楊 懿， 葉 君， 吳勝龍， 何婉芬

(華南理工大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院,廣州 510640)

“翻轉(zhuǎn)課堂”在植物纖維化學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐

楊 懿， 葉 君， 吳勝龍， 何婉芬

(華南理工大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院,廣州 510640)

綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)以培養(yǎng)創(chuàng)新性人才為目的，采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)理念，通過(guò)本科生應(yīng)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析稻桿的化學(xué)成分及漿料的物理化學(xué)性質(zhì)，應(yīng)用現(xiàn)代測(cè)試手段考察了漿料的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及手抄紙的使用性能，對(duì)哈尼稻桿和廣東稻桿造紙的可行性進(jìn)行了研究。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)嘗試從傳統(tǒng)的單純的操作培訓(xùn)教學(xué)模式向設(shè)計(jì)型、探索型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，并鼓勵(lì)和支持學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，開(kāi)發(fā)他們的自身好奇和興趣，在繼承性、求異性、實(shí)踐性和風(fēng)險(xiǎn)性等方面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

翻轉(zhuǎn)課堂; 創(chuàng)新能力; 探索性實(shí)驗(yàn); 植物纖維; 教學(xué)模式

0 引 言

我國(guó)作為世界上最大的水稻生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，每年生產(chǎn)的水稻產(chǎn)量約占糧食作物總量的40%。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)[1]：2014年我國(guó)稻谷播種面積達(dá)到3 031萬(wàn)hm2，稻谷總產(chǎn)量達(dá)到20 643萬(wàn)t。這也表明,我國(guó)也是可利用的水稻秸稈資源大國(guó)。2011年我國(guó)水稻秸稈資源總量約為1.6億t，可收集利用量約為1.3億t，折合每年可節(jié)約煤碳0.28億t[2-3]。因此對(duì)稻稈的綜合利用逐漸成為很有價(jià)值、潛力的發(fā)展方向。對(duì)農(nóng)業(yè)秸稈進(jìn)行高值化利用[4-6]，不僅可以克服了傳統(tǒng)利用方式的利用效率低以及嚴(yán)重環(huán)境污染帶來(lái)的缺陷，同時(shí)還可逐步替代化石等不可再生資源。因此在化石資源日益減少的大環(huán)境下，充分開(kāi)發(fā)和利用我國(guó)豐富的稻稈資源具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[7-8]。

本實(shí)驗(yàn)選取了緯度相近的哈尼水稻生長(zhǎng)地的廣東省生長(zhǎng)水稻的稻桿作為對(duì)比樣，以研究它們稻桿中化學(xué)成分和生物結(jié)構(gòu)的差異。進(jìn)行不同稻桿作為造紙?jiān)闲阅茉u(píng)價(jià)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)比較稻桿原料的化學(xué)成分、纖維特性以及經(jīng)過(guò)制漿漂白后稻桿漿的性質(zhì)，及其手抄紙的特性，評(píng)價(jià)了兩種稻桿作為造紙?jiān)系牟町?，并在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中引入翻轉(zhuǎn)課堂的理念，培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要試劑、儀器

本實(shí)驗(yàn)選取的哈尼水稻田地理坐標(biāo)：經(jīng)度：101.75，緯度：23.45，其位于云南省元陽(yáng)縣的哀牢山南部。廣東水稻田地理坐標(biāo)：經(jīng)度：113.37，緯度：23.16。哈尼稻稈(H)和廣東稻稈(G)分別由云南農(nóng)科院所和廣東農(nóng)科院所提供。

本實(shí)驗(yàn)所用的化學(xué)試劑均為分析純(AR級(jí))廣州化學(xué)試劑廠生產(chǎn)。

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(UV-2450)日本SHIMADZU公司。纖維測(cè)量?jī)x(XWY系列)珠海華倫造紙有限責(zé)任公司。紅外光譜儀(TENSOR 27)德國(guó)Bruker公司。

