化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革與實(shí)踐

楊榮華 曹曉群 程岳山 汪 海 王 芳 劉 欣

泰山醫(yī)學(xué)院化工學(xué)院 山東泰安 271016

2010年9月，我校化工學(xué)院將化工原理實(shí)驗(yàn)室和化工專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)室劃歸化工專業(yè)教研室管理，邁出了化工專業(yè)教學(xué)改革的關(guān)鍵一步。為充分發(fā)揮現(xiàn)有資源的功用和進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，加強(qiáng)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，參照“化學(xué)化工國(guó)家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)，從課程體系、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)方法、師資隊(duì)伍4個(gè)方面對(duì)我?；I(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了改革和建設(shè)，著力提高化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，取得了顯著成效。

1 化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系

培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才，必須建立與之相適應(yīng)的具有創(chuàng)新性、實(shí)用性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)及技能訓(xùn)練的前提下，設(shè)置“基礎(chǔ)訓(xùn)練、綜合設(shè)計(jì)、創(chuàng)新研究、仿真與計(jì)算機(jī)應(yīng)用”4種實(shí)驗(yàn)類型，形成體現(xiàn)化工專業(yè)特色的“一體化、多層次、開放式、重基礎(chǔ)、求創(chuàng)新”的化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系；并從“化工原理實(shí)驗(yàn)—化工專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)—化工仿真與計(jì)算機(jī)應(yīng)用訓(xùn)練—?jiǎng)?chuàng)新性研究實(shí)驗(yàn)”4個(gè)方面構(gòu)建和管理實(shí)驗(yàn)室。

化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系(以化學(xué)工程與工藝專業(yè)為例)(如圖1所示)。

圖1 化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)踐教學(xué)課程體系

2 化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系的規(guī)劃，本著“重視基礎(chǔ)訓(xùn)練，加強(qiáng)綜合，突出設(shè)計(jì)和創(chuàng)新研究訓(xùn)練”的目的，對(duì)每一階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)訓(xùn)練在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練之上，增加綜合設(shè)計(jì)性、研究性和自助式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)生興趣、啟迪學(xué)生探索、訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維方法，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新，充分體現(xiàn)以能力培養(yǎng)為核心的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容建設(shè)。擬開設(shè)的主要實(shí)驗(yàn)課程和所選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：

2.1 化工原理實(shí)驗(yàn)

對(duì)化工類專業(yè)學(xué)生，化工原理實(shí)驗(yàn)課程以單元操作中的流體流動(dòng)與輸送、傳熱、精餾、吸收、萃取、干燥、過(guò)濾、蒸發(fā)、結(jié)晶等傳質(zhì)過(guò)程為主線，實(shí)驗(yàn)設(shè)備及裝置能夠開設(shè)基礎(chǔ)訓(xùn)練性、綜合設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新研究性3類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目24個(gè)，其中基礎(chǔ)訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)5個(gè)，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)13個(gè)，創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)6個(gè)。在基礎(chǔ)訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)時(shí)要求和第二課堂形式，通過(guò)自主設(shè)計(jì)、綜合搭配化工過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置，以必做和選做結(jié)合的方式，開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新研究性化工過(guò)程綜合實(shí)驗(yàn)。上述實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中必做實(shí)驗(yàn)8個(gè)，選做8個(gè)，其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可根據(jù)學(xué)生的興趣、愛(ài)好，利用第二課堂、開放實(shí)驗(yàn)室、科技創(chuàng)新項(xiàng)目等形式選擇。

2.2 化工專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)

將化學(xué)工程與工藝相關(guān)核心專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，綜合歸類為化工專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)，單獨(dú)設(shè)課，其內(nèi)容以熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)定、傳質(zhì)數(shù)據(jù)測(cè)定、化學(xué)反應(yīng)工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)及設(shè)備、化工分離技術(shù)及設(shè)備、化工工藝、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制等實(shí)驗(yàn)為主，能開設(shè)綜合設(shè)計(jì)性專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目25個(gè)，其中必做項(xiàng)目15個(gè)，選做項(xiàng)目10個(gè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案的擬訂、實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與評(píng)價(jià)，綜合應(yīng)用相關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行綜合、設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)，目的是應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

2.3 化工仿真與計(jì)算機(jī)應(yīng)用訓(xùn)練

為進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐能力，采用化工過(guò)程及單元操作仿真實(shí)訓(xùn)方式，不僅使學(xué)生領(lǐng)悟到單元操作的核心，也可以使學(xué)生進(jìn)行模擬和控制可能的化工工藝及優(yōu)化操作，實(shí)現(xiàn)工廠現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的環(huán)節(jié)，同時(shí)可結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)進(jìn)一步得到訓(xùn)練。借助計(jì)算機(jī)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識(shí)訓(xùn)練化工過(guò)程設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理、化工過(guò)程與系統(tǒng)模擬優(yōu)化等環(huán)節(jié)，為將來(lái)從事化工設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐打好基礎(chǔ)?，F(xiàn)有設(shè)備、裝置及軟件能夠開設(shè)11個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目，其中必做基礎(chǔ)訓(xùn)練項(xiàng)目6個(gè)，選做綜合訓(xùn)練項(xiàng)目5個(gè)。

