向　丹　高培紅　張　雯

（西安交通大學(xué)理學(xué)院化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，西安710049）

科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)化的探索與實(shí)踐

向丹高培紅張?chǎng)?

（西安交通大學(xué)理學(xué)院化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，西安710049）

介紹了化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)改革實(shí)施的幾項(xiàng)舉措，分別從將成熟的科研成果向?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化、先進(jìn)儀器實(shí)訓(xùn)、改進(jìn)教學(xué)手段及考核辦法幾項(xiàng)進(jìn)行論述。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新；綜合；教學(xué)改革

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隨著社會(huì)對(duì)高校畢業(yè)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新意識(shí)要求的不斷提高，化學(xué)實(shí)驗(yàn)（綜合性）的重要性也不斷地被強(qiáng)調(diào)［1，2］?；瘜W(xué)綜合實(shí)驗(yàn)是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的核心課程，各大高校紛紛對(duì)該課程進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)新形勢(shì)下的要求。如復(fù)旦大學(xué)在專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的資助下大刀闊斧地修訂實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)“培養(yǎng)學(xué)生串聯(lián)、組裝各知識(shí)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)技能，形成有效解決問(wèn)題的能力”的教學(xué)理念［3］。西南科技大學(xué)的化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程已經(jīng)發(fā)展成熟，向著精品課程發(fā)展，形成了信息化平臺(tái)的教學(xué)資源［4］。北京大學(xué)則是將綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)延伸到科研學(xué)術(shù)組內(nèi)，引導(dǎo)學(xué)生更多地參與到科研課題組［5］。我校（西安交通大學(xué)）化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的發(fā)展受資金限制，只能通過(guò)“節(jié)流”來(lái)實(shí)現(xiàn)跳躍式的改革?；瘜W(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程處在學(xué)生修完基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與開始畢業(yè)設(shè)計(jì)前這個(gè)關(guān)鍵的時(shí)期，其目的是對(duì)學(xué)生已學(xué)知識(shí)進(jìn)行總結(jié)、歸納、應(yīng)用和延伸，使學(xué)生在修完化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程之后，能夠更加順暢地過(guò)渡到隨后的科研訓(xùn)練及畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，循序漸進(jìn)地得到系統(tǒng)的研究訓(xùn)練。針對(duì)這些限制和需求，將前沿領(lǐng)域科學(xué)研究中相對(duì)成熟的科研成果向教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化是最快最有效的方式；而且，隨著教師科研的進(jìn)展，隨時(shí)將教師新的成熟科研項(xiàng)目不斷地融入到化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，也保證了化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)新技術(shù)、新應(yīng)用、新視野的要求。

化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程在新要求下應(yīng)具備以下特點(diǎn)：①在內(nèi)容上要體現(xiàn)“綜合”的特性；② 使學(xué)生全面接觸大型測(cè)試儀器；③緊密聯(lián)系當(dāng)前研究熱點(diǎn)。這樣設(shè)置課程內(nèi)容不僅能改善實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目陳舊的問(wèn)題，引領(lǐng)學(xué)生直接關(guān)注研究熱點(diǎn)，同時(shí)也能系統(tǒng)地訓(xùn)練學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力［6］。實(shí)驗(yàn)的全面性也讓參與實(shí)驗(yàn)的教師對(duì)自己的科研有了新的體會(huì)，實(shí)實(shí)在在地起到教學(xué)相長(zhǎng)的作用。

1　實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇

提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要從一點(diǎn)一滴做起，切實(shí)完成好一個(gè)個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)［7］。因此，我們從以下幾個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了修訂。

（1）突出熱點(diǎn)和學(xué)科前沿。

學(xué)院調(diào)動(dòng)廣大優(yōu)秀教師對(duì)《化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)》教材重新進(jìn)行了編寫，所有實(shí)驗(yàn)均精選自一線教師的教學(xué)積累、近期研究成果及前沿科學(xué)等相關(guān)課題，內(nèi)容涉及鋰電池電極材料、熒光磷光材料、金屬有機(jī)配合物、表面活性劑等多個(gè)領(lǐng)域。

