導(dǎo)語：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的應(yīng)用實踐一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

[摘要]創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育是高校人才培養(yǎng)的重要途徑之一，針對大二學(xué)生處于基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)階段尚未進行專業(yè)課程學(xué)習(xí)的情況，在物理化學(xué)教學(xué)過程中強化學(xué)生對實驗原理的掌握，加強實驗設(shè)計的主觀意識，嚴格要求實驗報告的撰寫規(guī)范等方面著手，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)技能，并設(shè)計一個物理化學(xué)知識衍生的創(chuàng)新訓(xùn)練模式，將物理化學(xué)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)與創(chuàng)新實踐相結(jié)合，使得學(xué)生學(xué)有所用，也促進教師在后期的理論課程教學(xué)中提供生動的教學(xué)案例。

[關(guān)鍵詞]創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)；物理化學(xué)；實驗教學(xué)；訓(xùn)練模式；案例

2021年10月12日國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于進一步支持大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的指導(dǎo)意見》，其中指出深化高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育貫穿人才培養(yǎng)全過程，建立以創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)為導(dǎo)向的新型人才培養(yǎng)模式。完善中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽可持續(xù)發(fā)展機制，鼓勵各學(xué)段學(xué)生積極參賽[1]。在分析大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目實施過程中，不難發(fā)現(xiàn)部分項目與學(xué)科專業(yè)脫節(jié)、學(xué)生參與度低等問題[2-5]。造成如此局面的原因主要有兩種，一方面很多學(xué)生申請或參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目主要是為了獲得學(xué)分，并非是源于興趣，缺少了主動性。另一方面，對于大二的學(xué)生而言，仍處于基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)階段，缺乏專業(yè)知識儲備，對研究背景、研究方法和技術(shù)路線、研究手段及擬解決的關(guān)鍵問題等一知半解，使得學(xué)生在創(chuàng)新項目選題、執(zhí)行方面具有一定的挑戰(zhàn)性，從而影響影響了參與度和申報參與項目的積極性[6-7]。在此背景下，依托中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教學(xué)和科研實驗平臺，在教學(xué)過程中強化學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)本科生利用已學(xué)的物理化學(xué)理論知識和實驗技能孵化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，通過教師科研平臺幫助學(xué)生將想法進行驗證和探索，設(shè)計一個物理化學(xué)知識衍生的創(chuàng)新訓(xùn)練模式，將物理化學(xué)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)與創(chuàng)新實踐相結(jié)合，促進學(xué)生對知識的學(xué)有所用，同時為教師在后期的理論課程教學(xué)中提供生動的教學(xué)案例。

1教學(xué)過程中強化學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)

如圖1所示，在本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目中，需要團隊具有項目選題-文獻檢索-實驗方案設(shè)計-數(shù)據(jù)獲取-數(shù)據(jù)分析處理-撰寫調(diào)研報告及學(xué)術(shù)論文等能力[8]，因此在物理化學(xué)實驗教學(xué)中設(shè)計了實驗?zāi)康?實驗原理-儀器與試劑-實驗步驟和現(xiàn)象-原始數(shù)據(jù)收集-數(shù)據(jù)處理分析-實驗結(jié)果討論幾個部分進行相關(guān)的教學(xué)和能力培養(yǎng)。

1.1豐富的教學(xué)內(nèi)容

物理化學(xué)實驗課程旨在鞏固和加深同學(xué)對物理化學(xué)原理的理解，提高學(xué)生對物理化學(xué)知識靈活應(yīng)用的能力。課程主要涉及熱化學(xué)實驗、平衡實驗、化學(xué)動力學(xué)實驗、電化學(xué)實驗、表面化學(xué)實驗、膠體化學(xué)實驗等。在接觸常規(guī)實驗儀器(移液管、攪拌器)的同時，學(xué)生們有機會使用多種恒溫和加熱裝置(恒溫水浴槽、管式電爐、馬弗爐)、壓力測定和真空裝置(壓力計、真空泵)和多種測試儀器(阿貝折射儀、電導(dǎo)率儀、差熱分析儀、電位差綜合測試儀)等。這些儀器的使用拓寬了學(xué)生的視野，同時掌握這些儀器的原理和操作有助于學(xué)生們在后期創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐中部分實驗的順利進行。

