袁藝，李寧，委育秀，陳晨，黃建國，林旭鋒，李嘯風，王從敏，王勇，王鵬

浙江大學化學系，杭州 310058

在全球化與國際化的背景下，國際科技競爭日趨激烈，習近平同志指出“我們比歷史上任何時期都更需要建設世界科技強國！”拔尖創(chuàng)新人才成為全球科技競爭的戰(zhàn)略資源，拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)成為提升國家綜合實力與國際競爭力的關(guān)鍵[1-3]。2020年1月，教育部頒布《關(guān)于在部分高校開展基礎(chǔ)學科招生改革試點工作的意見》，決定自2020年起，在“一流大學”建設A類高校開展基礎(chǔ)學科招生改革試點工作(簡稱“強基計劃”)?！皬娀媱潯敝荚诰劢箛抑卮髴?zhàn)略需求，探索建立多維度考核學生的評價模式，逐步形成基礎(chǔ)學科拔尖創(chuàng)新人才選拔培養(yǎng)的有效機制，破解基礎(chǔ)學科領(lǐng)軍人才短缺和長遠發(fā)展的瓶頸問題[4]。

在化學教學中做到創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是化學教育工作者致力研究的方向[5-17]?！盁o機和分析化學實驗”是面向浙江大學“強基計劃”和“拔尖人才計劃”化學專業(yè)本科生開設的第一門專業(yè)實驗課程?？傆?6學時。浙江大學“無機和分析化學實驗”課程組在遵循人才培養(yǎng)的科學規(guī)律和教育教學規(guī)律，營造有利于創(chuàng)新性人才自由生長的學習空間，激發(fā)創(chuàng)新人才追求學術(shù)和探索未知的內(nèi)在驅(qū)動力等三個方面進行了重點思考、建設和探索，以培養(yǎng)具有扎實基礎(chǔ)理論、嫻熟實驗技能、寬廣學科視野的，擁有批判性思維、創(chuàng)新性意識、國際性競爭能力的，以天下為己任的學術(shù)領(lǐng)袖和行業(yè)精英。

1 融入思政，實現(xiàn)課程思政育人

“人無德不立，國無德不興”。立德樹人是教育的根本任務，拔尖創(chuàng)新人才的發(fā)展應以德為先。秉承為黨育人，為國育才的初心，根據(jù)化學學科發(fā)展史、學科特色和專業(yè)優(yōu)勢，提煉無機和分析化學實驗知識體系中所蘊含的思想價值和精神內(nèi)涵，引導學生樹立正確的國家觀、民族觀、歷史觀和文化觀，客觀科學地看待、判斷和分析自然現(xiàn)象和社會問題。例如：我們在“口服液和生物質(zhì)中的鐵含量”實驗中，將測定紫金港校園內(nèi)花草樹木中的鐵含量作為思政映射點和素材，將課程思政教育如鹽入水般融入到專業(yè)知識的教學中，實現(xiàn)學生和校園的緊密相連，讓學生享受浙大之美，化學之美、自然之美。激發(fā)學生蓬勃的生命力，使學生成為熱愛祖國、熱愛科學、熱愛生活的人。通過重大化學學科成果、著名科學家和企業(yè)家的介紹，例如：在“蛋氨酸合銅(II)的制備及組成的測定”實驗中，介紹了浙江大學化學系系友企業(yè)——浙江新和成股份有限公司，率先利用自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，率先利用自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，實現(xiàn)“十五萬噸蛋氨酸的工業(yè)化生產(chǎn)”，躋身蛋氨酸全球主要供應商行列。激發(fā)專業(yè)自豪感和使命感，加強精益求精科學精神的培養(yǎng)，增強學生構(gòu)建和諧社會和人類共同命運體的個人責任與擔當。

2 立足課堂，實現(xiàn)三基系統(tǒng)強化訓練

扎實的學科基本能力是學生在學術(shù)探究沖動下實現(xiàn)自我超越的條件?！盁o機和分析化學實驗”作為一門實驗專業(yè)課，首要目標是通過無機物的制備、分離提純、分析鑒定，分階段遞進式加深加強對學生基本理論、基本知識和基本技能的三基系統(tǒng)化訓練。