例如“氧化-還原法制備石墨烯”的實(shí)驗(yàn)。由于石墨烯在電子運(yùn)輸、導(dǎo)電性、機(jī)械特性等方面廣闊的應(yīng)用前景，加上其在2010年成為諾貝爾物理獎(jiǎng)的主題，受到廣大科研工作者的青睞，是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)課題。本學(xué)院教師在科研基礎(chǔ)上將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)成熟的綜合實(shí)驗(yàn)。充分考慮實(shí)驗(yàn)安全性和原料成本，以天然鱗片石墨為原料，運(yùn)用Hummers法制備氧化石墨，通過(guò)超聲波剝離技術(shù)制備單層氧化石墨烯及還原石墨烯，并通過(guò)X射線衍射譜和拉曼光譜對(duì)比分析了原料和產(chǎn)品。再如磷光發(fā)光材料對(duì)未來(lái)新一代顯示技術(shù)及節(jié)能固態(tài)照明光源研發(fā)的意義重大，實(shí)驗(yàn)“2-苯基吡啶Pt配合物磷光發(fā)光分子的合成與光物理表征”合成了一種磷光發(fā)光分子，它是一種金屬有機(jī)配合物，是在聚合物主鏈或支鏈通過(guò)化學(xué)鍵引入功能性金屬中心而生成的新型高聚物。金屬聚合物由于整合了金屬中心的導(dǎo)電、熒光、氧化還原、催化特性以及高分子材料優(yōu)良的溶解性能而備受關(guān)注，在催化、磁性材料、熒光材料等多方面都有很好的應(yīng)用前景［8，9］，也是當(dāng)今化學(xué)研究領(lǐng)域的熱門課題之一。我校教師將其整合成一套適用于學(xué)生操作的綜合實(shí)驗(yàn)。從前驅(qū)體的制備、目標(biāo)分子的合成到產(chǎn)物的分離、提純，從方法的選擇到洗脫液的選擇配比，都進(jìn)行了深入的探討，讓學(xué)生對(duì)金屬配合物的合成方法以及柱層析分離有了更清晰的認(rèn)識(shí)。

這些實(shí)驗(yàn)既加強(qiáng)了學(xué)生化學(xué)專業(yè)必備的基本操作技能訓(xùn)練，又能讓他們充分了解教師的科研內(nèi)容和目前此研究方向的現(xiàn)狀與進(jìn)展，開闊了眼界，達(dá)到了提高學(xué)生實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)的目的。

（2）聯(lián)系實(shí)際，注重設(shè)計(jì)。

大多數(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與日常生活關(guān)系不大，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中只是照方抓藥，這樣會(huì)有種紙上談兵的感覺(jué)。這次改革引入了一些和日常生活緊密相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)知識(shí)對(duì)人類文明的推進(jìn)作用，提升他們的專業(yè)親切感和自豪感。如“兩性表面活性劑十二烷基二甲基甜菜堿（BS-12）的合成與評(píng)價(jià)”，學(xué)生自己從原料入手合成表面活性劑，進(jìn)行系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)后進(jìn)一步設(shè)計(jì)并配制自己專屬的洗手液和洗發(fā)水；鋁合金是日常生活中一種非常重要的裝飾材料，“鋁合金的圖紋化”實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自行設(shè)計(jì)，在教師審閱保證安全的情況下給予學(xué)生最大的自由度，讓學(xué)生將?；?、自己的名字制作成銘牌留作紀(jì)念。這種寓教于樂(lè)的實(shí)驗(yàn)?zāi)苡行岣邔W(xué)生的興趣；實(shí)實(shí)在在的樣品更有視覺(jué)沖擊力，使學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的印象更加深刻。

（3）緊密圍繞“綜合”的主題。

整個(gè)教材的選題對(duì)于從單個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容到各項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)都進(jìn)行了通盤考慮。單個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容全面，從產(chǎn)品合成、優(yōu)化、修飾到表征是一個(gè)小“綜合”，各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間從基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，逐級(jí)增加實(shí)驗(yàn)難度，并且囊括了化學(xué)學(xué)科中的幾大分支，輻射到了無(wú)機(jī)合成、高分子、儀器分析等各方面，甚至對(duì)近化學(xué)學(xué)科（如材料、醫(yī)學(xué)、食品等）也有涉及，相當(dāng)于一個(gè)大“綜合”?！痘瘜W(xué)綜合實(shí)驗(yàn)》教材本身是一本很好的科研入門資料，雖然我們?cè)谡n程設(shè)置上不能將所有實(shí)驗(yàn)全部開出，但是學(xué)生在平時(shí)的閱讀中也能有所收益。化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)將做成一個(gè)不斷開發(fā)升級(jí)、滾動(dòng)發(fā)展的課程，逐步開出更多新型的實(shí)驗(yàn)，為科研成果向教學(xué)項(xiàng)目的轉(zhuǎn)化進(jìn)行有益的探索，為學(xué)生系統(tǒng)地接受科研訓(xùn)練創(chuàng)建平臺(tái)。

2　引入先進(jìn)大型儀器

大型儀器設(shè)備是高等院校重要的科技資源之一，隨著國(guó)家對(duì)高等教育經(jīng)費(fèi)的不斷增加，我校的儀器設(shè)備特別是大型精密儀器設(shè)備在數(shù)量上有了很大的提高。由于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)條件和目標(biāo)的限制，學(xué)生接觸到大型精密儀器的機(jī)會(huì)很少，但在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)又需要使用，造成了帶畢業(yè)設(shè)計(jì)教師的很大困擾。因此在化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程中引入先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器的訓(xùn)練很重要。

