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高校是人才培养的摇篮,承担着复兴中华民族的历史重任。化学专业如何培养学生的科研创新能力,是本专业面临的重要课题。我们认为应该从大学一年级开始,不断强化学生的创新意识,经常训练学生的科研能力。近几年来我们组织教改研究课题,在无机化学课程中,摈弃传统的单纯讲授理论知识、教师“一言堂”的教学方式,确立以“学生为主”的研究式教学方法,以课题为载体、探究为方式、实践为形态、发表论文为导向,大胆改革创新。实践表明学生的创新意识和研究能力有了较大的提高,教学改革取得了显著的效果。
一 研究思路与研究方法
(一) 制定科学的教学改革模式
大学生创新意识和科研能力的培养,首要一环是研究型教学必须先行一步,以调动学生创新和科学研究的积极性。通过教学改革实践,我们提出了一个崭新的大学化学研究性教学模式:课堂研究性教学+课外研究兴趣小组。通过研究型课堂教学,培养学生的创新意识;在课堂研究性教学的基础上,组织课外研究兴趣小组,让学生亲身投入到科学研究中。
(二) 对学生进行科研岗前培训
举办科研常识专题讲座,从文献调研,选题立项,开放实验室,设计研究方案,进行试验研究,实验数据与现象分析,到学术论文的撰写与发表,对学生进行全方位辅导。
(三) 研究与实践相结合
比如将来自于地方经济建设的一个研究课题,划为若干子课题,分给不同的学生,让学生都明确所研究的内容、方法和目标。每人都制定出试验方案,交老师审阅后开始实施,实验完成后写出论文,老师修稿后外投发表,同时将研究成果申报专利,转让给工业生产,带来的经济效益用于购买实验材料和试剂,实现良性循环。为了鼓励学生参与科学研究,我们结合学校有关规定,将发表学术论文、申请专利、参与研究课题与创新学分挂钩,并且及时予以表彰和奖励。
二 研究过程及研究成果
(一) 教学内容改革
传统的无机化学教学内容专、深、细,具体的知识、细节的陈述,占据了大量宝贵的课堂教学时间,结论、论证、说明、讲解都是现成的,学生亦是被动地听讲和记忆,很少去思考、评判和创新。我们以培养“本科生创新意识,提高学生研究能力”为目的,把与无机学科发展相关的研究性实验内容纳入到教学当中,以“综合论文”“专题研究”等方式加强学生科研能力的训练,培养学生的创新意识。
1 改革无机化学授课内容
在讲授课程时,顺应社会发展趋势和地方经济发展特色,有针对性地选取重点、难点进行讲解,突出热点、前沿问题,如绿色合成、食品添加剂、新型催化剂等,采用多种手段,分专题进行讨论,在较短的时间里,加大重点资料信息量。
2 改革无机化学实验内容
由原来的全部是验证性实验,变为验证性实验与研究性实验结合进行,并且明确要求,研究性实验一定要占整个实验内容的30%,这样在提高学生实际操作能力的同时,也培养了学生的创新意识和创新能力。
(二) 教学方法改革
1 精讲
注意提炼基础性内容,精讲、少讲,对于派生性、细节性、应用性的内容,采取学生自学、教师辅导或组织小组讨论、师生共同研究的方式学习。围绕教学大纲,以培养本科生创新意识和提高学生研究能力为目的,结合相关专业内容和发展动态,举办下列讲座:(1)固体超强酸的研究进展;(2)杂多酸的研究进展;(3)纳米催化剂的研究进展;(4)固体酸催化剂的研究进展;(5)催化合成研究。使学生对合成化学的应用、国内外应用现状及发展趋势有所了解,拓宽了学生的知识面。
2 多练
改变“重理论轻实践”的传统思想。确实从学生毕生发展的角度出发,突出学生创新能力、实践能力、科学态度与科学精神的培养,关注学生整体素质的提高,实现知识、能力与素质的协调发展。
3 设疑
