工程化觀念在化工原理實驗教學中培養學生綜合素質及創新能力的研究與實踐

孫 德 李 然 杜長海

(長春工業大學化工學院,吉林長春130012)

工程化觀念在化工原理實驗教學中培養學生綜合素質及創新能力的研究與實踐

孫 德 李 然 杜長海

(長春工業大學化工學院,吉林長春130012)

本文就培養學生綜合素質及創新能力的問題,提出工程化觀念在化工原理實驗教學體系中的作用,系統地闡述了在實驗裝置、實驗運作模式及實驗教學模式等方面工程化的做法。

工程化;實驗教學;綜合素質;創新能力

為了適應“高層次、多樣化、創造性”的人才培養目標新要求、新標準,近幾年來,我們一直在深化教育教學改革,積極探索培養學生的綜合素質及創新能力的有效途徑?；瘜W工程與工藝專業屬于技術性、綜合性、通用性很強的專業,主要培養從事化工類型過程和設備的生產、研究、開發、設計等工作的高級工程技術人才。加強實驗教學,不僅能鞏固已學到的理論知識,而且能夠培養學生理論聯系實際的能力和分析問題解決問題的能力,對于活躍思維、開闊思路、提高創新能力起著積極的作用。

工程化教育是一種教育理念,其內涵是在培養高級工程人才的全過程中,從培養目標、業務規格設計到教學環節安排、教學內容選擇、教學方法選用,從教育決策到教育實施,到教育模式,充分考慮工程的本質、工程工作的要求,體現工程教育的工程特色。核心是理論聯系實際、教學聯系工程實踐培養創新精神和實踐能力,提高大學生工程素質,提高畢業生工程工作的適應能力。我們充分利用這一特點,堅持工程化觀念在化工原理實驗教學中從實驗教學體系到教學內容和方式的改革。

一、實驗室建設的工程化

2004年我院化工基礎實驗教學中心被吉林省教育廳評為省化工示范基礎實驗教學中心,并在2006年獲中地共建項目支持共獲得300余萬元資金資助。在實施過程中,我們要求實驗裝置不僅在學科內容上涵蓋“三傳”過程中典型的單元操作,而且從規模上力求工程化、類型上力求多樣化,即驗證型實驗與綜合型、研究型實驗并存;傳統實驗與體現新技術或科研新成果的實驗并存;體現基本原理的傳統儀器儀表與現代測試手段及先進的控制并存。幾年來,我們對化工原理實驗裝置進行了全面規劃:保留典型的驗證型實驗,對原有舊裝置進行改造、擴展;研制或引進新的研究型、綜合型實驗裝置等。這既為學生實驗實踐拓展更多的空間,也為相應的實驗教學內容和方法的改革提供必要的硬件條件。

我們在新實驗裝置的引進和研發中除了考慮其工程性、可操作性外,還特別注重強調實驗裝置教學研究性及先進性。[1]就是裝置既可用于本科生教學,又可用于科研和本科生做畢業論文。先進性一是指采用先進的二次儀表和測試、控制手段;二是指將新的科研成果引入實驗教學。如我們正在引進的膜綜合實驗裝置既可以做膜滲透氣化實驗又可以做反滲透、納濾實驗;研制的傳熱綜合實驗裝置傳熱管可以任意角度放置,而且裝置可以同時對不同種傳熱管進行實驗研究。

在實驗室的建設過程中,我們鼓勵學生的積極參與。對學生很多建設性的意見予以采納,比如實驗室的布局要強化工程的觀念,學生們組織起來自行設計,并且畫了圖紙,綜合考慮了操作、安全、環保等各種因素;研制的傳熱綜合實驗裝置的部分研制工作就是由學生來完成的。

二、工程化開放式實驗運作模式

改變過去以教師為中心的實驗教學模式,實施開放式以學生為主實驗運作模式,制定了《開放實驗室管理制度》并強化工程觀念。具體做法是:1.每學期開學學生要進行室前教育。要求學生熟悉實驗室的各種規章制度,對學生進行安全教育,各實驗指導教師與學生見面并對實驗報告等事項作出具體的要求。2.將每學期開放的實驗項目發給學生,學生通過網上選課系統進行選課。3.預習。預習的手段有教材、網上多媒體課件、化工原理實驗室機房及現場。4.學生須通過指導老師關于基本理論、操作法及安全等方面的考核后獲得《上崗證》,方可進入現場實驗。5.實驗進行過程中,教師要在現場進行必要的指導并提出問題。6.實驗后學生要在教師組織參與下對實驗結果進行討論。