在化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程中，學(xué)生有機(jī)會(huì)在老師的指導(dǎo)下親自操作大型儀器，可以提高他們參與實(shí)驗(yàn)的興趣。同時(shí)使用大型儀器的經(jīng)歷使得他們對(duì)儀器的構(gòu)造、使用及簡(jiǎn)單維修都有了很直觀的認(rèn)識(shí)，也能更深刻地體會(huì)到先進(jìn)儀器設(shè)備對(duì)科研發(fā)展的促進(jìn)作用。改革后的化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程中的所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均涉及產(chǎn)品的鑒定分析，涵蓋了我中心大部分的大型儀器，如：X射線衍射儀（XRD）、核磁共振儀（NMR）、拉曼光譜儀（Raman）、紫外可見(jiàn)吸收光譜儀（UV-vis）、傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）、熒光光譜儀（AFS）、接觸角儀（CAT）等。每位教師可根據(jù)自己的科研內(nèi)容，選擇最有代表性的幾種表征手段。教師對(duì)儀器的原理、具體的操作方法以及最后的譜圖分析都要進(jìn)行詳細(xì)的介紹，使學(xué)生在掌握儀器的使用方法后能夠自行進(jìn)行檢測(cè)。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比較，學(xué)生的參與度更高。

如在實(shí)驗(yàn)“金屬酞菁的合成及光譜特性研究”中，學(xué)生合成出含有鈷、鋁、鋅等金屬中心原子的酞菁配合物，分別研究了不同金屬中心、不同溶劑對(duì)酞菁紫外可見(jiàn)吸收光譜的影響，并針對(duì)同一溶劑的不同濃度、不同金屬中心的酞菁熒光光譜進(jìn)行了檢測(cè)對(duì)比。相較于基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)單一的評(píng)價(jià)條件，在化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)地討論了各種變量之間的聯(lián)系和影響，對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力都是很好的鍛煉。同時(shí)，學(xué)生對(duì)兩種譜圖進(jìn)行分析比較，對(duì)紫外可見(jiàn)吸收光譜及熒光光譜這兩種分析手段之間的聯(lián)系和區(qū)別也有了更深的認(rèn)識(shí)。又如實(shí)驗(yàn)“局部麻醉劑苯佐卡因的制備及表征”，由對(duì)甲基乙酰苯胺分四步反應(yīng)最終合成出產(chǎn)品苯佐卡因，每合成出一種前驅(qū)體都要進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)（用熔點(diǎn)儀測(cè)熔點(diǎn)，用紅外光譜分析官能團(tuán)等），學(xué)生從檢測(cè)的數(shù)據(jù)和合成產(chǎn)品的產(chǎn)量，選擇下一步的投料量，最終對(duì)合成出的產(chǎn)品進(jìn)行核磁共振分析。由于每一步的成敗都直接影響最終的結(jié)果，可使學(xué)生意識(shí)到這是“自己”獨(dú)一無(wú)二的實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)時(shí)就不會(huì)走過(guò)場(chǎng)。

3　調(diào)整教學(xué)方法及考核辦法

3.1教學(xué)方法的改進(jìn)

化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)已從原來(lái)的32學(xué)時(shí)增加到64學(xué)時(shí)，時(shí)間的延長(zhǎng)有利于科研的系統(tǒng)性，同時(shí)也對(duì)這門課程提出了更高的要求。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課一般都是教師根據(jù)教科書中的明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)對(duì)學(xué)生提出統(tǒng)一的要求；改革后的化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)不但內(nèi)容輻射面廣，而且與時(shí)俱進(jìn)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這更符合培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的要求。課程內(nèi)容則是教師給出實(shí)驗(yàn)題目及基礎(chǔ)背景，由學(xué)生上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，在課堂上教師和學(xué)生相互探討；教師根據(jù)目前的研究水平進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室具體條件，和學(xué)生一起討論出最佳的合成路線、提純方法及相應(yīng)的檢測(cè)手段；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師根據(jù)每個(gè)學(xué)生的實(shí)際情況給出解決辦法，直到最后報(bào)告的完成。學(xué)生每完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)就相當(dāng)于完成了一個(gè)系統(tǒng)的小課題。

3.2師資配備的調(diào)整

化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程的改革對(duì)帶實(shí)驗(yàn)課的教師自身科研水平的要求有很大提高。以往科研水平高的資深教師較少參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)。此次除了對(duì)課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行很大的調(diào)整之外，另一個(gè)亮點(diǎn)就是科研一線的教授、副教授直接走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，全程參與學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的討論、指導(dǎo)。同時(shí)，打破了一位教師主講一門課程的傳統(tǒng)。我們的實(shí)驗(yàn)課是由一位教師總負(fù)責(zé)，6位資深教授、副教授分別指導(dǎo)自己編寫的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由最專業(yè)的教師講授自己最擅長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隨時(shí)接受到最有效的指導(dǎo)，這本身對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)就有很強(qiáng)的吸引力，因此收效顯著。

