高?？蒲衅脚_服務(wù)專業(yè)課實驗教學(xué)的探究
——以浙江省碳材料技術(shù)研究重點實驗室平臺為例

陳錫安

（溫州大學(xué) 化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江 溫州 325027）

【實驗平臺】

高校科研平臺服務(wù)專業(yè)課實驗教學(xué)的探究
——以浙江省碳材料技術(shù)研究重點實驗室平臺為例

陳錫安

（溫州大學(xué) 化學(xué)與材料工程學(xué)院，浙江 溫州 325027）

如何實踐科研反哺實驗教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)體系重要研究課題之一。本文詳細(xì)分析了科研平臺服務(wù)專業(yè)課實驗教學(xué)的重要性，重點從科研平臺的成果轉(zhuǎn)化專業(yè)課實驗教學(xué)內(nèi)容，科研平臺設(shè)備充當(dāng)實驗教學(xué)資源以及借助科研平臺開設(shè)創(chuàng)新研究型專業(yè)課實驗等三個方面探討科研平臺——省級碳材料研究重點實驗室如何有效地服務(wù)碳材料專業(yè)課實驗教學(xué)，進(jìn)而提高該領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的實踐能力和創(chuàng)新能力。

科研平臺；專業(yè)課實驗教學(xué)；碳材料；實踐

一、引言

實驗教學(xué)是高校教學(xué)體系的重要組成部分，它與理論教學(xué)相輔相成、互相促進(jìn)，是學(xué)生深刻理解和綜合運用理論知識的重要渠道，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力與實踐能力的必要手段[1]。21世紀(jì)，國際、國內(nèi)激烈的競爭環(huán)境使得社會對高等教育改革與發(fā)展提出了新的要求和挑戰(zhàn)，特別是在培養(yǎng)具有實踐和創(chuàng)新能力人才方面，要求更加突出。在就業(yè)競爭激烈的今天，扎實的實驗知識和技能能夠為學(xué)生帶來就業(yè)優(yōu)勢。再者，具有扎實的專業(yè)知識、實踐能力和創(chuàng)新能力的專業(yè)技術(shù)人員已是社會的中流砥柱，社會要有所發(fā)展，必須依靠專業(yè)技術(shù)人員發(fā)揮他們的知識專長和技術(shù)能力。專業(yè)課實驗教學(xué)是學(xué)生獲取專業(yè)知識、提高專業(yè)實驗技能和創(chuàng)新能力的重要手段，是培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員的重要途徑。然而，長期以來，多數(shù)專業(yè)實驗卻被一種固定的教學(xué)模式所束縛，教學(xué)內(nèi)容過于陳舊，教學(xué)方法比較簡單。其結(jié)果是使學(xué)生被動多、模仿多、共性多，主動少、創(chuàng)新少、個性少，這現(xiàn)象已引起人們的普遍擔(dān)憂。因此，如何有效提高專業(yè)課實驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出專業(yè)知識和技能扎實及創(chuàng)新能力強(qiáng)的大學(xué)生已是高校教育的關(guān)注熱點之一。

科研平臺是高校科研工作的主陣地，在實驗設(shè)施、技術(shù)力量及運作管理方面都比傳統(tǒng)的教學(xué)實驗室更具優(yōu)勢，具有靈活的開放時間，先進(jìn)的儀器設(shè)備，合理的學(xué)術(shù)梯隊，濃郁的學(xué)術(shù)氛圍，充裕的實驗經(jīng)費，研究方向集中[2]。這些特點使得科研平臺可以有效服務(wù)專業(yè)課實驗教學(xué)，豐富學(xué)生專業(yè)知識，提高實驗技能和創(chuàng)新能力，從而培養(yǎng)高級專業(yè)技術(shù)人員。目前，納米結(jié)構(gòu)碳材料包括碳納米管、石墨烯及碳量子點等，已在復(fù)合材料增強(qiáng)、電化學(xué)能源、電化學(xué)儲能、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而這些領(lǐng)域在社會發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。因此，提高碳材料專業(yè)實驗教學(xué)水平對培養(yǎng)該領(lǐng)域?qū)嵺`能力和創(chuàng)新能力強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)人員具有重要意義。本文以筆者所在的浙江省碳材料重點實驗室科研平臺為例，探究其如何服務(wù)碳材料專業(yè)課實驗教學(xué)。

二、科研平臺服務(wù)專業(yè)課實驗教學(xué)的實施途徑

1.科研平臺論文成果轉(zhuǎn)化專業(yè)課實驗教學(xué)內(nèi)容。高等學(xué)校教學(xué)與科研之間的關(guān)系受高等教育政策與體制、大學(xué)組織制度和學(xué)科文化的影響，如何處理好這兩者之間的關(guān)系，使兩者相互滲透，相輔相成，是高等教育的一個重要課題。目前，筆者所在的省重點實驗室主要從事納米結(jié)構(gòu)碳材料的基礎(chǔ)研究（碳納米管、石墨烯、碳量子點的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究）和碳色素材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)（墨水關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化、新型碳素墨水研發(fā)）。鑒于此，我們可以巧妙地開設(shè)相關(guān)碳（碳素）材料的制備及在電化學(xué)能源、醫(yī)學(xué)以及墨水等領(lǐng)域應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容的實驗教學(xué)，將已經(jīng)發(fā)表的相關(guān)成果引入實驗教學(xué)，以此作為基礎(chǔ)性實驗內(nèi)容，開展不同于傳統(tǒng)教材內(nèi)容中的驗證性實驗。以筆者發(fā)表在J Power Source雜志上的科研成果（水熱法制備石墨烯/碳納米管/氫氧化鎳及電容性能研究）為例開設(shè)的實驗課程，讓學(xué)生掌握水熱制備復(fù)合材料的方法，通過對材料結(jié)構(gòu)表征以及不同結(jié)構(gòu)材料的電化學(xué)電容性能測試的研究，清楚從制備到結(jié)構(gòu)表征，再到性能測試的整個研究流程，驗證發(fā)表論文結(jié)果的真實性。這樣新穎的實驗教學(xué)內(nèi)容，不再停留在一成不變的實驗教材，不僅能讓學(xué)生了解老師發(fā)表成果的意義，激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，且更加有效地豐富學(xué)生專業(yè)知識，提高了實驗技能，同時也考究了教師科研成果的真實可靠性。

