工程教育認證下精細化工實驗教學改革探討

欒吉梅,劉 馨,方 龍,孫德帥

(青島大學 化學化工學院,山東 青島 266071)

隨著國家工程教育認證工作的展開,切實推進學校“一流本科”教育教學改革、提高人才培養質量、按照認證標準進行專業建設已是迫在眉睫的任務[1-3]。貫徹“以學科建設為基礎、以行業發展需求為導向、以創新人才培養為中心”的專業發展指導思想,參照中國工程教育專業認證協會專業認證通用標準中的畢業要求[4],我校制訂了化學工程與工藝專業人才培養方案,內容涵蓋了工程知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究、使用現代工具、工程與社會、環境和可持續發展、職業規范、個人和團隊、溝通、項目管理和終身學習等12項能力培養目標,以此培養目標為導向,對我校化學工程與工藝專業精細化工方向實驗教學改革進行探討[5-6]。精細化工方向前身為1992年成立的青島大學紡織化學系精細化工專業,現隸屬于化學化工學院化學工程與工藝專業,為我校化學學科、工程學科進入ESI前1%的支撐學科,擁有化學工程與技術一級學科碩士學位授予權及化學工程專業碩士學位授予權,改革實驗教學內容和模式,培養實踐能力優、綜合素質高、創新精神強的人才,以滿足工程教育認證標準要求。

1 實驗教學內容的改革

我校4大化學基礎實驗由青島大學化學基礎實驗中心(山東省基礎化學實驗教學示范中心)開設并實施教學,專業實驗室主要是結合具體專業理論課的要求進行綜合和創新實驗的開設。早期精細化工方向的專業實驗教學內容主要包括精細有機合成單元反應實驗(48學時)和精細化學品合成實驗(48學時)2部分,按照專業認證標準的要求,對原有精細化工方向實驗體系進行改革,將其分成專業綜合實驗、大型綜合實驗和創新實驗3大類,在保留原有專業綜合實驗96學時不變前提下,對其中精細化學品合成實驗部分進行整合和擴充,又增設了32學時的大型綜合實驗和時間長達1年的創新實驗,構建多層次的立體實驗內容體系,逐步提高學生的綜合素質和創新能力。圖1為我校化學工程與工藝專業精細化工方向專業實驗具體開設情況。

圖1 精細化工方向專業實驗開設項目圖

專業綜合實驗是結合專業理論教學的實驗,主要針對某一單元操作或某一精細化學品的合成,旨在鞏固和加深學生對所學理論知識的理解,使學生掌握從儀器裝置的搭建、產品的合成、工藝條件的優化到產物分離的基本方法。精細化工方向原隸屬于紡織化學系,在專業綜合實驗內容安排上側重于有機中間體和精細化學品的合成與制備,具體實施時考慮到實驗的相關性,可先合成間二硝基苯,后將其還原制備間硝基苯胺,實驗環環相扣,前一反應的產物就是后一反應的原料,既加深學生的印象,又提高學生的成就感,調動學習的積極性。

大型綜合實驗要求學生將所學基礎理論和專業知識有機融合以完成相對復雜的實驗,旨在培養學生綜合運用所學知識的能力。在實驗的開設上既要考慮綜合性和創新性,同時也要兼顧實用性和可行性,主要提供有機染料與顏料、聚合物合成與涂料、染色過程軟件模擬等方向,學生可結合自己的興趣選擇相應的實驗。積極推動將教師科研成果轉化到實驗教學中來[7-8],以更新原有實驗教學內容,讓學生了解學科研究的新進展,打造大型綜合實驗項目,如開發了染料酸性藍黑10B綜合實驗,進行從染料的合成到染料標準化、再到染料應用及染色廢水光催化降解系列實驗,使其更富前沿性和挑戰性,或讓學生在教師指導下通過計算機軟件進行計算、模擬、分析,為已有實驗現象提供支撐,加深對實際過程的認識與理解。

創新實驗則是鼓勵學生參與科研型實驗,旨在提高學生的創造性思維和獨立工作的能力。學生大三上學期可根據個人興趣或結合教師的科研課題,自組團隊申報國家級和校級大學生創新創業訓練計劃項目。我院現有纖維新材料與現代紡織國家重點實驗室(培育基地)、山東省基礎化學實驗教學示范中心、山東省中日碳納米材料合作研究中心、青島市天然產物與海洋化工工程技術中心等多個機構,若干縱向和橫向科研項目,可以滿足不同學生的興趣需求,吸引學生進入科研團隊,以培養學生的團結合作精神和科研創新能力。學校設有大學生創新創業訓練計劃項目專項經費，可為其長期提供資金保證。這部分課題通常和科研結合比較緊密,也具有一定的挑戰性,學生工作起來更有熱情。經過1年的創新實驗,隨著學生興趣的深入,可選擇繼續進行研究并以此作為自己的畢業課題,從而形成畢業環節至少覆蓋1年以上的體系,讓學生有充足的時間進行科研,便于開展更加全面完整的工作,也為學生參加各種創新競賽提供了有力保障。