采取讲思路、讲方法、讲要点的方法,具体的问题留给学生自己解决。根据课程内容特点及实验室现有条件结合市场需求,提出就绿色合成、食品添加剂、香料香精、新型催化剂等具有研究性的问题,拟订了纳米稀土复合超强酸催化合成水杨酸戊酯、氨基磺酸催化合成苯甲酸苄酯、新型固体酸催化合成乙酸乙酯、新型Lewis酸铁钾矾催化合成月桂酸乙酯、纳米复合杂多酸催化合成萘乙醚、硫酸氢钠催化合成丙酸苄酯、固体酸催化合成乙酸苄酯、纳米复合杂多酸催化合成马来酸二辛酯的研究等多个题目,让学生在实验室进行专题研究。在此过程中,使学生学习的主动性得到了提高,不仅需要他们大量查阅资料,同时也培养锻炼了他们的综合分析问题的能力,激发了学生学习的欲望和积极性,使他们的学习由被动转为主动,在走上社会之前,尽可能较全面地了解前沿科学发展动向及动态,为以后的工作打下了良好的基础。
4 讨论
对设疑环节中的实际问题展开讨论,集思广益,取长补短,在单位教学时间内,使学生主体参与的时间延长,适当缩短教师主导参与的时间,让课堂充满学生的思考、学生的操作、学生的评议,启迪学生的创新意识和创新思维。
(三) 课外研究兴趣小组的实践
在实践中,学生要实现以下的角色转变:从理解和接受式的被动学习转变为探索和研究式的自主学习;从在学习过程的从属地位转变为“场上队员”;从自己“孤军奋战”到共同学习、共同研究;从接受、记忆和理解知识到训练思维能力和评价决策能力。此外,还要训练交流沟通能力,让学生在“干中学”。
1 分组选题过程
研究型课程的一个关键环节是为学生准备好问题,这些问题与地方经济发展相联系,能激发学生的兴趣;能挑战学生进行高层次的思维;能促使学生将多学科知识融会贯通。可依据学生自愿和教师指导的原则进行分组,每组以1~3人宜。教师可结合教材内容和工厂实际提供一些问题,同时鼓励学生根据自己的兴趣爱好结合教学实践寻找所要研究的问题。
2 查阅国内外文献
学生选好题目后,对于所承担的研究内容,在教师的指导下,上网查阅国内外相关文献,进行文献综述,使学生对本课题在国内外研究的现状、研究方法、发展方向及前沿有所了解,提出所研究内容的实验方案。
3 师生共同研究,集思广益,补充、完善、确定试验方案
化学学科是当今世界上发展迅猛的学科之一,知识更新快。在研究实验过程中,学生会遇到很多新的问题、新的知识、新的仪器等。如在“异戊酸己酯的结构分析”中要进行红外光谱等的解析等,而这些知识大一、大二学生涉及较少,在此过程中学生根据研究的具体内容,学习有关新知识、新技能,与教师共同研讨、解决,最后确定实验方案。
4 实验实施过程
教师亲自指导学生完成实验计划及方案的实施,通过实验数据分析、讨论,找出其规律性,使学生参与一个完整的科学研究的全过程,在此基础上进行阶段实验结果的报告,答疑、讨论。
5 利用先进仪器设备
让学生进一步参与有关折光率、红外光谱的测定操作,使他们了解一项科研成果是如何完成的。在本科生研究能力培养的过程中,注重实验室研究与生产实践的紧密结合,让学生带着问题和课题去与专业对口的大型现代化企事业单位开展工作。让学生进一步参与操作,检验实验室研究成果的可行性。
6 实验完成的后续工作
先由学生执笔,写出论文初稿,和教师进行讨论,最后由教师修改定稿,推荐发表,同时有价值的课题申请专利,转让生产,服务地方经济建设。
(四) 研究取得的阶段性成果
通过参与课题研究,激活学生的创新潜能,使学生的创新意识和实践能力得到锻炼。使他们从中体验到运用知识进行创造的艰辛与乐趣和辛勤耕耘获得收获的喜悦和自豪。多年来指导的本科生发表了科技论文31篇,转让给工厂生产的技术和产品2项,受到了学校的肯定与表彰。这些成果的取得,在其他学生中也引起了很大反响,学生纷纷主动要求参与课外研究兴趣小组活动。这使我们深感欣慰之余也庆幸这些探索和实践为学生创新能力的培养摸索出了一条良好途径。