2.1 學生實驗能力的評估與相應的實驗教學方案的設計

通過進入實驗室前、實驗過程中和實驗結(jié)束后的安全事項調(diào)查問卷來評估學生的安全意識，進行針對性的安全培訓強化。培訓內(nèi)容包括五大部分：(1) 認識和預測實驗室危害，樹立安全意識和個人的安全職責；(2) 了解和熟悉實驗室安全設施(滅火器、噴淋裝置、洗眼器、滅火毯、護目鏡等)及其位置，掌握使用安全設施和防護用品的正確使用方法；(3) 預習實驗室所用到的原料、儀器和操作過程的危險性和對策；(4) 結(jié)合案例討論安全注意事項，演練安全器材的使用及應急處理方法；(5) 掌握廢棄物(廢水、廢氣、廢液)的正確處理方法，最后進行線上安全準入考試。使學生明確本課程的安全注意事項，有意識地妥善處理各種不同的有潛在危險的物質(zhì)，保護人身健康、實驗室和周圍環(huán)境的安全，具備在實驗室進行實驗操作的資格。布置在線預習單元實驗操作視頻。我們在第2次實驗課上進行了安全準入考試和實驗摸底考試。通過氫氧化鈉溶液的標定評估了學生實驗的理論和操作水平。評估結(jié)果表明：有化學競賽經(jīng)歷學生的理論和操作水平普遍高于無競賽經(jīng)歷的學生，學生的實驗操作需要進一步規(guī)范，學生的思維非?；钴S，領(lǐng)悟性很強，實驗過程中表現(xiàn)出探究興趣。針對摸底考試情況，有針對性地選擇并調(diào)整適合學生水平的實驗項目和實驗內(nèi)容，根據(jù)實驗課程進展情況逐步提升教學內(nèi)容。基本思路是依次開展三基(基本理論、基本知識和基本技能)集中強化訓練、綜合性實驗、探究性實驗，協(xié)同提高學生的實驗操作水平、實驗統(tǒng)籌能力及創(chuàng)新能力。其中三基強化訓練實驗3個，總計18學時；綜合性實驗4個，總計24學時；探究性實驗3個，總計36學時，教學安排見表1。

表1 “無機和分析化學實驗”遞進式教學安排

2.2 三基的系統(tǒng)強化訓練

針對摸底操作考試的情況，設計“不同種類的粗鹽提純及鑒定”的無機合成類實驗和“多種方法測定實際樣品中多種酸的解離平衡常數(shù)和解離度”的分析類實驗，對學生進行基本操作的集中強化訓練，加深學生對實驗知識的理解，通過10次的過濾和18次的滴定操作讓學生在最短時間里熟練掌握溶解、蒸發(fā)、濃縮、冷卻結(jié)晶、常壓過濾、減壓抽濾、傾析法等無機合成操作及稱量、移液、定容、滴定等分析操作，系統(tǒng)化夯實實驗技能。

我們在經(jīng)典實驗的基礎(chǔ)上設計了基礎(chǔ)理論知識相關(guān)的實驗問題，讓學生通過實驗來分析和總結(jié)規(guī)律。比如：在“多種方法測定實際樣品中多種酸的解離平衡常數(shù)和解離度”實驗中，要求學生設計兩種以上的實驗方案來實現(xiàn)解離常數(shù)和解離度的測定，闡述解離常數(shù)和解離度的影響因素。在加強三基基本訓練的同時訓練了學生的化學邏輯思維。

2.3 實驗技能的提高和升華

設計承載本學科思想和方法、貼近生活、綜合性強、實用性強的綜合性實驗內(nèi)容。例如：開設“口服液和生物質(zhì)中的鐵含量”實驗，從摩爾吸光系數(shù)的本質(zhì)和光程兩方面思考如何提高紫外-可見光譜檢測的靈敏度。利用分光光度法的標準曲線法和化學分析法測定鐵含量，引導學生比較不同分析方法的特點和分析對象，分析并建立待測量與實驗可測量之間的定量關(guān)系，透過實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)挖掘隱含的科學思想和方法，促進學生系統(tǒng)性學習，提升學生靈活應用基本理論、基本知識和基本操作，培養(yǎng)和提升實驗技能的綜合運用能力。