2 實驗教學模式的改革

工程教育認證的理論體系和實踐模式強調以學生為中心,實驗教學也要建立以學生為主體、教師為主導的新的教學模式,在實驗教學各個環節中,采用啟發式教學,充分發揮學生的參與性和積極性,使學生從模仿型向創新型轉變。

首先,合理安排實驗教學時間。專業綜合實驗為方便教學,便于儀器和藥品的管理,一般統一安排實驗時間；而大型綜合實驗由于具有一定的探索性和創新性,通常安排整整1周的時間,允許學生在實驗室開放時間內(8:00—22:00)隨時進入實驗室,以便對實驗方案進行反復的探索；創新實驗時間跨度更長,學生可根據自己的時間自由安排,鼓勵學生利用業余時間甚至雙休日進入實驗室。

其次,采用現代教學手段和技術,將“微課”“翻轉課堂”[9-11]這些靈活多樣的形式應用于實驗教學中。基本技能操作、大型儀器設備的使用、基本設置的搭建以及實驗室的安全等內容非常適合制作成多個微視頻進行動態講解,可提前發放到學生群供其觀看,既生動直觀,又避免占用大量課堂教學時間,還可降低儀器的壞損率。一些簡單的儀器損壞可嘗試讓學生修理,既可以幫助學生了解電爐、電熱套、電動攪拌機等儀器的內部結構和工作原理,又可以滿足學生的好奇心,激發學生的探索欲望,訓練學生的動手操作能力,一舉多得,教學效果良好。還可將每屆學生的一些實驗操作隨機錄下,讓學生判斷操作是否規范,從而糾正自己的操作錯誤。除了實驗教師的教學指導,對一些應用性強的實驗項目,如染料的合成與染色,更是直接將生產一線的專家請來為學生做報告,這些有著多年豐富經驗的專家通俗易懂的講解和爐火純青的操作技巧對學生有著極強的震撼力。

再次,強調“以生為本”,引導學生主動全程參與實驗各個環節。以大型綜合實驗教學為例,一個完整的大型綜合實驗教學環節所包含的內容如圖2所示。在大型綜合實驗教學中全程采用“翻轉式”教學,強調與學生的互動討論,突出學生的主體地位,充分調動學生的積極性,高度重視實驗教學反饋對教學效果的積極作用,實時進行調整,以保證實驗教學的持續改進,這也是工程教育專業認證的核心理念。

最后,完善實驗成績的考核體系。考核是教學過程中的重要環節,是激勵學生學習積極性的有效手段,同時也是實驗教學內容的延續。隨著教學方法手段的多樣化,學生實驗成績的考核也不應單純以實驗結果好壞來評定,而應采用多種評定指標來科學全面地反映學生的真實水平,除實驗報告外,更應該對學生預習報告、實驗操作能力和分析解決問題能力進行綜合測評,在每學期末進行“最美預習報告”和“最佳實驗王”的評選,充分挖掘學生自身的潛能。實驗成績評價體系如圖3所示。

圖3 實驗成績評價體系

3 實驗教學改革的效果

(1) 實驗內容的合理性和實驗教學的新穎性使學生學習的積極性明顯提高。從以前的“被動參與實驗”逐漸變為現在的“主動參與實驗”,學生能積極主動地申報國家級和校級大學生創新創業訓練項目,近2年我校化學工程與工藝專業學生共申報7項國家級、26項校級大學生創新創業訓練項目,學生學習的主觀能動性明顯增強。

(2) 大型綜合實驗和創新實驗極大地提高了學生的動手實踐能力和創新性思維。近3年來,我專業學生在各項國家級和省級賽事中屢獲佳績,獲得“創青春”全國大學生創業大賽銀獎、中國“互聯網+”大學生創新創業大賽銅獎、全國大學生化工設計競賽二等獎、山東省大學生化學實驗技能競賽一等獎、山東省大學生化工過程實驗技能競賽一等獎。

(3) 培養學生樹立正確的科研態度和嚴謹的科研作風。幫助學生提高科研水平,掌握寫作科研論文的方法,鼓勵學生發表科研論文和申請專利。潛移默化的教導使學生對所學專業有了更深入的了解和更濃厚的感情,關注專業發展的最新狀況和學科的前沿動態,愿意在本專業繼續深造,多名學生被推薦到“985工程”“211工程”高校就讀研究生,我校化學工程與工藝專業近5年的考研率均保持在40%左右。

(4) 實驗教學的改革也推動了實驗教師隊伍的建設。我院明確規定新引進青年人才均需進入實驗教學一線,不僅活躍了實驗教師隊伍,也帶來了先進的理念和方法。實驗教師不僅參與實驗準備與實驗教學,還要及時了解學科前沿動態、熟悉大型儀器設備使用、完善實驗教材建設,這一切都對實驗教師提出了更高要求,督促實驗教師不斷提高自身的綜合素質。

4 結語

通過幾年精細化工實驗教學改革的摸索與實踐,逐步豐富和完善實驗內容、改進教學模式,以及提高學生的主體地位、增強學生的參與意識、調動學生的學習熱情,學生的動手實踐能力和科研創新能力均得到較大提高,學生的綜合素質進一步增強,取得了良好的實驗教學效果,符合工程教育認證標準對人才培養的要求,也使教師有了進一步改革實驗教學的動力。

References)

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