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摘要：南京大學國家級化學實驗教學示范中心基于“三三制”本科人才培養理念，對化學實驗教學進行了改革，完善了“專業學術類”人才培養的實驗課程，加強了“交叉復合類”實驗課程建設，探索了“就業創業類”人才培養的實驗課程及平臺建設，取得了顯著的建設成效。

關鍵詞：“三三制”人才培養模式；化學實驗課程；教學改革

1引言

為了培養符合時代以及國家發展戰略要求的創新型化學人才，南京大學化學化工學院依托國家級化學實驗教學中心[1]，對化學實驗教學進行了不斷的改革和探索。

2改革的整體設計

南京大學化學化工學院首批進入國家“基礎科學研究和教學人才培養基地”，首批入選“國家基礎學科拔尖學生培養試驗計劃”，是國內外具有重要影響的人才培養和科學研究基地。中心秉承戴安邦院士“全面化學教育思想”[2]，形成了一整套較為完善的實驗教學課程體系，以及“提高–揚優–早期介入科研”三層次開放式實驗教學模式[3,4]。但是，在新的形勢下，針對“專業學術類、學術交叉類以及就業創業類”三類人才的培養，我們的實驗教學尚存在一些不足：(1)三基訓練、驗證性的實驗內容較多，創新性、研究性實驗較少[5]；(2)對學生研究能力的培養手段和方式單一，學生對化學的前沿研究領域的知識與技術掌握不夠，學生的創新意識還不夠強；(3)學科交叉實驗內容及其相應的實驗教學條件配備不足，培養能力薄弱；(4)就業創業課程及相應的實踐手段較少，實訓平臺缺乏。針對以上問題，為滿足不同類型學生個性化培養的需要，基于南京大學化學學科的優勢和特色，結合南京大學推行的教學改革方向，確立了實驗教學課程改革總體思路是：完善和提升“專業學術類”實驗課程，加強“學術交叉類”實驗課程建設，探索“就業創業類”實驗課程。我們構建了多元的實驗課程體系[6,7]，豐富實驗課程內容，加強了實驗條件建設。

2.1完善“專業學術類”實驗課程

針對“專業學術類”人才的培養，以“重視基礎、加強綜合、突出設計和科研訓練”為建設思路，減少了驗證性、單元性實驗，增加綜合性、研究型和自主式實驗，按照“激發學生興趣、啟迪學生探索、訓練學生科學思維和方法、引導學生創新”四個方面建設新實驗項目，著重培養學生創新意識與初步的科研創新能力。在大學化學實驗、有機化學實驗、儀器分析實驗以及物理化學實驗等傳統四大基礎實驗教學中引入反映學科前沿(新技術+新理論)的新實驗，使學生盡早接觸和熟悉學科前沿知識和技術。主要做法包括：(1)改進實驗手段和方法，引入先進的實驗技術。將傳統的煤氣燈加熱方式改為電加熱，既安全也更加可控；將在科研和實際工作中廣泛運用的移液槍代替移液管，操作更為便捷、精準；物理化學實驗“離子遷移數的測定”，通過引入分光光度法檢測手段取代了原來陳舊的碘量法。(2)增加與學科前沿發展相關的新內容。有機化學新增“4,4,5-三甲氧基-[1,1’-聯苯]-2-甲醛的制備”實驗，該實驗以2010年諾貝爾獎獲得者鈴木(Suzuki)命名的交叉偶聯反應為基礎，引入無氧反應和快速柱層析等在科研實驗中常用的技術和手段。物理化學“流動法測定γ-Al2O3小球催化劑乙醇脫水的催化性能實驗”使用了氣相色譜分析技術替代原來陳舊的量氣法，大大改善了對催化反應實驗產物的檢測；對反應裝置和氣相色譜儀進行進一步升級，構建了先進的微型反應評價裝置替代了原來的設備，實現了與學科前沿技術的接軌。(3)有計劃開放創新性實驗，對學有余力的學生開設開放性實驗，將科研課題內容引入，啟發學生自主探索、單獨設計實驗。改變教學的方式，將驗證性和探索性相結合，采用驗證/探索兩段式教學模式，培養學生的研究性思維、自主學習能力和創新精神。(4)增加“計算機與化學”課程及實驗。近年來，計算機模擬研究已經成為與理論研究和實驗研究同樣重要的基本途徑，我們開設了“計算機與化學”“計算量子化學”“統計熱力學”等課程，增加計算化學方面的實驗內容，提升學生的模型思考與創新思維能力及動手實踐能力，促進他們將實驗和理論計算的結合。例如在物理化學基礎實驗中開設了兩個計算化學實驗：甲烷生成熱和燃燒熱的理論計算，以及H·+CH4=H2+CH3·和D·+CH4=HD+CH3·反應動力學參數的計算。前者是熱力學相關的計算化學實驗，讓學生初步掌握計算物質熱力學性質的理論方法；后者是與動力學相關的計算化學實驗，幫助學生加強對統計熱力學、過渡態理論等知識的理解和具體應用。此外，在物理化學的設計實驗中，部分學生運用Gaussian軟件等設計出一系列與學科前沿密切相關的計算化學實驗。通過此類實驗的開設，培養了學生從原子、分子層次思考問題的能力，培養學生采用計算軟件對各種化學材料、生物醫藥進行計算模擬，促進了他們對理論計算這種學科前沿技術的掌握。(5)為了提高學生自主學習和自主實驗的能力，我們還加強實驗教學課程建設，在網絡精品課程的基礎上，利用電化教學手段和數字模擬技術，拍攝實驗基本操作以及大型儀器原理和操作的教學視頻，規范實驗操作，方便學生學習；開發課程預習軟件，通過預習平臺提交研究性實驗方案，訓練學生的科學思維和方法。