2.4 創(chuàng)新性研究實(shí)驗(yàn)

堅(jiān)持教學(xué)、科研與新技術(shù)應(yīng)用的有機(jī)融合，將教師的特色科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，將部分畢業(yè)環(huán)節(jié)的課題實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練與專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)融合，開發(fā)創(chuàng)新性、研究性實(shí)驗(yàn)，充分體現(xiàn)化工專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練和科研訓(xùn)練，現(xiàn)有10個(gè)創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供學(xué)生選擇。另外，每年有十多個(gè)項(xiàng)目采用開放實(shí)驗(yàn)室的方法，結(jié)合大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃，鼓勵(lì)學(xué)生開展科技創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練。

3 教學(xué)方法與教學(xué)手段改革

3.1 開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)與第二課堂活動(dòng)

為激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的積極性，全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，解決實(shí)驗(yàn)裝置套數(shù)少、實(shí)驗(yàn)人數(shù)多的問(wèn)題，化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)施開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并開展多種形式的第二課堂活動(dòng)。對(duì)基礎(chǔ)訓(xùn)練部分的實(shí)驗(yàn)采用分組集中實(shí)驗(yàn)的方式，將每班學(xué)生分成3～4個(gè)大組，每組15～20人，安排不同的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)再將每組學(xué)生分成3～4個(gè)小組，每小組4～6人，同時(shí)開設(shè)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，各小組輪流進(jìn)行實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。對(duì)于綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生提前選好所做項(xiàng)目，預(yù)習(xí)并準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在指定的時(shí)間內(nèi)有計(jì)劃地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

創(chuàng)新研究性實(shí)驗(yàn)，多來(lái)源于教師的科研課題或大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目，學(xué)生可根據(jù)自身情況選題，跟隨指定的指導(dǎo)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。重視引導(dǎo)學(xué)生參加研究項(xiàng)目實(shí)踐，一方面，教師積極參加科研，從科研工作中選出學(xué)生可以參與的項(xiàng)目；另一方面，有效地組織學(xué)生積極參與到研究實(shí)踐中來(lái)。創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)按照選題、文獻(xiàn)檢索、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)、撰寫論文或?qū)嶒?yàn)報(bào)告、報(bào)告答辯會(huì)的順序進(jìn)行。

在課外時(shí)間，實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生全天開放，為學(xué)生的個(gè)性發(fā)展和創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)提供空間，為大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃提供訓(xùn)練場(chǎng)所；鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，引導(dǎo)優(yōu)秀學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間和節(jié)假日進(jìn)入教師的科研課題組，使學(xué)生盡早接觸本學(xué)科最前沿知識(shí)，得到科研訓(xùn)練。

3.2 化工實(shí)驗(yàn)課與化工設(shè)計(jì)相結(jié)合，體現(xiàn)工科特色

為培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)能力，充分利用化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在工程實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，借助豐富的實(shí)踐教學(xué)資源，通過(guò)一系列教學(xué)安排，使學(xué)生除學(xué)習(xí)各種工藝知識(shí)，掌握各種工藝方法外，還可以培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，增強(qiáng)綜合素質(zhì)。例如，將部分化工實(shí)驗(yàn)課與化工設(shè)計(jì)相結(jié)合，通過(guò)化工實(shí)驗(yàn)課，讓學(xué)生全面掌握某一單元操作或化工過(guò)程的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)理論與技術(shù)、實(shí)驗(yàn)裝置的使用、實(shí)驗(yàn)技能及科技小論文的寫作方法；在化工原理課程設(shè)計(jì)、化學(xué)反應(yīng)工程課程設(shè)計(jì)及化工設(shè)計(jì)中，結(jié)合某一單元操作、某一裝置或化工過(guò)程，訓(xùn)練學(xué)生的設(shè)計(jì)能力。也可以將兩者直接結(jié)合，給出某一化工過(guò)程，先進(jìn)行流程及裝置設(shè)計(jì)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證，最后分析討論及對(duì)設(shè)計(jì)或?qū)嶒?yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)(如乙酸乙酯的合成及精餾實(shí)驗(yàn))。這種有機(jī)結(jié)合的方式，能將多種知識(shí)及能力訓(xùn)練綜合運(yùn)用，使學(xué)生印象深刻，取得良好的教學(xué)效果。

