建立與科研相結合的化工專業實驗開放式教學模式

陳翠雪, 洪金慶, 葉美玲

(廈門大學化學 化工學院化學工程與生物工程系, 福建 廈門 361005)

建立與科研相結合的化工專業實驗開放式教學模式

陳翠雪, 洪金慶, 葉美玲

(廈門大學化學 化工學院化學工程與生物工程系, 福建 廈門 361005)

為提高化工專業學生的工程意識及創新能力、更好地掌握先進的前沿研究技術,化工專業實驗教學整合科研資源,與科研良性結合,探索出科研與教學實驗相結合的創新模式,不僅培養了學生的科研技能和綜合素質,而且提高了實驗教學的整體質量。

教學模式； 化工專業實驗； 開放式實驗教學

高校化工專業具有非常強的工程實踐性,而化工專業實驗是化工專業重要的實踐教學環節之一[1]。在培養學生理論聯系實際、提高創新精神和實踐能力方面,實驗教學有著非常重要的作用[2-3]。利用現有資源、完善實驗教學體系、提高實驗室的開放程度,有利于學生高素質、創新性和綜合性的培養。目前,科研與實驗教學相結合是各大高校與教育機構研究的重要內容之一,對培養具有實踐能力和創新能力的科研型高素質人才具有重要的作用[4-8]。我校化學工程與工藝實驗室于1991年建立,主要面向化學工程與工藝專業4年級本科學生開設化工專業實驗。早幾年的實驗教學中,由于經費及場地限制,部分實驗項目設置簡單,不利于創造性人才的培養。近年來,隨著學校經費的投入,實驗室不斷加強軟、硬件建設,借鑒相關院校的經驗,通過積極探索與實踐,對化工專業實驗教學體系進行優化、更新實驗內容、對實驗課程體系進行模塊化建設和管理,逐步建立了一套與科研相結合的開放式實驗教學模式。

1 實驗教學和科研相輔相成

1.1 實驗教學服務科研

高校中的教學與科研是相輔相成、相互促進、缺一不可的,實驗教學是科研與教學的最佳結合點[9]。為有效利用實驗室資源,我系化學工程與工藝實驗室在完成教學任務的前提下,實行集中管理、全天候對科研開放的教學模式,包括時間、空間及儀器的開放。

專業實驗每周開設2次專業實驗課,除了實驗準備和上課時間,其余時間都為科研提供研究場所,科研人員可通過申請進入實驗室進行科研實驗。科研人員可以利用教學實驗室的大型專用設備,比如滲透蒸發實驗裝置、分子蒸餾裝置、反應精餾實驗裝置等,進行相關課題的實驗研究。同時,實驗技術人員利用教學實驗室大型儀器為科研服務,比如原子分光光度計、高效液相色譜儀、熒光光度計、紫外可見分光光度計等測試分析儀器,為學院教師科研服務累計每年大于3 000 h,樣品量高達5 000個。

1.2 科研“反哺”實驗教學

我院科研管理實施以研究所領導課題組完成科研任務的管理制度,課題組是學院開展科學研究的基本組織。各個課題組不僅承擔了多項“973”計劃、“863”計劃、科技支撐計劃項目及國家自然科學基金重點項目等重大科研項目,而且與國內一些較大企業建立了合作關系,并在產業化與新技術、新產品研發等方面取得了顯著成績。

上述科研項目為課題組介入實驗教學過程、科研成果轉化成實驗教學內容提供了良好的環境。課題組圍繞化學工程與技術相關的知識,從近期的科研成果和科研任務中提煉出難度、深度和工作量相對比較適合學生的知識、能力及相應條件的命題,針對某一問題或專題指導學生進行深入研究,積極探索新的化工專業實驗教學內容、實驗教學方法,和實驗室一起建設培養應用創新型人才的開放式實驗教學新模式。

2 實驗教學與科研相結合的教學模式

2.1 創新層次化的開放教學模式

化工專業實驗是一門重要的專業實踐性課程,是通過一系列專業實驗的訓練,使學生掌握先進的化工生產技術、學會使用一些先進的專業實驗測試分析方法,并進行實驗數據的測定、分析與處理,掌握化工領域中的專業實驗技能,提高動手能力、獨立思考能力、解決問題能力與工程處理能力[10]。