2.2加強“交叉復合類”實驗課程

新知識和新學科的產生常常源于學科的交叉和融合。學科交叉融合發展的趨勢，要求本科生實驗教學必須注重學科交叉以及多學科復合。我們依托國家級精品課程“綜合化學實驗”，圍繞著化學與生命、化學與材料等交叉領域進行課程設計和條件建設[8]。將教師科研中的成果轉化為綜合化學實驗的教學內容，學生可以接觸到更多學科的前沿和熱點，綜合實踐能力和分析解決問題的能力得到提升，學生的科研素質和創新能力得到了提高[9]。首先，化學與生命交叉是目前蓬勃發展的研究領域。為了讓本科生盡早參與并切實接觸到交叉學科內各領域的前沿科學問題，對于跨學科知識和技術有更加深刻的領悟，我們在精品課程“綜合化學實驗中”增加化學與生物學科交叉融合的實驗項目，并加大建設經費的投入，使之很快具備實驗教學開展的條件，開設了“真核細胞的傳代培養及轉染實驗”“生物大分子固相合成與質譜分析”等實驗，讓學生了解細胞培養和傳代的過程，了解細胞轉染的過程，使學生掌握基因工程、細胞工程等領域的實驗技術和方法。其次，材料科學在社會發展、國防事業等方面起著非常重要的作用，我們以高分子材料為切入點，依托高分化學重點實驗室，讓本科生進入化學與材料科學交叉研究平臺進行科研訓練，開設了“高分子納米復合先進材料制備與微加工成型及性能研究”“高分子柔性儲能與應力傳感器件制備及性能測試”“天然高分子改性絮凝劑研究”等實驗，讓化學專業的學生掌握器件制作、材料加工，以及光、電、磁等材料性能測定的實驗技能。

