新工科背景下化學工程與工藝專業實驗教學體系優化研究

高 芳 李保六 許 萍 鄭媛潔

(武漢科技大學 煤轉化與新型炭材料重點實驗室，湖北 武漢 430081)

隨著全球科技產業的不斷革新發展，各國間的科技競爭、人才競爭越演越烈，對工程科技人才的培養提出了新的要求。在高校學生多種能力中，實踐能力顯得尤為重要，實驗教學作為實踐育人的一部分，發揮著關鍵的作用[1]。化工行業作為社會經濟發展的支柱行業之一，為高校學生提供眾多的工作機會，同時由于其自身行業的特殊性，對技術創新要求高，因此高校要重點培養化工創新型人才。化學工程與工藝是化工行業重點專業之一，也應重視專業的發展。“新工科”觀點在工科領域不斷引入[2]。

大多數高校化學工程與工藝專業現有的實驗教學模式存在一些問題，難以培養出各方面全面發展的新型科技人才，同時也無法滿足新工科和工程專業認證的需要。高校亟須對現有化學工程與工藝專業的實驗模式進行調整，構建更為優化的、適應科技發展的實驗教學體系。作者結合當下高校化學工程與工藝專業實驗教學的實際情況，重點闡述了實驗教學環節存在的一些問題并提出了相應的改革方法。

1 “新工科”的內涵

近年來，隨著科技創新的不斷發展，“互聯網+”“物聯網”和“大數據”等產業不斷崛起，傳統的電子和機械工業已無法滿足科技的發展和國家的進步。人工智能技術的出現，也充分說明世界的發展決定于工程科技[3, 4]。伴隨著工程教育所面臨的機遇與改革，“新工科”應運而生。2017年2月18日，教育部闡述了新工科的內涵，成為新工科建設的首個里程碑。“新工科”的內涵不旨在引入一項新的學科，而是根據現有的學科，把新的想法和要求融入自身的專業，培養新型專業人才，是高校教育發展的戰略目標[5]。

2 高校化學工程與工藝專業實驗教學存在的問題

2.1 實驗教學課程單一、缺少綜合性和創新性實驗

豐富、專業的實驗教學內容才能更好地體現出化工實驗教學的特色，但目前化學工程與工藝專業現有的實驗教學體系所設置的實驗教學內容仍舊沿用先前的一些經典案例，大多為驗證性實驗，雖具有一定的代表性，但很多實驗的操作性不強，與實際應用關聯性較弱，僅圍繞課堂上某一個知識點開展，缺少新興學科的技術與觀點，難以激發學生的積極性，學生不能高效地參與實驗教學。

很多高校在實驗課開始前，讓學生做好預習，寫好預習報告，提醒學生實驗過程中的注意事項，實驗教師做完演示實驗后，學生依葫蘆畫瓢，過分依賴實驗教師，缺乏實踐能力的鍛煉，只注重完成實驗報告的內容。同時，綜合性和創新性實驗在整個實驗教學中占比很小，類似的相關性實驗也開展得較少，學生不能將所學的理論知識應用到實驗中，背離了科技的發展。這些不利于高校對學生綜合能力的培養，難以提升學生的實驗技能，也限制了學生以后在企業的發展。

2.2 實驗教學設備老舊，資金短缺

目前很多高校重視科研的培養，輕視教學方面的培養。由于沒有充足的經費，主要經費都被用于科研建設，造成了教學設備資源的短缺，實驗使用的儀器數量少，達不到規定實驗開展臺套數的要求，實驗藥品也未能及時補充，學生和教師使用的教學設備都是用了十幾年甚至二十多年的，嚴重影響了教學實驗的開展。教學設備數量少、陳舊老化的問題，使得實驗課程被安排得非常集中，特別是一些價格高昂的教學設備，很多高校購買的數量較少，甚至沒有。對于這些精密的大型設備，一般由專業教師操作，學生和實驗教師只能參觀，缺乏上機操作的機會，難以掌握相關知識。

2.3 教學成績評價缺乏科學性

許多高校雖然對化工實驗教學體系采取了一系列的改革，但整體的評價體系仍舊不夠科學和完善，教師對學生成績的評價仍然只是固定模板的實驗報告、實驗操作記錄和完成實驗數據的處理這幾個方面。這導致學生存在渾水摸魚的情況，認為只需好好完成實驗報告就可以獲得比較好的分數，實驗可以不認真去操作。很多組的實驗報告都是重復的數據，對學生的實驗成績無法準確評價，降低了學生參與的積極性，無法提升學生的化工實踐能力。由此可見，構建科學完善的實驗評價體系是當下高校必須重視的一個環節。

3 “新工科”背景下高校化學工程與工藝專業實驗教學體系構建

3.1 改革實驗教學內容，增大實踐教學環節

在高校構建化工專業實驗教學體系時，應改革實驗教學內容，提高內容的創新性和專業性。大多數高校化學工程與工藝專業整個大學四年的實踐教學包括有機化學實驗、無機化學實驗、金工實習、生產實習等。雖然實驗實踐課程開設較多，但有些課程的實踐性與理論課程關聯性不強，學生重視理論課程，輕視實踐學習。重新建設和修訂化工實驗教材和培養方案是改革實驗教學內容、增大實踐教學環節的基本途徑。在建設和修訂的過程中，高校可組織化工專業知識豐富、有經驗的教師，引領整個實驗內容的走向，提升教學質量。學生通過新的實驗教材，進一步了解化工實驗課程的性質和要求，對一些教學儀器也可掌握操作方法。

