科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化可借鑒實施模式探索

劉金庫， 盛瀟瀟， 張 敏， 盧 怡， 孫慧萍

（華東理工大學a.化學與分子工程學院；b.教務處，上海200237）

0 引 言

隨著全國教育大會精神和新時代全國高等學校本科教育工作會議精神的貫徹執(zhí)行，“以本為本，四個回歸”的推進落實，高校愈加重視科教轉(zhuǎn)化在實驗育人中的作用，特別是科教轉(zhuǎn)化而來的創(chuàng)新型實驗的開設，對于加深學生基礎(chǔ)理論知識的理解、培養(yǎng)活學活用的本領(lǐng)和創(chuàng)新思維，具有十分重要的作用，在卓越人才培養(yǎng)方面占據(jù)不可替代的地位。以化學、材料類學科為例，創(chuàng)新實驗往往將材料的制備、高科技表征手段、學科前沿應用等有機融合在一起，極大增加了實驗課程的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度［1］，有效培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維和科研素養(yǎng)。將前沿科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化，讓學生接觸并思考前沿熱點問題，使用大型精密儀器開展實驗研究，能夠有效拓寬學生科研視野，充分開發(fā)學有余力學生的學習潛能，強化攻克科學難題的恒心毅力和挑戰(zhàn)實驗困難的實戰(zhàn)能力［2］。雖然各高校高度重視科研成果向教學一線的轉(zhuǎn)化，但轉(zhuǎn)化率還有待提高，科研與教學脫節(jié)問題依然存在?？蒲谐晒耐瓿扇嘶蛘咧苯咏佑|者中很多不是實驗教學一線的教師，他們對于如何將這些前沿成果轉(zhuǎn)化為實驗內(nèi)容，尚不熟悉。因此，探索并歸納出能參照、易復制的科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化的可操作模式，對于加速科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化具有現(xiàn)實意義。

在總結(jié)多年實驗教學與管理經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，摸索歸納出了將科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化的“目標引領(lǐng)、落實內(nèi)容、細化過程、思政育人、效果評價、反饋提升”六步驟轉(zhuǎn)化模式，并通過轉(zhuǎn)化流程和案例進行說明［3］，以簡易直觀的形式呈現(xiàn)可復制、易推廣的科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化模式。通過該六步驟轉(zhuǎn)化模式的推廣，期望能助力理論與實踐并行、創(chuàng)新培養(yǎng)與素質(zhì)提升并重，提高科研成果向教學一線的轉(zhuǎn)化率，促進實驗教學質(zhì)量與水平的全面提升，致力培養(yǎng)滿足時代需求的創(chuàng)新型人才［4］。

1 轉(zhuǎn)化模式

恰當選擇科研成果，是實現(xiàn)科教轉(zhuǎn)化成功的前提和基礎(chǔ)。在選擇前沿科研成果時，建議考慮如下5個方面：①與課程培養(yǎng)目標匹配，體現(xiàn)課程特色。選取的科研成果在研究內(nèi)容和方法上能夠體現(xiàn)專業(yè)性、科學性和挑戰(zhàn)性，兼顧實驗課程教學的系統(tǒng)性、完整性和可行性，確保作為實驗育人載體前沿精準，教學軟硬件條件具備，教學方案可行。②體現(xiàn)具體科學問題的解決，能夠體現(xiàn)高階性。以科學問題為導向，強調(diào)通過過程訓練提升學生的實戰(zhàn)能力，要顯著區(qū)別于驗證實驗。③與時俱進，體現(xiàn)學科領(lǐng)域的前沿進展，現(xiàn)代特征明顯，創(chuàng)新亮點突出，能夠拓寬學生的知識面，豐富學生的科學視野。④注重學科交叉，能夠培養(yǎng)學生綜合運用專業(yè)知識的能力和跨界思維。科研成果要能夠容納多學科知識和技術(shù)，體現(xiàn)學科專業(yè)交叉互補。⑤要有一定的難度和挑戰(zhàn)性。力爭將最新科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學，通過前沿科技引領(lǐng)，讓學生直面科研熱點問題，開拓學生視野的同時，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維、責任意識和對科技前沿領(lǐng)域的挑戰(zhàn)熱情［5-6］。