3.3 采用多種現(xiàn)代化手段輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)

針對(duì)學(xué)校開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，動(dòng)員教師開發(fā)和研制適合學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)的集實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)流程、實(shí)驗(yàn)演示、實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)值計(jì)算、誤差分析及實(shí)驗(yàn)綜合思考為一體的多媒體教學(xué)軟件，或?qū)嶒?yàn)操作過(guò)程錄像，如精餾、吸收等，提高教學(xué)質(zhì)量。使用與實(shí)驗(yàn)裝置配套的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)定、軟件使用、數(shù)據(jù)處理等技能，為將來(lái)應(yīng)用現(xiàn)代化生產(chǎn)裝置打下基礎(chǔ)。

借助化工仿真軟件和化工過(guò)程模擬計(jì)算機(jī)軟件，開展化工裝置及過(guò)程自動(dòng)控制模擬操作訓(xùn)練或?qū)ぴO(shè)備、過(guò)程進(jìn)行模擬、設(shè)計(jì)、計(jì)算等，彌補(bǔ)實(shí)習(xí)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法操作的不足，也為將來(lái)從事化工過(guò)程模擬或設(shè)計(jì)起到訓(xùn)練作用。

3.4 開展實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽活動(dòng)

化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)每年舉行1次全校規(guī)模的化工原理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，以鞏固學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽中加入實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)訓(xùn)練、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)，起到綜合訓(xùn)練的目的。組織學(xué)生參加2年1次的全省或全國(guó)大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽，拓寬學(xué)生視野。

3.5 建立多元化實(shí)驗(yàn)考核體系

化工實(shí)驗(yàn)考核方式，采用平時(shí)單元成績(jī)累計(jì)計(jì)分和期末考試相結(jié)合的多元化考核方法。平時(shí)單元實(shí)驗(yàn)按基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)制定相應(yīng)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，客觀記錄學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、基本操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和綜合素質(zhì)等環(huán)節(jié)的成績(jī)；期末考試采用筆試加實(shí)際操作2種方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面考核。基礎(chǔ)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)占50%，綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)占20%，期末考試占30%。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)階段評(píng)分依據(jù)：實(shí)驗(yàn)紀(jì)律和秩序、預(yù)習(xí)和回答問(wèn)題、基本操作規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)記錄規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理正確性及實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)階段評(píng)分依據(jù)：文獻(xiàn)調(diào)查與總結(jié)、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。對(duì)于創(chuàng)新研究實(shí)驗(yàn)，可根據(jù)實(shí)際情況，單獨(dú)考核。

4 制度和教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)

要提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，必須建立現(xiàn)代化的、高效運(yùn)行的管理機(jī)制并重視師資隊(duì)伍的建設(shè)。在管理機(jī)制和制度方面，做到“教學(xué)工作與科研工作，教學(xué)帶頭人和科研帶頭人，教學(xué)成果與科研成果，教學(xué)研究項(xiàng)目與科研項(xiàng)目”一視同仁，以調(diào)動(dòng)和鼓勵(lì)教師參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的師資素質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)室設(shè)置教學(xué)重點(diǎn)崗位并實(shí)行競(jìng)爭(zhēng)上崗；建立健全青年教師培養(yǎng)制度，在教學(xué)與科研實(shí)踐中培養(yǎng)梯隊(duì)。加強(qiáng)“實(shí)驗(yàn)課教學(xué)團(tuán)隊(duì)”建設(shè)，實(shí)施實(shí)驗(yàn)室主任負(fù)責(zé)制。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)立實(shí)驗(yàn)室主任(教師)、相對(duì)固定的教師和實(shí)驗(yàn)室管理人員，并按照專職教師:實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員:兼職任課教師為1:3:6的比例配置師資隊(duì)伍。

5 化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)展望

化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)要進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)自身特色，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段改革，延長(zhǎng)校內(nèi)工程實(shí)踐教學(xué)的時(shí)間，彌補(bǔ)工業(yè)實(shí)踐難以到位的現(xiàn)狀，從整體上優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)的安排；要培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，教師必須先具備工程實(shí)踐能力，要繼續(xù)深化實(shí)驗(yàn)室管理體制改革，提升實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的水平，建立一個(gè)高水平的教學(xué)團(tuán)隊(duì)；加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)與企業(yè)的交流與合作，推進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研一體化改革，為進(jìn)一步建立中試實(shí)驗(yàn)基地和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)服務(wù)；建立“以人為本、有利于實(shí)驗(yàn)室開放和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的文化環(huán)境”，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)與科研興趣，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰凸こ虒?shí)踐能力，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、善于協(xié)作。