基于创新型人才培养的化学实验改革浅谈

黎小胜，王莉敏，赵祥华

(信阳师范学院a.数学与统计学院；b.化学化工学院，河南 信阳 464000)

基于创新型人才培养的化学实验改革浅谈

黎小胜a，王莉敏b，赵祥华b

(信阳师范学院a.数学与统计学院；b.化学化工学院，河南 信阳 464000)

当今世界经济飞速发展，知识更新加快，多学科交叉渗透融合。国家提出科教兴国战略，深化科技和教育体制改革，提高自我创新能力。然则科技创新，人才为本。本文立足于高校化学实验，着眼于培养符合社会需求的创新型人才，提出了增强学生创新思维和实验技能的实验改革方案，旨在逐步引导学生由知识学习向科学研究领域的初步转变。

创新；改革；人才培养；化学实验

21世纪是创新知识的世纪,是培养创新人才的时代。根据《国务院关于实施科技规划纲要增强自主创新能力的决定》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》对我国未来科学技术和经济社会发展做出的全面部署规划，提出了建设创新型国家的奋斗目标，旨在增强我国科学技术自主创新能力，为科技强国的发展奠定基础。然而，创新的关键在于培养创新型人才，大学是我国培养高层次创新人才的重要基地，是我国基础研究和高技术领域原始创新的主力军之一，是解决国民经济重大科技问题、实现技术转移、成果转化的生力军，因此创新型人才的培养成为国家高等教育的首要目标。在高等教育中培养学生的创新意识、创新思维和创新能力显得尤为重要[1]。因而创新教育改革，培养符合社会需求的具有创新能力的创新型人才是当前教育工作者亟待解决的问题。

为了适应新时代的发展，创新型人才培养的化学实验改革便应运而生。由于化学是一门以观察、实验为基础的科学，故实验对于化学的发展以及教学的重要作用不言而喻[2]。开设化学实验的目的是为了提高学生的实验技能、培养学生应用所学基础理论解决实际问题的能力，但是实验教学仍是化学教学中的薄弱环节。各类院校虽然在不同层面对有关实验教学内容进行了改革，然而目前大部分院校在实验教学中仍存在不少问题：验证性实验为主，实验内容缺乏相关性，实验过程基本上是“照方抓药”，且内容陈旧重复、起点低等等[3]。多数学生只会按照实验课本上的实验步骤机械式地模仿，缺乏积极主动性，不能养成独立思考的良好习惯。这些问题致使学生实验结束后常常一无所获，教学效果甚微，十分不利于我国素质教育人才战略的实施。

古人云“授人以鱼不如授人以渔”，因此在化学实验教学中，教师不应该只是把教学知识进行简单的传授，而是要培养学生的独立操作能力，教会学生如何提高自己的实验技能以及创新思维能力。为了加快国家素质教育的开展以及人才战略的实施，教育工作者应尽快地适应新课程教学改革的要求，深化实验教学内容的改革。本文依据我校化学化工学院近年来实验改革的实践经验，从实验方案的设计，实验实践活动的实施以及实验教学的革新等方面进行简要分析总结，旨在逐步引导学生由知识学习向科学研究领域的初步转变[4]，培养其创新能力和科研素养，为今后科研工作的开展以及就业求职奠定基础。

1 创新设计实验方案

根据实验教程要求，精简、整合、优选、更新实验教学内容，合理增加探索研究型的综合实验、创新设计型实验向实验课教学内容的渗透，逐步建立以学生为主体，教师为引导的互动教学模式[5]，引导学生逐步养成积极主动查阅文献，合作探讨解决问题，分析归纳完善细节等良好习惯，建立全面系统的知识框架，明确逻辑思路，提高实验技能，培养创新思维。

1.1 开展探索研究型的综合实验

综合化学实验是把单一的实验进行归纳整合，按照“合成、制备——分析、表征——应用”的实验设计思路，改变基础实验自成体系、相互脱节的传统模式，强调实验间的相互关联性，由点及面，深入开展。而探索研究型的综合实验，则是在综合实验的基础上，利用教师的科研优势，将实验内容与科技前沿知识进行有机结合，从而将学习与科技更好地衔接，提高教学质量以及学生的综合实验技能。例如稠杂环小分子液晶功能材料7-丁氧基苯并吡喃[2,3-c]吡唑-3-酮的制备与表征实验，涉及有机化学与分析化学多方面内容。合成步骤如下：