在“口服液和生物質(zhì)中的鐵含量”和“實際樣品中氟離子含量的測定”實驗中，通過測定浙江大學紫金港校園內(nèi)花草樹木中的鐵含量及牙膏、飲料中的氟含量，使學生掌握液體、固體等不同復雜樣品的處理方法，提高解決實際問題的能力。

在“從廢棄物制備硫酸鋁鉀的大晶體及鋁含量的測定”實驗中，通過溶液濃度和溫度的調(diào)控來實現(xiàn)純凈透明規(guī)整晶種的可控生長，并再次通過調(diào)控母液的濃度和溫度，獲得通透規(guī)整的八面體硫酸鋁鉀大晶體，做透做實結(jié)晶相關(guān)的實驗，提高和升華了實驗技能。進一步提升實驗難度，在“從不同原料制備硫酸亞鐵銨晶體及其組分的測定”實驗中，選用不同的重結(jié)晶溶劑和不同配比的混合溶劑，探究了重結(jié)晶溶劑對晶體形貌的影響和單晶的培養(yǎng)條件，獲得了硫酸亞鐵銨的單晶并進行了單晶XRD衍射分析，完成了從普通的重結(jié)晶到單晶培養(yǎng)實驗技能的升華。

3 依托科研優(yōu)勢提升課程質(zhì)量

3.1 以實現(xiàn)“拔尖人才”培養(yǎng)“拔尖創(chuàng)新人才”為目標的教學團隊組建

教師是課程的靈魂，直接影響拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。我們組建了由八位教師(國家杰青、萬人計劃，國家優(yōu)青，求是特聘教授等高層次科研人才和教學卓越崗等優(yōu)秀教學人才)、兩位實驗技術(shù)人員和兩位博士生助教相融合的教學團隊。高層次人才在“無機和分析化學實驗”課程的教學中負責探究性實驗內(nèi)容的開發(fā)與設計。其中5位高層次人才分別全程獨立指導了“從廢棄物制備硫酸鋁鉀的大晶體及鋁含量的測定”“蛋氨酸合銅(II)的制備及其組成的測定”“乙二胺合鈷鹽光學異構(gòu)體的制備與拆分”“吸波隱身(形)材料的制備與分析”和“團簇的制備及分析”等實驗并批改設計方案和實驗報告，1位人才做了文獻檢索和數(shù)據(jù)分析講座。高層次人才和其他老師共同參與貼近生活、綜合性強、實用性強的實驗教學內(nèi)容的設計。

秉承“提高學術(shù)志趣，激發(fā)探索欲望”的教學理念，通過學術(shù)造詣深厚和教學經(jīng)驗豐富的一線教師的深度介入，讓學生了解世界研究熱點、學科前沿，國家的戰(zhàn)略需求，頂尖學者思考問題的角度和方法，學習拔尖人才的學術(shù)探究精神、學術(shù)情懷與攻克學術(shù)難題的意志品質(zhì)，接受學術(shù)前輩高尚人格品質(zhì)的熏陶，明晰學習目標和發(fā)展趨勢，以實現(xiàn)“拔尖人才”培養(yǎng)“拔尖創(chuàng)新人才”的目標。發(fā)揮高層次人才的引領(lǐng)作用，倡導啟發(fā)式探索性教學方法，挖掘?qū)W生的科研潛力，創(chuàng)建全方位、立體化、科教融合式的化學實驗教學課程，提升本課程的教學水平。

