开 放 性 实 验 应 用 于 大 学 生 创 新 项 目 的 申 报 和 实施，具 有高 度 的 可行 性，能 取得 良 好的 教学 效 果，既 能 为学校 节约 教 学资源，也可 以 提 高 学生 科研 能 力。【关 键词】开 放性 实验；创新 训 练；教学效 果；大 学 生0引言本研究以开放性实验理论体系为研究框架和指导方针，指导皖南医学院药学专业的 5 名本科学生申报了安徽省大学生创新训练项目并获批，然后在项目资助下顺利完成了既定的研究目标和任务并结题，学生汇总研究数据书写并公开发表了科学研究论文8。现将研究过程和教学效果进行了量化总结和评价，希望能对高校其它课程的实验教学提供一定的借鉴作用。1目前高校实验教学存在的问题实验课程在高校课程体系当中占据非常重要的地位，是培养学生科研操作能力的主要途径。受师资、实验室资源和学时的限制，目前我国高校所开设的实验课程以传统的验证性实验居多，应用性、设计性和综合性实验所占比例偏低1，2。验证性实验对于大批量快速培养学生的实验操作技能具有很大优势，但也有着自身的弊端：虽然在实验教学的过程当中授课教师会尽可能避免比较陈旧的实验内容，添置新的先进的实验仪器，并尽可能地多元化教学，但依然无法较好的解决验证性实验课带来的两个共性问题：（1）不利于学生综合运用所学知识独立解决问题的能力和创新能力的提高3。由于实验步骤事先已经被完全安排好，学生在实验课上只需按部就班地完成实验，实验热情和实验积极性较差，实验过程中缺乏独立思考和主观能动性，很难主动发现问题，独立解决问题的能力和创新能力的培养也会受到影响。（2）授课教师在长期的实验教学过程中容易思维定式，年复一年地重复着相同的实验教学内容，不能与时俱进，自身业务水平也很难得到提升。基 金项 目：2021安 徽 省级质 量 工程 项目“新 工 科 背景 下 制药 工 程专 业 实践 教 学 体系 构 建”（2021sx177）；2020皖南 医 学 院 教 学 质 量 与 教 学 改 革 工 程 项 目“物 理 化 学 专 业 课 程 质 量 标 准”（2020kcbz09）；2017年 皖 南 医 学 院 教 学 研 究 项目“开 放 性 实 验 在 物 理 化 学 实 验 教 学 中 的 应 用 研 究”（2017jyxm24）；大 学 生 创 新 创 业 训 练 项 目（201910368040，202010368028，202010368063，202110368053）。作 者 简介：赵 志刚，硕士研究生，讲师，研 究方 向 为高 校 化 学教 学。*通 信 作 者：周玉 燕，副 教授。医疗科技074Science&Technology Vision科技视界2开放性实验的必要性针对以上两个问题，近年来的研究表明在实验课的教学过程中适当引入开放性实验是解决以上问题的有效途径4-7。传统实验被开放性实验所取代，意味着实验性质由验证型向综合型、设计型过度，能最大程度地调动学生的主观能动性，提升学生的研究参与感，使其在研究过程中处于主导地位，较大程度减轻对于教师的依赖，对学生综合能力的培养有很大帮助。开放性实验的实施过程如图 1 所示。开放性实验虽然有诸多优点，但由于目前我国高校普遍招生学生较多，师资力量相对紧张，实验教学资源不太充裕，因此不可能大规模开展，尤其对于本科、专科教育来讲更是如此。因此如何在节约教学资源和经费的情况下适当给学生开展开放性实验教学，提升其专业素质也是实验教学研究的重点。3课题组成员和研究课题的确定3.1课题组成员的确定考虑到开放性实验对学生专业基础要求较高，故选择了皖南医学院药学专业大学三年级的 5 位学生作为课题组成员，5 位成员记作 A、B、C、D、E，经内部协调推举 A 为课题组组长，5 位同学均为主动报名参加课题的研究，且为同班同学，方便课题开展过程互相协助，形成合力。