7-羟基香豆素-3-甲酸乙酯的合成（Knoevenagel缩合反应）：

该综合型实验通过化合物的分步合成、性质表征，从而使学生更好地理解Knoevenagel缩合、亲核取代和肼解缩环反应原理，掌握气相色谱测试纯度、红外光谱（IR）和核磁共振氢谱（1H-NMR）表征目标产物的分子结构、差示扫描量热仪(DSC)测试热性能等大型仪器的使用方法[6]。

又如综合无机与有机化学实验，通过高锰酸钾晶体的制备这一基础实验，可横向拓展利用高锰酸钾氧化性进行简易有机物质的制备。

首先以软锰矿（主要成分是二氧化锰）为原料，在强氧化剂（如氯酸钾）存在下与碱共融，然后向含有锰酸钾的溶液中通入二氧化碳气体，经减压过滤除去固体二氧化锰后，溶液浓缩结晶，即可得到暗紫色针状高锰酸钾晶体[7]：

其次，在碱性条件下，高锰酸钾作为氧化剂与1,10-邻二氮杂菲加热回流：

产物4,5-二氮杂-9-芴酮，是一种广泛应用于有机半导体、生物传感等领域的有机合成中间体，并以此纵向深入，进行更深领域的探索。这一系列化的综合实验，不仅将基础实验与科研探索结合起来，同时将高锰酸钾的制备及其性质与实际应用有机结合，激发学生尝试利用其性质在不同环境下进行新型化合物的合成与制备的兴趣。

开展上述探索研究型的综合实验，不仅有助于培养学生的学习兴趣，提高对基础化学知识的理解应用以及对合成有机功能材料的认识，并且实验简单，现象明显，结果可靠，成本较低，实用性强，有助于训练学生的科研素养，激发探索未知领域的兴趣，是培养学生实验技能和创新能力的有效措施。

1.2 增设创新设计型实验

创新设计型实验即依据实验大纲，要求学生自主设计实验，通过查阅资料等，独立完成整个实验设计方案，是一个由“知”转化为“用”的过程。改变了传统实验学生被动接受、机械操作的状态，使其能够有目的地自主学习，融会贯通所学到的知识，注重动手能力以及分析解决问题能力的培养[8]。例如在分析化学试验中，当学生完成基础实验的四大滴定（酸碱滴定、络合滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定）反应后，可要求学生根据所学知识，查阅资料，设计NaOH-Na2CO3(或NaHCO3-Na2CO3)混合物中各组分含量的测定；Mg2+-EDTA混合液中各组分含量的测定；H2SO4-H2C2O4混合物中各组分含量的测定等相关设计型实验。

学生为了设计出科学有效、现象明显的实验方案，需要在课下仔细查阅相关资料，认真思考实验方法与技巧，才能写出完整的实验预习报告[4]，通过独立动手的实验过程以及与老师同学的交流讨论，总结经验教训，写出规范完整的实验报告。经过这样一个独立自主、师生互动的学习过程，对于实验原理、物质性质、指示剂的选择等有更深入的理解，这是验证性实验无法取得的教学效果，同时也能提高其独立自主的实验技能，训练创新求异的思维能力。

2 创新开展实验实践活动

我国推行素质教育改革，倡导以学生为基础，积极发挥学科优势，提高学生的学习兴趣，培养合作意识，激发探索创新潜能。在开展实验实践活动中，本着“厚基础，求创新”的原则，以教学内容为基础，科研课题为导向，并结合化学实验实践性的学习特点，通过不断实践，提高实验技能以及创新能力，训练科研思维，促进个性发展。