1.2 測(cè)試方法

稻稈原料中的水分含量根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T2677.2—93《造紙?jiān)纤值臏y(cè)定》測(cè)定。稻稈原料中的灰分含量根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 742—2008《造紙?jiān)稀⒓垵{、紙和紙板灰分的測(cè)定》測(cè)定。稻稈原料中苯醇抽出物含量根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T2677.7—1994《造紙?jiān)嫌袡C(jī)溶劑抽出物含量的測(cè)定》測(cè)定。稻稈原料中1%NaOH堿抽出物含量根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T2677.5—1993《造紙?jiān)?%氫氧化鈉抽出物含量的測(cè)定》測(cè)定。稻稈原料中的酸不溶木素含量根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T2677.8—1994《造紙?jiān)纤岵蝗苣舅睾康臏y(cè)定》測(cè)定。稻稈原料中的酸溶木素含量根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 10337—2008《造紙?jiān)虾图垵{中酸溶木素的測(cè)定》測(cè)定。稻稈原料中綜纖維素含量根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T2677.10—1995《造紙?jiān)暇C纖維素含量的測(cè)定》測(cè)定。稻稈原料中聚戊糖含量根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T745—2003《紙漿、多戊糖的測(cè)定》測(cè)定。稻稈漿中的二氯甲烷抽提物含量根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 7979—2005《紙漿、二氯甲烷抽提物的測(cè)定》測(cè)定。稻稈漿中的堿溶解度根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 5401—2004《紙漿、堿溶解度的測(cè)定》測(cè)定。稻稈纖維素中的抗堿性根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 744—2004《紙漿、抗堿性的測(cè)定》測(cè)定。稻稈漿的黏度根據(jù)ISO 5351/1:1981《Cellulose in dilute solutions——Determination of limiting viscosity number——Part 1: Method in cupri-ethylene-diamine (CED) solution》測(cè)定，其分子量由Mark-Houwink[9]獲得：

式中:M是指平均分子量；K=8.5 μL/g；α=0.90。

紅外光譜分析是采用TENSOR27型傅里葉變換紅外光譜儀(德國(guó)Bruker公司生產(chǎn))進(jìn)行的，并使用KBr壓片，分辨率為1/36，掃描范圍為4 000～400 cm-1；采用纖維分析儀測(cè)定原料的纖維長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比，其他細(xì)雜組分不計(jì)入測(cè)定結(jié)果，對(duì)纖維長(zhǎng)度和寬度的分布頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并采用顯微鏡進(jìn)行纖維形態(tài)觀察。

本實(shí)驗(yàn)采用燒堿法制漿，把稻稈切成小于10 cm長(zhǎng)，然后分別放入高壓反應(yīng)釜中，具體工藝條件為:絕干量1 kg,蒸煮時(shí)間60 min,升溫時(shí)間90 min,保溫時(shí)間60 min,NaOH 18%,蒸煮溫度160 °C,蒸煮氣壓0.6 MPa,液比1∶4。采用過(guò)氧化氫(P段)、次氯酸鈉(H段)兩段式漂白。其工藝條件如表1所示。

表1 漂白工藝

2 結(jié) 果

2.1 稻稈原料的化學(xué)組分

哈尼稻稈和廣東稻稈原料的化學(xué)組成如表2所示。哈尼稻稈和廣東稻稈同屬稻草類(lèi)，由于其生長(zhǎng)的環(huán)境不同，植物細(xì)胞中各種成分的含量也有所差異。由表1可以看出：哈尼稻稈的水分含量比廣東稻稈低，哈尼稻稈的灰分含量低于廣東稻稈。由于稻草類(lèi)秸稈的灰分60%以上是硅化物，含量越高的硅化物，在黑液回收時(shí)的硅干擾就越嚴(yán)重，越不利于黑液的回收。因此在組分分離時(shí)，哈尼稻稈要優(yōu)于廣東稻稈。哈尼稻稈的酸溶木素和酸不溶木素的總和比廣東稻稈的高，這說(shuō)明其木素含量高于廣東稻稈。由于哈尼水稻的生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，生長(zhǎng)過(guò)程中溫差大，故較高的木質(zhì)素更能抵抗外界生物及環(huán)境的蠶食和侵害。哈尼稻稈中的半纖維素含量低于廣東稻稈。哈尼稻稈的綜纖維素的含量高于廣東稻稈。

由此，從兩種稻桿的組成成分來(lái)看，哈尼稻桿更適宜應(yīng)用于造紙工業(yè)。

2.2 稻稈的纖維形態(tài)

圖1表示離析后的哈尼稻稈和廣東稻稈的纖維形態(tài)。由圖可以清晰觀察到兩者纖維形態(tài)的差異：哈尼稻稈纖維比廣東稻稈纖維長(zhǎng)，但兩者的粗細(xì)程度相差不大。