3.2研究课题的确定课题组指导教师任教于皖南医学院药学院，教授基础化学课；在药学及相关专业的学科建设过程当中，化学课程为基础课程，考虑到化学为药学服务的宗旨，所选择的研究课题必须立足于化学，但要与药学有交叉，体现专业特色。基于以上要求，遵循开放性实验的选题原则，指导教师师给出了“药物中间体胡萝卜酸乙酯（DEM）的合成”作为大的研究方向，并给最终课题的具体确定提出了一些要求和建议，要求学生通过查阅文献资料来完成最终课题的确定，并制定具体的研究方案。研究课题的确定过程主要是锻炼学生查阅文献的能力和独立思考问题、解决问题的能力。开放性实验的选题过程由学生主导，指导教师适当给出建议，充分发挥了学生的主观能动性和科研协作能力。本课题的选题过程耗费时间约 1 个月，在该过程中，课题组成员以下三个方面的专业素质得到了明显提升：（1）查阅文献的能力。选题的过程使学生课堂所学的文献查阅知识重新得到了复习和应用，文献查阅能力明显提升，基本上掌握了万方数据库，维普，CNKI 等中文数据库的查阅方法，并且对外文文献的查阅和专利的检索有了一定的了解和掌握（指导教师师刻意的要求选题过程要查阅 35 篇相关外文文献和 12 篇专利作为参考）。（2）学生独立思考问题、解决问题的能力。选题的过程主要由学生主导，教师仅给出指导和建议，所以学生的主观能动性得到了充分的发挥，遇到疑难之处自然要进行独立思考并着手解决，动脑动手能力不自觉就提升了。（3）科研协作能力。选题过程工作量很大，细节方面需要思考和处理的地方也很多，学生不进行分工合作很难高质量有效率地完成。课题组成员中设置了组长，组长负责分配科研任务，然后汇总进行分析讨论，学生的科研协作能力自然得到提升。4研究细节的进一步完善和省级大创项目的申报在查阅文献确定研究课题的基础上课题组成员进一步对课题研究所涉及的研究过程和细节进行了认真的推敲，对可能遇到的困难通过探讨、论证制定了可行的解决方法，力求做到胸有成竹，确保课题的研究能够顺利完成，在此基础上确定了研究方案，并在此基础上汇总材料申报了安徽省大学生创新训练项目，并获得了审批。课题申报书的书写依然遵照开放性实验的方法进行：由学生主导、教师给出指导和建议（如图 2），主要锻炼图1开放性实验的实施过程医疗科技075科技视界Science&Technology Vision学生科研材料的书写能力。在前期工作准备充分的情况下该部分工作的完成相对要容易，用了 2 周的时间，在实施过程中有以下两点的收获和惊喜。（1）该过程中学生不仅对科研的思路、方法和技巧有了有了一定的了解和掌握，同时科研书写能力也得到了很大的提升，为学生毕业后进一步的深造或者从事科研方面的工作打下了良好的基础。（2）在书写申报书的过程当中学生还自发的对正交试验的相关知识进行了学习并将其应用到了项目申报书中用来优化反应工艺，力求提高研究效率，这是学生给教师的一个小惊喜，也是学生在研究过程中发挥主观能动性的重要体现。5项目的实施和完成过程相对于前面的选题和项目申报过程，项目的实施过程则主要锻炼的是学生的动手能力，即将所学的理论知识转化为科研技能。在课题实施的过程当中用开放性实验的理论作为指导同样能对学生的专业素质提高产生推动作用。本课题的研究内容主要包含两个方面，一是目标产物胡萝卜酸乙酯的合成，二是胡萝卜酸乙酯的纯化；由于是有机化合物的合成和纯化研究，该研究涉及的实验细节较多，任何一步实验处理不到位都会对最终的实验结果产生误差或导致实验的失败。因此动手实验之前必须制定好严密完整的实验方案，保证每一步实验处理都胸有成竹，所有可能遇到的突发状况都能有预备好的解决方法，以确保能得到好的研究效果。