基于“環化結合”特色的實驗教學體系構建

袁 華, 郁先哲, 陳 偉, 王存文

(武漢工程大學 化學與環境工程學院, 湖北 武漢 430073)

實驗教學研究

基于“環化結合”特色的實驗教學體系構建

袁 華, 郁先哲, 陳 偉, 王存文

(武漢工程大學 化學與環境工程學院, 湖北 武漢 430073)

結合國家“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念以及學校歷史和專業特色,深化實驗教學改革,構建具有“環化結合”特色的實驗教學體系。通過教學隊伍、教學內容、特色教材、對外交流等建設,培育學生化工清潔生產和環境保護理念,提升學生的綜合素質和創新能力。

實驗教學體系； 環化結合； 綠色化學

黨的十八屆五中全會提出了“創新、協調、綠色、開放、共享”的5大發展理念,其中創新發展是“十三五”時期實現經濟結構戰略性調整的關鍵驅動因素,綠色發展是實現經濟活動可持續發展、生態文明良性循環、人與自然和諧共生的必然選擇[1]。在國家建設“資源節約、環境友好”兩型社會、大力發展循環經濟的背景下,傳統化學工業面臨巨大挑戰:資源能源緊張、環境污染嚴重、復合應用型人才匱乏。因此,傳統的化學工業及其人才培養模式需要從簡單的經濟增長型向可持續發展型轉變,專業培養理念也需要從單專業灌輸向復合應用型人才培養轉變。

順應時代和社會發展要求,我校以湖北省化學基礎課實驗教學中心為基礎,依托湖北省化工清潔生產中心、教育部磷資源開發與綜合利用工程技術中心、綠色化工過程教育部重點實驗室、湖北省新型反應器與綠色化學工藝重點實驗室和校內外工程技術中心等教學科研平臺,逐步發展建立了武漢工程大學環境與化工清潔生產實驗教學中心(簡稱實驗中心),2009年成為國家級實驗教學示范中心立項建設單位,2013年通過教育部委托組織的專家組現場考察驗收。經過多年的建設和發展,實驗中心不斷深化實驗教學改革,創新實驗教學內容,根植“環境人知化工,化工人護環境”的教學理念,形成了集資源有效開發、化工清潔生產、環境保護與監察三位于一體的實驗教學新體系,獨具環化結合特色。

1 人才培養思路

1.1 傳統化學工業的歷史與現狀

資源、環境與可持續發展問題是影響當今世界經濟社會發展的首要問題。據美國環保署調查統計,當代全球10大環境問題中至少有7項與化學工業及其產品的化學物質污染相關,且該調查僅涉及70 000多個商用化學品中的365個。全球工業行業中,化學工業及其相關產業化學污染物排放量位居第一,是處于第二位的冶金工業的4倍。化學工業是我國國民經濟支柱產業之一,傳統化學工業在為人類物質生活創造了極大便利的同時,也向大氣、水、土壤排放了大量等有毒有害物質,其中“廢氣、廢液、廢渣”的排放量分別位居全國工業“三廢”排放總量的1、4、5位,對環境造成了嚴重污染。隨著環境資源問題的日益突出,傳統化學工業必須重視控制污染、節能減排等重大現實問題[2-3],其發展戰略需要從單一經濟增長型向資源節約、環境友好的可持續發展模式轉移。

1.2 實驗教學目標的轉變

我校(原武漢化工學院)是中南地區唯一一所以化工及相關學科為特色的多科性大學。學校經過40余年的發展,逐步形成了以化工為特色、面向化工行業、在部分學科形成行業特色和區域優勢的學科定位和為現代化工領域培養創新型、復合型、工程化、國際化的“兩型兩化”的人才培養目標。結合學校自身辦學歷史和社會發展要求,實驗中心在教學改革過程中積極重構實驗教學體系、調整教學內容,以培養具有扎實化學化工基礎知識的環境工程復合應用型人才和具有環境科學基礎知識的化工復合應用型人才作為主要發展目標,把綠色化學工藝、化工節能減排技術、化工安全生產、污染源控制、環境監測與管理、環境影響與評價、清潔生產審核等基礎知識和技能貫穿到三層次七模塊實驗教學體系中,致力于“環境人知化工,化工人護環境”教學理念的培育和實踐,通過資源整合和課程體系建設,讓綠色化學、化工清潔生產、環境保護理念深入實驗課堂、深入學生心靈。

