三三制人才培养下的化学实验教学改革

ժҪ：南京大学国家级化学实验教学示范中心基于三三制本科人才培养理念，对化学实验教学进行了改革，完善了专业学术类人才培养的实验课程，加强了交叉复合类实验课程建设，探索了就业创业类人才培养的实验课程及平台建设，取得了显著的建设成效。

关键词：三三制人才培养模式；化学实验课程；教学改革

1引言

为了培养符合时代以及国家发展战略要求的创新型化学人才，南京大学化学化工学院依托国家级化学实验教学中心[1]，对化学实验教学进行了不断的改革和探索。

2改革的整体设计

南京大学化学化工学院首批进入国家基础科学研究和教学人才培养基地，首批入选国家基础学科拔尖学生培养试验计划，是国内外具有重要影响的人才培养和科学研究基地。中心秉承戴安邦院士全面化学教育思想[2]，形成了一整套较为完善的实验教学课程体系，以及提高扬优早期介入科研三层次开放式实验教学模式[3,4]。但是，在新的形势下，针对专业学术类、学术交叉类以及就业创业类三类人才的培养，我们的实验教学尚存在一些不足：(1)三基训练、验证性的实验内容较多，创新性、研究性实验较少[5]；(2)对学生研究能力的培养手段和方式单一，学生对化学的前沿研究领域的知识与技术掌握不够，学生的创新意识还不够强；(3)学科交叉实验内容及其相应的实验教学条件配备不足，培养能力薄弱；(4)就业创业课程及相应的实践手段较少，实训平台缺乏。针对以上问题，为满足不同类型学生个性化培养的需要，基于南京大学化学学科的优势和特色，结合南京大学推行的教学改革方向，确立了实验教学课程改革总体思路是：完善和提升专业学术类实验课程，加强学术交叉类实验课程建设，探索就业创业类实验课程。我们构建了多元的实验课程体系[6,7]，丰富实验课程内容，加强了实验条件建设。

2.1完善专业学术类实验课程

针对专业学术类人才的培养，以重视基础、加强综合、突出设计和科研训练为建设思路，减少了验证性、单元性实验，增加综合性、研究型和自主式实验，按照激发学生兴趣、启迪学生探索、训练学生科学思维和方法、引导学生创新四个方面建设新实验项目，着重培养学生创新意识与初步的科研创新能力。在大学化学实验、有机化学实验、仪器分析实验以及物理化学实验等传统四大基础实验教学中引入反映学科前沿(新技术+新理论)的新实验，使学生尽早接触和熟悉学科前沿知识和技术。主要做法包括：(1)改进实验手段和方法，引入先进的实验技术。将传统的煤气灯加热方式改为电加热，既安全也更加可控；将在科研和实际工作中广泛运用的移液枪代替移液管，操作更为便捷、精准；物理化学实验离子迁移数的测定，通过引入分光光度法检测手段取代了原来陈旧的碘量法。(2)增加与学科前沿发展相关的新内容。有机化学新增4,4,5-三甲氧基-[1,1-联苯]-2-甲醛的制备实验，该实验以2010年诺贝尔奖获得者铃木(Suzuki)命名的交叉偶联反应为基础，引入无氧反应和快速柱层析等在科研实验中常用的技术和手段。物理化学流动法测定-Al2O3小球催化剂乙醇脱水的催化性能实验使用了气相色谱分析技术替代原来陈旧的量气法，大大改善了对催化反应实验产物的检测；对反应装置和气相色谱仪进行进一步升级，构建了先进的微型反应评价装置替代了原来的设备，实现了与学科前沿技术的接轨。(3)有计划开放创新性实验，对学有余力的学生开设开放性实验，将科研课题内容引入，启发学生自主探索、单独设计实验。改变教学的方式，将验证性和探索性相结合，采用验证/探索两段式教学模式，培养学生的研究性思维、自主学习能力和创新精神。(4)增加计算机与化学课程及实验。近年来，计算机模拟研究已经成为与理论研究和实验研究同样重要的基本途径，我们开设了计算机与化学计算量子化学统计热力学等课程，增加计算化学方面的实验内容，提升学生的模型思考与创新思维能力及动手实践能力，促进他们将实验和理论计算的结合。例如在物理化学基础实验中开设了两个计算化学实验：甲烷生成热和燃烧热的理论计算，以及H+CH4=H2+CH3和D+CH4=HD+CH3反应动力学参数的计算。前者是热力学相关的计算化学实验，让学生初步掌握计算物质热力学性质的理论方法；后者是与动力学相关的计算化学实验，帮助学生加强对统计热力学、过渡态理论等知识的理解和具体应用。此外，在物理化学的设计实验中，部分学生运用Gaussian软件等设计出一系列与学科前沿密切相关的计算化学实验。通过此类实验的开设，培养了学生从原子、分子层次思考问题的能力，培养学生采用计算软件对各种化学材料、生物医药进行计算模拟，促进了他们对理论计算这种学科前沿技术的掌握。(5)为了提高学生自主学习和自主实验的能力，我们还加强实验教学课程建设，在网络精品课程的基础上，利用电化教学手段和数字模拟技术，拍摄实验基本操作以及大型仪器原理和操作的教学视频，规范实验操作，方便学生学习；开发课程预习软件，通过预习平台提交研究性实验方案，训练学生的科学思维和方法。

