蔣德敏 , 李順梅 , 李青青 , 陳雨欣

(重慶三峽學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 , 重慶 404100)

傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)實(shí)施主要以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中指導(dǎo)教師講解操作方法與注意事項(xiàng),學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟照方抓藥式操作均可以完成實(shí)驗(yàn)。但學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中自主探索的興趣較低,不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)素養(yǎng)。

科學(xué)研究具有創(chuàng)新性和探索性特點(diǎn),將科研成果引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,以科研題材設(shè)計(jì)開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目可有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新性、探索性和研究性[1-2]。教師的科研主要以前沿科學(xué)探索和解決企業(yè)實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向,其研究成果具有前沿性和實(shí)用性,其實(shí)驗(yàn)方案有多種方法可供學(xué)生自由選擇,學(xué)生可通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料、選擇實(shí)驗(yàn)方案完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中促進(jìn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。因此,選擇以科研成果為題材設(shè)計(jì)開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)可提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量與效果。

1 開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目的收集原則

學(xué)院專(zhuān)任教師的科研主要涉及到資源與環(huán)境、新能源開(kāi)發(fā)與存儲(chǔ)、新材料制備與應(yīng)用等領(lǐng)域,可選擇的開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目有“新型球狀氫氧化鎂凈化印染廢水”“鎳鈷基電極材料的制備及電化學(xué)性能”“微生物燃料電池在廢水處理及產(chǎn)能方面的應(yīng)用”“親水性電極材料的制備及電化學(xué)性能”“石墨烯材料的制備及在電池中的應(yīng)用”等。由于不同教師所從事的研究領(lǐng)域、難易程度等存在較大差異,為了便于本科學(xué)生自主獨(dú)立地完成開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),從中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力,在收集題目時(shí)應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則。

1.1 可行性原則

教師科研成果所涉及的研究領(lǐng)域、研究?jī)?nèi)容均較多,部分科研成果涉及較高的理論深度。在收集開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目時(shí)應(yīng)考慮其難易程度和工作量等是否適于本科學(xué)生,篩選收集適合于本科學(xué)生獨(dú)立完成的實(shí)驗(yàn)題目。同時(shí),由于有的科研實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng),如果需要以年為周期的時(shí)間才能完成的實(shí)驗(yàn),學(xué)生利用課余時(shí)間難以完成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的相關(guān)工作任務(wù)。因此,在收集開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目時(shí)要考慮本科學(xué)生的基礎(chǔ)、時(shí)間等問(wèn)題,篩選收集利于本科學(xué)生獨(dú)立、按期完成的可行性題目。

1.2 低成本原則

本科教學(xué)在收集開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目時(shí)還應(yīng)考慮教學(xué)運(yùn)行的成本問(wèn)題。如果專(zhuān)任教師提供的實(shí)驗(yàn)題目,在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)原料試劑、表征手段等成本過(guò)高,這類(lèi)科研成果題材所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)題目則不適于作為開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。在篩選收集實(shí)驗(yàn)題目時(shí)應(yīng)注意其運(yùn)行成本,以保障所收集的實(shí)驗(yàn)題目在教學(xué)運(yùn)行實(shí)施過(guò)程中能夠順利完成。

1.3 安全性原則

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行安全是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)保障?？茖W(xué)研究實(shí)驗(yàn)本身具有較高的探索性、創(chuàng)新性,使得部分科研實(shí)驗(yàn)存在潛在的不安全因素。例如,“石墨烯材料的制備及在電池中的應(yīng)用”這一題目,在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)涉及石墨烯材料的制備,由于石墨烯材料的制備通常采用高錳酸鉀-濃硫酸氧化剝離法,其制備過(guò)程具有極高的安全隱患,像這類(lèi)具有明顯安全隱患的題目不宜選擇作為開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目。同時(shí),在篩選收集題目時(shí),應(yīng)關(guān)注相關(guān)題目所使用的化學(xué)試劑,若需要使用劇毒、高毒、易燃、易爆的藥品時(shí),也不適宜作為開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目。

2 開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)施

開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的自主探索和創(chuàng)新能力,因此在實(shí)施過(guò)程中以學(xué)生為主體,并賦予學(xué)生自主能動(dòng)性。指導(dǎo)老師起輔助作用,配合學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)自己的興趣自由組隊(duì)選擇實(shí)驗(yàn)題目,協(xié)作完成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程,共同撰寫(xiě)學(xué)術(shù)論文。