實驗教學模式改革首先要以培養創新型化學工程與工藝專業人才為目標,結合當前科研最新研究成果,不斷完善教學大綱、改進實驗教學計劃和教學內容。在專業實驗課里增加前沿知識,增強學生興趣,提高學生主觀能動性；實驗內容要減少單一性及驗證性實驗,多開設綜合性、先進性及設計性實驗；設置多層次、模塊化的課程結構,開設具有代表性的化工專業實驗,體現新世紀化工類人才培養的基本精神。

科研成果轉化為實驗項目應經過篩選、論證和驗證3個階段,以科研成果轉化的實驗項目，能優化實驗教學體系、激發學生的學習興趣和創新熱情[11]。新教學模式實行課題組與實驗室一起承擔專業實驗教學,每個課題組負責不同的實驗模塊,并在一定的范圍內提供部分先進的實驗設備。

2.2 構建集成化、模塊化的實驗教學體系

教學實驗室注重理論與實踐并重,認真統籌相關各類實驗資源,努力構建資源優化、開放充分、功能集約實驗教學平臺。我們結合實驗室目前的實驗設備和條件,并考慮獨特的科研特色,在建設中設備盡量大型化、集成化及模塊化；鼓勵教師積極將自己最新的科研成果引入到實驗教學過程中,轉化為突出新方法、新設備和新技術的化工專業實驗項目。新教學模式讓學生了解到現代先進科技在化工領域的應用,增長見識、提高工程意識。

化工專業實驗由多個實驗共同組成,內容涵蓋了典型的化學工程、化學工藝、工業催化、精細化工、分離工程、環境工程、材料化工等方面的實驗。化工專業實驗總學分為2學分、60學時,共10個實驗組成,每個實驗6學時,每組實驗學生人數4人。新教學模式分為以下幾大模塊建設：先進分離實驗、典型反應實驗、提高性基礎實驗及綜合設計性實驗,具體內容見表1。

先進分離實驗整合了科研資源,學生接觸到科研上使用的最先進的儀器設備及技術方法,激發了學生的求知欲,同時解決了教學資源不足的問題。典型反應實驗及提高性基礎實驗,讓學生在鞏固基礎知識的基礎上,進一步提高實驗技能和掌握典型的化工生產過程。綜合設計性實驗,學生可以根據實驗內容自主設計實驗過程,并提早進入實驗室準備藥品和儀器。綜合實驗模塊的建設使實驗教學具有主動性、創新性、系統性、高效性和科學性,提高學生整體的科研思維和科研素養。

表1 化工專業實驗項目表

表1(續)

2.3 增加選修性實驗及開放性實驗

學生的能力、智力及特長存在復雜性及多樣性,因此創新能力和實踐能力也是有層次的。開放式教學模式為不同學生提供個性化發展、能力層次化培養。同時,實行實驗室開放教學,教學內容是否具有吸引力非常關鍵,應與科學前沿相結合,與現代實驗方法相結合,激發學生的興趣[12]。

新的教學模式提供選修類實驗及開放性實驗,滿足學生個性化要求,充分發揮學生的潛能。化工專業實驗開設多個選修及開放實驗,比如“流化催化裂化”“固體酸催化劑”“反滲透脫鹽”“喜樹堿的提取與分析”“微生物胞外多糖的分批發酵”等選修實驗,及“生物柴油產品性能的綜合測定”“廈大芙蓉湖水體及沉積物特征調查”等開放性實驗,此類實驗由學生自行選擇,供學有余力的學生根據自己的興趣愛好選擇相應的實驗,充分發揮學生的潛力。在這些選修及開放實驗中,由于教學實驗與科研相結合,學生可以接觸到更多的大型的儀器設備,比如氣相色譜、液相色譜、傅里葉紅外、熒光分光光度計、原子吸收分光光度計等,增加了就業機會。

2.4 提供學生創新實踐活動基地

開放的教學模式是指時間開放、空間開放、項目開放、試劑和儀器開放,學生可以不受時間、空間和儀器設備及實驗項目的限制,自主設計實驗、自主探究科學問題[13]。新教學模式與科研資源相結合,實現制度化、規范化和程序化管理,制定了相關的管理辦法,允許學生通過預約進入實驗室進行實驗研究。學生進入教學實驗室要簽訂“科研人員進入教學實驗室協議”“實驗室房間借用申請書”等相關協議,并遵守“教學實驗室安全管理規定”等各類規章制度。