教師在實驗內容的設置上多設計一些與工程實踐相關的實驗，除去傳統的經典實驗，增加一些創新性和實踐性，使整個實驗更具綜合性和拓展性。例如，開展一些綜合性的實驗，僅給學生提供一些思路，讓學生自主地思考設計實驗流程，得到一些創新開放性的結論。同時，多鼓勵學生參加各種類型的大學生創新創業項目，以項目的形式進行實踐教學活動，學生通過對項目的構思、計劃和執行，鍛煉查閱、整合文獻和解決實際問題的能力。這樣既調動了學生在實驗教學中的積極性，也培養了高校學生獨立思考的能力和創造力。

3.2 建設多維實驗室教學平臺，開放大型設備共享

加強實驗室建設，增加實驗設備的投入經費，是提高實驗教學水平的基礎。很多高校教學設備陳舊，只能開設一些基本實驗，通過大量引入智能化、科技化的教學設備，一些創新性和綜合性實驗才能開展。建設多維度的實驗教學平臺，開展線上線下、虛實相結合的教學平臺。建設化工虛擬仿真平臺，將復雜的化工工業知識系統化、信息化，學生通過網絡在線學習能更直觀地了解化工工藝的原理及工藝流程，同時也具備了該軟件的使用能力。為此，我校買入Aspen Plus軟件用于“化工過程設計模擬”實驗課程，進行換熱器單元、精餾單元以及反應器單元等的模擬，為學生今后從事化工相關行業的工作提供有利的條件。

開放大型設備平臺，學生可以利用課余時間進入實驗室，選擇自己感興趣的大型設備進行選修學習，了解大型設備的使用方法，感受化工實驗室的科研氛圍。同時，高校應做好大型設備的管理工作，進入實驗室的學生要做好登記，負責大型設備的專業教師要對學生做好培訓，確保設備的正常運行。此過程中也增加了學生的科學素養，激發了學生的興趣。

3.3 強化師資隊伍建設

在構建實驗教學體系的過程中，教師的教學水平對實驗教學的成效有著重要影響。高校在引進新教師時要多注重教師的工程實踐經歷。高校教師也應不斷強化自身的專業能力，提升自己。定期舉辦一些教學方面的研討會，通過教學經驗的相互分享，總結教學方面的薄弱環節，從而提升整個專業的教學水平。高校也應鼓勵教師“走出去”，多給教師出國交流和培訓的機會，加強與教學水平突出的高校合作，借鑒其他高校先進的教學理念。高校也應多給實驗教師機會，鼓勵實驗教師多與企業合作，深入企業，多了解化學工程與工藝專業的特殊性。工程實踐經驗的積累更有利于實驗教師開展本專業的教學工作，也能提高教師的實踐能力。

3.4 實驗教學考核體系改革

大多高校對學生的實驗考核只關注學生的預習報告、實驗結果等，忽視了化工工程教育要求對學生綜合能力進行全面的考核。高校應根據不同類型的實驗課程，采取不同方式的考核評價體系，形成多元化的考核模式。對于一般的基礎化工實驗課程，可根據實驗預習、實驗操作、實驗報告結果、實驗抽題考試與實驗答辯情況等進行考核。在創新性和綜合性實驗中，可以將實驗相關論文、專利和畢業設計完成情況等作為學生成績評價的相關指標。這樣，充分發揮“教”與“學”的作用，學生在實驗教學的過程中能積極主動地發現并解決遇到的專業難題。教師的考核也能達到目的，考核成績也更能反映學生的真正能力，對進一步建設新工科化學工程與工藝專業實驗教學體系起到推動作用。

同時，高校也應建立實驗教學效果反饋機制，對實驗教學質量進行評價。采取校內和校外監督相結合的方式。校內主要是學校教務職能部門督導、多學院互聽互評、學生評教等措施。校外主要包括企業和畢業生的反饋。針對校內和校外對實驗教學的反饋，組織專業人員進行評價，及時發現實驗教學中存在的問題，制定相應的整改措施，并落實到各個責任層面(包含學院層面、教研室層面、課程組層面及教師個人)。同時，把實驗教學的評價結果納入教師及學院的年終考核，加大學校、學院及教師對實驗教學的重視，保障實驗教學的質量。

4 結語

在“新工科”背景下，改革化學工程與工藝專業實驗教學有著一定的現實意義，有利于培養出更多優秀的工程人才。同時，化工實驗教學體系的改革是一項系統的工程，需要高校、企業、教師和學生的積極配合。作者對優化化工專業實驗教學體制改革提出了初步想法，高校在以后的實驗教學環節，要進一步注重科技性、系統性，加強學生實踐能力的培養，使學生成為創新型工程科技人才。