淺談大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)踐

1、淺談大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)踐摘要?jiǎng)?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(duì)大二學(xué)生處于基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)階段尚未進(jìn)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(qiáng)化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的掌握，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主觀意識(shí)，嚴(yán)格要求實(shí)驗(yàn)報(bào)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(jì)一個(gè)物理化學(xué)知識(shí)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(shí)踐相結(jié)合，使得學(xué)生學(xué)有所用，也促進(jìn)教師在后期的理論課程教學(xué)中提供生動(dòng)的教學(xué)案例。關(guān)鍵詞創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)；物理化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；訓(xùn)練模式；案例2021年10月12日國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)關(guān)于進(jìn)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

2、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(guó)國(guó)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(jī)制，鼓勵(lì)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(xiàng)目實(shí)施過程中，不難發(fā)現(xiàn)部分項(xiàng)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(qǐng)或參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目主要是為了獲得學(xué)分，并非是源于興趣，缺少了主動(dòng)性。另一方面，對(duì)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(shí)儲(chǔ)備，對(duì)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(xiàng)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(bào)參與項(xiàng)目的積極性6-7。在此背景

3、下，依托中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在教學(xué)過程中強(qiáng)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(shí)和實(shí)驗(yàn)技能孵化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，通過教師科研平臺(tái)幫助學(xué)生將想法進(jìn)行驗(yàn)證和探索，設(shè)計(jì)一個(gè)物理化學(xué)知識(shí)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(shí)踐相結(jié)合，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)有所用，同時(shí)為教師在后期的理論課程教學(xué)中提供生動(dòng)的教學(xué)案例。1教學(xué)過程中強(qiáng)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(xiàng)目中，需要團(tuán)隊(duì)具有項(xiàng)目選題-文獻(xiàn)檢索-實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)-數(shù)據(jù)獲取-數(shù)據(jù)分析處理-撰寫調(diào)研報(bào)告及學(xué)術(shù)論文等能力8，因此在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)原理-儀器與試劑-實(shí)驗(yàn)步

4、驟和現(xiàn)象-原始數(shù)據(jù)收集-數(shù)據(jù)處理分析-實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論幾個(gè)部分進(jìn)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(shí)驗(yàn)課程旨在鞏固和加深同學(xué)對(duì)物理化學(xué)原理的理解，提高學(xué)生對(duì)物理化學(xué)知識(shí)靈活應(yīng)用的能力。課程主要涉及熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)、平衡實(shí)驗(yàn)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)、電化學(xué)實(shí)驗(yàn)、表面化學(xué)實(shí)驗(yàn)、膠體化學(xué)實(shí)驗(yàn)等。在接觸常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器(移液管、攪拌器)的同時(shí)，學(xué)生們有機(jī)會(huì)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(cè)定和真空裝置(壓力計(jì)、真空泵)和多種測(cè)試儀器(阿貝折射儀、電導(dǎo)率儀、差熱分析儀、電位差綜合測(cè)試儀)等。這些儀器的使用拓寬了學(xué)生的視野，同時(shí)掌握這些儀器的原理和操作有助于學(xué)生們?cè)诤笃趧?chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐

5、中部分實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。1.2強(qiáng)化邏輯思維培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目一般都具有“目標(biāo)導(dǎo)向”，因此在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中強(qiáng)化學(xué)生對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡哪毢涂偨Y(jié)，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹辈糠?，要求學(xué)生思考本次實(shí)驗(yàn)的意義，所能測(cè)得的熱力學(xué)數(shù)據(jù)是什么，從而強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的“目標(biāo)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(biāo)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(rèn)識(shí)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(shí)踐能力。因此，在課堂講授實(shí)驗(yàn)過程中，在已有的“目標(biāo)導(dǎo)向”基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)多個(gè)輪次的問答(“理論課上什么反應(yīng)能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)？”“基于什么方程能求解得到？”、“需要測(cè)定哪個(gè)物理量

6、”、“如何實(shí)現(xiàn)物理量的測(cè)定”等)，促進(jìn)學(xué)生思考，從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的角度幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理-儀器和試劑的選擇-實(shí)驗(yàn)步驟的順序，從而培養(yǎng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的邏輯思維。以“二級(jí)反應(yīng)乙酸乙酯的皂化反應(yīng)”為例，首先會(huì)確定此次實(shí)驗(yàn)的主要目標(biāo)，即“求二級(jí)反應(yīng)的速率常數(shù)及反應(yīng)活化能”。然后進(jìn)入問答環(huán)節(jié)，由第一個(gè)問題“憑什么證明我們這個(gè)是二級(jí)反應(yīng)”，可以從學(xué)生的回答“反應(yīng)級(jí)數(shù)是二”使學(xué)生明確反應(yīng)級(jí)數(shù)的定義。由第二個(gè)問題“反應(yīng)級(jí)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(duì)比，體會(huì)本次實(shí)驗(yàn)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(gè)問題“圖解法對(duì)應(yīng)公式中的濃

7、度如何測(cè)定？”，幫助學(xué)生了解化學(xué)法測(cè)定濃度的操作難度，以及如何將待測(cè)的“濃度”轉(zhuǎn)移成可以即時(shí)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(gè)問題，即“如何將乙酸乙酯皂化反應(yīng)設(shè)計(jì)成一級(jí)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(duì)于實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的理解，也培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。1.3完善考核細(xì)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(xì)則，提高部分環(huán)節(jié)的分?jǐn)?shù)占比，有助于提高學(xué)生對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)和技能的重視和掌握。對(duì)于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告而言，各部分的分散占比分別為實(shí)驗(yàn)?zāi)康?8%)-實(shí)驗(yàn)原理(8%)-儀器與試劑(8%)-實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象(8%)-實(shí)驗(yàn)操作+

