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摘要：南京大學(xué)國(guó)家級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心基于“三三制”本科人才培養(yǎng)理念，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革，完善了“專業(yè)學(xué)術(shù)類”人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)課程，加強(qiáng)了“交叉復(fù)合類”實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)，探索了“就業(yè)創(chuàng)業(yè)類”人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)課程及平臺(tái)建設(shè)，取得了顯著的建設(shè)成效。

關(guān)鍵詞：“三三制”人才培養(yǎng)模式；化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程；教學(xué)改革

1引言

為了培養(yǎng)符合時(shí)代以及國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略要求的創(chuàng)新型化學(xué)人才，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院依托國(guó)家級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心[1]，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了不斷的改革和探索。

2改革的整體設(shè)計(jì)

南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院首批進(jìn)入國(guó)家“基礎(chǔ)科學(xué)研究和教學(xué)人才培養(yǎng)基地”，首批入選“國(guó)家基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)試驗(yàn)計(jì)劃”，是國(guó)內(nèi)外具有重要影響的人才培養(yǎng)和科學(xué)研究基地。中心秉承戴安邦院士“全面化學(xué)教育思想”[2]，形成了一整套較為完善的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系，以及“提高–揚(yáng)優(yōu)–早期介入科研”三層次開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[3,4]。但是，在新的形勢(shì)下，針對(duì)“專業(yè)學(xué)術(shù)類、學(xué)術(shù)交叉類以及就業(yè)創(chuàng)業(yè)類”三類人才的培養(yǎng)，我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)尚存在一些不足：(1)三基訓(xùn)練、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多，創(chuàng)新性、研究性實(shí)驗(yàn)較少[5]；(2)對(duì)學(xué)生研究能力的培養(yǎng)手段和方式單一，學(xué)生對(duì)化學(xué)的前沿研究領(lǐng)域的知識(shí)與技術(shù)掌握不夠，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)還不夠強(qiáng)；(3)學(xué)科交叉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及其相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件配備不足，培養(yǎng)能力薄弱；(4)就業(yè)創(chuàng)業(yè)課程及相應(yīng)的實(shí)踐手段較少，實(shí)訓(xùn)平臺(tái)缺乏。針對(duì)以上問(wèn)題，為滿足不同類型學(xué)生個(gè)性化培養(yǎng)的需要，基于南京大學(xué)化學(xué)學(xué)科的優(yōu)勢(shì)和特色，結(jié)合南京大學(xué)推行的教學(xué)改革方向，確立了實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程改革總體思路是：完善和提升“專業(yè)學(xué)術(shù)類”實(shí)驗(yàn)課程，加強(qiáng)“學(xué)術(shù)交叉類”實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)，探索“就業(yè)創(chuàng)業(yè)類”實(shí)驗(yàn)課程。我們構(gòu)建了多元的實(shí)驗(yàn)課程體系[6,7]，豐富實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)。

