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综合实验在培养大学生综合能力方面的应用研究

2023-10-12周利兵吴梦诗王小蝶

科学咨询 2023年16期
关键词:大学生实验教育

周利兵,吴梦诗,王小蝶

(广西科技师范学院,广西来宾 546199)

习近平总书记在党的十九大报告中指出:“加快建设创新型国家,创新是引领发展的第一动力,是建设现代化经济体系的战略支撑。”推动人类文明进步的重要力量之一是创新。没有创新,社会不会快速进步发展。创新是深化经济体制改革、加快国家创新体系建设的重要举措。

在“大众创业,万众创新”发展理念引领下,创新创业教育已成为我国高等教育教学改革的主旋律,高校是大学生创新创业教育的摇篮,创新创业型高校肩负着为国家建设和社会发展培养和提供具有创新精神和创业能力的创新创业型人才。大学生作为创新创业人才的主力军,如何培育大学生的创新创业能力,提高他们的创新创业综合素质,是目前高校培养创新创业型人才所急需解决的重要问题。创新创业教育是高等教育在大学生创新创业教育中的改革与实践,是以创新为基础,以激发人的创造力为核心,以培养大学生创新精神和创业能力为主要目标,指向未来事业创新、创业发展的一种新的教育理念和教育实践;创新创业教育让学生掌握多元化的多学科交叉融合知识,为社会和经济发展培养高水平、高技能、综合型人才。

高校就是“社会”,如何检验理论知识,创新创业实践是一种行之有效的手段之一。毛主席说:“理论与实践的统一,是马克思主义的一个最基本的原则;坚持实践是检验真理的唯一标准,就是坚持马克思主义,坚持辩证唯物主义”。

王涛等针对光化学基本理论的实验教学对应用化学专业的学生培养,将蒽与碘鎓盐的光电子转移可行性判断,以及蒽/碘鎓盐引发丙烯酸酯单体的聚合实验设计为应用化学专业的综合实验,以培养学生对光化学基本理论的理解。学生通过紫外-可见吸收光谱、荧光激发光谱和循环伏安实验获得实验数据,依据Rehm-Weller方程计算获得蒽与碘鎓盐之间光电子转移的自由能变,并通过光聚合实验学习光电子转移增感引发体系的应用。

孙京国等以二苯甲酮为原料,经肟化、贝克曼重排合成苯甲酰苯胺,产物经1H NMR、13C NMR、IR等确证分子结构,通过TLC监测反应进程,能使学生对反应过程有清楚的认知和掌控。

高明丽等在综合设计性实验中采用湿法、超声法、微波法合成甘氨酸钠碳酸盐并对合成方法进行比较,学习使用红外和紫外大型分析仪器对产物进行表征,并对产物的性质进行了初步探讨,最后总结实验结果,完整地进行了一次简单的科研实践过程。

袁尔东等针对目前食品生物化学实验教学在课程规划、教学内容、课程特色及教学形式等方面存在的问题,分析课程改革的必要性,提出教学改革方案。在充分体现食品科学与工程学科特色的基础上,对实验教学内容进行规划。强调涵盖基础实验内容的大型综合实验,增加探究性实验培养开拓创新精神,开放以学生为主体的创新设计性实验,将科研与教学紧密结合充分反映学科前沿进展,强化多学科知识融合。通过教学改革与实践,使学生在掌握食品生物化学实验基本理论、方法和技能的基础上,达到提高创新综合实践能力的目的,为社会培养具有严谨科学态度和良好团队合作精神的复合型创新人才。

为提高学生的创新能力和实践能力,设计了基于水滑石化合物(LDHs)前驱体的镍基催化剂的制备及其在二氧化碳加氢甲烷化反应中应用的探究性专业实验,并将现代分析技术应用于教学实践中。催化剂的制备采用新颖的原位生长法,以Al2O3载体为Al源,在其表面合成Ni-Ce-Al水滑石化合物。然后经过焙烧和还原制得负载型NiCe/Al2O3-LDHs催化剂,采用XRD和SEM对合成的Ni-Ce-Al水滑石化合物进行表征,以二氧化碳加氢甲烷化反应对催化剂的性能进行评价。通过开设该实验,可以让学生了解化工学科前沿,包括先进的生产工艺、催化剂的制备方法以及现代分析技术,掌握专业实验操作、数据处理和谱图绘制方法,体会理论知识在实践中的应用,提高学生的专业素养和综合能力,为未来从事科研或走向专业技术岗位奠定基础。

综合实验应用于大学生创新创业教育可以有效促进理论和实践之间的紧密联系,实现以学生综合实验为平台、为目的,渗透多学科交叉综合实验知识,进行理论、实验、实践的无缝对接,提升大学生创新创业综合素质、实践动手能力。逐步创建建立并完善“基础性(训练)实验—综合设计型实验—创新研究型实验”的多层次化、多模块化的实验体系,鼓励学生根据自己掌握的理论知识,制定具体的综合性、设计性实验步骤,并列出自己所需的仪器和试剂,使实验教学具有主动性、创新性、系统性、高效性,掌握综合实验的测定方法和原理,使学生掌握综合实验的基本实验技能,正确使用各种测量仪器,并能对实验数据进行科学、合理、有效的分析和评价,有助于培养综合实验在大学生创新创业教育中的应用与实践。