2.2加强交叉复合类实验课程

新知识和新学科的产生常常源于学科的交叉和融合。学科交叉融合发展的趋势，要求本科生实验教学必须注重学科交叉以及多学科复合。我们依托国家级精品课程综合化学实验，围绕着化学与生命、化学与材料等交叉领域进行课程设计和条件建设[8]。将教师科研中的成果转化为综合化学实验的教学内容，学生可以接触到更多学科的前沿和热点，综合实践能力和分析解决问题的能力得到提升，学生的科研素质和创新能力得到了提高[9]。首先，化学与生命交叉是目前蓬勃发展的研究领域。为了让本科生尽早参与并切实接触到交叉学科内各领域的前沿科学问题，对于跨学科知识和技术有更加深刻的领悟，我们在精品课程综合化学实验中增加化学与生物学科交叉融合的实验项目，并加大建设经费的投入，使之很快具备实验教学开展的条件，开设了真核细胞的传代培养及转染实验生物大分子固相合成与质谱分析等实验，让学生了解细胞培养和传代的过程，了解细胞转染的过程，使学生掌握基因工程、细胞工程等领域的实验技术和方法。其次，材料科学在社会发展、国防事业等方面起着非常重要的作用，我们以高分子材料为切入点，依托高分化学重点实验室，让本科生进入化学与材料科学交叉研究平台进行科研训练，开设了高分子纳米复合先进材料制备与微加工成型及性能研究高分子柔性储能与应力传感器件制备及性能测试天然高分子改性絮凝剂研究等实验，让化学专业的学生掌握器件制作、材料加工，以及光、电、磁等材料性能测定的实验技能。

2.3探索就业创业类实验建设

化学化工及相关产业是国民经济的支柱产业，其产值占国民经济生产总值的16.5%，人才需求广泛。教学实践及生产实习是培养就业创业类学生实践能力和创新意识必不可少的重要环节，是培养应用型人才的重要途径[10]，我们在建设校外实践实训基地的同时，依托中级应用化学实验和化工原理实验课程，加强对就业创业类人才培养的实验课程建设及实践平台建设。首先，将化工原理实验结合化学工业生产过程综合化、装置规模大型化等特点，将化工操作培训安排在一定的工艺流程装置上进行，以锻炼学生的操作能力，培养工作操作中的分析和解决问题的能力(见图1)；在大工程观的背景下，拓展化工基础实验内容，引入精馏实训装置及吸收与解吸实训装置，拉近课程教学与工程实践之间的距离，使学生了解工程的本质和特征(见图2)；现代化工实训装置采用化工技术、自动化控制技术和网络技术的最新成果、实现工厂情景化、故障模拟化、操作实际化和控制网络化设计目标，体现健康、安全和环保的理念，实训装置流程、设备配置和操作方式与工厂基本一致。其次，中级应用化学实验引入化学、化工前沿的最新产品和工艺作为特色实验，开设的实验涵盖目前国内外市场上畅销的重要化工产品和过程，如特殊化学品、能源类化工产品、医药及医药中间体、胶黏剂、燃料、日化、香料、食品添加剂、催化剂等。例如：特殊化学品制备室温离子液体的合成及物性研究；环境及能源类实验垃圾无害处理及能源综合利用。通过以上实验的开设，让学生掌握市场常见化学品的合成方法，了解最新的科技发展动态，在就业创业时占领先机。第三，拓宽实践平台和基地。在扬子石化、梅兰化工等大型化工企业建立学生实践实习基地，充分利用虚拟仿真中心等优质资源，增加学生对于化工生产过程的了解，拓宽学生实践渠道和机会；利用校友资源和暑期社会实践，为学生提供更多的实习实践平台和机会，为学生的就业创业助力。

3结语

近几年，中心围绕实验教学内容和教学方式改革，利用教育部改善基本办学条件建设项目、拔尖计划、985建设项目、江苏省品牌专业等项目，投入经费近千万元，极大地改善了实验教学条件，提升了实验中心的硬件环境，为实验教学改革提供保障和支撑。教师更新了教学观念，提升了教学水平，大学化学实验和综合化学实验入选国家级精品资源共享课。教师先后编写实验类教材6本，近五年发表教改论文22篇。学生参与科研的热情高涨，积极申请大学生创新训练项目，提前进入实验室以及参与发表学术论文的人数不断增加。2016届学生在本科期间在生科院老师指导下首次提出了自供氧光动力疗法，有望用于癌症治疗，并在Nat.Commun.上发表第一作者论文。学生在学科实验竞赛中成绩斐然。在近五届全国大学生化学实验邀请赛中获得一等奖8项、特别奖3项，居全国高校前列。自2010年设立江苏省大学生化学化工实验竞赛以来，获得一等奖11项；2017年参加首届全国大学生化工实验大赛全国总决赛获得团队二等奖。本科毕业生读研比例持续提升，境外知名高校读研学生超过1/3。本科毕业受到用人单位的欢迎，就业率达99%。毕业学生进入包括世界500强企业等一批国内外大型企事业单位，得到用人单位的一致好评。

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