总之,通过近两年的教学实践,我们提出了一个崭新的大学化学研究型教学模式:课堂研究性教学+课外研究兴趣小组。通过这个教学模式,大面积提高了教学质量,大幅度提高了学生的创新意识和创造能力,取得了优异的教学效果,得到了广大学生的一致好评。今后需要深入研究解决的问题:一是人才培养方案的修订完善,从学分制度上保障教学改革的深入进行;二是加大与地方经济建设的融合力度,产学研一条龙,使地方经济发展与学生就业发展相得益彰。
一 研究思路与研究方法
(一) 制定科学的教学改革模式
大学生创新意识和科研能力的培养,首要一环是研究型教学必须先行一步,以调动学生创新和科学研究的积极性。通过教学改革实践,我们提出了一个崭新的大学化学研究性教学模式:课堂研究性教学+课外研究兴趣小组。通过研究型课堂教学,培养学生的创新意识;在课堂研究性教学的基础上,组织课外研究兴趣小组,让学生亲身投入到科学研究中。
(二) 对学生进行科研岗前培训
举办科研常识专题讲座,从文献调研,选题立项,开放实验室,设计研究方案,进行试验研究,实验数据与现象分析,到学术论文的撰写与发表,对学生进行全方位辅导。
(三) 研究与实践相结合
比如将来自于地方经济建设的一个研究课题,划为若干子课题,分给不同的学生,让学生都明确所研究的内容、方法和目标。每人都制定出试验方案,交老师审阅后开始实施,实验完成后写出论文,老师修稿后外投发表,同时将研究成果申报专利,转让给工业生产,带来的经济效益用于购买实验材料和试剂,实现良性循环。为了鼓励学生参与科学研究,我们结合学校有关规定,将发表学术论文、申请专利、参与研究课题与创新学分挂钩,并且及时予以表彰和奖励。
二 研究过程及研究成果
(一) 教学内容改革
传统的无机化学教学内容专、深、细,具体的知识、细节的陈述,占据了大量宝贵的课堂教学时间,结论、论证、说明、讲解都是现成的,学生亦是被动地听讲和记忆,很少去思考、评判和创新。我们以培养“本科生创新意识,提高学生研究能力”为目的,把与无机学科发展相关的研究性实验内容纳入到教学当中,以“综合论文”“专题研究”等方式加强学生科研能力的训练,培养学生的创新意识。
1 改革无机化学授课内容
在讲授课程时,顺应社会发展趋势和地方经济发展特色,有针对性地选取重点、难点进行讲解,突出热点、前沿问题,如绿色合成、食品添加剂、新型催化剂等,采用多种手段,分专题进行讨论,在较短的时间里,加大重点资料信息量。
2 改革无机化学实验内容
由原来的全部是验证性实验,变为验证性实验与研究性实验结合进行,并且明确要求,研究性实验一定要占整个实验内容的30%,这样在提高学生实际操作能力的同时,也培养了学生的创新意识和创新能力。
(二) 教学方法改革
1 精讲
注意提炼基础性内容,精讲、少讲,对于派生性、细节性、应用性的内容,采取学生自学、教师辅导或组织小组讨论、师生共同研究的方式学习。围绕教学大纲,以培养本科生创新意识和提高学生研究能力为目的,结合相关专业内容和发展动态,举办下列讲座:(1)固体超强酸的研究进展;(2)杂多酸的研究进展;(3)纳米催化剂的研究进展;(4)固体酸催化剂的研究进展;(5)催化合成研究。使学生对合成化学的应用、国内外应用现状及发展趋势有所了解,拓宽了学生的知识面。
2 多练
改变“重理论轻实践”的传统思想。确实从学生毕生发展的角度出发,突出学生创新能力、实践能力、科学态度与科学精神的培养,关注学生整体素质的提高,实现知识、能力与素质的协调发展。
3 设疑
采取讲思路、讲方法、讲要点的方法,具体的问题留给学生自己解决。根据课程内容特点及实验室现有条件结合市场需求,提出就绿色合成、食品添加剂、香料香精、新型催化剂等具有研究性的问题,拟订了纳米稀土复合超强酸催化合成水杨酸戊酯、氨基磺酸催化合成苯甲酸苄酯、新型固体酸催化合成乙酸乙酯、新型Lewis酸铁钾矾催化合成月桂酸乙酯、纳米复合杂多酸催化合成萘乙醚、硫酸氢钠催化合成丙酸苄酯、固体酸催化合成乙酸苄酯、纳米复合杂多酸催化合成马来酸二辛酯的研究等多个题目,让学生在实验室进行专题研究。在此过程中,使学生学习的主动性得到了提高,不仅需要他们大量查阅资料,同时也培养锻炼了他们的综合分析问题的能力,激发了学生学习的欲望和积极性,使他们的学习由被动转为主动,在走上社会之前,尽可能较全面地了解前沿科学发展动向及动态,为以后的工作打下了良好的基础。
