化学科研基础与创新实验课程建设的探索与实践_谢锦桂.pdf

Univ.Chem.2023,38(2),8389 83 收稿：2022-05-23；录用：2022-09-05；网络发表：2022-09-13*通讯作者，Email: 基金资助：国家自然科学基金(91622105,21641008)；江西省自然科学基金(20202ACBL203002)教学研究与改革 doi:10.3866/PKU.DXHX202205078 化学科研基础与创新实验课程建设的探索与实践化学科研基础与创新实验课程建设的探索与实践 谢锦桂，管华，温祖标，邓志红，钟声亮*江西师范大学化学化工学院，南昌 330000 摘要：摘要：大学生的科研能力训练和创新能力培养是大学本科教学的核心问题之一。化学实验教学是实现全面化学教育最有效的形式，对学生科研素质和创新能力的培养至关重要。课程团队将本院科研与实验教学有机结合，提升了实验教学梯度和深度。本文主要从课程定位与目标、课程团队建设、课程内容建设、课程实施与评价等方面介绍课程建设情况。经过近十年的探索与实践，该课外科研实验课程教学在人才培养、教改和科研等方面均取得了不错的成效，有效地促进了实验课程改革。同时，针对课程中的不足，本文提出进一步的改进方向与措施，并对未来做出展望。关键词：关键词：科研基础；化学实验教学；实验课程改革；实验内容改革；课程建设 中图分类号：中图分类号：G64；O6 Exploration and Practice of Fundamental and Innovative Experimental Course Design in Chemistry Jingui Xie,Hua Guan,Zubiao Wen,Zhihong Deng,Shengliang Zhong*College of Chemistry and Chemical Engineering,Jiangxi Normal University,Nanchang 330000,China.Abstract:The training of scientific research ability and innovation consciousness of college students is one of the key goals in undergraduate teaching.The chemical experiment teaching is the most effective way to realize comprehensive chemistry education,further,it is crucial to cultivate the scientific thinking and innovation ability of students.The course combines scientific research with experimental teaching of school,so that it enhances level and depth of experiment teaching.This paper mainly introduces the construction of scientific research foundation and innovative experiment from the aspects of course orientation and objectives,construction of course team,construction of the course content and resources,and course implementation and evaluation.After years of exploration and practice,the extra-curricular scientific research experiment course has made great achievements in talent cultivation,teaching reform,and scientific research.And it has effectively promoted the experimental curriculum reform.Meanwhile,this paper further improvement and measures in view of the deficiencies of the course,and also makes prospects for the future study.Key Words:Fundamentals of chemical research;Chemical experimental teaching;Experimental curriculum innovation;Experimental content reform;Curriculum construction 教育部相继出台的关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见(教高20182号)和关于狠抓新时代全国高等教育本科教育工作会议精神落实的通知(教高20188号)，明确指出：各高校要全面梳理各门课程的教学内容，淘汰“水课”、打造“金课”，合理提升84 大 学 化 学 Vol.38 学业挑战度、增加课程难度、拓展课程深度，切实提高课程教学质量1。为更好地贯彻教育部的教改要求，强化学校“师范生”和“科研能力强”的办学特色，满足学生个性化发展需求，我院(化学化工学院)经过多年摸索，对化学实验课程教学做了一系列的改进，制定了“基础型综合型(专业型)研究设计型”逐层递进的实验建设方案，构建了“一体化、分层次”的实验教学体系2，逐渐由知识、技能导向型过渡到能力、素养导向型。