2 特色實驗教學體系的構建

2.1依托學科優勢和區域經濟特點

自2006年組建以來,實驗中心一直致力于探索如何實現實驗教學內容與化工、環境資源類專業對接,著力形成專業特色與核心競爭力。一是依托學校化工、制藥和選礦等學科專業優勢,在實驗課程體系建設中努力尋求綠色化學思想的共性與融合；二是依托湖北石油化工、磷化工和有色冶金工業大省的產業經濟特點,努力把人才培養目標向服務于化工、礦山和制藥等相關企業調整,培養復合應用型人才[4-6]。基于以上2點,在基礎課和專業基礎課的設置及內容上突出資化結合、礦化結合、材化結合和藥化結合,同時在專業主干課和專業選修課程的設置上突出資源綜合利用、礦物材料加工、制藥綠色工藝等產業特色。

2.2 有效整合資源,凸顯環化結合特色

結合國家級質量工程建設項目和特色專業建設的需要[7-8],學校將有關學院的實驗教學資源進行了整合配置。學校化工與制藥學院、化學與環境工程學院、資源與土木工程學院、材料科學與工程學院等主干學院和專業的基礎化學實驗教學任務由實驗中心統一承擔。實驗中心通過實驗教學資源的調配和實驗教學內容的調整,設立了基礎型、綜合設計型、研究創新型三層次七模塊實驗(見圖1)。基礎層次包括無機化學、有機化學、物理化學和分析化學實驗、環工/化工原理實驗、環境監測與應急監測實驗、環境微生物學實驗,重在鞏固基礎知識；綜合設計層次包括化工清潔生產與污染物控制實驗、資源綠色加工與節能減排技術實驗,重在培養專業知識綜合應用應力；研究創新層次的實驗主要通過學生參與綠色化工省部共建重點實驗室教師科研項目,進行綠色化學工藝和環境影響評價研究,重在提升創新和工程能力。三層次七模塊實驗的總體訓練目標是把資源利用、化學選礦、化學制藥和材料加工等專業的學生技能和素質體現在“資源節約、環境友好”的兩型社會建設理念的核心價值上。

圖1 實驗教學內容層次與體系

3 實驗教學改革與實踐

3.1 教學隊伍建設

根據教育部《高等學校基礎課實驗教學示范中心建設標準》和《國家級實驗教學示范中心管理辦法》的要求,我校實驗中心先后制定了實驗中心建設規范、崗位設置、崗位職責和考評辦法等系列管理制度,其中把實驗隊伍建設放在首位。中心人員實行聘用制、實驗課程實行主講教師負責制、實驗技術人員實行主輔崗及輪崗制；中心新進人員實施準入制度；聘用“雙師型”人才充實實驗教學隊伍。結合學校特色和人才培養目標,注重教學隊伍特色化:教學隊伍中有省級教學名師2人、國家清潔生產審核師13名、國家注冊環保工程師1名、全國企業環境監察員2名、全國環境監察高級培訓師3名、國家環境影響評價工程師6名。

3.2 教學內容改革

新的實驗教學體系由基礎型、綜合設計型和創新型三層次七模塊組成,選定各層次各模塊的實驗項目時在厚基礎、強能力、重創新的基礎上,堅持滲透綠色化學思想和環境保護理念。

第一層次為基礎型實驗,采取統一組織、單人獨立完成的實驗教學方式,以鞏固學生專業基礎知識、提高實驗操作技能。例如傳統有機化學實驗中甲苯氧化制備苯甲酸、苯甲酸酯化制備苯甲酸乙酯為2個獨立的單元實驗[9],產物一般廢棄。在新的實驗教學體系中將甲苯氧化制備苯甲酸—苯甲酸的重結晶與熔程測定—苯甲酸酯化制備苯甲酸乙酯串聯起來,前次實驗的產物成為下次實驗的原料,滲透清潔生產理念,有效培養學生資源節約和環境保護意識。

第二層次為綜合設計型實驗,由2～4人分組完成,例如基于生產實際應用而開設的肝泰樂廢液制備工業草酸、化工廢水濕式氧化技術、工業尾氣除塵脫硫一體化技術等實驗,采取開放式教學,由學生自選實驗項目或自主設計實驗內容和步驟,著重培養學生綜合運用知識、分析和解決問題的能力,同時培養學生清潔生產技能和循環經濟理念。

第三層次為創新型實驗,實驗項目來源于教師科研項目、校長基金項目、實驗中心創新專項等,由學生獨立或小組完成。例如“863計劃”項目“黃姜皂素水污染控制技術及工程示范工程”轉化而來的“高濃度有機廢水的三階段厭氧處理實驗”、 國家科技支撐計劃項目“混酸法分解中低品位磷礦濕法磷酸凈化工藝技術示范工程”轉化而來的“新型混合萃取器萃取濕法磷酸實驗”等創新實驗項目，對于培養學生創新思維和工程應用能力具有實戰意義[10]。