選好的前沿科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化，可以通過目標引領(lǐng)、落實內(nèi)容、細化過程、思政育人、效果評價、反饋提升六個步驟來完成，其具體流程如圖1所示。在進行實際操作時，可以根據(jù)該圖示流程一一對應落實。

圖1 科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化流程圖

1.1 目標引領(lǐng)

在六步驟中，需要梳理前沿成果的科技亮點，將需要教給學生的知識技能提煉出來，與教學大綱所要求的知識點進行對應和匹配，同時挖掘科研成果中含有的專業(yè)知識以外的育人因素，圍繞培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求，明確科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化的實驗教學目標和育人維度。該步驟是實現(xiàn)科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化的前提。

1.2 落實內(nèi)容

以學生為中心，以產(chǎn)出為導向，落實OBE理念，把科研成果包含的專業(yè)知識和育人元素進行模塊化，落實具體的知識點和能力、素質(zhì)達成目標，制定該實驗的教學大綱［7］。換言之，需要把教學目標落實到具體的實驗內(nèi)容上，該步驟要充分考慮實驗課時數(shù)、實驗內(nèi)容、實驗教學環(huán)節(jié)銜接、實驗軟硬件條件是否具備、學生的知識儲備情況以及知識點的難易程度等因素，并充分論證轉(zhuǎn)化的實驗是否具有教學可行性。有明確的課程內(nèi)容作為載體，是順利開展教學并達到預期育人效果的基礎(chǔ)。

1.3 細化過程

有了教學目標和具體的實驗內(nèi)容，接下去要細化科研成果在課堂上實現(xiàn)的形式、流程和教育教學方法，并編制教案?？蒲谐晒?qū)嶒灲虒W轉(zhuǎn)化的細化過程，決定了課程的含金量。教育部多次強調(diào)要淘汰“水課”，打造“金課”，提出了“金課”具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的“兩性一度”標準。因此，要把每一個實驗教學的每一個環(huán)節(jié)都要落到實處，包括實驗準備、實驗操作、實驗安全、創(chuàng)新思維訓練、數(shù)據(jù)處理、報告撰寫等環(huán)節(jié)。在細化教學過程中，筆者提出了打造“金課”的“四性五度六環(huán)節(jié)對標法”細化教學過程?！八男浴笔侵刚n程設置的高階性、創(chuàng)新性、科學性、系統(tǒng)性；“五度”是指課程內(nèi)容的思政溫度、輻射寬度、內(nèi)涵深度、應用廣度、知識難度；“六環(huán)節(jié)”是指教學過程中的備課、授課、考核、拓展、評價、反饋。對標“四性五度六環(huán)節(jié)”，細化教學的每一個過程，做好這些細節(jié)，就有希望將科研成果轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的實驗“金課”［8-10］。做好實驗教學每一個環(huán)節(jié)的細節(jié)工作，是科研成果向?qū)嶒灲虒W一線成功轉(zhuǎn)化的保障。

1.4 思政育人

科教轉(zhuǎn)化過程中，知識點固然重要，而思政育人同樣需要格外關(guān)注，實驗課程同樣要強化思政建設，做到知識傳授與價值引領(lǐng)的同向同行［11］?？蒲谐晒D(zhuǎn)化而來的創(chuàng)新實驗，不僅在提升學生理論聯(lián)系實際能力、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和科學素養(yǎng)方面發(fā)揮重要作用，同時也是落實高校立德樹人根本任務的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化過程中，通過充分挖掘科研成果的研究背景、科學意義、研究目的、社會價值、研究經(jīng)歷等素材，以潤物無聲的方式，培養(yǎng)學生的家國情懷、專業(yè)使命、責任擔當與創(chuàng)新熱情［12］。

