化工本科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與探究

摘要：本文綜合化學(xué)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的特點(diǎn)和實(shí)踐體會，通過分層次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，開放實(shí)驗(yàn)室管理、合作性學(xué)習(xí)和實(shí)施多層次的實(shí)驗(yàn)考核等方式，研究和探討了化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的影響，對提高化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有積極的效果。

關(guān)鍵詞：化工；專業(yè)實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）37-0228-03

進(jìn)入21世紀(jì)，我國的高等教育經(jīng)歷了空前的高速發(fā)展，根據(jù)中國教育在線的統(tǒng)計(jì)，2012年全國高考招生錄取率達(dá)到了75%，2013年這一比例已超過80%，我國已成為進(jìn)入高等教育普及化階段的國家[1]。教育部頒布的普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄和專業(yè)介紹設(shè)立的化學(xué)工程與工藝專業(yè)，已成為通用的過程工程專業(yè)[2]。化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)除了要為化學(xué)工程專業(yè)學(xué)生鞏固所學(xué)的理論知識外，更重要的是培養(yǎng)他們探索科學(xué)的興趣和科技創(chuàng)新精神，逐步掌握獲取知識的方法，促使知識向能力轉(zhuǎn)化。研究和探討化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，對提高我國化工專業(yè)的辦學(xué)水平，培養(yǎng)具有工程素質(zhì)的化工人才，滿足適應(yīng)國際市場經(jīng)濟(jì)的需求具有重要意義。

一、結(jié)合專業(yè)特色，明確培養(yǎng)目標(biāo)

科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展使多學(xué)科交叉融合的趨勢日益增強(qiáng)，化學(xué)工程與工藝專業(yè)本身也從宏觀層次發(fā)展到介觀、亞微觀、微觀（分子）及大宏觀等多層次學(xué)科[2]。化工專業(yè)的本科培養(yǎng)目標(biāo)是：掌握化工生產(chǎn)技術(shù)的基本原理、專業(yè)技能與研究方法；具有從事化工生產(chǎn)的控制與管理、化工產(chǎn)品和過程的研究與開發(fā)、化工裝置的設(shè)計(jì)與放大的初步能力，達(dá)到具有創(chuàng)新精神和較強(qiáng)動手實(shí)踐能力[3]。化工專業(yè)在應(yīng)用上的工程特性決定了專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能單純局限在小型實(shí)驗(yàn)裝置的層次，要樹立從工程的角度分析問題，解決問題的觀念。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)引入計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，作為輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)、輔助自學(xué)，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，提高教與學(xué)效率的手段；另外，通過引入遠(yuǎn)程專業(yè)實(shí)驗(yàn)與其相關(guān)的理論課的課堂互動，幫助學(xué)生了解工業(yè)生產(chǎn)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、物料輸送方式和自控實(shí)現(xiàn)形式等與小型實(shí)驗(yàn)裝置存在的差異，從工程共性的角度了解“傳遞”與反應(yīng)的特性。

二、強(qiáng)化基本技能訓(xùn)練，分層次組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)

化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)是一門獨(dú)立設(shè)課的基礎(chǔ)課程，它的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)方法和技能，使他們在未來的實(shí)際工作中具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。而基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室正是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和開創(chuàng)能力的重要場所。近十年來，高校規(guī)模擴(kuò)張過快，實(shí)驗(yàn)資源被相對稀釋了，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件不能完全滿足人才培養(yǎng)需求，很多學(xué)生雖然掌握了一定的書本知識，但在動手能力方面遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際的要求，因而降低了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。我們認(rèn)為，精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加強(qiáng)基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，分層次組織教學(xué)，是幫助學(xué)生掌握化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)的思想、方法和技巧，逐層加深能力培養(yǎng)，實(shí)施因材施教的有效途徑。分層次教學(xué)即將教學(xué)內(nèi)容分成基礎(chǔ)性的必做實(shí)驗(yàn)、提高性的選做實(shí)驗(yàn)和綜合性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)三個(gè)階段組織教學(xué)[4]。例如，以膜作為介質(zhì)分離雙組分或多組分物系的膜分離技術(shù)是一種新型化工分離方法，它具有占地少，操作簡單，易實(shí)現(xiàn)自動化，無二次污染和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前景的高新技術(shù)之一。膜分離實(shí)驗(yàn)也在化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中被廣泛開設(shè)的一個(gè)單元操作實(shí)驗(yàn)。膜分離實(shí)驗(yàn)設(shè)置的內(nèi)容主要是通過改變實(shí)驗(yàn)操作參數(shù)來了解膜結(jié)構(gòu)和影響膜分離效果的因素。內(nèi)容相對單一，沒有充分發(fā)揮膜分離這一先進(jìn)技術(shù)對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。針對這一問題，我們結(jié)合學(xué)科特色，在實(shí)驗(yàn)中增加了膜制備與膜組裝等內(nèi)容，從單純的分離操作延伸到材料制備和器件加工。修改后的膜分離實(shí)驗(yàn)保留了原有項(xiàng)目中了解膜結(jié)構(gòu)及其分離特性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，又滿足了部分學(xué)生對進(jìn)一步深入探索膜分離技術(shù)的要求，激發(fā)了他們的求知欲望和創(chuàng)新精神。