1.2強化邏輯思維培養(yǎng)

大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目一般都具有“目標導(dǎo)向”，因此在物理化學(xué)實驗教學(xué)中強化學(xué)生對應(yīng)實驗?zāi)康牡哪毢涂偨Y(jié)，在實驗報告的“實驗?zāi)康摹辈糠郑髮W(xué)生思考本次實驗的意義，所能測得的熱力學(xué)數(shù)據(jù)是什么，從而強化學(xué)生實驗過程中的“目標導(dǎo)向”。在教學(xué)過程中，與全程灌輸講授的授課模式相比，目標問題導(dǎo)向式的教學(xué)方式圍繞著各種問題展開，使學(xué)生從認識問題、分析問題、解決問題的角度出發(fā)，鍛煉學(xué)生的理解、分析和實踐能力。因此，在課堂講授實驗過程中，在已有的“目標導(dǎo)向”基礎(chǔ)上，通過設(shè)計多個輪次的問答(“理論課上什么反應(yīng)能實現(xiàn)目標？”“基于什么方程能求解得到？”、“需要測定哪個物理量”、“如何實現(xiàn)物理量的測定”等)，促進學(xué)生思考，從設(shè)計實驗的角度幫助學(xué)生理解實驗原理-儀器和試劑的選擇-實驗步驟的順序，從而培養(yǎng)設(shè)計實驗的邏輯思維。以“二級反應(yīng)—乙酸乙酯的皂化反應(yīng)”為例，首先會確定此次實驗的主要目標，即“求二級反應(yīng)的速率常數(shù)及反應(yīng)活化能”。然后進入問答環(huán)節(jié)，由第一個問題“憑什么證明我們這個是二級反應(yīng)”，可以從學(xué)生的回答——“反應(yīng)級數(shù)是二”使學(xué)生明確反應(yīng)級數(shù)的定義。由第二個問題“反應(yīng)級數(shù)的確定方法？”，可以引導(dǎo)學(xué)生回憶理論課中學(xué)習(xí)的“嘗試法、圖解法、半衰期法、微分法、孤立法”，并通過互相對比，體會本次實驗選擇圖解法的理由，幫助學(xué)生建議篩選方法的思路。由第三個問題“圖解法對應(yīng)公式中的濃度如何測定？”，幫助學(xué)生了解化學(xué)法測定濃度的操作難度，以及如何將待測的“濃度”轉(zhuǎn)移成可以即時讀取的物理量—電導(dǎo)率，從而幫助學(xué)生建立儀器選擇的概念。在此基礎(chǔ)上，設(shè)立一個問題，即“如何將乙酸乙酯皂化反應(yīng)設(shè)計成一級反應(yīng)，并求得相應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)和表觀活化能？”，從而引導(dǎo)學(xué)生對于實驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的理解，也培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗的能力。

