基于化工卓越人才培養的化工原理實驗教學模式改革與探索

陳鑫，董亮亮，涂國云，張春芳，白云翔

江南大學化學與材料工程學院，江蘇 無錫 214122

高等教育發展水平是一個國家發展水平和發展潛力的重要標志。習近平總書記指出[1]，“我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強烈。”人才的競爭在當前新一輪科技革命與產業變革中的重要性愈加凸顯，為此，教育部相繼印發了《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》等文件，決定實施“六卓越一拔尖”計劃2.0，即新工科建設，旨在培養具有創新創業能力、工程實踐能力和高素質的交叉復合型科技人才[2,3]。

化工原理實驗是化學化工類專業人才培養中一門重要的基礎核心課程，是化工原理從基本理論走向工程實踐的橋梁，不僅能夠加深學生對于理論知識的理解，還可以培養學生的工程概念和工程意識[4]。然而，隨著新工科建設的提出，現有的化工原理實驗課程教學模式和方法已難以滿足化工卓越人才培養的要求。因此，在化工卓越人才培養視域下，積極探索全新的化工原理實驗課程教學模式，是推動化工原理實驗課程教學向縱深發展的必經之路。

本文結合化工原理實驗課程教學現狀及面臨的挑戰，著眼于課程內涵建設，以成果導向教育理念(outcomes-based education，OBE)為指導，提出“四強”化工卓越人才培養理念，以科研創新能力、工程實踐能力、社會責任感和國際化視野4個方面能力的培養為核心，從課程教材、實驗內容、虛擬仿真、實驗競賽、課程思政等多個維度進行化工原理實驗課程教學改革，形成系統性的化工原理實驗課程教學新體系。

1 化工原理實驗課程現狀

化工原理實驗是一門以化工單元操作和設備為主的實踐性課程，旨在通過實驗加深和鞏固學生對化工單元操作基本原理、計算方法等的理解，培養學生分析和解決實際問題的能力，提高學生的溝通、協作及動手能力。隨著化工卓越人才培養計劃的深入實施，現有的化工原理實驗課程教學日益凸顯出其不足之處，主要體現在以下幾個方面：

(1) 教學體系有待進一步優化。

目前的化工原理實驗課程教學仍普遍存在“滿堂灌”“填鴨式”的教學模式，導致師生之間缺乏互動，降低了學生的學習熱情，從而制約了教學質量的提高[5]。現行的高校評價體系也使得大多數工科教師普遍存在“重科研輕教學”的現象，教學過程中往往“照本宣科”，課程內容陳舊，不注重對最新科技進展和成果的講解，缺乏對教學方法和內容創新的動力。同時，我校化工原理實驗雖然在常規實驗方面已給予了學生動手及合作能力的培養，但在化工基礎安全及大型實訓方面仍存在缺失，難以有效培養學生的創新能力、工程應用能力和獨立思考能力，教學體系有待優化。

(2) 課程思政元素有待深掘。

目前，在校大學生基本都是00后，自理能力較差，缺乏團隊意識。絕大部分學生只注重專業知識和專業技能的學習，對思想政治教育的重要性認識不足；特別是近年來全球化國際化進程不斷加速，西方國家的一些生活方式和價值觀已經滲透到了學校，導致部分學生的價值取向發生扭曲，理想信念有所缺失[6,7]。化工原理實驗雖是一門實驗課程，但其中也蘊含了豐富的課程思政。我校教師在授課過程中很少能夠根據課程內容與思政教育相關聯，實踐教學的育人功能未能得到充分發揮，難以與其他課程協同實現全方位育人。

(3) 國際化視野有待拓寬。

培養具有全球意識、跨文化交流、通曉國際規則、參與國際合作競爭的卓越人才是中國經濟全球化發展的當務之急。傳統的化工原理實驗教學中突出對單元操作基本知識的熟練掌握和靈活應用，但在全球經濟一體化趨勢下，對卓越人才培養應具備的國際視野和跨文化交流能力的培養略顯不足，專任教師對國際化的實驗教學理念認識不夠深入。

2 化工原理實驗課程教學改革實踐

針對上述問題，江南大學的化工類專業從實驗教學、虛擬仿真、課程思政和國際化視野等方面開展化工原理實驗課程教學改革，突出“四強”化工卓越人才培養理念，積極探索全新的教學模式與體系，著力提升學生的工程素質和實踐能力。具體改革舉措如圖1所示。

