基于大型儀器平臺的化工專業(yè)創(chuàng)新訓(xùn)練培養(yǎng)體系建設(shè)

李 慶，任 燕，趙亞梅，張洛紅，安鳳秋，董祥芝

(1.西安工程大學 環(huán)境與化學工程學院，陜西 西安 710048；2.西安工程大學 紡織科學與工程學院，陜西 西安 710048)

“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”是教育主管理部門面向本科生立項的項目，也是“高等學校本科教學質(zhì)量與教學改革工程”的重點建設(shè)項目之一[1]。大型儀器設(shè)備是高等學校的優(yōu)質(zhì)資源，是進行教學、實驗和科研的重要平臺，也是辦學實力和科研水平的重要標志。此外，高校的大型儀器平臺與科研機構(gòu)、政府部門、高新技術(shù)企業(yè)等的同類平臺在軟、硬件方面完全是互通的，這無疑是化工專業(yè)本科生開展創(chuàng)新訓(xùn)練對接的理想平臺[2]。然而，此類平臺很少對本科生創(chuàng)新訓(xùn)練項目開放或者開放程度十分有限，配套的培養(yǎng)體系研究也有所缺位，造成了優(yōu)質(zhì)教學資源的浪費。推進大型儀器平臺與化工專業(yè)大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目對接，開展有效的培養(yǎng)體系建設(shè)研究，對提升化學化工背景本科生創(chuàng)新訓(xùn)練的水平和社會影響力具有重要意義。

1 大型儀器平臺驅(qū)動的創(chuàng)新訓(xùn)練培養(yǎng)體系的建設(shè)目標

國家已把創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育提到國家戰(zhàn)略高度，對于工科屬性的化工專業(yè)學生來說同樣面臨著重要的機遇和挑戰(zhàn)，不應(yīng)僅僅專注于在課堂理論知識的學習，更有必要通過實驗操作和實踐鍛煉來提升自身的綜合素質(zhì)，順應(yīng)國家建設(shè)創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略需要[3]。同時，為進一步提高學生的實踐能力和創(chuàng)新思維，各大高校對化工專業(yè)學生的創(chuàng)新訓(xùn)練體系建設(shè)愈發(fā)重視。雖然開設(shè)化工類專業(yè)的學院普遍擁有獨立的大型儀器測試平臺，但是由于這類儀器購買價格昂貴且維修保養(yǎng)費用很高，主要用于支持科研工作。部分大型儀器在實驗教學中的開放也只是通過教師進行操作演示，本科生只能在一旁觀看，有些大型儀器學生更是只在書本上看到過，這對未來讀研讀博期間的獨立實驗?zāi)芰μ嵘蛥⒓庸ぷ骱髲氖聦I(yè)技術(shù)工作是十分不利的。因此，基于本科生獲得立項的國家級/省級大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目，以及與項目高度關(guān)聯(lián)的指導(dǎo)教師的縱/橫向科研項目的引導(dǎo)作用，特別是結(jié)合學院現(xiàn)有大型儀器平臺資源的推動作用，開展全新的大學生創(chuàng)新訓(xùn)練培養(yǎng)體系建設(shè)研究以提升大學生創(chuàng)新訓(xùn)練的水平是本研究的目標。

2 基于大型儀器平臺的創(chuàng)新能力訓(xùn)練模式探索

環(huán)境與化學工程學院“分析測試中心”是西安工程大學組建最早的大型儀器測試平臺，是學校教學、科研和對外服務(wù)的分析測試基地，平臺擁有掃描電鏡、X射線單晶衍射儀、X射線粉末衍射儀、氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀等化學、化工、材料及交叉學科領(lǐng)域的大型儀器設(shè)備數(shù)十臺套；平臺專職管理老師均具有化學化工專業(yè)學習背景和博士學位，精通大型儀器運行的基本原理和實踐動手操作。這對指導(dǎo)創(chuàng)新訓(xùn)練學生團隊無疑具有先天優(yōu)勢。門類齊全和多學科交叉的大型儀器平臺為實施創(chuàng)新訓(xùn)練提供了絕佳的實戰(zhàn)平臺，研究摸索實現(xiàn)二者的無縫對接，對大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目水平的提升起到了催化劑和助推器的作用。平臺資源的多元化，更是為學生提供了豐富的自主選題興趣點，利于在指導(dǎo)老師科研項目的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新思維的深度擴展。

2.1 對接新平臺、優(yōu)化提升現(xiàn)有創(chuàng)新訓(xùn)練項目水平

通過大型儀器平臺與在研甚至已結(jié)題創(chuàng)新訓(xùn)練項目對接進行再培育，探索新層次上的創(chuàng)新訓(xùn)練點，實現(xiàn)對原有研究成果的拓展和深化。通過將原有創(chuàng)新訓(xùn)練項目繼續(xù)做大做強，對提升大學生創(chuàng)新素質(zhì)和能力有重要作用。通過培育嘗試，我院化工專業(yè)原立項校級、省級創(chuàng)新訓(xùn)練項目與大型儀器平臺對接升級后，碰撞出了新的創(chuàng)新理念，目前多個升級后的創(chuàng)新訓(xùn)練項目已成功再獲省級、國家級創(chuàng)新訓(xùn)練項目資助。而且，化工專業(yè)學生的創(chuàng)新訓(xùn)練項目結(jié)題后，學生的創(chuàng)新思維得到發(fā)散和深化，新的創(chuàng)新理念經(jīng)與指導(dǎo)老師交流后很多轉(zhuǎn)化為了大四的本科畢設(shè)課題，使創(chuàng)新訓(xùn)練成果得到了進一步的強化。從項目開展的延續(xù)性角度出發(fā)，在此模式下，一個項目經(jīng)過幾級學生的滾動完善、深化，有望產(chǎn)生新的研究成果。

