教學科研一體化教學模式的探索

吳 鐸，龍俊霞

(蘇州大學 材料與化學化工學部 化工與環境工程學院，江蘇 蘇州 215123)

中國高等教育大眾化的進程相對于西方發達國家發展得較為迅速。在20世紀90年代，僅有不到10%的高中生升學繼續接受高等教育，到了2009年這個比例超過了20%[1]。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》強調要著力培養高素質專門人才和拔尖創新人才，對人才培養提出了更高的要求和挑戰。大學作為專業化程度比較高的教育機構，其主要工作內容是知識的傳授和創新。現代大學設置的教學與科研兩大職能就是分別對應知識的傳授和創新。從大學發展的實踐表明，知識傳授的質量直接影響知識創新水平，沒有高質量的知識傳授，就不能培養創新型的人才；而知識創新的水平也會影響知識傳授的進行，沒有知識創新的源頭，就無法實現新知識的注入，使得知識傳授成為簡單的重復勞動，影響知識的傳授質量[2]。因此，加快教學與科研的互動融合發展是培養高素質創新人才的必經之路。

然而，教學與科研都需要大量人力、物力以及資金的投入，在實踐中，由于科研與教學及其相關支撐條件有時缺乏統籌管理，造成儀器設備等資源重復購置。另外，一些高校在對科研與教學投入方面需要做出決策選擇和輕重緩急的安排時，往往對科研以重點考慮。相對的，教學則經常處于保證正常教學秩序的及格水平[3]。于高校而言，科研水平已經成了評價一所學校綜合實力和辦學水平的象征。如果一所學校產出了一些重大科研成果、發表了相當數量的高水平研究論文、擁有頂級的科學家，那么學校的知名度、地位、聲譽和排名將會快速上升，由此也會帶來更多的資源以及優秀的生源。許多高校為了自身的發展和生存，對科研的重視程度日益增加。于教師而言，科研成果意味著職稱評定、工資待遇等一系列與教師切身相關的利益，而相反，教學成果通常見效慢且缺乏相關的獎勵機制。教學與科研不對等的評價機制，也導致了個別教師消極對待教學工作，而投入大量時間精力在發表科研論文及申請項目課題上。綜上，如何有效推進我國高等教育中的科教融合是十分值得研究和探索的關鍵問題。

以化學工程專業為例，國家對本科生的培養目標要求學生通過學習相關自然科學的基礎理論、化學與工程基礎及專業知識，掌握產品與工藝開發、生產裝置設計、過程安全與環境保護的理論和方法等，了解化工學科前沿方向及發展趨勢，具備較強的動手能力，成為能夠運用所學知識解決實際的工程問題的復合型人才。高校人才培養的目標是通過專業結構和課程體系實現的，人才培養的主要載體是各種專業課程，因此課程建設與改革是提高高校人才培養質量的重要方面。

多數高校化學工程專業本科生培養是以《化工原理》《化工熱力學》《化學反應工程》《化工設備機械基礎》《化工工藝學》《化工設計》等主要課程以及與課程配套的化工專業實驗課作為核心課程，組建化學工程專業核心課程群。隨著科技的發展，化學工程已經滲透到工程學科的各個領域，形成了多個化學工程的基本分支學科，而且形成了多個應用學科，如環境化工、材料化工、食品化工等，化工專業畢業生的就業領域越來越廣泛，所有這些變化要求化學工程的本科生教育要不斷擴大視野。國內的一些高校也進行了一些切實可行的教學改革，比如廈門大學化學化工學院的化工專業開設了化工新產品開發課程[4]，從培養未來化工工程師的角度出發，以化工新產品的開發為切入點，向學生闡述化工產品的開發過程，通過實際案例調動學生的主觀能動性，以提高學生的自主探究能力為主，培養創新精神和解決問題的能力，取得了良好的教學效果。天津大學化工學院的沈美慶等人依托環境保護這項基本國策，認為環境保護和資源的有效利用需要依托物理、化學和生物學的新成果的注入，開設了生態環境材料這門課程[5]，生態環境材料是多學科交叉的新領域，通過這門課程的學習能提高學生的綜合素質，當學生將來進入企業之后或能改變之前相對陳舊的生產工藝理念—只管生產，不計后果和資源再利用等，著重培養學生在綠色化工與可持續發展上的大局意識。電子科技大學在精細化工課程設計教學中引入教師的在研項目，開發新型的課程設計過程，克服了傳統使用課程教材設計課題的固定模式[6]，通過課程與工程應用項目有機結合，使學生綜合應用專業基礎知識，全過程參與精細化工產品開發與技術改進，培養學生專業實踐的綜合素養。

結合學院自身的學科研究特色，從2014年起蘇州大學材料與化學化工學部面向化工本科生在大三下學期開設了《顆粒技術》專業必修課。顆粒技術是一門與工程實踐聯系緊密、涉及到多學科知識交叉的課程。根據課程特點靈活設計教學方案，通過教學與科研相結合，讓學生不僅能夠加深對化學工程基礎知識的理解，也能夠通過這個“窗口”了解前沿科技。教學內容中引入工程實踐以及科學研究中用到的大型生產設備、先進科研表征設備的理論講解以及實踐操作，讓學生對大型設備有著更好的了解。利用科研實驗室的資源，通過理論講解結合實驗實踐的方式，將課堂理論學習與科研活動結合，采用科教融合的方式促進知識的理解與內化，培養學生的科學邏輯思維能力，以強化教學質量。其主要實施方案如下：

