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摘要:根据工程教育认证要求,针对化学工程与工艺专业精细化工方向实验教学,从实验内容的构建和实验模式的创新2个方面进行改革.在教学内容方面增加综合实验和创新实验的比例,在实验模式方面引入现代化的教学手段和技术,充分发挥学生的主体地位,培养学生运用知识解决综合问题的能力和创新性思维.
关键词:工程教育认证;精细化工;实验教学
随着国家工程教育认证工作的展开,切实推进学校“一流本科”教育教学改革、提高人才培养质量、按照认证标准进行专业建设已是迫在眉睫的任务[1G3].贯彻“以学科建设为基础、以行业发展需求为导向、以创新人才培养为中心”的专业发展指导思想,参照中国工程教育专业认证协会专业认证通用标准中的毕业要求[4],我校制订了化学工程与工艺专业人才培养方案,内容涵盖了工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理和终身学习等12项能力培养目标,以此培养目标为导向,对我校化学工程与工艺专业精细化工方向实验教学改革进行探讨[5G6].精细化工方向前身为1992年成立的青岛大学纺织化学系精细化工专业,现隶属于化学化工学院化学工程与工艺专业,为我校化学学科、工程学科进入ESI前1％的支撑学科,拥有化学工程与技术一级学科硕士学位授予权及化学工程专业硕士学位授予权,改革实验教学内容和模式,培养实践能力优、综合素质高、创新精神强的人才,以满足工程教育认证标准要求.
1实验教学内容的改革
我校4大化学基础实验由青岛大学化学基础实验中心(山东省基础化学实验教学示范中心)开设并实施教学,专业实验室主要是结合具体专业理论课的要求进行综合和创新实验的开设.早期精细化工方向的专业实验教学内容主要包括精细有机合成单元反应实验(48学时)和精细化学品合成实验(48学时)2部分,按照专业认证标准的要求,对原有精细化工方向实验体系进行改革,将其分成专业综合实验、大型综合实验和创新实验3大类,在保留原有专业综合实验96学时不变前提下,对其中精细化学品合成实验部分进行整合和扩充,又增设了32学时的大型综合实验和时间长达1年的创新实验,构建多层次的立体实验内容体系,逐步提高学生的综合素质和创新能力.图1为我校化学工程与工艺专业精细化工方向专业实验具体开设情况.专业综合实验是结合专业理论教学的实验,主要针对某一单元操作或某一精细化学品的合成,旨在巩固和加深学生对所学理论知识的理解,使学生掌握从仪器装置的搭建、产品的合成、工艺条件的优化到产物分离的基本方法.精细化工方向原隶属于纺织化学系,在专业综合实验内容安排上侧重于有机中间体和精细化学品的合成与制备,具体实施时考虑到实验的相关性,可先合成间二硝基苯,后将其还原制备间硝基苯胺,实验环环相扣,前一反应的产物就是后一反应的原料,既加深学生的印象,又提高学生的成就感,调动学习的积极性.大型综合实验要求学生将所学基础理论和专业知识有机融合以完成相对复杂的实验,旨在培养学生综合运用所学知识的能力.在实验的开设上既要考虑综合性和创新性,同时也要兼顾实用性和可行性,主要提供有机染料与颜料、聚合物合成与涂料、染色过程软件模拟等方向,学生可结合自己的兴趣选择相应的实验.积极推动将教师科研成果转化到实验教学中来[7G8],以更新原有实验教学内容,让学生了解学科研究的新进展,打造大型综合实验项目,如开发了染料酸性蓝黑10B综合实验,进行从染料的合成到染料标准化、再到染料应用及染色废水光催化降解系列实验,使其更富前沿性和挑战性,或让学生在教师指导下通过计算机软件进行计算、模拟、分析,为已有实验现象提供支撑,加深对实际过程的认识与理解.创新实验则是鼓励学生参与科研型实验,旨在提高学生的创造性思维和独立工作的能力.学生大三上学期可根据个人兴趣或结合教师的科研课题,自组团队申报国家级和校级大学生创新创业训练计划项目.我院现有纤维新材料与现代纺织国家重点实验室(培育基地)、山东省基础化学实验教学示范中心、山东省中日碳纳米材料合作研究中心、青岛市天然产物与海洋化工工程技术中心等多个机构,若干纵向和横向科研项目,可以满足不同学生的兴趣需求,吸引学生进入科研团队,以培养学生的团结合作精神和科研创新能力.学校设有大学生创新创业训练计划项目专项经费,可为其长期提供资金保证.这部分课题通常和科研结合比较紧密,也具有一定的挑战性,学生工作起来更有热情.经过1年的创新实验,随着学生兴趣的深入,可选择继续进行研究并以此作为自己的毕业课题,从而形成毕业环节至少覆盖1年以上的体系,让学生有充足的时间进行科研,便于开展更加全面完整的工作,也为学生参加各种创新竞赛提供了有力保障.