一、综合实验在大学生创新创业教育中的应用体系的构建与实践

本课题以广西科技师范学院为例,为了进一步加强理论和实践的辩证统一,培养大学生的实验、实践,理论和实践的综合能力。本课题从同一个实验中包含三到十个知识点的有机结合与渗透、综合运用三到十种方法来完成同一个实验即综合实验出发,以创新为基础、以激发人的创造力为核心、以培养大学生创新创业综合素质能力的提高为主要目标,让学生掌握多元化的多学科交叉融合知识、为社会和经济发展提供高水平人才、促进学生综合实践技能最大化发展为出发点,根据食品、药品、化学组合综合实验特点,构建综合实验在大学生创新创业教育中的应用体系与实践。

目前我院化学本科专业的学生从大学第三学期开始,结合多学科交叉融合知识、开展综合实验在大学生创新创业教育中的应用与实践已经启动并开始实践,已经把创新创业教育融入人才培养的全过程。不断完善“大学生创新创业教育-综合实验-毕业设计”三位一体的创新创业教育人才培养体系。

二、我们的做法

(一)综合实验的开设及综合作图

利用高等教育学中的创新创业教育、分析化学、有机化学、无机化学、物理化学、仪器分析、微生物、食品药品相关学科、应用化学、食品化学、计算机化学、统计学、数学、物理学、计量学等多学科交叉融合知识,从创新创业实践、分析化学实验、有机化学实验、无机化学实验、物理化学实验、仪器分析实验、微生物实验、食品检测实验、药品检测实验、应用化学实验、食品化学实验、食品营养实验等实验出发组建综合实验(这种综合实验绝不是简单的几个实验组合,而是系统化、集成化、创新性的实验),从实验过程、试验记录、实验结束、作图等方面对学生进行培养。

以《物理化学实验》中燃烧热实验为例。一般教材上多是验证性实验,我校为了培养学生的综合知识和应用实践能力的提高,直接请同学们选择调味品、药品、中草药等样品测试燃烧热及作图,产出了部分成果。

以《仪器分析实验》中热重实验为例,实验前预习实验操作,试验过程中注意观察热重曲线变化情况并做出分析和判断,直接用药材、食品、茶叶等样品进行实验,用以解决社会实际问题,研究样品的燃烧稳定性。

(二)综合能力的培养

从综合实验出发、利用灰色系统理论和数据挖掘技术等多种方法、多学科交叉融合,结合高等教育学在大学生创新创业教育中的应用等知识。“三位一体”的研究体系已经构架完成。

(三)以3 种药材燃烧稳定性评价为例,说明从实验、作图、分析,形成研究报告

1.羌活热重分析

羌活的热重见图1。由图1可以看出,在29.8 ℃时试样开始失水,达到166.8 ℃时,失水率为5.98%;温度达到424.9 ℃,损失率为51.24%;随着温度的继续升高,直至600 ℃,损失率为7.93%,剩余样品质量为34.85%。随着温度的升高,峰形的拐点为307.8 ℃。峰值为151.9 ℃,温度范围为78.3~190.8 ℃,峰面积为140.1 J/g。

图1 羌活热重(TG)曲线、微商热重(DTG)曲线、热差分析(DTA)曲线

2.熟地黄热重分析

熟地黄的热重见图2。由图2可以看出,在29.6 ℃时试样开始失水,达到164.4 ℃,失水率为0.72%;温度达到301.6 ℃,损失率为18.3%;然后,随着温度的继续升高,损失率为11.99%,直至600.0 °C,损失率为3.26%;剩余样品质量为64.78%。随着温度的升高,峰形的拐点218.0 ℃,333.9 ℃。熟地黄的DTA曲线有一个较宽的放热峰,峰值为74.0 ℃,温度范围为59.7~125.0 ℃,峰面积为37.58 J/g。

图2 熟地黄热重(TG)曲线、微商热重(DTG)曲线、热差分析(DTA)曲线

3.炒石菖蒲热重分析

炒石菖蒲的热重见图3。由图3可以看出,在28.6 ℃时试样开始失水,达到196.2 ℃,失水率为10.50%;温度达到430.1 ℃,损失率为52.52%;直至600.0℃,损失率为7.15%;剩余样品质量为29.83%。随着温度的升高,样品的DTG曲线呈现出一个峰形,峰形的拐点为330.0 ℃。炒石菖蒲的DTA曲线有一个较宽的放热峰,峰值为115.0℃,温度范围为68.2~137.1 ℃,峰面积为55.14 J/g。

根据不同种类中草药的燃烧稳定性参数数据构建多指标评价体系。根据文献,对不同种类中草药进行赋值,从而计算综合得分F越大,样本效果越好。最终比较所有的F值,即得出评价结论。采用EXCEL计算,羌活、熟地黄及炒石菖蒲的F值为0.7014、0.2339、0.5603,从综合评价分析结果得到,羌活、熟地黄及炒石菖蒲多指标燃烧稳定性排序为:羌活>炒石菖蒲>熟地黄。

三、结束语

通过本课题的研究,发现本课题有非常广泛的推广价值和应用价值。综合实验应用于大学生创新创业教育可以有效促进理论和实践之间的紧密联系,实现以学生综合实验为平台、为目的,以创新为基础、以激发人的创造力为核心、以培养大学生创新创业综合素质能力提高为主要目标,让学生掌握多元化的多学科交叉融合知识、促进学生综合实践技能最大化发展为出发点,为社会和经济发展提供高水平人才,根据食品、药品、化学组合综合实验特点,构建综合实验在大学生创新创业教育中的应用体系与实践。渗透多学科交叉综合实验知识,进行理论、实验、实践的无缝对接,提升了我院大学生创新创业综合素质、实践动手能力。

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