8、原始數(shù)據(jù)收集(8%)-數(shù)據(jù)處理分析(40%)-實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論(20%)。其中，實(shí)驗(yàn)原理部分嚴(yán)禁學(xué)生照搬書籍，需要同學(xué)們?cè)陬A(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(cè)量原理”三方面進(jìn)行總結(jié)和凝練，用自己的話將原理進(jìn)行陳述。從而促進(jìn)學(xué)生在閱讀書籍過程中的文獻(xiàn)檢索和整理能力。其次，通過對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄和原始數(shù)據(jù)卡的考核，培養(yǎng)學(xué)生及時(shí)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(yán)謹(jǐn)細(xì)心的態(tài)度，培養(yǎng)認(rèn)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(shí)，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程重點(diǎn)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(zhǔn)確性，并要求學(xué)生查閱文獻(xiàn)參考值進(jìn)

9、行數(shù)據(jù)的誤差計(jì)算，個(gè)別實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生進(jìn)行偏差計(jì)算。根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，學(xué)生需對(duì)誤差的來源進(jìn)行分析，并提出實(shí)驗(yàn)的主要結(jié)論。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程的心得及查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的方法和注意事項(xiàng)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(duì)所引入的影響因素對(duì)結(jié)果造成的正、負(fù)向偏離。基于此，可以對(duì)學(xué)生的“數(shù)據(jù)處理分析”、“文獻(xiàn)檢索查閱”和“調(diào)研報(bào)告撰寫”等方面進(jìn)行培養(yǎng)，為后續(xù)的專業(yè)課程和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐做好基礎(chǔ)知識(shí)和基本能力的儲(chǔ)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(xiàng)目示例2.1項(xiàng)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(huì)污染環(huán)境

10、。因而迫切需要尋求新型綠色能源，以減少對(duì)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(diǎn)。為促進(jìn)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(píng)價(jià)指標(biāo)為1.23V(vs.RHE)電極電勢(shì)下的電流密度。作為一個(gè)光陽極體系，不僅僅要考慮材料自身對(duì)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(cè)試體系中對(duì)電極的催化活性(氫的析出過電勢(shì))和外接電路及溶液串聯(lián)電阻等。2.2項(xiàng)目孵化在物理化學(xué)的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，提供了“分解電壓”、“弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)測(cè)

11、定”、“陰極極化曲線的測(cè)定”等一系列實(shí)驗(yàn)。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(gè)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(shì)，而該過電勢(shì)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(gè)規(guī)律基礎(chǔ)上，考慮到實(shí)際生活中光電分解水的反應(yīng)溫度難以保證實(shí)驗(yàn)室常規(guī)的25，因此學(xué)生提出通過提高反應(yīng)溫度促進(jìn)光電催化分解水的思路。后經(jīng)文獻(xiàn)查閱，發(fā)現(xiàn)溫度升高可能會(huì)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(zhǎng)時(shí)間工作10。因此學(xué)生提出了研究溫度對(duì)

12、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?jī)?nèi)容的一部分申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目(S2021105330407)。在教師的科研實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生參考“陰極極化曲線測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)的三電極模式進(jìn)行光電化學(xué)測(cè)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(cè)定”等實(shí)驗(yàn)中所掌握的恒溫槽操作技能進(jìn)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(shí)，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(cè)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

13、衡常數(shù)”和“二級(jí)反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)中涉及的電導(dǎo)率測(cè)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(shí)，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(cè)試(電化學(xué)實(shí)驗(yàn)緒論部分涉及內(nèi)容)研究了不同溫度下的測(cè)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(shí)，測(cè)試體系的外部串聯(lián)電阻為26.5、23.6、20.1、18.5和18.4，半導(dǎo)體材料的內(nèi)阻為4.13k、3.26k、2.3

14、9k、2.02k和1.32k。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(xiàn)，對(duì)此學(xué)生從物理化學(xué)理論課的統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方面給予了自己的解釋。同時(shí)，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(duì)其進(jìn)一步的解釋。作為教師，這也可以成為一個(gè)案例用以理論課的教學(xué)。2.3孵化項(xiàng)目案例反思實(shí)踐證明，基于已學(xué)知識(shí)衍生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，對(duì)于學(xué)生而言難度適合，整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)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(shí)期，基本保證了參與度。在執(zhí)行項(xiàng)目的同時(shí)，學(xué)生進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)涉及到，使得學(xué)生可以獨(dú)立的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并對(duì)CuWO4的光電催化性能進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，確保了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目中后期研究?jī)?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(xiàng)目，從強(qiáng)化教學(xué)過程中學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的掌握，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主觀意識(shí)，嚴(yán)格要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫規(guī)范等方面著手，為學(xué)生進(jìn)行大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐打好基礎(chǔ)。同時(shí)，在課程教學(xué)中激發(fā)大學(xué)生主動(dòng)思考的習(xí)慣以及通過參考文獻(xiàn)給老師挑錯(cuò)的能力，促進(jìn)其提出改進(jìn)和升級(jí)實(shí)驗(yàn)的想法，從而孵化大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。采取這種模式孵化的項(xiàng)目是