2.1完善“專業(yè)學(xué)術(shù)類”實(shí)驗(yàn)課程

針對(duì)“專業(yè)學(xué)術(shù)類”人才的培養(yǎng)，以“重視基礎(chǔ)、加強(qiáng)綜合、突出設(shè)計(jì)和科研訓(xùn)練”為建設(shè)思路，減少了驗(yàn)證性、單元性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、研究型和自主式實(shí)驗(yàn)，按照“激發(fā)學(xué)生興趣、啟迪學(xué)生探索、訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維和方法、引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新”四個(gè)方面建設(shè)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與初步的科研創(chuàng)新能力。在大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、儀器分析實(shí)驗(yàn)以及物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)等傳統(tǒng)四大基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入反映學(xué)科前沿(新技術(shù)+新理論)的新實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生盡早接觸和熟悉學(xué)科前沿知識(shí)和技術(shù)。主要做法包括：(1)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)手段和方法，引入先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。將傳統(tǒng)的煤氣燈加熱方式改為電加熱，既安全也更加可控；將在科研和實(shí)際工作中廣泛運(yùn)用的移液槍代替移液管，操作更為便捷、精準(zhǔn)；物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)“離子遷移數(shù)的測(cè)定”，通過(guò)引入分光光度法檢測(cè)手段取代了原來(lái)陳舊的碘量法。(2)增加與學(xué)科前沿發(fā)展相關(guān)的新內(nèi)容。有機(jī)化學(xué)新增“4,4,5-三甲氧基-[1,1’-聯(lián)苯]-2-甲醛的制備”實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)以2010年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者鈴木(Suzuki)命名的交叉偶聯(lián)反應(yīng)為基礎(chǔ)，引入無(wú)氧反應(yīng)和快速柱層析等在科研實(shí)驗(yàn)中常用的技術(shù)和手段。物理化學(xué)“流動(dòng)法測(cè)定γ-Al2O3小球催化劑乙醇脫水的催化性能實(shí)驗(yàn)”使用了氣相色譜分析技術(shù)替代原來(lái)陳舊的量氣法，大大改善了對(duì)催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的檢測(cè)；對(duì)反應(yīng)裝置和氣相色譜儀進(jìn)行進(jìn)一步升級(jí)，構(gòu)建了先進(jìn)的微型反應(yīng)評(píng)價(jià)裝置替代了原來(lái)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了與學(xué)科前沿技術(shù)的接軌。(3)有計(jì)劃開(kāi)放創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)有余力的學(xué)生開(kāi)設(shè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，將科研課題內(nèi)容引入，啟發(fā)學(xué)生自主探索、單獨(dú)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。改變教學(xué)的方式，將驗(yàn)證性和探索性相結(jié)合，采用驗(yàn)證/探索兩段式教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的研究性思維、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新精神。(4)增加“計(jì)算機(jī)與化學(xué)”課程及實(shí)驗(yàn)。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)模擬研究已經(jīng)成為與理論研究和實(shí)驗(yàn)研究同樣重要的基本途徑，我們開(kāi)設(shè)了“計(jì)算機(jī)與化學(xué)”“計(jì)算量子化學(xué)”“統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)”等課程，增加計(jì)算化學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提升學(xué)生的模型思考與創(chuàng)新思維能力及動(dòng)手實(shí)踐能力，促進(jìn)他們將實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算的結(jié)合。例如在物理化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中開(kāi)設(shè)了兩個(gè)計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)：甲烷生成熱和燃燒熱的理論計(jì)算，以及H·+CH4=H2+CH3·和D·+CH4=HD+CH3·反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的計(jì)算。前者是熱力學(xué)相關(guān)的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生初步掌握計(jì)算物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)的理論方法；后者是與動(dòng)力學(xué)相關(guān)的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生加強(qiáng)對(duì)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)、過(guò)渡態(tài)理論等知識(shí)的理解和具體應(yīng)用。此外，在物理化學(xué)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，部分學(xué)生運(yùn)用Gaussian軟件等設(shè)計(jì)出一系列與學(xué)科前沿密切相關(guān)的計(jì)算化學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)此類實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，培養(yǎng)了學(xué)生從原子、分子層次思考問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生采用計(jì)算軟件對(duì)各種化學(xué)材料、生物醫(yī)藥進(jìn)行計(jì)算模擬，促進(jìn)了他們對(duì)理論計(jì)算這種學(xué)科前沿技術(shù)的掌握。(5)為了提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)和自主實(shí)驗(yàn)的能力，我們還加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程建設(shè)，在網(wǎng)絡(luò)精品課程的基礎(chǔ)上，利用電化教學(xué)手段和數(shù)字模擬技術(shù)，拍攝實(shí)驗(yàn)基本操作以及大型儀器原理和操作的教學(xué)視頻，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，方便學(xué)生學(xué)習(xí)；開(kāi)發(fā)課程預(yù)習(xí)軟件，通過(guò)預(yù)習(xí)平臺(tái)提交研究性實(shí)驗(yàn)方案，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維和方法。