1.5 效果評價

科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化是否成功，關(guān)鍵是看教學效果。以學生為中心，落實OBE理念，師生在教學過程中的角色發(fā)生根本轉(zhuǎn)變，學生由按照既定實驗方案實施變?yōu)槟繕艘I(lǐng)、過程思考、全方位設計自己的實驗方案，教師則更多發(fā)揮啟發(fā)引導和答疑解惑的作用。考查學生學習效果的好壞，由傳統(tǒng)側(cè)重結(jié)果導向改為強調(diào)過程考核［13］。學生在實驗過程中表現(xiàn)出來的探索創(chuàng)新、操作本領(lǐng)、職業(yè)倫理、協(xié)作溝通、總結(jié)歸納等方面的能力和素養(yǎng)都將作為課程評價的依據(jù)。換言之，教學效果評價不是簡單看老師教了什么，而是更加關(guān)注學生收獲了什么，是否真正落實了OBE理念，真正實現(xiàn)了預期的育人目標。

1.6 反饋提升

科教轉(zhuǎn)化過程在完成教學模擬或試運行后，需要對教學內(nèi)容篩選、細化落實、教學方式方法等環(huán)節(jié)存在的問題進行仔細推敲，對轉(zhuǎn)化效果進行科學合理評價。要認真聽取學生的意見和建議，仔細分析教學過程和實驗報告上存在的問題，并與同行進行推敲討論，及時發(fā)現(xiàn)實驗中存在的問題。通過反饋和研討，動態(tài)更新實驗教學內(nèi)容，增加或縮減實驗課時數(shù)，改進教學方法，促進實驗育人的多學科協(xié)同互補，以學生獲得感為基本出發(fā)點健全教學效果評價機制，把科教轉(zhuǎn)化工作落到實處，確保實驗育人取得實效。

2 案例說明

以“氧化鋅基固溶體設計合成及其催化與防腐性能相關(guān)性研究”實驗為例，該內(nèi)容來自筆者課題組2018年發(fā)表在無機化學領(lǐng)域權(quán)威期刊《Inorganic Chemistry》上的論文“Eminently Enhanced Anticorrosion Performance and Mechanisms of X-ZnO（X=C，N，and P）Solid Solutions”［3］。

該成果內(nèi)容既涵蓋了染料廢水處理這一環(huán)境治理難題，又涉及金屬腐蝕與防護的國計民生大事。前者是利用實驗制備的產(chǎn)物作為光催化劑，解決有機污染物治理問題，后者則是以實驗制備的產(chǎn)物為功能填料，應用于金屬防腐蝕領(lǐng)域，這兩個科學問題都是當今研究的熱點和難點，該成果既具有實用性又具有挑戰(zhàn)性，因此，將其作為向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化的對象。另外，金屬腐蝕現(xiàn)象及危害廣泛存在于生產(chǎn)生活中，造成的經(jīng)濟損失巨大［14］。據(jù)金屬腐蝕調(diào)查報告顯示，每年因腐蝕造成的經(jīng)濟損失超過全球GDP的3%，約1.99萬億歐元。我國每年腐蝕成本約2萬億元人民幣，約占國民生產(chǎn)總值的3.34%［15］。通過課程學習，學生了解到雖然金屬腐蝕不可避免，但可以通過科學技術(shù)來減緩腐蝕的速率。在此現(xiàn)實需求下，讓學生學習涂層防腐相關(guān)知識和技術(shù)，實現(xiàn)學以致用，激發(fā)學生的求知欲望和責任意識。通過固溶體摻雜技術(shù)制備新型功能材料，并運用光催化技術(shù)解決環(huán)境問題，讓學生體會如何將所學專業(yè)知識應用到現(xiàn)實生活中，產(chǎn)生強烈的專業(yè)認同感和成就感，實現(xiàn)該實驗內(nèi)容的知識傳授（實驗目的）與價值引領(lǐng)（課程思政）同向同行。