表2 哈尼稻稈和廣東稻稈化學(xué)組分 %

圖2表示兩種稻稈纖維的長(zhǎng)度和寬度分布。哈尼稻稈離析后的纖維長(zhǎng)度分布集中在1.0～1.5 cm，在此范圍下所占比例為56.28%，廣東稻稈離析后的纖維長(zhǎng)度分布集中在0.5～1.0 cm，在此范圍下所占比例為60.30%。哈尼稻稈離析后的纖維寬度分布集中在5～10 μm，在此范圍下所占比例為70.85%。廣東稻稈離析后的纖維寬度分布集中在5～10 μm，在此范圍下所占比例為56.28%。

表3表示哈尼稻稈和廣東稻稈的纖維形態(tài)學(xué)參數(shù)。由表可看出：哈尼稻稈纖維數(shù)量平均長(zhǎng)度和質(zhì)量平均寬度分別為1.01 cm和1.08 cm比廣東稻稈的長(zhǎng)，哈尼稻稈的纖維寬度比廣東稻稈的纖維寬度略低，哈尼稻稈纖維長(zhǎng)寬比(112)約是廣東稻稈纖維長(zhǎng)寬比(54)的兩倍。哈尼稻稈的長(zhǎng)度和長(zhǎng)寬比都較高，由此可以預(yù)測(cè)哈尼稻稈是一種較好的造紙?jiān)稀?/p>

a：哈尼稻稈

b：廣東稻稈

圖2 稻桿纖維長(zhǎng)度和寬度分布

材料數(shù)量平均長(zhǎng)度/cm質(zhì)量平均長(zhǎng)度/cm一般范圍/cm數(shù)量平均寬度/μm質(zhì)量平均寬度/μm一般范圍/μm)長(zhǎng)寬比哈尼稻桿1．011．080．46～2．229105～18112廣東稻桿0．540．570．30～0．910114～2354

2.3 稻桿漿的性質(zhì)

2.3.1 稻稈漿的化學(xué)成分分析

表5表示經(jīng)過(guò)燒堿法制漿以及P段、H段兩段漂白后，兩種稻稈漿的化學(xué)成分。由表4可以看出：哈尼稻稈漿的二氯甲烷抽出物的含量低于廣東稻稈纖維素的。這說(shuō)明哈尼稻稈漿在造紙中中具有優(yōu)勢(shì)。哈尼稻桿漿不論S10還是S18均低于廣東稻稈漿，而R10和R18大于廣東稻稈漿，這表明哈尼稻稈漿的分子量較高，這在其后分子量的測(cè)定中得到證實(shí)。

2.3.2 稻稈漿的分子量

表5表示兩種稻稈漿的特性黏度、黏均分子量以及漿中纖維素的聚合度。由表可以看到：哈尼稻稈漿的分子量高于廣東稻稈漿，這也證實(shí)了表2的推論，同時(shí)說(shuō)明哈尼稻桿漿的品質(zhì)要優(yōu)于廣東稻桿漿。

表4 稻稈漿的化學(xué)成分分析 %

表5 稻稈漂白前后的分子量

2.3.3 稻桿漿的傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜分析

哈尼稻稈和哈尼稻稈纖維素及廣東稻稈纖維素的傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜如圖3所示。在哈尼稻稈原料的譜上，波數(shù)為1 510 cm-1是由于木素產(chǎn)生的典型的芳香環(huán)的伸展振動(dòng)吸收峰，但在兩種稻稈漿中該峰消失。波數(shù)為1 320 cm-1的紫丁香基、愈創(chuàng)木基的吸收峰在兩種稻稈漿中也消失。同時(shí)，波數(shù)在1 740 cm-1和1 430 cm-1處分別歸屬于半纖維素中酯類(lèi)和甲氧基的特征峰，在兩種稻稈漿中沒(méi)有出現(xiàn)。