2.1 組隊(duì)選題

在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中為了充分發(fā)揮學(xué)生的自主性,引導(dǎo)學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程。在選題前由學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛(ài)好自由組隊(duì),每組成員一般為3～5人。指導(dǎo)教師提前2個(gè)星期通過(guò)“超星學(xué)習(xí)通”平臺(tái)將所收集的題目下發(fā)給學(xué)生。學(xué)生根據(jù)題目的內(nèi)容簡(jiǎn)介,自主查閱文獻(xiàn)后選擇感興趣的題目。在組員中選取一位學(xué)生擔(dān)任組長(zhǎng),主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)進(jìn)度的匯報(bào)和工作總結(jié)。

2.2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

各學(xué)習(xí)小組在選取實(shí)驗(yàn)題目后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容協(xié)作分工,在老師的指導(dǎo)下自主查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。例如學(xué)生所選題目為“新型球狀氫氧化鎂凈化印染廢水”,學(xué)生通過(guò)查閱球狀氫氧化鎂的制備方法及其在染料廢水處理方面的文獻(xiàn),設(shè)計(jì)出新型球狀氫氧化鎂凈化印染廢水的實(shí)驗(yàn)方案。指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的初稿給出修改建議,學(xué)生反復(fù)完善修改后定稿作為實(shí)驗(yàn)方案。為保障開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌麑?shí)施,學(xué)生在方案設(shè)計(jì)過(guò)程中須列出所使用的設(shè)備儀器、藥品試劑等,指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案提前準(zhǔn)備好相應(yīng)的儀器和試劑。如果學(xué)生所列的藥品涉及到易燃、易爆、高度、劇毒等安全隱患時(shí),指導(dǎo)教師及時(shí)與學(xué)生溝通交流,給出替代試劑,以保障實(shí)驗(yàn)安全高效實(shí)施。

2.3 實(shí)驗(yàn)實(shí)施

開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)施過(guò)程相對(duì)較為復(fù)雜,由實(shí)驗(yàn)室提供開(kāi)放時(shí)間,學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在選擇實(shí)驗(yàn)題目后進(jìn)入開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室了解所需設(shè)備的使用方法,熟悉開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的管理規(guī)章制度。開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)由科研成果轉(zhuǎn)化而來(lái),在實(shí)施過(guò)程中對(duì)實(shí)驗(yàn)操作技能具有較高要求,指導(dǎo)教師需要現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督與指導(dǎo)。

2.4 學(xué)術(shù)論文寫(xiě)作

實(shí)驗(yàn)完成后,小組成員間協(xié)作分工,在指導(dǎo)教師的協(xié)助下完成數(shù)據(jù)分析。根據(jù)球狀氫氧化鎂對(duì)染料分子的等溫吸附數(shù)據(jù),利用Langmuir和Freundlich方程對(duì)吸附過(guò)程進(jìn)行擬合,分析球狀氫氧化鎂對(duì)染料的吸附機(jī)制。根據(jù)指導(dǎo)老師下發(fā)的論文格式要求,小組成員共同完成學(xué)術(shù)論文寫(xiě)作。

3 開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的考核評(píng)價(jià)

開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)學(xué)生自主探索與創(chuàng)新,從中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。由于開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)在運(yùn)行過(guò)程中有別于傳統(tǒng)四大基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn),因此開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的考核評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的考核評(píng)價(jià)指標(biāo)

4 開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教學(xué)反思

由于開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目源于不同科研成果題材,其形式與內(nèi)容具有多樣性,相對(duì)于傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn),又具有復(fù)雜性和特殊性,因此,在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中遇到了很多困難和挑戰(zhàn)?，F(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)室管理與儀器試劑領(lǐng)用制度給開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)施帶來(lái)不便,比如學(xué)生有空時(shí),然而開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室未開(kāi)放。建議在后期的開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)運(yùn)行實(shí)施過(guò)程中,周末兩天時(shí)間內(nèi)實(shí)驗(yàn)室均開(kāi)放,學(xué)生可以自主安排時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)。同時(shí),學(xué)生的自主探索積極性還有待加強(qiáng)訓(xùn)練,學(xué)生仍有較大的畏難情緒,當(dāng)實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不能自主查閱文獻(xiàn)資料解決,對(duì)指導(dǎo)教師的依賴(lài)性很大。在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行實(shí)施過(guò)程中也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生未打掃,甚至有使用過(guò)的器皿未清洗、玻璃儀器擺放混亂的現(xiàn)象。因此,在后期的運(yùn)行中需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的管理,嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)規(guī)章制度。

5 結(jié)語(yǔ)

開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的補(bǔ)充,給學(xué)生提供了一個(gè)自主創(chuàng)新與探索的實(shí)踐機(jī)會(huì)。以科研成果為題材設(shè)計(jì)開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和形式。通過(guò)開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)施,不僅培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探索和創(chuàng)新精神,還培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力。