目前已開出基礎型實驗56項(必修),綜合設計型實驗73項(必修和選修),創新型實驗60項(自由申請選修)。

3.3 特色教材建設

近年來,中心教師結合實驗教學心得和科研成果,總結理論和實驗教學經驗,主編出版了包括《大學基礎化學實驗》《現代工業化學概論》《化學制藥工藝學》《污染源監察》《城市污水處理廠運行及設計》《新型反應器與反應器工程中的新技術》《有機化學實驗》《水環境控

制例題與習題》《環境學科實驗教學的創新與發展》[11]《環境與化工清潔生產創新實驗教程》在內的相關理論和實驗教材30余部,環化結合特色鮮明。其中2012年由化學工業出版社出版的《環境與化工清潔生產創新實驗教程》,匯聚了湖北省化工聯盟高校在資源、環境、清潔生產等領域的80項前沿研究成果[12],大部分成為立項創新實驗項目,這部教材對于啟迪學生創新思維、培養學生環境保護意識具有重要參考價值。

3.4 交流與合作

實驗中心利用師資和專業特色實驗室資源,積極開展國際國內的交流與合作。學校承辦了湖北省首屆大學生化學實驗技能大賽、牽頭組建了湖北省化學工程與工藝專業校—企合作聯盟、為政府環保機構和化工環保企業培訓技術人員,與桂林理工大學、南京工業大學、青島科技大學、河北工業大學等10余所高校互派學生交流學習,邀請或派出教師進行國際國內學術交流,交流總量達6 000余人次,示范輻射作用顯著。其中與桂林理工大學建立了以學生班為單位的年度本科生交流互訪機制。桂林理工大學水污染控制實驗教學中心和我校環境與化工清潔生產實驗教學中心同為國家級實驗教學示范中心,兩校學生的交流互訪對于拓展學生專業視野、牢固樹立環境保護理念、提升學生創新意識和工程應用能力意義深遠,深受學生歡迎。

References)

[1] 孫新章.中國參與2030年可持續發展議程的戰略思考[J].中國人口·資源與環境, 2016,26(1):1-7.

[2] 胡常偉,李賢均.綠色化學原理和應用[M].北京:中國石化出版社,2006.

[3] 貢長生,單自興.綠色精細化工導論[M].北京:化學工業出版社,2005.

[4] 郝玉蘭,張榮明,王俊,等.綠色化學實驗教學體系的探索與實踐[J].實驗室科學, 2012,15(5):9-13.

[5] 石輝,葛碧洲,張軍,等.環境科學專業實驗教學體系重建與實踐[J].實驗技術與管理, 2015,32(12):5-8.

[6] 姜翠玉,呂志鳳,戰風濤,等.研究型化學實驗教學體系的構建與實踐[J].實驗室研究與探索,2015,34(4):174-178.

[7] 王革思,周天,高明生,等.構建“三位一體”實驗教學體系培養本科生創新型人才[J].實驗技術與管理,2016,33(9):18-21.

[8] 郭玉鵬,徐家寧.化學基礎實驗教學體系的建設與示范[J].中國大學教學,2014(9):79-81.

[9] 周科衍,高占先.有機化學實驗[M]. 3版.北京:高等教育出版社,2002.

[10] 溫倩.我國濕法磷酸凈化技術及其工業化進展[J].化學工業,2012,30(8):20-23.

[11] 徐競成,施鼎方,張莉,等.環境學科實驗教學的創新與發展[M].北京:高等教育出版社,2016.

[12] 袁華,張莉.環境與化工清潔生產創新實驗教程[M].北京:化學工業出版社,2012.

Construction and practice of experimental teaching system based on characteristics of combination of environment and chemistry

Yuan Hua, Yu Xianzhe, Chen Wei, Wang Cunwen

(School of Chemistry and Environmental Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, China)

Combined with the national development concepts of “Innovation, coordination, green, openness and sharing”, the school history and the professional characteristics, the reform on the experimental teaching is deepened, and an experimental teaching system with the characteristics of the “Combination of environment and chemistry” is set up. Through the constructions of the teaching team, the teaching content, characteristic teaching materials, the foreign exchange, etc., the students’ concept of the cleaner production of chemical engineering and environmental protection is cultivated, and their comprehensive quality and innovation ability are improved.

experimental teaching system; combination of environment and chemistry; green chemistry

G642.0

: A

: 1002-4956(2017)09-0154-03

10.16791/j.cnki.sjg.2017.09.038

2017-02-13

國家本科教學質量工程項目“環境與化工清潔生產實驗教學中心建設”(2009)；湖北省教育廳教學研究項目(2011272, 2012284)；武漢工程大學教學研究項目(2016009)

袁華(1965—),男,湖北蘄春,教授,主要從事有機化學和實驗教學及實驗管理工作.

E-mail:yuanhua@wit.edu.cn