圖3 傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜

在哈尼稻稈漿和廣東稻稈漿譜圖上，3 430 cm-1處的吸收峰是—OH的伸展振動(dòng)產(chǎn)生的；2 926 cm-1處的吸收峰是C—H伸展振動(dòng)產(chǎn)生的；1 421 cm-1處的吸收峰來(lái)自于纖維素中的C—H2彎曲振動(dòng)；1 372 cm-1處的吸收峰來(lái)自于C—H彎曲振動(dòng)；1 165 cm-1處的吸收峰歸屬于C—O不對(duì)稱(chēng)橋式伸展振動(dòng)或C—O—C伸展振動(dòng)以及某些C—OH彎曲振動(dòng)；在1 032 cm-1處的吸收峰歸屬于C—O—C吡喃糖環(huán)的骨架振動(dòng)峰；893 cm-1處的強(qiáng)吸收峰歸屬于糖苷上C—H的變形振動(dòng)和O—H的彎曲振動(dòng)，這屬于典型的纖維素結(jié)構(gòu)糖單元的β-糖苷鍵的特征吸收峰。

綜上所述：通過(guò)燒堿法制漿及P段H段漂白能有效地去除哈尼稻稈中的木素、半纖維素，得到純度較高的纖維素。

2.4 稻稈漿手抄紙的性能

由表6可以看出：在相同定量的條件下，哈尼稻稈漿手抄紙的機(jī)械性能、白度、撕裂度、耐破指數(shù)和彎曲挺度都高于廣東稻稈纖維素漿手抄紙。

表6的結(jié)論也證實(shí)了之前對(duì)稻桿原料及其漿的評(píng)估，即哈尼稻稈纖維原料是較廣東稻桿纖維原料更優(yōu)異的制漿造紙?jiān)稀?/p>

表6 稻桿漿手抄紙的性能

3 翻轉(zhuǎn)課堂理念教學(xué)實(shí)踐及效果討論

3.1 教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施

傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)如同基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)一樣，將一個(gè)學(xué)科中的實(shí)驗(yàn)分解成幾塊在規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)完成。學(xué)生首先預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，抄寫(xiě)實(shí)驗(yàn)步驟，接下來(lái)是機(jī)械的練習(xí)，這無(wú)疑是一種被動(dòng)接受的訓(xùn)練式教學(xué)，采取這種“灌輸式”教學(xué)，學(xué)生只死記硬背,完全沒(méi)有主動(dòng)性，也無(wú)法將這些實(shí)驗(yàn)運(yùn)用到所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)中驗(yàn)證基礎(chǔ)理論，更無(wú)助于運(yùn)用實(shí)驗(yàn)技能進(jìn)行創(chuàng)新性的工作，同時(shí)還使得學(xué)生失去了對(duì)追求知識(shí)的興趣和探索精神[10]。

本實(shí)驗(yàn)以制漿造紙國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，為化學(xué)類(lèi)本科二、三年級(jí)的學(xué)生提供的一項(xiàng)綜合性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，本科二、三年級(jí)學(xué)生已經(jīng)完成了基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)，這為本實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行打下了基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)由“頂層設(shè)計(jì)”，有計(jì)劃地從植物纖維原料出發(fā)，圍繞考察原料與造紙性能關(guān)系的目標(biāo)，提出相關(guān)的科學(xué)問(wèn)題，并根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各個(gè)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)，討論所得到的數(shù)據(jù)，得出相關(guān)結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始采用“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)理念[11-13]，對(duì)一些實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)采取先看視頻，比如黏度法測(cè)分子量、紅外光譜測(cè)試等，教授同時(shí)強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵步驟和技能。其次，學(xué)生閱讀相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在消化和理解的基礎(chǔ)上，以大一期間學(xué)習(xí)過(guò)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識(shí)為依據(jù)，自行提出相關(guān)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，在教師的修改和指導(dǎo)下完成相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定。接著，學(xué)生查閱和閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，在教師的組織下，對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論、總結(jié)；最后，所有小組間進(jìn)行交流、討論，撰寫(xiě)論文，同時(shí)提出更進(jìn)一步的問(wèn)題以及實(shí)驗(yàn)方案。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施路線(xiàn)圖

由此可以看出，本實(shí)驗(yàn)將學(xué)生所學(xué)習(xí)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能相結(jié)合直接應(yīng)用于具體的科研課題中，教學(xué)中教師從知識(shí)傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)橐I(lǐng)者和協(xié)助者，而學(xué)生從被動(dòng)接受者到主動(dòng)參與者與探究者，增加了兩者的互動(dòng)和探討，促進(jìn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，在繼承性、求異性、實(shí)踐性和風(fēng)險(xiǎn)性等方面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3.2 探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新性培養(yǎng)的教學(xué)效果討論