1 課堂教學—精選教學內容，啟迪科研思路(24學時)

1.1 課程內容的模塊化設計，增加教學深度

根據課程性質，將生產實踐與理論教學相聯系，增加教學深度，將多學科的知識進行融會貫通，培養學生在解決復雜的工程實踐問題時能夠熟練運用或創造性地應用這些基本概念及原理的能力。顆粒對許多學生來說并不陌生，藥物、奶粉、塑料粒子等都是顆粒物。以應用為導向，從不同材料配方和工藝技術選型出發，涵蓋顆粒產品質量，包括物化性質與性能的表征評價方法，聯系工程實際，使學生融會貫通并可以靈活掌握和運用所學知識。

1.2 結合前沿技術和科研成果，強化教學質量

從大學發展的實踐表明，知識傳授的質量直接影響創新型人才的培養。組織高質量的課堂教學，科研也是重要保證之一。教師從事科研工作，能夠了解知識創新的動態，使自己的教學內容不斷更新，緊跟時代的發展。此外，科研工作使教師在創造知識的過程中，了解其來龍去脈，在教學時也更好地做到深入淺出。而化工領域的科研成果日新月異，在為學生打好化工基礎理論的同時，向學生講解一些前沿技術進展，有助于啟發學生們的學習興趣，幫助學生們學習新的知識，掌握新的理論，更好地適應社會對人才的需求。

1.3 引入研發平臺硬件的教學內容，擴展學生知識儲備

顆粒產品會涉及實驗平臺、中試設備及質量檢驗檢測設備，結合學院科研平臺的資源優勢，對這些大型儀器進行介紹，并在實踐環節結合開展的課題，展示這些設備的使用方法與操作過程。如制粒過程中的大型設備噴霧干燥塔、分析顆粒粒徑分布時需要用到粒度儀、分析顆粒形貌需要使用掃描電鏡、分析顆粒結構會用到物理吸附儀等設備。了解這些設備的功能和作用，有利于擴展學生的知識面，對于學生畢業后無論進入生產一線，還是進行讀研深造都有很大幫助，而且通過對儀器分析數據的解讀，也能加深對理論知識的理解和應用。

2 科研實踐—理論聯系實際，培養科研素養(12學時)

利用科研平臺的資源優勢，培養學生的科研能力。從課程初期啟迪學生的科研思路，到課程中期學習各種實驗操作技能，課程后期自己提出研究性問題，查閱文獻設計實驗方案，開展實驗并對結果進行分析。讓學生在這個過程中初步體驗科學研究的全過程，將課堂上學習的理論應用于實踐，使知識得以升華，使學生的科研素養和綜合能力得到明顯提升。根據開展科研工作的幾個中心環節，將實驗室的實踐教學分為以下幾個階段：

2.1 確定研究課題和分組

實驗實踐以小組的形式進行，首先需要確定研究課題和分組。教師提出適合課程內容的較寬范圍的研究課題，或者以教師從事的科研項目為例，選擇符合學生水平的小型研究問題進行展開。由學生根據興趣和背景，查閱資料，與教師討論后確定具體研究內容；確定研究課題的過程中，教師共同參與，學生充分表達自己的觀點。學生之間自由組合分組，每組5-6人。

2.2 制定研究方案

確定好研究課題及分組后，以小組為單位，共同搜集資料，討論確定研究方案。研究方案需要進行充分論證，以確保方案的合理性。制定方案的過程中，教師需要進行科學的指導。

2.3 開展研究實踐

執行研究方案是整個過程的重點和難點，開展實驗前期對學生進行實驗室安全培訓以及操作技能培訓，確保學生規范操作，避免發生實驗室安全事故，保證實驗數據科學可靠。教師安排研究生助教一起參與，督促各個小組的實驗實踐活動，按期完成實驗計劃。實踐教學與課堂教學相結合，在課堂教學中加入實驗成果的集體交流討論，由教師對實踐過程中學生遇到的問題進行答疑解惑，促進學生知識能力的快速提升。

2.4 準備最終報告

本階段的工作是學生將實驗結果加以總結，向全班進行匯報。要求學生的匯報在符合教學要求的同時，采用多角度的方式呈現實踐成果及個人在課程實踐中的收獲，盡量保證每個人都有展示自己的機會。

3 結語

顆粒技術課程的教學組織方式，受到了同學們的廣泛歡迎和一致認可。通過課程的學習，不僅融合了多學科的基礎知識，而且鍛煉了發現問題、解決問題的能力，培養了良好的科學素養，對學生今后的發展有很大幫助。在科技日新月異飛速發展的今天，對于化工高素質復合型人才的培養，不僅要使其掌握扎實的基礎理論知識，而且要使學生了解專業領域的科學研究和技術發展前沿。如何進行課程設置的改革，提高資源利用率，促進教學與科研的良性互動，在具體實踐中的探索比理論研究更復雜、更艱難，需要不斷地嘗試、磨合與完善。