近年来以项目形式开展的大学生科学研究活动已经成为高等学校创新人才培养的重要形式, 教育部于2007实施了“国家大学生创新性实验计划”, 各省市教育管理部门也建立了相应的资助计划, 同时各高校和广大教师对学生的创新实践能力的培养亦越来越重视, 纷纷开展了独立的或与企业联合的本科生科学研究活动。由此, 提出一个问题, 怎样开展大学生的创新实验?实施时应注意哪些关键程序?以下仅就大学生化学创新实验方面探讨一下这个问题。作者把多年的教学实践, 尤其是在指导大学生化学创新实验的具体实践中总结出的一些不很成熟的经验提供给同行, 以供参考。
化学创新实验与化学基础课实验教学中一般意义上的实验环节有着本质的区别。化学基础课实验教学多以验证型、演示型实验为主, 虽具有直观、验证、加深理解和巩固知识的功能, 但缺乏综合性、设计性和创新性。而化学创新实验更接近于毕业设计, 是将化学学科前沿知识融于实验教学之中, 引导学生开展研究性学习, 培养学生科学研究与发明创造的能力。因此, 以项目形式开设化学创新性试验就显得非常重要。
以项目形式开展的大学生化学创新实验虽然属于浅层次的、训练性的科学研究, 但要取得成效, 就必须严格遵循科学研究的一般法则, 就作者看来, 可以从以下六个方面着手。
选题是科研中的首要问题, 选题的正确与否决定着实验的新颖性和科学性。选题必须在搜集大量资料的基础上进行。首先, 对收集到的材料作全面的阅读研究, 主要的、次要的、不同角度的、不同观点的都应了解。第二步, 将阅读资料进行分类。如:系统介绍有关问题研究发展概况的资料;对某一个问题研究情况的资料、对同一问题几种不同观点的资料、对某一问题研究最新的资料和成果等。第三步, 将自己在研究中的体会与资料分别加以比较, 找出哪些体会在资料中没有或部分没有;哪些体会虽然资料已有, 但自己对此有不同看法;哪些体会是在资料基础上的深化和发挥等。经过几番深思熟虑的思考过程, 就容易萌生自己的“拟想”。把这种“拟想”及时捕捉住, 再做进一步的思考, 选题的目标也就会渐渐明确起来。但这种“拟想”是否真正可行, 还需按着拟想的研究方向跟踪追溯。如果“拟想”对别人的观点有补充作用或产生了进一步的思想火花, 则可以把“拟想”确定下来, 作为具体题目。
在提出自己的具体选题构思之后, 就要确定研究的方案了。在方案中, 除了确定研究内容、研究方式以外, 也必须充分考虑研究的可行性;如资料可行性、时间可行性、设备可行性、经费可行性等。方案制订完毕, 学生往往需要填写创新实验项目申请书, 以待教师的评审意见。申请书内容包括:实验题目;实验的理论依据 (实验研究的目的意义、实验原理、主要参考文献等) ;实验方案 (实验目标、实验内容和关键问题, 拟采用的实验方法、技术路线及可行性分析, 实验时间安排等) ;项目组人员;实验基础要求 (实验材料、仪器设备、试剂及配制等) 等等。这个过程可让学生了解科研课题申报的程序, 培养学生用精炼语言表达自己的创新思想和设计方案, 锻炼学生综合归纳的能力。
为了让实验选题更加具有科学性和实际意义, 在学生正式开始实验之前, 教师有必要对他们的选题进行评审。此阶段可分为三个程序进行:老师初审、学生修改、学生老师讲评等。讲评时, 由每个设计小组推荐一名成员, 用几分钟时间陈述自己的设计方案, 然后学生和老师对有关问题提问和探讨。这个阶段不仅使设计方案中存在的问题得到解决, 而且学生大开眼界, 培养了学生的科学思维和创新意识, 锻炼了学生语言表达能力和评价能力。
学生主要是按照自己设计的实验步骤和安排的实验时间, 有条不紊地完成实验过程。实验过程要求学生认真操作, 细致观察, 详细记录。这个过程中, 很可能出现预想不到的现象, 所以要及时分析, 查找原因, 并找到合理的解决方法。实验实施的过程是将理论付诸于实践的过程, 它使学生独立动手能力, 独立分析问题和解决问题的能力得到了提高, 不仅培养了学生科学研究的品质, 而且增强了自信心。
实验结束后, 组织学生进行总结讨论, 先由学生对实验的过程和结果进行阐述, 再由指导教师或其他学生对其报告提出问题, 提出问题的内容包括:文献准备与背景知识, 思路与技术手段的实践情况, 操作环节与实验结果等。讨论后, 指导教师应对每一个创新实验进行点评, 主要是肯定其长处, 高度地赞扬同学们的设计热情和创造能力。这些作法能唤起学生们的科研热情, 激发他们的创新意识, 培养他们的创新精神和实践能力。
对创新实验的总结可以写成一篇小的学术论文, 是对大学生的科学研究的初步训练, 同时也为今后撰写论文打下良好的基础。对于选题新颖, 有较高的学术水平的论文成果, 可以推荐发表和报奖。
我们一贯倡导“加强实践、拔尖创新、落脚能力”的实验教学思想, 2006年始, 我们利用表面微纳米材料研究所现代化的实验室和完备的大型精密表征仪器, 在化学化工学院的“应用化学”专业开展化学创新实验的试点工作, 开创性地启动了以项目形式开展的大学生化学创新实验。在取得试点初步成功之后, 又推广到各个主干课程以及院级、校级选修课当中, 学生的受益面迅速扩大。对于优秀学生, 进一步通过与企业的合作以及引入横向项目, 推荐他们参加整个项目的研发全过程, 实训性强, 学生的创新能量得到巨大释放。回顾我们创新实验活动的规模, 截至2010年上半年, 化学创新试验覆盖面达到550人次, 项目的数量共计206个, 其中优秀作品59个, 占到总项目数的近1/3。2008年, 以表面微纳米材料研究所为依托的“应用化学”学科被遴选为河南省重点学科。
我们有充分的理由相信, 在教育部“国家大学生创新性实验计划”的带动下, 在广大教师和学生的积极参与下, 良好的创新实验实施程序定会在实践中得到推广和应用, 并将对跨学科的创新实验的展开起到很好的示范作用, 由此取得的良好实验教学效果, 将最终受益于学生乃至社会。同时也希望我们取得的这点滴的实践经验对兄弟院校有抛砖引玉之功效, 这正是作者求之不得的事情。
摘要：项目形式开展的大学生化学创新实验活动是一项复杂的系统工程。本文对化学创新实验的实施程序进行了详细论述。
关键词：创新实验,化学创新实验,创新实验项目
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