4 讨论
对设疑环节中的实际问题展开讨论,集思广益,取长补短,在单位教学时间内,使学生主体参与的时间延长,适当缩短教师主导参与的时间,让课堂充满学生的思考、学生的操作、学生的评议,启迪学生的创新意识和创新思维。
(三) 课外研究兴趣小组的实践
在实践中,学生要实现以下的角色转变:从理解和接受式的被动学习转变为探索和研究式的自主学习;从在学习过程的从属地位转变为“场上队员”;从自己“孤军奋战”到共同学习、共同研究;从接受、记忆和理解知识到训练思维能力和评价决策能力。此外,还要训练交流沟通能力,让学生在“干中学”。
1 分组选题过程
研究型课程的一个关键环节是为学生准备好问题,这些问题与地方经济发展相联系,能激发学生的兴趣;能挑战学生进行高层次的思维;能促使学生将多学科知识融会贯通。可依据学生自愿和教师指导的原则进行分组,每组以1~3人宜。教师可结合教材内容和工厂实际提供一些问题,同时鼓励学生根据自己的兴趣爱好结合教学实践寻找所要研究的问题。
2 查阅国内外文献
学生选好题目后,对于所承担的研究内容,在教师的指导下,上网查阅国内外相关文献,进行文献综述,使学生对本课题在国内外研究的现状、研究方法、发展方向及前沿有所了解,提出所研究内容的实验方案。
3 师生共同研究,集思广益,补充、完善、确定试验方案
化学学科是当今世界上发展迅猛的学科之一,知识更新快。在研究实验过程中,学生会遇到很多新的问题、新的知识、新的仪器等。如在“异戊酸己酯的结构分析”中要进行红外光谱等的解析等,而这些知识大一、大二学生涉及较少,在此过程中学生根据研究的具体内容,学习有关新知识、新技能,与教师共同研讨、解决,最后确定实验方案。
4 实验实施过程
教师亲自指导学生完成实验计划及方案的实施,通过实验数据分析、讨论,找出其规律性,使学生参与一个完整的科学研究的全过程,在此基础上进行阶段实验结果的报告,答疑、讨论。
5 利用先进仪器设备
让学生进一步参与有关折光率、红外光谱的测定操作,使他们了解一项科研成果是如何完成的。在本科生研究能力培养的过程中,注重实验室研究与生产实践的紧密结合,让学生带着问题和课题去与专业对口的大型现代化企事业单位开展工作。让学生进一步参与操作,检验实验室研究成果的可行性。
6 实验完成的后续工作
先由学生执笔,写出论文初稿,和教师进行讨论,最后由教师修改定稿,推荐发表,同时有价值的课题申请专利,转让生产,服务地方经济建设。
(四) 研究取得的阶段性成果
通过参与课题研究,激活学生的创新潜能,使学生的创新意识和实践能力得到锻炼。使他们从中体验到运用知识进行创造的艰辛与乐趣和辛勤耕耘获得收获的喜悦和自豪。多年来指导的本科生发表了科技论文31篇,转让给工厂生产的技术和产品2项,受到了学校的肯定与表彰。这些成果的取得,在其他学生中也引起了很大反响,学生纷纷主动要求参与课外研究兴趣小组活动。这使我们深感欣慰之余也庆幸这些探索和实践为学生创新能力的培养摸索出了一条良好途径。
总之,通过近两年的教学实践,我们提出了一个崭新的大学化学研究型教学模式:课堂研究性教学+课外研究兴趣小组。通过这个教学模式,大面积提高了教学质量,大幅度提高了学生的创新意识和创造能力,取得了优异的教学效果,得到了广大学生的一致好评。今后需要深入研究解决的问题:一是人才培养方案的修订完善,从学分制度上保障教学改革的深入进行;二是加大与地方经济建设的融合力度,产学研一条龙,使地方经济发展与学生就业发展相得益彰。