章文偉，張 暉，奚忠華，孔璇鳳

（南京大學 化學化工學院 化學國家級實驗教學示范中心，江蘇 南京 210023）

早在20世紀80年代后期，我國著名化學教育家戴安邦先生就提出了全面化學教育的理念，即：“全面的科學教育要求教學既傳授知識和技術，更訓練科學思維和方法，還培養(yǎng)科學精神和品德?；瘜W實驗課是實施全面化學教育的一種最有效的教學形式”[1]。為了更好地實施全面化學教育理念，克服專業(yè)劃分過細造成學生知識面較窄的不足，我校于1997年取消了原本在高年級本科生中針對不同專業(yè)開設的無機、有機、分析、物化、高分子等各二級學科的專門化學實驗，取而代之以綜合化學實驗，目的就是為了能夠在化學一級學科層面上培養(yǎng)更加全面的化學人才。該課程的開設，在開闊學生的視野、拓寬學生的知識面、調動學生的主觀能動性、全面提高學生的綜合素質與創(chuàng)新能力等諸多方面發(fā)揮了重要作用[2-6]，并取得了階段性成果。該課程于2009年被評為“國家級精品課程”。

2009年，我校提出了“三三制”本科教學改革方案，即：本科生在大學4年，依次經過大類培養(yǎng)、專業(yè)培養(yǎng)、多元培養(yǎng)3個階段，給予學生更多的自主選擇權；學生可以根據自己的興趣愛好，選擇學術專業(yè)、交叉復合、就業(yè)創(chuàng)業(yè)3條不同的途徑作為自己今后的發(fā)展方向[7-8]。我?；瘜W國家級實驗教學示范中心根據學校這一本科教學改革方案和人才培養(yǎng)規(guī)律，結合各門實驗課程的不同特點，提出在“三三制”不同培養(yǎng)階段，對學生的實踐能力培養(yǎng)將各有側重、循序漸進：大類培養(yǎng)和基本專業(yè)培養(yǎng)主要在大一大二階段的大學化學實驗、有機化學實驗、儀器分析實驗和物理化學實驗等4大基礎化學實驗中進行，大三的綜合化學實驗則更多地擔負起化學學科本科生專業(yè)提升和多元培養(yǎng)的重任，培養(yǎng)學生綜合扎實的專業(yè)實踐能力和跨學科交叉復合的跨界實踐能力。近幾年，根據化學學科的研究現狀和發(fā)展趨勢，以及我校化學本科生的特點，對綜合化學實驗課程進行了再建設。

1 建設思路

根據“三三”制本科教學改革精神，為了更好地培養(yǎng)學術專業(yè)類、交叉復合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類人才，著眼于化學學科的研究現狀和發(fā)展趨勢，并結合南京大學化學專業(yè)學生本科畢業(yè)后的去向（出國留學、國內深造、就業(yè)創(chuàng)業(yè)約各占三分之一），提出了綜合化學實驗課程的建設思路，即：“三三”結合、重點建設、協(xié)調發(fā)展。首先，化學學科本身的發(fā)展日新月異，因此要繼續(xù)保持化學這一學科的傳統(tǒng)優(yōu)勢教學，緊跟學科發(fā)展步伐，不斷完善學術專業(yè)類實驗項目建設；其次，由于化學與生物、材料、環(huán)境等日益交叉融合，因此，要重點加強交叉復合類實驗項目的建設，使學生具備良好的學科跨界能力，能夠在今后知識發(fā)展的浪潮中游刃有余；再次，由于化學與實際生活息息相關，并且，每年有約 1/3的學生畢業(yè)后踏入社會，或就業(yè)、或自主創(chuàng)業(yè)，因此，也必須充分考慮這部分學生的需求，加強就業(yè)創(chuàng)業(yè)類實驗項目建設，為不同發(fā)展方向的學生提供實踐平臺。此外，作為本科階段的最后一門實驗課，綜合化學實驗要能夠很好地有效銜接本科畢業(yè)論文以及研究生教學（我?；瘜W專業(yè)本科畢業(yè)生約 2/3讀研或出國深造），讓學生到了科研實驗室能夠盡快進入科研角色，自主開展科研探索活動。

2 建設舉措

為了達成上述教學目標，著重從3個方面采取了相關措施，對綜合化學實驗課程進行了再建設。

2.1 師資隊伍建設

在高層次人才培養(yǎng)過程中，教師水平起著至關重要的作用。必須要有一支與時俱進、具有一定學術造詣的師資隊伍，才能保證教學質量和教學效果。自從綜合化學實驗課程開設以來，經過10多年建設，逐漸組建了一支教學/科研復合型教學團隊，所有教師都活躍在教學和科研第一線，他們基礎知識扎實、學術水平較高，了解最新科研動態(tài)，教學思想活躍，具有較強的教改意識，能夠隨著學科的發(fā)展，積極主動地調整更新實驗教學內容并能言傳身教，在教學過程中以生動活潑的科學思維方法啟迪學生，使教學與科研相輔相成，相得益彰，有機地融為一體。

