有机化学实验教学对科研素养...的研究性实验与创新能力培养_赵卫光.pdf
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1、 32 Univ.Chem.2023,38(2),3237 收稿:2022-05-08;录用:2022-06-16;网络发表:2022-07-07*通讯作者,Emails:(关英);(赵卫光)基金资助:南开大学2020年和2022年本科教育教学改革一流课程建设项目(NKJG2020115,NKJG2022028)教学研究与改革 doi:10.3866/PKU.DXHX202205024 有机化学实验教学对科研素养的培养有机化学实验教学对科研素养的培养 目标导向的研究性实验与创新能力培养 赵卫光*,关英*南开大学化学学院,天津 300071 摘要:摘要:针对本科生科研素养的培养,我们在本科有机化
2、学实验教学中开展了一系列教学探索。本文总结了目标导向的研究性实验教学活动,通过方案设计、实施和总结三阶段的教学过程设计,让学生在实验教学过程中体验到科学研究的全过程,培养了基本的科研能力,取得了良好的教学效果。关键词:关键词:本科教学;研究性实验;科研素养;创新能力 中图分类号:中图分类号:G64;O6 Teaching of Organic Chemistry Laboratory for Improving Scientific Literacy:Research-Type Experiment and Innovation Ability Weiguang Zhao*,Ying Guan
3、*College of Chemistry,Nankai University,Tianjin 300071,China.Abstract:A series of teaching exploration is carried out in organic chemistry laboratory to improve scientific literacy of undergraduate students.This article details our efforts in designing teaching activities on research-type experiment
4、 to introduce students to the scientific process and impart basic research ability through program design,implementation and summarization.Key Words:Undergraduate teaching;Research-type experiment;Scientific literacy;Innovation ability 国家中长期教育改革和发展规划纲要(20102020年)中指出,高等教育的“重点是面向全体学生、促进学生全面发展,着力提高学生服务
5、国家服务人民的社会责任感、勇于探索的创新精神和善于解决问题的实际能力”。华东师范大学校长钱旭红院士在该校第二十六届本科教学与教学管理研讨会上指出:“硏究型教育教学应该做教育硏究、教学硏究,特别是高水平的教育硏究,学科的教育硏究,而不仅仅是科学研究1。”在本科学习期间开展研究性实验是培养学生创新能力和解决问题能力的重要方式2,3,目前已经有一些学校在实验课中引入了一些研究性内容47。然而由于本科教学的特殊性,研究性实验和创新能力的培养很难面向全体学生。笔者在本文中就如何面向全体学生,在不改变教学大纲的情况下,在本科有机化学实验教学中开展研究性实验的体验课程,让学生初步了解研究性实验的基本思路和过
6、程,并培养创新能力的问题进行探讨。No.2 doi:10.3866/PKU.DXHX202205024 331 目标导向的研究性实验教学设计目标导向的研究性实验教学设计 创新能力的培养不是一蹴而就的,首先需要对学生逐步进行科研基本能力的培养。我们在前文中已经介绍了线上教学期间,如何利用家中实验室提升学生的化学兴趣和培养化学思维8,通过思想实验和翻转课堂的方式,培养学生基本的化学科研能力,实现了学生从“听你讲我做”到“我想说自己做”的初步转变9。在教学实践中,我们还将唯物辩证法思想与思想实验相结合10,对学生学习化学实验的兴趣、文献检索归纳、文献阅读、化学软件使用、PPT制作和专业表达、分析和解
7、决问题、团队合作等基本科研能力进行了培养9,10。然而学生学到的依然是零散的基本能力,如何将这些基本能力学以致用,将科学素养融化进学生的血液里,如何在不打破已有教学体系的情况下,让学生体验相对完整的科学研究过程,开始熟悉和理解科研过程,把所学知识融会贯通?这是我们在教学设计中一直关注并思考的问题。目标导向的研究性实验可能是个很好的切入点。这里的目标导向是指选定某个教学实验,给学生设定一个具体的研究目标,以这个目标为导向让学生自行设计实验。南开大学化学专业的有机化学实验面向大学二年级本科生,包含有机化学实验2-1和2-2课程,分两个学期学习。第一学期主要是基本操作的学习,第二学期主要是连续合成实
8、验,加深对基础操作的理解。因此在第二学期开始时,开始准备研究性实验的体验课程是一个比较理想的时机,我们选择了有机化学实验2-2中的第12次实验“苯甲酸乙酯的合成”作为研究性实验的体验课程。对于前30%左右的学生来说,学习主动性强并有相对独立的见解,我们充分发挥学生的主观能动性,尽可能提供其所需要的实验条件,同学生一起自由讨论,让学生自由发挥,释放天性。对于中间40%左右的学生,有学习的动力,囿于经验或创新性不足,我们注重对学生的研究方法、思维方式和逻辑性的培养,提高学生的创新能力;对于后30%左右的学生,学习兴趣不高或没有从事科学研究的打算,我们主要是调动学生的积极性,让学生能够按照要求完成任
9、务,体验科研过程,熟悉研究方法和流程,期望学生能在今后的工作中将这些技能学以致用。在第二学期伊始,我们将全班按照每56人一组,自由组合,分作不同的团队。每个团队需要针对苯甲酸乙酯的合成查阅文献、通过团队讨论设计实验方案,并分配实验任务。在实验实施前4周,每周在实验开始前抽出半小时时间,或利用实验中合成阶段的等候时间(如加热回流期间),各团队根据课下的学习情况用PPT向全班汇报各自的实验方案,每周2个团队,每个团队的方案讨论两次。课下学生还可以通过微信群与教师进行讨论,不断调整实验方案,最后在教师的指导下制定切实可行的实施方案。然后,各团队按照最终确定的实施方案内容分别进行实验,共享实验结果。实
10、验结束后,要求每个人独立分析和总结数据,并按照有机化学杂志的投稿要求撰写研究论文。研究论文、可行性报告和设计方案一起作为期末考试成绩的评定依据。我们已经在2018级和2019级学生中开展了研究性实验的教学探索,其中2018级受新冠肺炎疫情的影响仅提交了可行性报告和进行了方案论证。2 目标导向的研究性实验教学过程实例目标导向的研究性实验教学过程实例 按照科学研究的基本规律,我们将研究性实验教学过程分作三个阶段,分别是方案设计、实施和总结阶段。教学设计示意图见图1。2.1 方案的设计方案的设计 在方案设计阶段,我们要求学生提交的方案必须包含研究进展综述、设计思路、实验方案设计和可行性分析。下面我们
11、结合学生的PPT和课堂讨论具体分析。2.1.1 研究进展综述研究进展综述 撰写研究进展综述是科学研究的第一步,只有全面了解前人的工作,才能确定正确、合理的研究方向和研究目标,同时避免重复性的工作。在教学中为了帮助学生们理解,我们要求学生从苯甲酸乙酯的性质、用途和安全性以及合成方法等方面进行总结。34 大 学 化 学 Vol.38 图图1 研究性实验教学设计示意图研究性实验教学设计示意图 图2摘自不同小组的总结PPT,限于篇幅,PPT中仅展示了部分内容,但已经可以看出学生对苯甲酸乙酯的合成具备了初步的文献查阅和综述能力。大部分同学也注意到了文献的引用,但却没有采用惯常的文献同页引用方式,如图2中
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