2.2 開發(fā)新課題，創(chuàng)新新思維

在新的創(chuàng)新訓(xùn)練項目選題方面，通過對學院二、三年級化學工程與工藝專業(yè)的本科生進行走訪調(diào)研，了解了本科生對創(chuàng)新訓(xùn)練的興趣點、看法和訴求，以及對大型分析測試儀器基本知識的學習掌握情況。針對調(diào)研結(jié)果以及本科生的專業(yè)特點，篩選能夠與大型儀器平臺資源進行對接的研究項目進行對接嘗試和調(diào)試運行。在此環(huán)節(jié)充分發(fā)揮了大型儀器平臺儀器管理老師的大型儀器專業(yè)技能和研究特長，通過對儀器資源進行合理配置，實現(xiàn)了將最合適的創(chuàng)新訓(xùn)練小組對接到最合適的平臺資源上去。并經(jīng)過一段時間的運行之后，進行了總結(jié)改進。新型培養(yǎng)體系建設(shè)摸索的過程中，大型儀器對傳統(tǒng)創(chuàng)新訓(xùn)練模式顯示出顯著的推動和提升作用。以往部分化工專業(yè)學生開展創(chuàng)新訓(xùn)練項目通常只是以應(yīng)用效果來進行運行評價，對產(chǎn)生效果的基本原理是缺乏理解和認識的，學生對相關(guān)的實驗現(xiàn)象“只知其然，而不知其所以然”。這種創(chuàng)新訓(xùn)練好比無源之水，無本之木，無疑是缺乏活力和生命力的，也無法激起學生持久的探索、創(chuàng)新熱情。而大型儀器平臺中的分析測試儀器，恰恰可以揭示這些客觀現(xiàn)象背后的微觀原因(機理)，而這些機理往往是課堂教學中學生學習過甚至是考試過的，通過大型儀器平臺的驅(qū)動效應(yīng)，在創(chuàng)新訓(xùn)練中強化了學生對課本生硬原理的理解和運用，使學生加深了構(gòu)效關(guān)系、作用機制這些化學化工專業(yè)名詞的理解，進行了獨立科研探索的啟蒙。在新培養(yǎng)體系下，多個創(chuàng)新團隊的多項國家級大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目(編號：201810709001；201810709035；201810709008；201910709016)已經(jīng)在分析測試中心的大型儀器平臺進行了成功的對接，平臺的大型儀器管理老師和項目指導(dǎo)教師全程參與講解與指導(dǎo)，參與的學生普遍反映這種模式能充分調(diào)動他們的積極性和探索欲，部分準備繼續(xù)讀研的學生也初步明確了自己未來準備進行科研探索的方向。

3 大型儀器平臺驅(qū)動創(chuàng)新訓(xùn)練與高水平科研項目對接嘗試

隨著本科生在大型儀器平臺上的創(chuàng)新訓(xùn)練日益得心應(yīng)手，創(chuàng)新小組的一部分同學在指導(dǎo)老師的引導(dǎo)下參與到了國際級、省部級課題的研究之中，繼續(xù)進行升級的科研創(chuàng)新訓(xùn)練，取得了很好的創(chuàng)新能力培養(yǎng)效果。比如，針對化工專業(yè)本科生在無機化學課程上接觸到的當今無機化學領(lǐng)域的研究熱點金屬—有機框架(MOFs)材料，指導(dǎo)老師很好的結(jié)合了大型儀器平臺的Bruker X 射線單晶衍射儀，進行科研型創(chuàng)新訓(xùn)練，通過MOFs單晶的合成和具體微觀結(jié)構(gòu)的解析，激發(fā)了學生的濃厚學習興趣，很快熟悉并基本掌握 了X 射線衍射儀的測試原理和用途，并能掌握一定的實驗測試技巧和初步的結(jié)構(gòu)解析技巧。結(jié)合指導(dǎo)老師的研究課題，還學會了自己設(shè)計單晶合成實驗、培養(yǎng)晶體、挑選單晶、解析結(jié)構(gòu)、測試性能。整個培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，學生完成了一個比較完整的科研過程，培養(yǎng)和提升了學生的科學思維和創(chuàng)新能力，當然這一切離開了大型儀器平臺的有效驅(qū)動，是根本無法在基礎(chǔ)教學實驗室里實現(xiàn)的。

4 總結(jié)

在“新工科”建設(shè)的大背景之下，以化工專業(yè)的本科生為主體，依托大型儀器平臺和指導(dǎo)教師科研項目，開展項目引導(dǎo)、平臺推動的大學生創(chuàng)新訓(xùn)練培養(yǎng)體系建設(shè)研究，來提升大學生創(chuàng)新訓(xùn)練項目的實施效果，促進學生工程實踐能力和科學創(chuàng)新思維的提升。通過將理論知識、科學實驗和分析檢測結(jié)合，提升學生對科學現(xiàn)象微觀本質(zhì)的揭示能力，更重要的是培養(yǎng)了學生獨立思考、獨立科研、獨立解決問題的能力，為創(chuàng)建創(chuàng)新型國家儲備了人才。