2.平臺科研設(shè)備充當(dāng)實驗教學(xué)過程的資源。高?？蒲衅脚_往往擁有大量貴重實驗設(shè)備，以筆者所在的重點實驗室為例，現(xiàn)擁有實驗室和辦公用房3000余平方米，各類大型研究設(shè)備總價值達(dá)3000余萬元，部分儀器見表1。根據(jù)儀器屬性，可巧妙設(shè)計實驗教學(xué)內(nèi)容，綜合利用儀器，充分發(fā)揮儀器能效，多讓學(xué)生接觸儀器，這樣不僅能讓學(xué)生學(xué)會儀器操作，也掌握儀器基本原理和簡單維護(hù)知識，從而提高學(xué)生動手能力，為以后從事相關(guān)專業(yè)工作打下堅實的基礎(chǔ)。例如我們設(shè)計一個實驗：CVD法制備陣列碳納米管、結(jié)構(gòu)表征及場發(fā)射性能的研究，該實驗將需要多臺CVD裝置，優(yōu)化條件控制合成碳納米管，同時需要SEM、TEM、Laman光譜儀等表征碳管的微觀形貌、碳管直徑及結(jié)構(gòu)，還需利用場發(fā)射裝置研究其不同結(jié)構(gòu)對場發(fā)射性能的影響。這樣巧妙設(shè)計專業(yè)課實驗課程，充分利用儀器，讓學(xué)生熟練掌握儀器的使用，為今后從事相關(guān)專業(yè)的工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。

表1 儀器名稱及用途

3.借助平臺開設(shè)創(chuàng)新研究型專業(yè)課實驗。具有先進(jìn)儀器設(shè)備、合理學(xué)術(shù)梯隊、濃郁學(xué)術(shù)氛圍以及充裕實驗經(jīng)費的科研平臺為有效地開設(shè)綜合創(chuàng)新型專業(yè)課實驗提供了保障。筆者所在重點實驗室擁有一支以中青年學(xué)術(shù)骨干為主體的從事微納結(jié)構(gòu)功能材料研究的極具發(fā)展?jié)摿Φ膭?chuàng)新團(tuán)隊，自2009年以來已完成和在研項目包括國家、省部以及市級項目共80余項，總經(jīng)費達(dá)3000余萬?？蒲衅脚_的研究人員可以結(jié)合自己在研的科研課題，與學(xué)生分享自己的科研想法，指導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，參與科研過程，讓專業(yè)學(xué)生組建若干科研團(tuán)隊，共同擬定綜合創(chuàng)新型實驗的主題以及研究方案。如結(jié)合本實驗室的科研項目，可以開展摻雜碳納米管或石墨烯的制備及在燃料電池中的應(yīng)用，功能碳材料基鋰硫電池的制備及性能測試等一些創(chuàng)新研究型專業(yè)課實驗。具體的以功能碳材料基鋰硫電池的制備及性能測試為例（該課題來源于筆者在研的省自然科學(xué)基金資助項目）。首先讓學(xué)生團(tuán)隊分工查閱文獻(xiàn)，整理文獻(xiàn)綜述報告，了解鋰硫二次電池研究的意義以及充放電的原理，從原料設(shè)計合成，電極制備，到電池組裝，再到最后性能測試，構(gòu)成了完整的制備與表征體系，不僅可使學(xué)生對碳材料和儲能器件有感性認(rèn)識，而且對碳材料的制備方法及在鋰硫二次電池中的應(yīng)用有了更深的理解。實驗方案利于學(xué)生操作，學(xué)生也可針對實驗內(nèi)容的某一部分設(shè)計自己的方案，并在實驗平臺上進(jìn)行驗證。這樣既鍛煉了學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神，又拓寬了學(xué)生的學(xué)習(xí)空間，激發(fā)了學(xué)生發(fā)散性思維，培養(yǎng)了他們的團(tuán)隊協(xié)作精神。

三、結(jié)語

碳（炭）材料已在復(fù)合材料、電化學(xué)能源、電化學(xué)儲能、醫(yī)學(xué)等對社會發(fā)展起著至關(guān)重要的領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，具有扎實的專業(yè)知識和實驗技能的碳材料人才是推進(jìn)該領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵。為彌補(bǔ)碳材料專業(yè)人才的匱乏，圍繞省重點實驗室發(fā)展定位和地域特色確定專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，探索碳材料專業(yè)的實驗體系建設(shè)，實踐科研平臺反哺專業(yè)課實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高畢業(yè)生的綜合素質(zhì)，為國內(nèi)高校開設(shè)碳材料專業(yè)所面臨的暫無經(jīng)驗借鑒的現(xiàn)狀，提供一種具有參考價值的實驗教學(xué)模式。

[1]韋化，曾冬梅，秦鋼年.實驗教學(xué)與科研相結(jié)合 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[J].實驗技術(shù)與管理，2008，25（5）：31-34.

[2]周元，張國權(quán)，劉曉麗，張強(qiáng).科研平臺開放實驗室管理模式的探索與實踐[J].實驗室科學(xué)，2012，15（5）：128-130.

G642.0

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1674-9324（2014）17-0239-03