1.3完善考核細則

課程考核是衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要方式，通過完善考核細則，提高部分環(huán)節(jié)的分數(shù)占比，有助于提高學(xué)生對關(guān)鍵知識點和技能的重視和掌握。對于物理化學(xué)實驗報告而言，各部分的分散占比分別為實驗?zāi)康?8%)-實驗原理(8%)-儀器與試劑(8%)-實驗步驟和現(xiàn)象(8%)-實驗操作+原始數(shù)據(jù)收集(8%)-數(shù)據(jù)處理分析(40%)-實驗結(jié)果討論(20%)。其中，實驗原理部分嚴禁學(xué)生照搬書籍，需要同學(xué)們在預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，從“化學(xué)反應(yīng)原理”、“物理化學(xué)原理”和“數(shù)據(jù)測量原理”三方面進行總結(jié)和凝練，用自己的話將原理進行陳述。從而促進學(xué)生在閱讀書籍過程中的文獻檢索和整理能力。其次，通過對學(xué)生實驗現(xiàn)象記錄和原始數(shù)據(jù)卡的考核，培養(yǎng)學(xué)生及時記錄室溫和大氣壓等潛在的環(huán)境影響因素，以三線表形式規(guī)范化原始數(shù)據(jù)記錄，從而鍛煉學(xué)生嚴謹細心的態(tài)度，培養(yǎng)認真記錄原始數(shù)據(jù)及現(xiàn)象的“獲取數(shù)據(jù)”的習(xí)慣。與此同時，物理化學(xué)實驗課程重點考查學(xué)生的數(shù)據(jù)處理分析能力，著重考查數(shù)據(jù)處理的準確性，并要求學(xué)生查閱文獻參考值進行數(shù)據(jù)的誤差計算，個別實驗要求學(xué)生進行偏差計算。根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，學(xué)生需對誤差的來源進行分析，并提出實驗的主要結(jié)論。根據(jù)實驗過程的心得及查閱相關(guān)文獻，對實驗的方法和注意事項提出自己的看法。其中，所有的誤差分析要滿足定向性原則，即不可以空泛的討論，要根據(jù)自己提出的假設(shè)，自行推導(dǎo)對所引入的影響因素對結(jié)果造成的正、負向偏離。基于此，可以對學(xué)生的“數(shù)據(jù)處理分析”、“文獻檢索查閱”和“調(diào)研報告撰寫”等方面進行培養(yǎng)，為后續(xù)的專業(yè)課程和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐做好基礎(chǔ)知識和基本能力的儲備。

2物理化學(xué)課程教學(xué)孵化大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目示例

2.1項目背景

化石能源占能源使用的比重最大，但其具有不可再生的性質(zhì)，且使用過程會污染環(huán)境。因而迫切需要尋求新型綠色能源，以減少對化石能源的依賴[9]。其中，利用太陽能光電催化分解水制氫具有綠色、環(huán)保、反應(yīng)條件溫和、無副產(chǎn)物等優(yōu)點。為促進氫氣的產(chǎn)率，需要探究光電催化分解水的影響因素，并采取相關(guān)手段以提高光電分解水效率。其中，光電催化分解水一般的評價指標為1.23V(vs.RHE)電極電勢下的電流密度。作為一個光陽極體系，不僅僅要考慮材料自身對光電催化分解水性能的影響因素(光吸收、體相載流子分離效率、表面載流子注入效率)，還要保證測試體系中對電極的催化活性(氫的析出過電勢)和外接電路及溶液串聯(lián)電阻等。