3.2.1 探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生繼承性培養(yǎng)

對(duì)前人科學(xué)成果的繼承是取得創(chuàng)新性科研成果的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)首先扭轉(zhuǎn)過(guò)去實(shí)驗(yàn)課堂上純粹“機(jī)械性”培養(yǎng)方式，轉(zhuǎn)而重視開(kāi)發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，把學(xué)習(xí)主體還給學(xué)生，看重啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，幫助學(xué)生建構(gòu)自主學(xué)習(xí)能力[14]。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)首先在實(shí)驗(yàn)方法的教學(xué)上，采取對(duì)實(shí)驗(yàn)操作觀看視頻的方法，顯然這個(gè)效果比閱讀使用說(shuō)明或操作步驟要有效得多，有趣得多，并且教學(xué)信息明確，直觀，學(xué)生觀看之后都躍躍欲試，表現(xiàn)出對(duì)實(shí)驗(yàn)的極大興趣。其次培養(yǎng)學(xué)生從閱讀相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的嚴(yán)肅性和嚴(yán)謹(jǐn)性，同時(shí)，幫助學(xué)生依此為據(jù)提出實(shí)驗(yàn)方案，以喚起學(xué)生對(duì)創(chuàng)新需要，激發(fā)創(chuàng)造性潛能，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)待創(chuàng)新的一種自覺(jué)的、主動(dòng)的態(tài)度。

3.2.2 探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生求異性培養(yǎng)

求異是創(chuàng)新的本質(zhì)特征[15]。在本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中認(rèn)同多元評(píng)量與多元價(jià)值，在閱讀相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之后，依照個(gè)人的理解和興趣，自由組合，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將學(xué)生分組，這樣每個(gè)學(xué)生都可以自由發(fā)揮其天賦，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；其次，在實(shí)驗(yàn)實(shí)施后，教師組織學(xué)生對(duì)取得相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行討論，不同的見(jiàn)解和異議會(huì)完善實(shí)驗(yàn)的不足，矯正實(shí)驗(yàn)缺陷以及對(duì)自我的超越。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生主動(dòng)地去了解、探索問(wèn)題及深入思考，理性討論，真正讓學(xué)習(xí)深化。

3.2.3 探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生實(shí)踐性培養(yǎng)

實(shí)踐才能將創(chuàng)新思維轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新成果，才能發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題、提出新思路、取得新成果。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生所實(shí)踐的實(shí)驗(yàn)方案和技術(shù)路線(xiàn)都是自己設(shè)計(jì)的，因此學(xué)生們主動(dòng)將自己的思維付諸于實(shí)踐中，這將傳統(tǒng)的單純技能操作培訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式轉(zhuǎn)化為培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)參與實(shí)踐，以自我的實(shí)踐來(lái)實(shí)現(xiàn)自身的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值。這也有利于學(xué)生更進(jìn)一步地用以發(fā)展高階的能力，如：對(duì)知識(shí)應(yīng)用、分析、綜合及評(píng)估等能力，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新技能。

3.2.4 探索性實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生風(fēng)險(xiǎn)性培養(yǎng)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)技能，學(xué)生只要認(rèn)真按部就班地操作就能達(dá)到實(shí)驗(yàn)的要求，學(xué)生往往誤以為科學(xué)研究也是如此順利，這在本科生畢業(yè)論文實(shí)踐期間表現(xiàn)為不認(rèn)同實(shí)驗(yàn)會(huì)失敗，無(wú)法面對(duì)失敗。而創(chuàng)新性的研究充滿(mǎn)了無(wú)數(shù)的不確定性和各種變數(shù)，在本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生面臨著創(chuàng)新失敗的巨大挑戰(zhàn)，例如，實(shí)驗(yàn)的最佳條件往往不是自己方案中的，就連測(cè)平行樣的標(biāo)準(zhǔn)偏差都達(dá)不到國(guó)標(biāo)要求。學(xué)生們必須反復(fù)的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，討論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其可信度，又要不斷地驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)論，這讓學(xué)生們深刻地體會(huì)到創(chuàng)新充滿(mǎn)著風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)新行為可能成功，更可能失敗，而真正的成功往往是建立在大量失敗的基礎(chǔ)上。

4 結(jié) 語(yǔ)

植物纖維化學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)理念，通過(guò)對(duì)哈尼稻桿和廣東稻桿的造紙的可行性研究過(guò)程，鼓勵(lì)和支持學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，開(kāi)發(fā)他們的自身好奇和興趣，在繼承性、求異性、實(shí)踐性和風(fēng)險(xiǎn)性等方面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

[1] FAO. Crop Prospects and Food Situation No.4 December 2014[EB/OL].[2015-02-02].http://www.fao.org/GIEWS/english/cpfs/I4256e/I4256E.htmL

[2] 中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒編輯部. 中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒2013[M]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1-40.