工程化開放式實驗運作模式在實驗過程當中要求“以學生為本”,由學生自主完成實驗,這就要求學生要相互協調,密切配合,培養學生的團隊精神。在這方面我們采用工廠的做法,制定了《崗位責任制》,每一組學生共四人,設班長兼安全員一人,負責實驗的指揮與協調;主操一人,負責微機操作,記錄數據及發出操作命令;現場操作工一人,負責現場操作及設備狀況監護;化驗工一人,負責取樣并化驗分析。這樣的做法不僅培養了學生的團隊精神,順利完成實驗;而且便于學生角色的轉變,可以很快地融入工廠生產環境中去。

三、實施分層次、工程化的實驗教學模式

培養綜合素質高、創新能力強的學生就要對實驗內容進行適當的調整,實驗內容的單一、枯燥不能滿足創造性人才培養的需要,應改變以驗證課堂教學內容為宗旨的教法,合理安排工程性實驗內容,根據人才培養的要求,我們將實驗劃分為幾大類:[2]

1.基本教學型實驗。以傳統的驗證性實驗為主,教學目標重在訓練學生基本實驗方法、實驗技術和實驗技能,掌握典型單元操作過程的機理和規律,使學生加深對理論的理解,同時在教學中我們強調單元操作過程的機理和規律在工程實踐中的應用,激發學生學習興趣。

2.提高型實驗。包括綜合性、設計性、應用性等實驗,教學目標包括典型單元操作過程的深入研究及操作優化。實施過程中,我們要求學生根據自己的興趣自行選擇工程實際問題,自擬實驗方案,優化操作條件,對實驗結果進行技術經濟評價等。注重培養學生查閱資料、調查研究、設計實驗方案,對實驗過程及結果有自己的分析和結論。培養學生綜合學科知識,獨立自主工作的能力,加深學生對工程問題的認識。

3.研究創新型實驗。以擴大知識面,啟發創新意識為目的,培養學生創新能力,可供有科研興趣的同學選作。學生可盡早接觸工程或科研實際,參加實驗室建設,培養他們靈活運用所學知識解決實際問題的能力。實驗裝置可直接采用實驗室已有裝置,或利用組合式實驗裝置進行搭建,有時則需要自行設計。已做過的專題有“填料吸收塔中的化學吸收與傳質系數測定”、“強化冷凝傳熱實驗”、“反應精餾在酯化反應中的應用”、“分子蒸餾”及“超臨界二氧化碳萃取”等實驗。實踐表明,研究創新型實驗由于其鮮明的背景及實用性,特別能激發學生的研究興趣和探索熱情。

實驗教學內容的分層次、工程化,做到了幾個結合:驗證化工原理基本理論與培養學生掌握工程實踐研究方法,提高分析和解決問題的能力相結合;單一驗證性實驗與綜合性、設計性實驗相結合,培養學生綜合處理工程實際問題的能力;傳統的與現代的實驗方法相結合。既注重了基礎,又強化了創新;既保證了基本訓練,又注重獨立分析、解決工程實際問題;既考慮到循序漸進,又激勵因材施教。

四、結束語

經過對化學工程與工藝專業實驗教學體系四年多的工程化實驗教學改革嘗試,學生自學能力、分析和獨立思考能力、動手能力和創新能力等綜合能力都得到了提高,收到了良好的教學效果。學生連續三屆參加“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽中,我們獲得了特等獎一項、一等獎兩項;連續兩屆參加“三井杯”全國化工設計大賽并獲得國家三等獎的佳績。畢業生在人才市場的競爭力顯著增強,在近幾年就業形勢嚴峻的情況下,該專業的畢業生一次就業率均在95%以上。此外,每年都有許多優秀的學生考入天津大學、華東理工大學等國內著名高校的化工專業研究生。我們認為該體系和內容符合實驗教學的規律,符合現代高等工科教育的精神,能滿足該專業培養學生綜合素質及創新能力的要求。

[1]郭慶峰等.在化工原理實驗教學中培養學生綜合素質及創新能力[J].化工高等教育,2004,(1).

[2]李然等.化工原理實驗[M].長春:吉林大學出版社,2002.

孫德(1973-),長春工業大學化工學院化工基礎實驗教學中心副主任,高級實驗師,主要從事化工實驗教學研究。