2.1 举办化学实验技能大赛

实验技能大赛注重学生对理论知识的整体掌握以及实验仪器的规范操作、化学试剂的合理使用等，重点考察学生实验设计能力和实验结果的分析表达能力[9]。高校各院系可相互联系，动员学生积极参与，从而举办化学实验技能大赛。大赛开展形式灵活多样，可以将不同年级、专业、科目区别开来，亦可组织个人或小组团队，选取笔试、问答、抢答以及实验设计操作等环节几种或部分相结合的方式进行比赛。大赛主题亦可灵活选取，例如，“化学实验安全知识竞赛”、“趣味化学知识问答”、“化学基本操作技能大赛”、“化学验证创新型课题竞赛”、“化学实验综合设计大赛”等[10]。还可以因地制宜，根据当地的地理环境，自主设计“水中污染指数的测定”、“水质分析”等环保型实验。

通过这种正规的比赛竞争，给学生提供了一个锻炼自己，展示才能的机会和平台。不仅能巩固强化理论知识的学习，加深实验操作及技能规范等细节，锻炼学生团队合作精神，培养创新思维、竞争意识，还有助于提高实验教学质量，促进师资队伍建设和实验教学改革，为打造化学高效课堂奠定坚实基础[10]。

2.2 开展创新科研项目

“十二五”期间教育部决定实施国家级大学生创新创业训练计划，大力推进高校和广大师生教育思想观念的转变，旨在通过开展创新创业项目，改革人才培养模式，增强高校学生的创新能力，以培养适应创新型国家建设需要的高水平创新型人才。

大学生科研项目以科学前沿问题为导向，结合老师的科研项目和学生的创新项目，在老师的指导下，通过文献调研进行项目选题并完善设计项目计划方案等过程立项；以小组合作的形式开展实施，检查成员和指导教师在中期检查时给予建议和帮助；对实验产生的新的问题及其目前结果进行分析归纳并撰写科学论文；实验成果进行汇总分析，答辩评审完成项目结题报告[11]。如图为开展科研项目的简易流程：

在科研项目的立项以及开展实施过程中，学生搜集资料和文献检索的能力会极大地增强，分析解决问题的能力也能得到逐步锻炼，撰写科技论文的能力显著提高，对基础知识和科技前沿的理解更加深入，探索创新、团结协作的实验技能和综合科研素养将会有质的飞跃，亦能使学生的专业和兴趣的协同发展。

2.3 实施开放性实验室

开放性实验室是高校实验教学改革和创新型人才培养的重要基地，其目的是培养学生科研创新能力，从形式和内容两方面开展实施。在形式上开放，要保证时间的充足性以及学生的自由性，即时间上不局限于教学计划课程安排，学生可利用课余时间自由进入实验室，有目的地开展实验探索工作。在内容上开放，要建立完善的实验室管理制度，改革实验内容，以探索研究型的综合实验和自主设计的创新型实验为主。同时为了满足学生创造性学习的需要，营造自由民主的教学氛围，可为学生提供开放的教学内容、开放的教学材料等，最大限度地提高学生实验的自由度，充分发挥学生的创造性[12]。另外，学生也可以根据自己的兴趣，选择合适的指导教师，结合指导老师的科研方向，通过参与国家级、省级或校级科研课题组，经过实验操作、搜索查阅文献、分析整理实验数据，撰写科技论文等过程逐步提高综合实验技能[13]。

在开放性实验室的实施中，要以学生为主体，实行“分层培养，启发创新”的教学思路，鼓励学生“从做中学”，通过“做”的过程从而达到“学”的目的。让学生不仅能充分发挥主观能动性、强化团队合作意识、提高实验技能，而且能锻炼文献阅读以及论文写作能力，激发科研探索热情，从而培养综合全面的基础科研能力，为今后开展科研探索奠定良好基础。

3 创新思想革新实验教学

现代教育理论认为，教师是教育活动的组织者，倡导因材施教，注重引导与启发。在新形势下，教育工作者应摒弃“以书为纲”、“权威教学”的传统教学观念，树立以培养创新能力为核心的创新教育理念，改革实验室管理体制，培养创新型人才。

3.1 更新教师观念

德国教育家第多斯惠说过：“教学的艺术不在于传授本领而在于唤醒、鼓舞和激励。”因此，教师应建立以学生为主体的“启发式”教学思想，打破传统教学理念的束缚，改变学生被动学习的局面，为培养创新型人才奠定基础。