2实验教学模式的改革
工程教育认证的理论体系和实践模式强调以学生为中心,实验教学也要建立以学生为主体、教师为主导的新的教学模式,在实验教学各个环节中,采用启发式教学,充分发挥学生的参与性和积极性,使学生从模仿型向创新型转变.首先,合理安排实验教学时间.专业综合实验为方便教学,便于仪器和药品的管理,一般统一安排实验时间;而大型综合实验由于具有一定的探索性和创新性,通常安排整整1周的时间,允许学生在实验室开放时间内(8:00—22:00)随时进入实验室,以便对实验方案进行反复的探索;创新实验时间跨度更长,学生可根据自己的时间自由安排,鼓励学生利用业余时间甚至双休日进入实验室.其次,采用现代教学手段和技术,将“微课”“翻转课堂”[9G11]这些灵活多样的形式应用于实验教学中.基本技能操作、大型仪器设备的使用、基本设置的搭建以及实验室的安全等内容非常适合制作成多个微视频进行动态讲解,可提前发放到学生群供其观看,既生动直观,又避免占用大量课堂教学时间,还可降低仪器的坏损率.一些简单的仪器损坏可尝试让学生修理,既可以帮助学生了解电炉、电热套、电动搅拌机等仪器的内部结构和工作原理,又可以满足学生的好奇心,激发学生的探索欲望,训练学生的动手操作能力,一举多得,教学效果良好.还可将每届学生的一些实验操作随机录下,让学生判断操作是否规范,从而纠正自己的操作错误.除了实验教师的教学指导,对一些应用性强的实验项目,如染料的合成与染色,更是直接将生产一线的专家请来为学生做报告,这些有着多年丰富经验的专家通俗易懂的讲解和炉火纯青的操作技巧对学生有着极强的震撼力.再次,强调“以生为本”,引导学生主动全程参与实验各个环节.以大型综合实验教学为例,一个完整的大型综合实验教学环节所包含的内容如图2所示.在大型综合实验教学中全程采用“翻转式”教学,强调与学生的互动讨论,突出学生的主体地位,充分调动学生的积极性,高度重视实验教学反馈对教学效果的积极作用,实时进行调整,以保证实验教学的持续改进,这也是工程教育专业认证的核心理念.最后,完善实验成绩的考核体系.考核是教学过程中的重要环节,是激励学生学习积极性的有效手段,同时也是实验教学内容的延续.随着教学方法手段的多样化,学生实验成绩的考核也不应单纯以实验结果好坏来评定,而应采用多种评定指标来科学全面地反映学生的真实水平,除实验报告外,更应该对学生预习报告、实验操作能力和分析解决问题能力进行综合测评,在每学期末进行“最美预习报告”和“最佳实验王”的评选,充分挖掘学生自身的潜能.实验成绩评价体系如图3所示.
3实验教学改革的效果
(1)实验内容的合理性和实验教学的新颖性使学生学习的积极性明显提高.从以前的“被动参与实验”逐渐变为现在的“主动参与实验”,学生能积极主动地申报国家级和校级大学生创新创业训练项目,近2年我校化学工程与工艺专业学生共申报7项国家级、26项校级大学生创新创业训练项目,学生学习的主观能动性明显增强。(2)大型综合实验和创新实验极大地提高了学生的动手实践能力和创新性思维.近3年来,我专业学生在各项国家级和省级赛事中屡获佳绩,获得“创青春”全国大学生创业大赛银奖、中国“互联网＋”大学生创新创业大赛铜奖、全国大学生化工设计竞赛二等奖、山东省大学生化学实验技能竞赛一等奖、山东省大学生化工过程实验技能竞赛一等奖.(3)培养学生树立正确的科研态度和严谨的科研作风.帮助学生提高科研水平,掌握写作科研论文的方法,鼓励学生发表科研论文和申请专利.潜移默化的教导使学生对所学专业有了更深入的了解和更浓厚的感情,关注专业发展的最新状况和学科的前沿动态,愿意在本专业继续深造,多名学生被推荐到“985工程”“211工程”高校就读研究生,我校化学工程与工艺专业近5年的考研率均保持在40％左右。(4)实验教学的改革也推动了实验教师队伍的建设.我院明确规定新引进青年人才均需进入实验教学一线,不仅活跃了实验教师队伍,也带来了先进的理念和方法.实验教师不仅参与实验准备与实验教学,还要及时了解学科前沿动态、熟悉大型仪器设备使用、完善实验教材建设,这一切都对实验教师提出了更高要求,督促实验教师不断提高自身的综合素质.
4结语
通过几年精细化工实验教学改革的摸索与实践,逐步丰富和完善实验内容、改进教学模式,以及提高学生的主体地位、增强学生的参与意识、调动学生的学习热情,学生的动手实践能力和科研创新能力均得到较大提高,学生的综合素质进一步增强,取得了良好的实验教学效果,符合工程教育认证标准对人才培养的要求,也使教师有了进一步改革实验教学的动力.
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作者:栾吉梅 刘馨 方龙 孙德帅 单位:青岛大学