2009年之前，從事綜合化學實驗課程教學的教師，其研究領域多數專攻于化學，因此教學實驗項目也更多地集中在化學學術專業(yè)類方面。對照“三三”制人才培養(yǎng)目標，本課程在交叉復合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類實驗項目建設方面較為欠缺和薄弱，不利于交叉復合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類人才的培養(yǎng)。由于近年來化學與生物、材料、環(huán)境等領域日益交叉融合，國家政策也鼓勵自主創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，為此，積極邀請具有相關研究背景的教師加盟綜合化學實驗教學團隊。最近幾年，先后邀請了4位從事化學生物學和材料化學研究的教師加入教學團隊，其中一位為全國優(yōu)秀青年基金獲得者，一位為全國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽指導教師。他們的加入，為交叉復合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類實驗項目的建設提供了強有力的保障。正是基于這樣一支熱心于教育事業(yè)并具有一定教學經驗和高學術水平的教學隊伍，促進了綜合化學實驗教學的改革，使本課程的教學內容和教學方法更有益于學生的培養(yǎng)和發(fā)展。

2.2 課程內涵建設

科學的發(fā)展日新月異，化學學科同樣也在不斷進步和發(fā)展。有了良好的師資隊伍，課程內涵建設便有了保障。自開課以來，綜合化學實驗的內容設置一直遵循以下原則：著眼于反映學科的前沿領域及發(fā)展趨勢，鞏固和加深對基礎理論的理解及基本技能的融會貫通，了解并掌握不同學科的新知識點以及相關的研究方法和實驗技術，拓展學生的視野[3-5]。

隨著“三三”制本科人才培養(yǎng)方案的啟動，綜合化學實驗按照“重視基礎、趨向前沿、反映現代、綜合交叉”的現代課程建設理念，針對3類不同人才培養(yǎng)的需求，按照學術專業(yè)類、交叉復合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類3個方向對實驗教學項目進行優(yōu)化設置，使教學內容更加注重知識的前沿性、學科間的交叉與融合以及實驗技術的綜合應用，以利于學生知識結構、能力結構和綜合素質的全面培養(yǎng)和提高。近年來，基于不斷完善的師資隊伍，將化學，尤其是化學與生物、材料、環(huán)境等交叉領域的一些前沿研究成果，通過具有相關研究背景教師的凝練、改編，逐步移植到綜合化學實驗教學中，使得手性合成與催化、納米材料、高分子材料制備與加工、超分子化學、基因工程等前沿熱點領域在綜合化學實驗教學中得以體現，完善了學術專業(yè)類實驗教學項目，實現了交叉復合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類實驗項目從無到有到逐漸完善這樣一個質的飛躍。并且，每個實驗盡可能設計成一個小型的科研項目，在給學生傳授基礎理論和前沿知識的同時，綜合應用多種實驗技術和方法，集合成、分離、表征、性能測試等為一體。學生通過這些實驗，可以得到較為系統(tǒng)的科研訓練過程。下面，每個方向各舉一例加以說明。

例1，“手性Mn(III)Cl-Salen配合物的合成及其催化性能研究”，這是一個較為前沿的綜合型化學學術專業(yè)類實驗項目。該實驗貫穿合成—結構表征—性能這一主線，學生通過這個實驗，可以了解手性、不對稱合成、ee值等新的知識點，進一步熟練掌握重結晶、柱層析等化學實驗的基本操作和基本技能，學習手性Mn(III)Cl-Salen配合物的合成方法，并將之應用于催化烯烴底物分子的不對稱環(huán)氧化反應中，對催化產物進行IR、GC-MS（手性柱分離）、1H NMR等波譜表征和旋光度測定，分析并比較催化劑對不同底物分子的催化活性，加深理解物質結構對催化性能的影響，了解它們之間的構-效關系。通過這樣一個實驗，不僅可以訓練學生扎實的合成功底，還可以以此為媒介，傳授學生新的知識，了解當前化學研究的前沿和熱點，同時培養(yǎng)學生具備綜合運用所學知識進行實驗結果分析和解決實際問題的能力。

例2，“質粒DNA的制備、鑒定、轉化及目標基因的誘導表達”，這是開設的第一個化學/生物交叉復合類實驗項目。學生通過這個實驗項目，可以了解分子生物學基本概念并掌握分子生物學基本操作，掌握培養(yǎng)細菌、收集和裂解細菌、分離和純化質粒的實驗技術，學習 DNA的提取、轉化以及蛋白質的誘導表達方法，包括劃線、接種等微生物學無菌操作，瓊脂糖凝膠電泳分離 DNA片段，聚丙烯酰胺凝膠電泳對蛋白質進行分離和鑒定等。在此基礎上，后期又進一步開設了“哺乳動物細胞的培養(yǎng)、傳代與轉染”實驗，學生通過這個實驗，可以了解無菌操作的基本原則，掌握傳代細胞培養(yǎng)的基本方法，學習脂質體介導哺乳動物細胞轉染的方法，了解熒光成像原理并能正確使用熒光顯微鏡。通過上述化學/生物交叉復合類實驗項目建設，培養(yǎng)了學生在跨學科交叉復合基礎上的跨界實踐能力，拓展了學生的知識面，提升了學生對交叉學科領域的認知，為學生將來從事跨界學習和研究打下了堅實的基礎。