2.2項目孵化

在物理化學(xué)的電化學(xué)實驗教學(xué)中，提供了“分解電壓”、“弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)測定”、“陰極極化曲線的測定”等一系列實驗。在理論課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，學(xué)生總結(jié)發(fā)現(xiàn)四個規(guī)律：(1)溫度升高離子的電導(dǎo)率增加；(2)水的分解電壓中包含一定的過電勢，而該過電勢受到材料種類的影響；(3)溫度升高金屬電導(dǎo)率降低、半導(dǎo)體電導(dǎo)率增加；(4)隨著溫度的增加，水的分解反應(yīng)吉布斯自由能是降低的，所需的分解電壓也降低。在以上四個規(guī)律基礎(chǔ)上，考慮到實際生活中光電分解水的反應(yīng)溫度難以保證實驗室常規(guī)的25℃，因此學(xué)生提出通過提高反應(yīng)溫度促進光電催化分解水的思路。后經(jīng)文獻查閱，發(fā)現(xiàn)溫度升高可能會影響材料穩(wěn)定性，且許多半導(dǎo)體在分解水過程中由于光腐蝕或材料本身的不穩(wěn)定性而不能長時間工作[10]。因此學(xué)生提出了研究溫度對CuWO4基半導(dǎo)體光電催化分解水影響的思路，并將其作為研究內(nèi)容的一部分申請大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目(S2021105330407)。在教師的科研實驗室，學(xué)生參考“陰極極化曲線測定”實驗中學(xué)習(xí)的三電極模式進行光電化學(xué)測試，通過“弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)”和“表觀摩爾體積和偏摩爾體積的測定”等實驗中所掌握的恒溫槽操作技能進行恒溫，得到了不同溫度下的光電流密度數(shù)據(jù)。在5℃、15℃、30℃、45℃和60℃時，電流密度分別為0.10mA/cm2、0.11mA/cm2、0.15mA/cm2、0.16mA/cm2和0.19mA/cm2?？梢园l(fā)現(xiàn)隨著測試溫度的升高，體系的光電流增加，即具有更好的光電催化性能。采用“弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)”和“二級反應(yīng)”實驗中涉及的電導(dǎo)率測定方法，研究了不同溫度下的電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率。在5℃、15℃、30℃、45℃和60℃時，0.2mol/L的磷酸氫鉀緩沖溶液的電導(dǎo)率分別為20mS/cm、25mS/cm、32mS/cm、42mS/cm和52mS/cm，證明了之前的猜想，即溫度升高可以提高電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)，降低電阻。最后，采用交流阻抗測試(電化學(xué)實驗緒論部分涉及內(nèi)容)研究了不同溫度下的測試體系的外部電阻(溶液+電極導(dǎo)線等串聯(lián)電阻)和半導(dǎo)體材料的內(nèi)阻。在5℃、15℃、30℃、45℃和60℃時，測試體系的外部串聯(lián)電阻為26.5Ω、23.6Ω、20.1Ω、18.5Ω和18.4Ω，半導(dǎo)體材料的內(nèi)阻為4.13kΩ、3.26kΩ、2.39kΩ、2.02kΩ和1.32kΩ。從中可以得出結(jié)論，即溫度在一定范圍內(nèi)可以減小溶液、電極線等構(gòu)成的外部電阻，但主要的內(nèi)阻還是由材料內(nèi)部貢獻，對此學(xué)生從物理化學(xué)理論課的統(tǒng)計熱力學(xué)方面給予了自己的解釋。同時，學(xué)生也期待通過后續(xù)的結(jié)構(gòu)化學(xué)、半導(dǎo)體物理等課程的學(xué)校對其進一步的解釋。作為教師，這也可以成為一個案例用以理論課的教學(xué)。

2.3孵化項目案例反思

實踐證明，基于已學(xué)知識衍生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，對于學(xué)生而言難度適合，整個項目進行過程中學(xué)生總是可以找到自己熟悉的環(huán)節(jié)，除開疫情防控時期，基本保證了參與度。在執(zhí)行項目的同時，學(xué)生進一步了解了光電催化體系的工作原理和主要的影響因素。由于在前期的實驗過程中學(xué)生已分段式的已經(jīng)將基礎(chǔ)課中尚未接觸的專業(yè)知識涉及到，使得學(xué)生可以獨立的進行實驗操作，并對CuWO4的光電催化性能進行進一步的優(yōu)化，確保了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目中后期研究內(nèi)容的順利執(zhí)行。

3結(jié)語

綜上，基于物理化學(xué)課程教學(xué)孵化大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，從強化教學(xué)過程中學(xué)生對實驗原理的掌握，加強實驗設(shè)計的主觀意識，嚴格要求實驗報告的撰寫規(guī)范等方面著手，為學(xué)生進行大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐打好基礎(chǔ)。同時，在課程教學(xué)中激發(fā)大學(xué)生主動思考的習(xí)慣以及通過參考文獻給老師挑錯的能力，促進其提出改進和升級實驗的想法，從而孵化大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目。采取這種模式孵化的項目是基于學(xué)生掌握技能和一定文獻閱讀后自我思考的結(jié)果，具有較高的可執(zhí)行性。測試手段大部分與物化實驗涉及的原理和儀器相關(guān)，學(xué)生能獨立承擔(dān)的實驗內(nèi)容明顯增加，避免了部分大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目中學(xué)生參與度低的問題。而且在充分參與實驗的過程中，學(xué)生的實踐操作技能得到進一步提高，對于一些現(xiàn)象激發(fā)其對后續(xù)專業(yè)課的興趣，加強其對自身專業(yè)的興趣和信心。另一方面，這種模式可以促進教師發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的著力點，所孵化的項目也幫助教師在理論課教學(xué)中提高生動接地氣的案例，拉近學(xué)生與物理化學(xué)知識的距離。

作者：劉洋 丁治英 李文章 李潔 單位：中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院