2.2加強(qiáng)“交叉復(fù)合類”實(shí)驗(yàn)課程

新知識(shí)和新學(xué)科的產(chǎn)生常常源于學(xué)科的交叉和融合。學(xué)科交叉融合發(fā)展的趨勢(shì)，要求本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須注重學(xué)科交叉以及多學(xué)科復(fù)合。我們依托國(guó)家級(jí)精品課程“綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)”，圍繞著化學(xué)與生命、化學(xué)與材料等交叉領(lǐng)域進(jìn)行課程設(shè)計(jì)和條件建設(shè)[8]。將教師科研中的成果轉(zhuǎn)化為綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可以接觸到更多學(xué)科的前沿和熱點(diǎn)，綜合實(shí)踐能力和分析解決問(wèn)題的能力得到提升，學(xué)生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力得到了提高[9]。首先，化學(xué)與生命交叉是目前蓬勃發(fā)展的研究領(lǐng)域。為了讓本科生盡早參與并切實(shí)接觸到交叉學(xué)科內(nèi)各領(lǐng)域的前沿科學(xué)問(wèn)題，對(duì)于跨學(xué)科知識(shí)和技術(shù)有更加深刻的領(lǐng)悟，我們?cè)诰氛n程“綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)中”增加化學(xué)與生物學(xué)科交叉融合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并加大建設(shè)經(jīng)費(fèi)的投入，使之很快具備實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展的條件，開(kāi)設(shè)了“真核細(xì)胞的傳代培養(yǎng)及轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)”“生物大分子固相合成與質(zhì)譜分析”等實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解細(xì)胞培養(yǎng)和傳代的過(guò)程，了解細(xì)胞轉(zhuǎn)染的過(guò)程，使學(xué)生掌握基因工程、細(xì)胞工程等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法。其次，材料科學(xué)在社會(huì)發(fā)展、國(guó)防事業(yè)等方面起著非常重要的作用，我們以高分子材料為切入點(diǎn)，依托高分化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，讓本科生進(jìn)入化學(xué)與材料科學(xué)交叉研究平臺(tái)進(jìn)行科研訓(xùn)練，開(kāi)設(shè)了“高分子納米復(fù)合先進(jìn)材料制備與微加工成型及性能研究”“高分子柔性儲(chǔ)能與應(yīng)力傳感器件制備及性能測(cè)試”“天然高分子改性絮凝劑研究”等實(shí)驗(yàn)，讓化學(xué)專業(yè)的學(xué)生掌握器件制作、材料加工，以及光、電、磁等材料性能測(cè)定的實(shí)驗(yàn)技能。

2.3探索“就業(yè)創(chuàng)業(yè)類”實(shí)驗(yàn)建設(shè)