3.2 科研成果轉(zhuǎn)化為高階性、創(chuàng)新性、前沿性和挑戰(zhàn)度的實驗教學內(nèi)容

實驗內(nèi)容是課程質(zhì)量的載體。錢偉長先生指出：教學沒有科研底子，就是一個沒有觀點的教育，沒有靈魂的教育[8]。發(fā)揮浙江大學基礎(chǔ)學科與科學研究的優(yōu)勢，將學科資源和科研資源轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的教學資源：教師科研成果進課堂、前沿學科動態(tài)進課堂、社會科技熱點問題進課堂，實現(xiàn)科研反哺教學，促進科學精神和科學思維的養(yǎng)成。具體是將化學系科研成果，如：手性拆分、吸波隱身(形)材料和納米團簇發(fā)光材料引入“無機和分析化學實驗”教學中，開發(fā)了系列綜合性強、可操作性強的小型探究性實驗，例如在團簇實驗中，學生從不同金屬離子的價電子構(gòu)型與配體基團的結(jié)構(gòu)入手，對團簇的發(fā)光性能進行了探究。學生根據(jù)軟硬酸堿理論推測所合成團簇化合物的穩(wěn)定性，探究了空間位阻對動力學反應性的影響。為學生創(chuàng)建了探究性學習的情境，提供了個性化學習的空間。

吸波隱身(形)材料的表征對理解材料的形貌、性能及應用是非常必要的，可以使學生對所合成的材料有更深入的理解，并激發(fā)學生進一步探究的興趣。因此我們在實驗教學中引入了現(xiàn)代的材料表征技術(shù)，邀請儀器分析實驗課程教師對學生進行基本操作培訓，使學生掌握制樣和儀器操作，了解基本原理，能通過與標準譜圖的對照進行譜圖解析。材料表征相關(guān)視頻及資料上傳至“學在浙大”平臺，學生可重復觀看。本課程中材料表征技術(shù)的引入使低年級的學生對材料表征技術(shù)有了實際的體驗，在隨后的高階教學中將進一步講解儀器結(jié)構(gòu)、測試原理和未知復雜樣品的分離分析。

通過科研成果轉(zhuǎn)化的實驗項目讓學生初步了解科研動態(tài)以及開展科研的基本思路和基本方法，提升學生綜合運用專業(yè)學科知識解決問題的能力，引導學生從“學會”向“會學”的轉(zhuǎn)變，充分發(fā)揮學生的主體地位和教師的主導作用，激發(fā)創(chuàng)新意識、培養(yǎng)創(chuàng)新精神。本課程的教學對學生產(chǎn)生了強大的吸引力。

3.3 以科研思路引領(lǐng)學生完成實驗項目

學生進入大學以后，面臨一個全新的學習環(huán)境，在學習上出現(xiàn)了迷茫，以往高中的刷題式學習方法遇到了很大的挑戰(zhàn)，如何解決學生在這方面的迷茫，將科研思維的培養(yǎng)扎根在頭腦中，激發(fā)學生主動學習的意識，提升學生的專業(yè)歸屬感和自豪感，是“無機和分析化學實驗”課程教學改革的主要目標。保姆式實驗教學崇尚對學生進行投喂式的傳授，追求標準答案式的傳授，即時滿足學生對標準答案的需求，這緩解了學生對未知事物的焦慮，但是不利于學生思辨性思維的形成和可持續(xù)發(fā)展的綜合素質(zhì)的培養(yǎng)?？蒲幸痪€教師分享科研經(jīng)歷，以批判性思維對實驗內(nèi)容和實驗過程進行重新認識和審視[11]，以化學學科邏輯完成實驗項目。

在“蛋氨酸合銅(II)的制備及組成的測定”實驗中，學生對蛋氨酸與碘的反應機理不清晰，老師通過啟發(fā)式的遞進式提問引導學生圍繞問題查閱文獻，主動思考，小組討論來理解蛋氨酸與碘的作用機理。當學生對配位反應所需的pH有質(zhì)疑時，老師提出條件穩(wěn)定常數(shù)的概念，引導學生從金屬離子、滴定劑乙二胺四乙酸(EDTA)各自的副反應分析滴定條件對配位滴定的影響，確定準確滴定的條件，主動設計實驗方案，提出可行性實驗方法，解決實驗中所遇到的問題。