圖1 “四強”化工卓越人才培養理念

2.1 優化實驗教學體系，提高學生科研創新能力

OBE教育理念注重強調學生的“學”而非教師的“教”，教學過程中更加突出學生的主體地位，充分發揮學生的主觀能動性[8]。江南大學化學與材料工程學院在承擔了全校幾乎所有化工相關專業實驗的基礎上，結合OBE教育理念，根據不同專業的培養目標開設了“個性化”實驗。為適應“現代分離技術”等創新性課程的需要，建立較為完整且具有專業針對性的膜分離實驗教學內容，涵蓋本校各工科專業，開展發酵液、酶及蛋白等分離，物料、果汁、天然藥物及活性物提取、廢水資源化處理等與各專業密切相關的實驗教學內容；為強化非均相物系分離教學效果與工程能力培養，在原有箱式干燥器的基礎上增設流化床干燥器，主要為我校生物工程和食品工程學科學生提供產品干燥過程的實驗研究方法鍛煉的平臺；基于天然物質萃取教學與研究的需要，增設連續萃取和轉盤萃取兩種實驗裝置，用于制藥和食品專業中的天然藥物提取、食品添加劑分離等，使教學更貼近于本校專業特色。通過對實驗教學方案與設備的精心設計，能夠滿足課題試驗方案、數據采集、結果分析等要求的關鍵元素，提高了學生的科研創新能力，使得實驗教學滿足本科教學的同時，也適應研究生“現代分離技術”“化工專題”等課程學習與課題研究的需要，構建本科教學與研究生培養直通式的實驗教學平臺。

目前我校化工原理實驗裝置已向全校本科生課外研究及畢業論文研究開放，近幾年學生利用教學平臺進行開放性的科學研究，僅在膜分離方面就獲得國家級大學生創新創業訓練計劃(大創)項目2項，校級大創項目2項，以及1項已授權的發明專利。同時在大學生化工原理實驗競賽及大學生化工設計大賽中屢屢獲獎(圖2)。

圖2 發明專利及獲獎證書

2.2 建立仿真實驗體系，增強學生的工程實踐能力

OBE教育理念注重學生的學習效果與體驗。我校化工原理實驗室目前開設了流體流動阻力實驗、離心泵性能曲線測定、恒壓過濾常數測定、換熱器傳熱系數測定、蒸發傳熱系數測定、精餾塔全塔效率測定、吸收系數測定、萃取率測定、干燥速率曲線測定、膜分離通量曲線測定等實驗，還有離心泵氣蝕及固體流態化等選做實驗，同時每個實驗的臺套數基本都保證在8臺，學生在做這些實驗時動手能力以及協同合作能力可以得到很好的培養，但這對于化工類學生還遠遠不夠。

學院圍繞化工卓越人才培養的需要，建立了新型的仿真實驗體系(圖3)。通過實驗設備構造拆解展示、實驗過程演示、在線操作模擬、工廠實習模擬、突發問題分析與排除等環節，展現逼真的實驗室場景、實驗現象及工廠實際場景，通過人機交互活動達到輔助實驗教學的目的，形成了“預習–仿真–操作–報告”四位一體、“課內–課外”相互補充的化工原理實驗教學體系，培養了學生處理突發問題的能力，增強了學生的安全意識和自救能力。

圖3 化工原理虛擬仿真實驗教學系統

2.3 將課程思政引入教學，增強學生的社會責任感

新形勢下，對大學生進行思想政治教育必須貫穿于每一門課程之中，構建全學科、全方位、全時段的思想政治教育新模式。我院目前不僅開設專門的思政課程，也要求每門課程融入思政教育。對于化工原理實驗課程(表1)，我們一方面在實驗教學中注重培養學生運用辯證唯物主義觀點和科學方法考查、分析和處理工程實際問題；另一方面，采用隱性滲透式、課堂討論式、啟發式等教學模式，將家國情懷、愛國主義、理想塑造、科學精神、工程倫理等育人德育元素融入實驗教學中，寓德于教，培養學生樹立正確的社會主義核心價值觀。

表1 化工原理實驗課程中的思政元素

2.4 打造雙語課程教學，增強學生的國際化視野

“一帶一路”國家發展戰略的提出對人才培養提出了新的要求，尤其是對具有國際視野的外向型各類工程人才的需求變得日益迫切。同時，教育部的“新工科”建設也把培養具有國際視野的卓越工程技術人才作為工程教育改革的一項重要措施。為此，我校增加了化工原理的英語教學，讓學生掌握化工原理方面的專業英語詞匯；90%以上的化工原理實驗課程教師具有海外訪學經歷，實現師資國際化；實驗課程的任課教師邀請海外知名專家到學校進行工程方向的學術交流，讓學生了解到國際前沿的化工技術；修訂實驗的教學大綱及課程評價方法，滿足工程教育專業認證的國際化標準；借鑒國外的先進教育方式和成熟教學案例，豐富實驗教學內容；將國外教材作為補充教材，開拓學生的國際化視野。

3 結語

“新工科”建設是深化我國高等工程教育改革的一次戰略機遇，也為化工卓越人才培養指明了新方向。我校化學工程與工藝專業于2017年通過中國工程教育專業認證，這既是對我校工程教育質量的肯定，同時也對我校工程人才的培養提出了更高的要求。因此，我校在化工卓越人才培養視域下重新審視化工原理實驗課程教學，通過教學體系優化、課程思政導入、雙語課程教學等措施，對化工原理實驗教學體系進行多維度改革。通過上述改革與探索，構建以“四強”化工卓越人才培養為核心的化工原理實驗課程教學新體系，有效地提升實驗課程的教學質量，促進學生的科研創新能力、工程實踐能力、社會責任感和國際化視野的全面提升，進而支撐卓越工程人才的培養。