我院基础化学实验中心于2014年被教育部批准为国家级实验教学示范中心(以下简称“中心”)。依托“中心”设备资源齐全、教师科研能力强等优势，利用课外时间对学生进行科研训练。在化院师生的不懈努力下，将科研与实验教学相结合，打造了一门研究设计型实验课程科研基础与创新实验。本文主要从课程的定位与目标、课程资源建设、课程特色、课程实施、案例展示及考核评价等方面介绍课程建设中的一些探索与实践。1 科研基础与创新实验课程建设科研基础与创新实验课程建设 1.1 课程定位与目标课程定位与目标“科研基础与创新实验”是我院实验教学体系中的一门研究设计型课程，课程内容与时俱进，注重科学性、综合性和拓展性，在整个实验课程体系中具有承上启下的桥梁作用。既是前期化学实验基础课程知识的延续，也为毕业后职业生涯或研究生的研究工作奠定基础。课程以“立德树人”为根本任务，注重学生知识、能力及科研素质的培养。成果教育导向理论下，教什么主要取决于学生的学习成果产出。成果导向教育中培养目标的制定遵循反向设计原则。培养目标由需求(包括国家、社会、行业、用人单位等外部需求和学校、学生、教师等内部需求)决定3。我院综合考虑内外需求，充分利用“中心”科研能力强的特色，拟定了如下课程目标4：(1)掌握包括无机化学、分析化学、物理化学等各类化学实验合成方法和表征手段；(2)掌握文献检索与查新、实验数据处理、论文写作等基本科研能力；(3)追踪所在学科领域的前沿知识，关注化学研究动态，学会和应用现代信息技术进行实验；(4)能够利用实验设计知识完成实验操作、记录实验现象、书写实验报告等活动，具备实验反思的能力，发展问题解决、交流合作、创新设计等能力。1.2 课程团队建设课程团队建设 美国著名课程论专家施瓦布提出构成课程的四个要素：教师、学生、教材和环境，而教师是课程的有机构成部分，是课程的主体和创造者，对提高课程建设水平起着关键作用5。多年来，课程团队围绕人才培养和科学研究，开展教学和科研协同发展。通过加强二类以上高端人才的引进；有计划地支持年青教师到国内外访学；鼓励高学历、高职称、有实验教学和科研经验的教师从事实验教学工作等多种举措，加强本课程团队建设，形成了一支爱岗敬业、思想稳定、无私奉献、科研能力强、教学水平高的课程团队。课程团队成员如汪莉入选全国优秀教师、全国五一劳动奖章等；钟声亮等教授入选江西省百千万人才工程；陶端健等教授入选江西省“双千计划”。这些教师在进行科研的同时走上本科教学的一线，将最新科研成果带入本科生的课堂，扩充学生视野，拓展知识，启发学生创新思维。1.3 课程内容建设课程内容建设 课程内容主要包括科研基础理论知识和创新实验操作两部分。前者主要包括文献检索与查新、实验数据处理常用软件的使用、实验数据处理、论文写作等，后者侧重对化学原理的探究、实验操作训练、科学思维的培养等。课程中的创新实验要求必须是实验教学大纲以外的，而且是来自教师正在从事的科研课题或已有的研究成果。教师选题要求在综合考虑的基础上，课题内容注重长远性，也就是说今年的课题对于明年甚至后年仍然具有可适用性。在这个过程中，教师可以进行总结思考，发表论文，这对教师No.2 doi:10.3866/PKU.DXHX202205078 85 的科研发展也具有重要意义。例如，温祖标老师课题组2013年开展了“纳米KxMnO2电极材料的制备与电化学性能表征”的课题，2014年开展了“纳米CaxMnO2电极材料的制备与电化学性质研究”的课题，2016年开展了“纳米LixMoO3嵌入化合物负极材料的制备、电化学性能与储能机理研究”的课题。同时，实验课题内容立足省情，充分考虑江西地区丰富稀土资源，设计贴近生活实际的实验，适应学生未来就业和发展的需要。例如，钟声亮老师课题组2013年开展了“新型稀土纳米材料的制备与表征”的课题，2014年开展了“新型稀土纳米材料的制备及其性能研究”的课题，2017年开展了“稀土发光材料的超高温超高压制备及其性能研究”的课题。设计的实验课题内容间相互延续、相互渗透，可供学生连续使用，也是教师科研的进一步延续。我院自编了教材化学科研基础与创新实验，将科研成果转化为教学内容用于课堂教学，突出科研育人。实验项目详见表1。表表1 实验项目表实验项目表 实验序号 实验名称 实验序号 实验名称 实验1 沸石型金属多氮唑框架MAF-6的合成、表征及性能研究 实验20-MoO3基纳米LixMoO3嵌入化合物的制备与电化学性能测定 实验2 彩电红色荧光粉的制备及其光学性能的研究 实验21 层状-MnO2纳米线的制备与电化学性能 实验3 稀土配合物单晶培养和及其结构分析和荧光性能 研究 实验22 聚甲基丙烯酸甲酯微球的制备和物理性质表征 实验4 稀土配位聚合物/二氧化硅复合材料的制备、转化及其性能研究 实验23 二硫化钼纳米材料结构及其电催化吸氢性能的研究 实验5 松塔双锥形CeO2/Fe2O3复合材料的制备及其超级电容器电极材料的研究 实验24 乙烷分子重叠和交叉构象结构模型的搭建及其几何优化 实验6 稀土配位聚合物的合成及其性能研究 实验25 乙烯和氢气加成反应的机理研究 实验7 二维纳米片的制备及其上转换发光性能的研究 实验26 铁酸钙的形貌调控及其光催化性能研究 实验8 一种冠醚超分子化合物的合成及其结构相变研究 实验27 氮化碳纳米片的制备及其光催化性能研究 实验9 利用钯/铜共催化的Sonogashira偶联反应合成非兑成炔烃 实验28 钠离子电池的组装及其性能表征 实验10 过渡金属钯催化的Mizoroki-Heck偶联反应合成肉桂酸衍生物 实验29 微生物燃料电池的组装及其性能表征 实验11 水相中用乳酸促进烯胺酮三聚环化反应合成均三苯甲酰基苯 实验30 含磺酸基金属-有机框架的制备及质子传导性能 实验12 9,10-二溴甲基蒽的合成 实验31 1,3,6,8-四(4-羧酸苯基)芘配体的金属-有机框架的制备及其C2H2/CO2分离研究 实验13 氧化剂醋酸碘苯的制备 实验32 氧化石墨烯/凹