本實驗采用逐步深入的引導式教學模式。實驗內(nèi)容是將該論文成果細化成X-ZnO固溶體的制備及表征、X-ZnO固溶體光催化性能研究以及X-ZnO固溶體防腐蝕性能研究3個模塊。實驗中通過固溶體摻雜改性技術(shù)制備了非金屬摻雜ZnO固溶體，利用透射電子顯微鏡（TEM）、X射線粉末衍射分析儀（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）、紫外-可見分光光度計（UVvis）、電感耦合等離子體光譜儀（ICP）等測試手段分析材料的形貌、結(jié)構(gòu)、氧化態(tài)、光學性質(zhì)、元素組成等，讓學生具備基本的實驗技能，并探究ZnO基固溶體對有機染料的光催化降解能力和對金屬的腐蝕保護效果。通過“氧化鋅基固溶體設計合成及其催化與防腐性能相關(guān)性研究”創(chuàng)新實驗教學，除了有效提升學生科研素養(yǎng)、拓寬專業(yè)視野外，從課程思政角度分析教學效果，該實驗還能夠增強學生的科研自信心和專業(yè)認同感，親身體驗如何將所學理論知識與實際需求相結(jié)合解決科學問題和社會痛點問題，懂得既要有發(fā)散思維和創(chuàng)新意識，又要善于運用系統(tǒng)思維尋找規(guī)律，探究實驗現(xiàn)象背后的深層次機制問題。

實驗教學完成過程，也是帶領(lǐng)學生重現(xiàn)科研成果獲得的過程，要堅決避免如同驗證類實驗一般簡單重復操作，強調(diào)對學生主動性和創(chuàng)造性的培養(yǎng)［16］。利用TEM、XRD、XPS等高端精密大型儀器對X-ZnO固溶體測試操作及數(shù)據(jù)分析，提升分析解決科學問題的能力；探討X-ZnO固溶體材料結(jié)構(gòu)與性能之間的相關(guān)性，引導學生從原子、分子和晶體的角度分析探討材料性能發(fā)揮的內(nèi)部機制，對催化和防腐蝕性能的測試結(jié)果進行深度研究；該實驗對光催化降解有機污染物和金屬防腐蝕的機理進行探討，幫助學生尋找X-ZnO固溶體材料性能與性能之間的關(guān)聯(lián)性，培養(yǎng)學生建立事物普遍聯(lián)系的唯物辯證思維；科研成果都有研究的背景，可以帶領(lǐng)學生結(jié)合科研成果的前沿背景，在參閱文獻的基礎(chǔ)上設計實驗步驟，將理論與實踐緊密結(jié)合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，全面提升學生的科研實踐能力。該實驗主要用于大學四年級學生的科學訓練教學，提升學生的科研素養(yǎng)，4周左右時間能夠完成。對于大型儀器，現(xiàn)階段尚無法做到學生人手1臺，XRD、UVvis、FT-IR等儀器由學生自己操作，采用學生分組形式完成，TEM、XPS、ICP等其他幾種大型儀器則由學生參與完成或者由老師協(xié)助完成。另外，在前沿成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化時，除了需要思考育人效果外，還需要結(jié)合學校的軟硬件設施情況，特別是需要使用高端先進的精密儀器設備時，儀器設備臺套數(shù)和教學運行經(jīng)費等因素會制約課程容納的學生人數(shù)，在科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化時必須充分考慮。

3 結(jié) 語

如何更好實現(xiàn)前沿科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化，是高校實驗教學永恒的課題。本文在總結(jié)科研成果向?qū)嶒灲虒W一線轉(zhuǎn)化經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，歸納了便于參考、簡單易行的六步驟轉(zhuǎn)化模式，并通過轉(zhuǎn)化案例進行了說明，重點向同行提供可操作流程，期望能夠為同行提供參考以便更高效實現(xiàn)科研成果向?qū)嶒灲虒W一線的轉(zhuǎn)化，將更多前沿科研成果推向?qū)嶒灲虒W一線，以更優(yōu)質(zhì)的教學內(nèi)容豐富實驗課程體系，助力高校更好地踐行立德樹人的根本任務。