3.3考核制度的改進(jìn)

完善的考核體系能更好地檢驗(yàn)教與學(xué)的效果，同時(shí)也能促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的不斷完善。新的考核制度更注重對(duì)學(xué)生自身素質(zhì)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，既包括對(duì)平時(shí)操作技能的評(píng)價(jià)，也包括對(duì)實(shí)驗(yàn)的積極性、主動(dòng)性，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度等的評(píng)價(jià)。平時(shí)成績(jī)從原來(lái)占總成績(jī)的30%增加到70%。加大平時(shí)實(shí)驗(yàn)的成績(jī)能使學(xué)生更注重在平時(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)，引導(dǎo)他們由過(guò)去的“學(xué)習(xí)、考試”型學(xué)生向“學(xué)習(xí)、探索、研究、創(chuàng)新”型學(xué)生轉(zhuǎn)變。

4　以科研助教學(xué)、教學(xué)帶科研的循環(huán)滾動(dòng)式發(fā)展

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程訓(xùn)練后，提高了學(xué)生科研訓(xùn)練中分析問(wèn)題、解決問(wèn)題及實(shí)驗(yàn)操作的能力，使他們對(duì)隨后進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)選題、考研方向和工作方向的選擇都變得更主動(dòng)、更有目的性，而且縮短了學(xué)生進(jìn)入畢業(yè)設(shè)計(jì)后的磨合期。同時(shí)，這門課程促進(jìn)了不同研究方向的交叉，更有利于激發(fā)創(chuàng)新思維，產(chǎn)生新的科研思路。

科研與教學(xué)是對(duì)立的統(tǒng)一體，二者相輔相成，相互促進(jìn)。以科研助教學(xué)，以教學(xué)促科研的循環(huán)滾動(dòng)式發(fā)展既能鍛煉學(xué)生的能力，又有利于教師的科研，是一項(xiàng)雙贏的措施。

5　結(jié)論和展望

科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)化的實(shí)踐，得到了廣大師生的認(rèn)可。學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力方面有了明顯提高；查閱文獻(xiàn)、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，對(duì)大型儀器的認(rèn)知及熟練操作都取得了很大的進(jìn)步，為他們進(jìn)行后續(xù)的學(xué)習(xí)和研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)綜合實(shí)驗(yàn)將不斷更新和調(diào)整，這對(duì)教學(xué)資源配套提出更高的要求，而且也需要教師傾注更多的心血、投入更多的力量。這種改革無(wú)疑會(huì)使教學(xué)和科研都充滿勃勃的生機(jī)?？蒲谐晒?qū)嶒?yàn)教學(xué)轉(zhuǎn)化是高校教學(xué)科研相輔相成的正路，理應(yīng)得到大力推廣。

［1］林金華.大學(xué)化學(xué)，2010，25（5），20.

［2］肖小華，鄒小勇，張杰鵬，閆素君，邵光，林志強(qiáng)，陳六平.大學(xué)化學(xué)，2013，28（4），36.

［3］牛國(guó)興，高翔，徐華龍.大學(xué)化學(xué)，2012，27（4），27.

［4］鐘國(guó)清，霍冀川，葉旭，張歡.大學(xué)化學(xué)，2011，26（1），16.

［5］呂占霞，賀維軍，高珍，范星河.大學(xué)化學(xué)，2011，26（1），14.

［6］金成樹，遲云超，趙大偉，郎德龍，劉海燕.廣東化工，2011，38（3），185.

［7］朱玉華，楊正宏.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27（1），7.

［8］何敏.新型金屬有機(jī)配位聚合物的制備及在微量物質(zhì)檢測(cè)上的應(yīng)用［D］.合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2013.

［9］李志法.廣州化工，2014，42（1），35.

［10］張?chǎng)惸?，胡敏，李健?化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn).西安：西安交通大學(xué)出版社，2014.

The Exploration and Practice of Transforming Scientific Achievements to Experimental Teaching Resources

XIANG DanGAO Pei-HongZHANG Wen*
（Xi′an Jiaotong University，Chemistry Teaching Experiment Center，Xi′an 710049，P.R.China）

This article introduced several reform measures of Comprehensive Chemistry Laboratory at Xi′an Jiaotong University，including adapting experiments from the mature scientific research project，training to use the advanced instruments，as well as improving teaching and examination methods.

Chemistry experiment；Innovation；Comprehensive；Teaching reform

O6；G64

10.3866/PKU.DXHX20160211

，Email：zhangwen@mail.xjtu.deu.cn

西安交通大學(xué)教師發(fā)展中心本科教學(xué)改革研究項(xiàng)目