化學(xué)化工及相關(guān)產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其產(chǎn)值占國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的16.5%，人才需求廣泛。教學(xué)實(shí)踐及生產(chǎn)實(shí)習(xí)是培養(yǎng)“就業(yè)創(chuàng)業(yè)類”學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)必不可少的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要途徑[10]，我們?cè)诮ㄔO(shè)校外實(shí)踐實(shí)訓(xùn)基地的同時(shí)，依托“中級(jí)應(yīng)用化學(xué)”實(shí)驗(yàn)和“化工原理實(shí)驗(yàn)”課程，加強(qiáng)對(duì)“就業(yè)創(chuàng)業(yè)類”人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)及實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)。首先，將“化工原理實(shí)驗(yàn)”結(jié)合化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程綜合化、裝置規(guī)模大型化等特點(diǎn)，將化工操作培訓(xùn)安排在一定的工藝流程裝置上進(jìn)行，以鍛煉學(xué)生的操作能力，培養(yǎng)工作操作中的分析和解決問(wèn)題的能力(見(jiàn)圖1)；在大工程觀的背景下，拓展化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引入精餾實(shí)訓(xùn)裝置及吸收與解吸實(shí)訓(xùn)裝置，拉近課程教學(xué)與工程實(shí)踐之間的距離，使學(xué)生了解工程的本質(zhì)和特征(見(jiàn)圖2)；現(xiàn)代化工實(shí)訓(xùn)裝置采用化工技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新成果、實(shí)現(xiàn)工廠情景化、故障模擬化、操作實(shí)際化和控制網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，體現(xiàn)健康、安全和環(huán)保的理念，實(shí)訓(xùn)裝置流程、設(shè)備配置和操作方式與工廠基本一致。其次，“中級(jí)應(yīng)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)”引入化學(xué)、化工前沿的最新產(chǎn)品和工藝作為特色實(shí)驗(yàn)，開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)涵蓋目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上暢銷的重要化工產(chǎn)品和過(guò)程，如特殊化學(xué)品、能源類化工產(chǎn)品、醫(yī)藥及醫(yī)藥中間體、膠黏劑、燃料、日化、香料、食品添加劑、催化劑等。例如：特殊化學(xué)品制備——室溫離子液體的合成及物性研究；環(huán)境及能源類實(shí)驗(yàn)——垃圾無(wú)害處理及能源綜合利用。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，讓學(xué)生掌握市場(chǎng)常見(jiàn)化學(xué)品的合成方法，了解最新的科技發(fā)展動(dòng)態(tài)，在就業(yè)創(chuàng)業(yè)時(shí)占領(lǐng)先機(jī)。第三，拓寬實(shí)踐平臺(tái)和基地。在揚(yáng)子石化、梅蘭化工等大型化工企業(yè)建立學(xué)生實(shí)踐實(shí)習(xí)基地，充分利用虛擬仿真中心等優(yōu)質(zhì)資源，增加學(xué)生對(duì)于化工生產(chǎn)過(guò)程的了解，拓寬學(xué)生實(shí)踐渠道和機(jī)會(huì)；利用校友資源和暑期社會(huì)實(shí)踐，為學(xué)生提供更多的實(shí)習(xí)實(shí)踐平臺(tái)和機(jī)會(huì)，為學(xué)生的就業(yè)創(chuàng)業(yè)助力。

3結(jié)語(yǔ)

近幾年，中心圍繞實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式改革，利用教育部改善基本辦學(xué)條件建設(shè)項(xiàng)目、拔尖計(jì)劃、985建設(shè)項(xiàng)目、江蘇省品牌專業(yè)等項(xiàng)目，投入經(jīng)費(fèi)近千萬(wàn)元，極大地改善了實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，提升了實(shí)驗(yàn)中心的硬件環(huán)境，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供保障和支撐。教師更新了教學(xué)觀念，提升了教學(xué)水平，“大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”和“綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)”入選國(guó)家級(jí)精品資源共享課。教師先后編寫實(shí)驗(yàn)類教材6本，近五年發(fā)表教改論文22篇。學(xué)生參與科研的熱情高漲，積極申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室以及參與發(fā)表學(xué)術(shù)論文的人數(shù)不斷增加。2016屆學(xué)生在本科期間在生科院老師指導(dǎo)下首次提出了自供氧光動(dòng)力療法，有望用于癌癥治療，并在Nat.Commun.上發(fā)表第一作者論文。學(xué)生在學(xué)科實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽中成績(jī)斐然。在近五屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽中獲得一等獎(jiǎng)8項(xiàng)、特別獎(jiǎng)3項(xiàng)，居全國(guó)高校前列。自2010年設(shè)立江蘇省大學(xué)生化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽以來(lái)，獲得一等獎(jiǎng)11項(xiàng)；2017年參加首屆全國(guó)大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽全國(guó)總決賽獲得團(tuán)隊(duì)二等獎(jiǎng)。本科畢業(yè)生讀研比例持續(xù)提升，境外知名高校讀研學(xué)生超過(guò)1/3。本科畢業(yè)受到用人單位的歡迎，就業(yè)率達(dá)99%。畢業(yè)學(xué)生進(jìn)入包括世界500強(qiáng)企業(yè)等一批國(guó)內(nèi)外大型企事業(yè)單位，得到用人單位的一致好評(píng)。

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作者:李育佳 朱成建 張劍榮 單位:南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院