三、開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)行預(yù)約和自主實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)行預(yù)約和自主實(shí)驗(yàn)的模式既能利用實(shí)驗(yàn)室的空間和資源，又能充分調(diào)動和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的具體體現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室開放的基本模式包括：①預(yù)約開放。實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生首先向主管實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)教師申請，提出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及其所需要的設(shè)備和試劑，通過實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站實(shí)驗(yàn)菜單提前預(yù)習(xí)對應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容與安全操作規(guī)程，網(wǎng)上通過實(shí)驗(yàn)考核后，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)施預(yù)約申請的實(shí)驗(yàn)。②定時(shí)開放。③全天開放。學(xué)生根據(jù)自己的知識點(diǎn)和興趣愛好，結(jié)合本專業(yè)教師承擔(dān)的科研課題，鼓勵(lì)學(xué)生自主選擇研究課題，課外在開放實(shí)驗(yàn)室中完成課題的方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)，自擬設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，吸收部分優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參加科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，不受實(shí)驗(yàn)時(shí)間及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的限制。另外，開放的關(guān)鍵是實(shí)驗(yàn)與科研相結(jié)合，鼓勵(lì)承擔(dān)國家和企業(yè)項(xiàng)目的教授和教師的參與和指導(dǎo)，學(xué)生通過參與前沿科研項(xiàng)目的研究經(jīng)歷，拓展了科研視野，保證了實(shí)驗(yàn)的新穎性和先進(jìn)性[5]。

四、注重實(shí)驗(yàn)的合作性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作能力

在日益激烈的社會競爭中，團(tuán)隊(duì)合作成為當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)關(guān)系中的一種必然趨勢。大學(xué)階段通過合作性學(xué)習(xí)，加強(qiáng)“團(tuán)隊(duì)合作”教育，能夠全方面培養(yǎng)在校大學(xué)生的“團(tuán)隊(duì)合作”的意識和能力。合作性學(xué)習(xí)是以教學(xué)目的為導(dǎo)向，以異質(zhì)小組為基本形式，以團(tuán)體成績?yōu)楠?jiǎng)勵(lì)的一種教學(xué)活動和策略[6]。高等院校應(yīng)該從培養(yǎng)目標(biāo)、課程設(shè)置、教學(xué)方式、評價(jià)體系等方面構(gòu)建培養(yǎng)大學(xué)生團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，對培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的高素質(zhì)和創(chuàng)新性的綜合型人才具有極其重要的意義。團(tuán)隊(duì)合作實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的是將協(xié)作與獨(dú)立有機(jī)地結(jié)合起來，在無教材預(yù)先規(guī)定實(shí)驗(yàn)步驟約束條件下培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和自我管理能力[7]。超臨界流體萃取植物油是近年來化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)中開設(shè)的一個(gè)新型分離實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由于超臨界萃取設(shè)備在化工實(shí)驗(yàn)中屬于貴重設(shè)備，設(shè)備體積膨大，操作條件較苛刻，設(shè)備配備數(shù)量有限。為了適應(yīng)團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，我們將超臨界萃取實(shí)驗(yàn)分成3個(gè)模塊，模塊1為樣品預(yù)處理，負(fù)責(zé)樣品的粉碎，水分控制；模塊2為萃取工藝模塊，負(fù)責(zé)工藝參數(shù)對萃取收率的影響；模塊3為樣品檢測模塊，負(fù)責(zé)萃取殘?jiān)竞康臏y定，植物油脂肪酸含量和色度的測定。由多名學(xué)生組成團(tuán)隊(duì)，分工負(fù)責(zé)不同功能模塊的實(shí)驗(yàn)，最終再組合成整體實(shí)驗(yàn)，協(xié)同完成超臨界萃取實(shí)驗(yàn)的要求。從團(tuán)隊(duì)教學(xué)的初步實(shí)施效果來看，制定的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃比過去的一個(gè)人做，其余人看的效果要好。在合作性學(xué)習(xí)的過程中，既培養(yǎng)了學(xué)習(xí)的能力，又有助于青年大學(xué)生良好人格的養(yǎng)成。在合作中分享探索成就，在合作中體驗(yàn)協(xié)作快樂，在合作中完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

五、多元化的實(shí)驗(yàn)考核與評價(jià)

實(shí)驗(yàn)的考核和評價(jià)是衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，要充分體現(xiàn)考核評價(jià)的公正性、客觀性和科學(xué)性。實(shí)驗(yàn)前，考查學(xué)生通過文獻(xiàn)調(diào)研和預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書后對實(shí)驗(yàn)任務(wù)與內(nèi)容的了解，制訂詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案與步驟可行性，保證學(xué)生及時(shí)有效地掌握實(shí)驗(yàn)中各個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)成因和實(shí)驗(yàn)完成情況，使學(xué)生明確完成實(shí)驗(yàn)的具體目標(biāo)與要求。學(xué)生自己思考實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，教師對實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和安全把關(guān)。為鼓勵(lì)學(xué)生參與自主式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，解決學(xué)生成績評定的后顧之憂，實(shí)驗(yàn)考核時(shí)，應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)過程，增加實(shí)驗(yàn)動手能力和問題解惑能力的評分權(quán)重。另外，為鼓勵(lì)學(xué)生開展多層次、高水平的創(chuàng)新實(shí)踐活動，應(yīng)增加在實(shí)驗(yàn)中對創(chuàng)新性內(nèi)容的考核，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力、獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新思維能力[8]。

“百年大計(jì)，教育為本；振興中華，重在振興教育。”高等教育狀況關(guān)系到“中國夢”的實(shí)現(xiàn)，面對知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來及全球化影響，高等教育要實(shí)現(xiàn)向培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)人才教育的轉(zhuǎn)變。化工專業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須強(qiáng)調(diào)工程教育的先進(jìn)性來應(yīng)對社會需求。化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)要緊緊圍繞這一目標(biāo)不斷更新教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段，加強(qiáng)工程能力訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣，為社會培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才。

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作者簡介：蔣崇文（1968-），湖南婁底人，博士，中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院副教授。