4 注重表達和交流，激發(fā)思辨

哈佛大學的邁克爾·桑德爾(Michael J. Sandel)教授[18]指出，“讓學生參與討論，這種互動性的方式對于教師來說在控制課堂上有些風險，因為會存在不確定的因素，但正因為有這些的存在，才會讓課程更有靈氣，師生之間才會出現(xiàn)閃光點?！遍W光點的出現(xiàn)說明大家都在真正地思考。本課程三次探究性實驗中學生以小組為單位開展實驗，教師把學生帶入一個個具體的困境，不斷地拋出尖銳的問題，啟發(fā)思考和辯論，但不會給出標準答案，為學生創(chuàng)造更多自由探討的氛圍。學生通過查閱文獻，小組成員積極討論，自行設計實驗方案，教師密切跟進過程，鼓勵學生發(fā)現(xiàn)問題，大膽猜想與獨立論證，這種方式極大地調(diào)動了學生的學習興趣，鍛煉了學生的文獻調(diào)研能力、自學能力、科學表達能力和實際解決問題的能力。同時培養(yǎng)學生的嚴謹性，要求專業(yè)術(shù)語的縮略語、略稱或代號，在首次出現(xiàn)時需注明其全稱或加以說明。在答辯課上，學生針對本學期的實驗內(nèi)容進行匯報，積極討論和互動，教師給予點評。討論中以“會質(zhì)疑、重實證、講邏輯”為基本要點，培養(yǎng)學生求真、理性、推理、變通、綜融的思維技能，幫助學生成為擁有反思能力、創(chuàng)新意識和多元流動思維的復合型人才。

學術(shù)探究沖動是直接推動學術(shù)人才執(zhí)著于學術(shù)探究活動的內(nèi)在動力[19]。采取有效措施保護學生的學術(shù)探究沖動，激發(fā)學生“做”學術(shù)的興趣、體驗“做”學術(shù)的快樂，培養(yǎng)他們的質(zhì)疑精神，將他們的學術(shù)探究興趣從有趣發(fā)展為樂趣，并進一步發(fā)展成為學術(shù)志趣。為學生全面認知與深度體驗基礎(chǔ)學科探究活動創(chuàng)造條件。鍛煉克服困難的意志，體驗學術(shù)探究的成功與喜悅，萌生崇高的學術(shù)情懷。

5 信息化教學平臺的使用和建設

依托“學在浙大”教學平臺，我們推行了講義、實驗相關(guān)素材、視頻、預習報告、實驗報告等內(nèi)容的電子版無紙化教學，做到了高效、即時、靈動、開放，實現(xiàn)了有效的大信息量溝通。針對強基班和求是班的學生理論基礎(chǔ)較為扎實，思維非?；钴S，學習主動性很強的特點，我們給學生提供了更多的開放性問題，引發(fā)學生的思考，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題的能力，促進學生科學思維的訓練。要求學生觀看視頻，根據(jù)實驗內(nèi)容自主提出與實驗相關(guān)的思考題，上交電子版預習報告，預習報告包括實驗步驟、思考題和注意事項三方面的內(nèi)容。通過對實驗步驟的充分預習，熟悉實驗的基本內(nèi)容，做到心中有數(shù)。通過注意事項的思考，學生明確了實驗中可能存在的危險及所用試劑的安全性。根據(jù)學生的實驗過程隨時豐富完善實驗講義，隨時上傳教學相關(guān)素材，實現(xiàn)即時靈動開放式的教學模式。要求學生利用繪圖軟件和數(shù)據(jù)處理軟件撰寫電子版實驗報告和探究性實驗報告，鼓勵學生針對實驗內(nèi)容提出自己的觀點，注重報告的規(guī)范性。學生在“學在浙大”教學平臺上上傳實驗過程記錄和產(chǎn)品圖片，加強對學生的跟蹤評價，實現(xiàn)實驗全過程管理。

6 結(jié)語

通過高層次人才的深度介入，培養(yǎng)學生正確的價值取向，自主的鉆研創(chuàng)新精神和濃厚的科研興趣。立足課堂，夯實化學學科基礎(chǔ)，建立以問題和課題為核心的項目式實驗教學模式，倡導啟發(fā)式探索性教學方法，學會思考、批判和選擇，激發(fā)學生“做”學術(shù)的興趣、創(chuàng)建以培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才為導向的科教融合式“無機和分析化學實驗”課程教學模式，打造具有預判趨勢的洞察力、整合資源的創(chuàng)造力、把握全局的領(lǐng)導力的卓越創(chuàng)新人才。