例 3，“聚氨酯的合成及其功能化”，由于聚氨酯是一類應用非常廣泛的高分子材料，在環(huán)保涂料、仿真肌肉、傳感器等方面具有很大的應用前景，因此，可以將之歸屬于就業(yè)、創(chuàng)業(yè)類實驗項目。通過該實驗，讓學生了解聚氨酯的最大特點是可以通過改變原料品種及配方，在較大范圍內調節(jié)其性能。高分子材料的這個屬性對于將來想從事產品研發(fā)的學生來說非常重要。該實驗有助于學生了解高分子嵌段化合物的性質和特點、學習聚氨酯的合成方法與操作技術、了解合成聚氨酯彈性體及含離子的聚氨酯離聚物等功能材料，通過 IR、1HNMR對其進行表征，采用動態(tài)激光光散射儀分析乳液粒徑及分布，并進行彈性體力學性能、介電性能測試。這個實驗自開設以來，一直受到學生的喜愛，選做該實驗的學生很多。

近年來，基于“三三”制本科人才培養(yǎng)目標，按照學術專業(yè)、交叉復合和就業(yè)創(chuàng)業(yè)3個方面，升級打造了適合不同發(fā)展方向的實驗教學項目，學生可以根據自己的興趣愛好和今后的職業(yè)規(guī)劃，通過開發(fā)的“綜合化學實驗選課系統(tǒng)”(http://zhxk.nju.edu.cn)進行選擇，體現了以學生為本、因材施教的教學理念，實現了個性化培養(yǎng)，提高了教學質量和教學效果。

2.3 教學方法改革

人才培養(yǎng)模式改革是教學改革的核心，教學方法影響人才培養(yǎng)的質量和方向[9-12]。綜合化學實驗作為大三學生的實驗課，也是本科階段最后一門修讀的實驗課，由于學生已經具備了基本的理論知識和實驗技能，大四階段就將進入科研實驗室開展本科畢業(yè)設計工作，因此，在教學方法上，更應注重對學生科研能力的培養(yǎng)，將科學思維和研究方法融入教學，使學生逐步具備獨立開展科研活動的能力。為此，在綜合化學實驗教學中，通過研-教-研，融教學與科研為一體。這里的2個“研”具有不同的內涵：第一個“研”，代表教學內容來自于科研成果；第二個“研”，表示在教學過程中盡可能模擬科研過程。為此，教學設計上，首先會介紹實驗項目的研究背景，讓學生了解該實驗的選題意義；其次，在實驗環(huán)節(jié)上，有意識地模擬科研探索過程。例如，隨著新的研究成果的出現或者教學條件的改善，會隨之增添或完善實驗教學內容，將學生進行分組，在實驗時間不變的情況下，讓學生嘗試不同的實驗條件或方法，使學生能夠在有限的教學時間內，對不同的實驗條件或方法獲得最直接的對比效果，從而對科研的研究過程有大致的了解。 例如，“納米組裝血紅蛋白質的直接電化學和催化研究”，這是一個兼具學術專業(yè)與交叉復合類的實驗項目，實驗內容來自于教師科研成果的轉化。在這個實驗中，按照研究型教學模式，首先讓學生明白為什么要用碳納米管來組裝血紅蛋白；其次，讓學生了解碳納米管與血紅蛋白的各種組裝方法，并讓學生嘗試包埋法和層層自組裝2種不同的方法對電極進行修飾，通過不同實驗方案來探究不同的組裝方法對催化性能的不同影響，將所有學生的實驗結果共享并進行比較，引導學生分析并探討不同組裝方法對催化性質產生差異的原因，從而形成一個完整的研究型教學過程。此外，還介紹科研論文的寫作方法，要求學生以科研論文形式撰寫實驗報告，并對學生提交上來的實驗報告進行面對面點評。探究式研究型教學方法已經在綜合化學實驗課程中全面展開，對于培養(yǎng)學生科學思維、科研素養(yǎng)、合作交流等諸多方面起到了積極作用。

3 結語

我校綜合化學實驗課程按照“三三”結合、重點建設、協(xié)調發(fā)展的思路，著重從師資隊伍建設、課程內涵提升和教學方法變革3個方面進行了改革，逐步為學術專業(yè)類、交叉復合類和就業(yè)創(chuàng)業(yè)類人才的培養(yǎng)搭建了良好的教學實踐平臺。本課程于2016年被授予首批“國家級精品資源共享課”稱號，2017年獲得我?！鞍佟睂哟蝺?yōu)質課程。