實驗室對學生全天候開放,方便學生在實驗室開展本科生基礎創新項目、大學生創新創業項目、育苗基金項目、本科畢業設計及參加“三井杯”等各類學業競賽。新教學模式同時為卓越工程師計劃的實施提供工程實踐平臺,有利于培養具有創新精神和工程實踐能力的復合型人才,使化工實驗室成為培養化工類創新人才的重要的工程實踐基地。

3 實驗教學與科研相結合的意義

教學與科研的良性結合，培養了學生的創新性思維、強化學生的工程意識、提高學生綜合應用知識的能力和創新能力、縮短學生的就業適應期。教學新模式提高了實驗教學內容的系統性及先進性,形成多層次的教學實踐體系,培養學生的實踐能力、解決問題能力和創新意識,為學生提供更好的實驗教學條件。近幾年,我系化工專業學生在各種競賽中充分展現自己,多次在國際遺傳工程機器大賽、中國大學生創業計劃競賽和全國大學生化工設計競賽中獲得金獎及一等獎。同時,兄弟院校交流參觀也對我校化工專業實驗的規劃與建設給予了較高的評價。

References)

[1] 張淑霞.化工專業實驗教學改革探討[J].實驗室科學,2015,18(3):120-121.

[2] 孔濱,孔德玉,趙舉中,等.強化科研反哺實驗教學,培養學生創新能力[J].實驗技術與管理,2010,27(6):147-149.

[3] 李秀軍,寧雷,施云海,等.化工專業實驗課程教學中提高學生動手能力的策略[J]. 化工高等教育,2013(4):35-38,78.

[4] 吳洪富.教學與科研關系的研究范式及其超越[J].高教探索,2012(2):19-24.

[5] 鄢洪德,許培雅.結合科研成果、先進實驗儀器改進實驗教學[J].科教文匯,2015(6):37-38.

[6] 王路輝,劉輝,陳東,等.提高《化工專業實驗》教學質量初探[J].廣州化工,2012,40(6):158,175.

[7] 葉釗,邱挺.將科研與專業實驗教學嫁接提高教學質量[J].實驗室研究與探索,2007,26(1):81-83.

[8] 郭風法,樊廣華,李圣富,等.改革專業實驗室管理體制,提高實驗教學、科研質量[J].高校實驗室工作研究,2001(2):46-47.

[9] 韋化,曾冬梅,秦鋼年.實驗教學與科研相結合,培養學生的創新能力[J].實驗技術與管理,2008,25(5):31-34.

[10] 陳翠雪,洪金慶,葉美玲,等.化工專業實驗十年教學實踐與探索[J].化工高等教育,2013(3):51-55.

[11] 于兵川,吳洪特,童金強.科研成果轉化為實驗項目初探[J].實驗室研究與探索,2009,28(1):133-135.

[12] 高潔.對高校實驗室開放教學的幾點思考[J].教育探索,2009(6):76-77.

[13] 王金發,何炎明,戚康標,等.“開放式、研究性”實驗教學模式的創立與實踐[J].高等理科教育,2007(6):97-100.

Construction of open teaching mode of chemical engineering experiments combined with scientific research

Chen Cuixue, Hong Jinqing, Ye Meiling

(Department of Chemical and Biochemical Engineering, College of Chemical Engineering,Xiamen University,Xiamen 361005,China)

In order to improve the engineering consciousness and innovative ability of the students in Chemical Engineering major, this article explores an open teaching mode of chemical engineering experiments combined with scientific research. This method can not only cultivate the students’ scientific research skills and comprehensive quality,but also improve the overall quality of the experimental teaching.

teaching mode； chemical engineering experiments； open experimental teaching

10.16791/j.cnki.sjg.2017.04.049

2016-11-16 修改日期：2017-01-03

陳翠雪(1978—),女,福建南安,碩士,工程師,研究方向為環境化工、反應精餾技術及化學工程與工藝.

E-mail：cxchen@xmu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2017)4-0195-04