“先动脑后动手”是本课题组指导教师对学生的要求，也是符合开放性实验原则的，只有这样才能在课题实施过程中充分调动学生，督促其掌握更多的专业知识和实验技能。在本课题实施之前指导教师要求学生制定出完整而详细的实验方案（实验方案越详细学生对实验的思考越全面，实验过程中出错的概率就越小，成功率就越高），包括实验过程中可能出现的突发状况及应对的办法；一份严谨而科学的实验方案不仅可以确保研究的顺利开展，还能提高研究效率，达到事半功倍的效果。在教师的严格要求下，学生对实验方案做了多次修改，直到确认实验的每一个操作都能在现有实验条件下顺利完成才定稿。本课题实验方案的制定过程当中学生除了专业技能得到了提升，同样给指导教师带来了惊喜：在对化学平衡的监控方面学生建议用 PH 计测反应体系 pH 值的方法来确定反应的终点，该方法操作简单，能省去对反应时间的工艺优化，大大提高研究效率；而这种方法在已知的文献当中从未报道过，后来经实验发现是可行的，且稳定性很高，算是一种创新，而指导教师之前也没考虑到这一点。由于实验方案科学详细，实验准备充分，本课题的实验开展得非常顺利，两个半月的时间完成了研究，且取得了比较理想的研究效果。在教师指导下学生独立完成了结题报告的书写，并将研究数据汇总后书写了科研论文 胡萝卜酸乙酯的绿色合成工艺研究 并公开发表8，由于在前期学生的科研写作能力得到了充分的锻炼，论文的书写和投稿都非常顺利。6课题组成员的考核由于是开放性实验的研究，从查阅文献、课题申报到开展实验、最终的结题所涉及到的环节比较多，时间跨度较长，对于课题的每一个环节指导教师都全面跟进，对课题组 5 位学生的情况及研究过程的表现比较了解，因此采用了如下的考核方式评定了每位学生的成绩（图 3）。图3 中“课题研究过程表现”主要体现在学生的实验室表现、文献查阅等方面；“实验报告成绩”主要体现学生对实验数据的分析处理能力（由于是 1 个课题组所以每个组员得到的实验数据是完全相同的，但处理的方法和结果可能不同）和科研书写能力，这也是科研人员所必须具备的素质；“理论和实验知识测试”是针对与本课题研究有直接关系或间接关系的理论知识和实验室操作知识对学生进行测试；以上 3 项均由指导教师打分。为了体现学生之间的科研协作能力和融入团队的能力，在考核项当中加入了组员相互评分，每个组员匿名给其他图2课题申报书的书写过程医疗科技076Science&Technology Vision科技视界四位组员研究过程的表现打分，每个学生会得到 4个分数，取平均值即为该学生的分数；毕竟从事科研工作如果融入不了团队可能会对个人和团队工作产生负面影响。依据上面考核方式每位课题组成员的成绩评定结果如表 1 所示：从成绩评定结果可以看出团队组员之间科研协作能力较强，但也能体现出差距，在学生发表的科研论文署名顺序方面指导教师也主要参考了成绩评定结果。表1课题组成员成绩评定7结语（1）开放性实验作为一种综合性的实验教学模式，以学生为实验主导，确实能充分调动学生学习的主观能动性，有效提高学生的实验技能和专业素养，快速使学生培养起良好的科研意识和习惯。本课题组学生在开放性实验的整个实施过程中查阅文献的能力、科研书写能力、科研技巧、科研过程中思考问题和解决问题的能力均得到了明显提升，为后期从事科研工作或者进一步的深造学习打下了良好的基础。但开放性实验占用的实验资源和师资较多，容纳的学生量少，研究周期长，很难在本科、专科教学过程中大规模推广，但可以在传统的实验教学过程中适当加入，来提升实验教学效果。（2）本课题组的指导教师将开放性实验的理论和方法应用于大学生创新项目的申报和研究，二者结合取得了良好的教学效果，既为学校节约了教学经费和实验资源，也可以提高学生科研能力，有一定的借鉴和推广价值。【参考文献】1罗晓庆，官杰，吴