[3] 孫世榮, 郭 祎, 岳金權(quán). 我國(guó)稻草資源化利用現(xiàn)狀及其評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù), 2015, 35(17):20-23.

[4] Alothman Z A, Unsal Y E,Habila M,etal. Membrane filtration of Sudan orange G on a cellulose acetate membrane filter for separation-preconcentration and spectrophotometric determination in water, chili powder, chili sauce and tomato sauce samples[J]. Food and Chemical Toxicology, 2012, 50(8): 2709-2713.

[5] Eyholzer C, Lopez-Suevos F, Tingaut P,etal. Reinforcing effect of carboxymethylatednanofibrillated cellulose powder on hydroxypropyl cellulose[J]. Cellulose, 2010, 17(4): 793-802.

[6] Li C, Zhang Y, Peng J,etal. Adsorption of Cr (VI) using cellulose microsphere-based adsorbent prepared by radiation-induced grafting[J]. Radiation Physics and Chemistry, 2012, 81(8): 967-970.

[7] Saga L C, Rukke E-O, Liland K H,etal. Oxidative stability of polyunsaturated edible oils mixed with microcrystalline cellulose[J]. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 2011, 88(12): 1883-1895.

[8] Morán J I, Alvarez V A, Cyras V P,etal. Extraction of cellulose and preparation of nanocellulose from sisal fibers[J]. Cellulose, 2008, 15(1): 149-159.

[9] Brandrup J, Immergut E H, Grulke E A. Polymer Handbook[M]. New York: John Wiley& Sons Inc, 1999.

[10] 胡小波. 本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系的研究與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2010, 27(6):120-125.

[11] Sams A, Bergmann J. Flip your students’ learning[J]. Educational Leadership,2013, 70(6): 16-20.

[12] Sams A, Bergmann J. Flipped learning: maximizing face time[J]. Training Development, 2014,68(2): 28-31.

[13] Herreid CF,Schiller NA. Case studies and theflipped classroom[J].Journal of College Science Teaching, 2013, 42(5): 60-66.

[14] 丁雪梅，張曉君，王 鵬,等.翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2015, 34(6):207-212.

[15] 林 健.卓越工程師創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J]. 高等工程教育研究,2012(5): 1-17.

Practice of Flipped Classroom in Comprehensive Experimental Teaching of Vegetable Fibers

YANGYi,YEJun,WUShenglong,HEWanfen

(School of Light Industry and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

This comprehensive experimental teaching of vegetable fibers aimed to train innovative talents, and involved the idea of flipped classroom by evaluating feasibility of paper making of Hani rice straw and Guangdong rice straw. The undergraduate students analyzed the chemical components and physicochemical properties of the pulps according to the national standards and investigated the chemical structures and usability of the hand sheets by modern testing methods. The comprehensive experimental teaching experienced to transform from the simple operation training model to designing and exploring teaching model. Personalized development of the students was encouraged and supported. Their curiosities and interests were explored. Their innovation abilities were trained through succession, querying consciousness, practicalness and risk and so on.

flipped classroom; innovation ability; exploring experience; vegetable fibers; model of teaching

2016-08-01

華南理工大學(xué)第二批探索性教學(xué)項(xiàng)目(Y1150190)

楊 懿(1995-)女，廣東惠州人，本科生，資源環(huán)境科學(xué)專(zhuān)業(yè)。Tel.:18826074276;E-mail：823850782@qq.com

吳勝龍(1970-)，男，廣東廣州人，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)橹参锢w維結(jié)構(gòu)及化學(xué)教學(xué)與研究。

Tel.:13710853109;E-mail: shlwu@scut.edu.cn

G 649.21

A

1006-7167(2017)05-0210-06