在教学工作的开展过程中，教师要鼓励学生主动提出问题，即“为什么”，并激励其想出对策，即“怎么办”，这也正是激发创新思维，培养创新能力的源泉。另外，教师亦可充分利用形式多样，内容丰富的互联资源，采用多媒体网络技术，通过网络课堂，与学生在线交流、答疑并提供仿真、虚拟实验视频以及与实验有关的学习资料等，培养学生自主学习能力；同时，学生之间也能够在网络平台上相互交流讨论，相互合作，共同进步。

通过不断更新教学观念，不断汲取先进学习资源，从而营造出创新型人才培养的良好氛围。老师注重启发，学生注重探索，师生互动，在知识学习、实验实践中强化科研探索意识，并敢于质疑，敢于发现，激发创新思维，培养创新能力。这正是素质教育所倡导的教学模式，也是新形势下教育改革与发展的重要突破。

3.2 改革实验室管理体制

化学实验室是高校进行实验教学、人才培养和科研探索的重要基地，也是提高实验教学质量和科研探索实力的重要环节[14]。然而目前在硕士研究生招生考试中，不少学生在面试时出现了“高分低能”的现象，这是由于根深蒂固的“重理论，轻实践”的传统观念束缚了实验教学，影响学生实验能力的发展。因此，高校应建立以提高学生实验技能为基础的实验室管理机制，利用现代管理理念，全面推进优质实验资源共享，更好地服务于国家创新型人才培养制度，主要从以下三方面着手：

3.2.1 加强实验教学师资队伍建设

由于各学科交叉渗透融合以及实验室规模不断扩大，实验教学对实验人员的需求量也不断增多，对于实验教学人员，应采取“理论课教师与实验课教师合理流动”的管理机制，对实验人员进行专业培训，并吸收一部分优秀教师组建成一支职称、年龄、学历结构较为合理的骨干师资队伍[14]，提高实验教学水平。

3.2.2 深化大型仪器设备管理调配

科技日新月异，借助大型仪器设备进行科研探索的频率越来越大，对于价格昂贵的实验设备，如酸度计、核磁共振仪、分光光度计、紫外光谱等可以建立单独的仪器室[14]，成立分析测试中心，由专人负责管理，加强仪器维护使用。同时，为了充分提高其利用率，通过局域网络建立大型仪器共享平台，预约使用，统一规划，科学管理[15]，不仅节约成本、高效利用而且能提高科研、实验工作效率。

3.2.3 大力引入小量——半微量实验

经济在飞速发展的同时也引发了一系列环境问题，不少化学实验对环境的污染相当大。在化学实验教学中，为了尽力减轻环境污染，应倡导绿色化学理念，大力引入小量——半微量实验，即在实验方法、操作技术不变的前提下，采用常规的小容量实验仪器和设备，试剂用量少，实验现象明显，且降低教学成本，安全省时，对学生实验操作规范化科学态度的养成以及技能强化训练具有重要作用[16]。

4 结语

在广大师生的积极参与下，我校通过实验教学改革实践，学生的创新能力和实验技能明显提高，教学质量也从根本上得到改善。然而实验教学改革是一项长期的工程，需要在教学内容和教学管理等方面不断探索实践才能形成适合自身发展、科学合理的实验教学模式。依据《“十三五”国家科技创新规划》，设计围绕以增强科技自主创新能力的创新型人才培养的化学实验改革，建立学生为主体、教师为引导的实验教学理念，用“创新思想”培养“创新人才”，引导学生由知识学习向科学研究的初步转变，培养其创新实践能力，为企业和科研机构提供具有创新能力的专门型人才，提高毕业生就业率。同时为国家培育充满活力的创新主体，实现创新型国家的奋斗目标，推动我国国民经济和社会发展。

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G 420

A

1672-2094（2017）05-0112-05

2017-05-31

国家自然科学基金资助项目(编号：11547122，61405170),河南省教育厅项目(编号：14B150011,16B110012)，信阳师范学院大学生科研基金资助(编号：2016-DXS-22),信阳师范学院“南湖学者奖励计划”青年项目,国家级大学生创新创业训练(编号：201510477017)

黎小胜（1985-），男，河南信阳人，信阳师范学院讲师，博士。研究方向：量子信息在交叉领域的应用。

张隆辉