2.3探索“就業創業類”實驗建設

化學化工及相關產業是國民經濟的支柱產業，其產值占國民經濟生產總值的16.5%，人才需求廣泛。教學實踐及生產實習是培養“就業創業類”學生實踐能力和創新意識必不可少的重要環節，是培養應用型人才的重要途徑[10]，我們在建設校外實踐實訓基地的同時，依托“中級應用化學”實驗和“化工原理實驗”課程，加強對“就業創業類”人才培養的實驗課程建設及實踐平臺建設。首先，將“化工原理實驗”結合化學工業生產過程綜合化、裝置規模大型化等特點，將化工操作培訓安排在一定的工藝流程裝置上進行，以鍛煉學生的操作能力，培養工作操作中的分析和解決問題的能力(見圖1)；在大工程觀的背景下，拓展化工基礎實驗內容，引入精餾實訓裝置及吸收與解吸實訓裝置，拉近課程教學與工程實踐之間的距離，使學生了解工程的本質和特征(見圖2)；現代化工實訓裝置采用化工技術、自動化控制技術和網絡技術的最新成果、實現工廠情景化、故障模擬化、操作實際化和控制網絡化設計目標，體現健康、安全和環保的理念，實訓裝置流程、設備配置和操作方式與工廠基本一致。其次，“中級應用化學實驗”引入化學、化工前沿的最新產品和工藝作為特色實驗，開設的實驗涵蓋目前國內外市場上暢銷的重要化工產品和過程，如特殊化學品、能源類化工產品、醫藥及醫藥中間體、膠黏劑、燃料、日化、香料、食品添加劑、催化劑等。例如：特殊化學品制備——室溫離子液體的合成及物性研究；環境及能源類實驗——垃圾無害處理及能源綜合利用。通過以上實驗的開設，讓學生掌握市場常見化學品的合成方法，了解最新的科技發展動態，在就業創業時占領先機。第三，拓寬實踐平臺和基地。在揚子石化、梅蘭化工等大型化工企業建立學生實踐實習基地，充分利用虛擬仿真中心等優質資源，增加學生對于化工生產過程的了解，拓寬學生實踐渠道和機會；利用校友資源和暑期社會實踐，為學生提供更多的實習實踐平臺和機會，為學生的就業創業助力。

3結語

近幾年，中心圍繞實驗教學內容和教學方式改革，利用教育部改善基本辦學條件建設項目、拔尖計劃、985建設項目、江蘇省品牌專業等項目，投入經費近千萬元，極大地改善了實驗教學條件，提升了實驗中心的硬件環境，為實驗教學改革提供保障和支撐。教師更新了教學觀念，提升了教學水平，“大學化學實驗”和“綜合化學實驗”入選國家級精品資源共享課。教師先后編寫實驗類教材6本，近五年發表教改論文22篇。學生參與科研的熱情高漲，積極申請大學生創新訓練項目，提前進入實驗室以及參與發表學術論文的人數不斷增加。2016屆學生在本科期間在生科院老師指導下首次提出了自供氧光動力療法，有望用于癌癥治療，并在Nat.Commun.上發表第一作者論文。學生在學科實驗競賽中成績斐然。在近五屆全國大學生化學實驗邀請賽中獲得一等獎8項、特別獎3項，居全國高校前列。自2010年設立江蘇省大學生化學化工實驗競賽以來，獲得一等獎11項；2017年參加首屆全國大學生化工實驗大賽全國總決賽獲得團隊二等獎。本科畢業生讀研比例持續提升，境外知名高校讀研學生超過1/3。本科畢業受到用人單位的歡迎，就業率達99%。畢業學生進入包括世界500強企業等一批國內外大型企事業單位，得到用人單位的一致好評。

參考文獻

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[4]鄒世春,陳六平,余小嵐,盧江,張仁俊,童葉翔.實驗技術與管理,2006,23(12),5

[5]鄭阿群,張軍杰,孫楊,杜嬌嬌,楊國鑫.實驗室科學,2018,21(6),138.

[6]王志林,朱成建.中國大學教學,2013,No.10,19.

[7]朱成建,李育佳,陳露洪.中國大學教學,2014,No.3,27.

[8]章文偉,李育佳,張劍榮,朱成建.中國大學教,2012,No.10,77.

[9]郭彩紅,宋紅杰,熊慶.實驗室科學,2017,20(3),108.

[10]沈永雯,俞娥,梁永民.大學化學,2014,29(1),26.

作者:李育佳 朱成建 張劍榮 單位:南京大學化學化工學院