工程化觀念在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐

孫 德 李 然 杜長海

(長春工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,吉林長春130012)

工程化觀念在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐

孫 德 李 然 杜長海

(長春工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院,吉林長春130012)

本文就培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力的問題,提出工程化觀念在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中的作用,系統(tǒng)地闡述了在實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)運(yùn)作模式及實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式等方面工程化的做法。

工程化;實(shí)驗(yàn)教學(xué);綜合素質(zhì);創(chuàng)新能力

為了適應(yīng)“高層次、多樣化、創(chuàng)造性”的人才培養(yǎng)目標(biāo)新要求、新標(biāo)準(zhǔn),近幾年來,我們一直在深化教育教學(xué)改革,積極探索培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力的有效途徑?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)屬于技術(shù)性、綜合性、通用性很強(qiáng)的專業(yè),主要培養(yǎng)從事化工類型過程和設(shè)備的生產(chǎn)、研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)等工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué),不僅能鞏固已學(xué)到的理論知識(shí),而且能夠培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和分析問題解決問題的能力,對(duì)于活躍思維、開闊思路、提高創(chuàng)新能力起著積極的作用。

工程化教育是一種教育理念,其內(nèi)涵是在培養(yǎng)高級(jí)工程人才的全過程中,從培養(yǎng)目標(biāo)、業(yè)務(wù)規(guī)格設(shè)計(jì)到教學(xué)環(huán)節(jié)安排、教學(xué)內(nèi)容選擇、教學(xué)方法選用,從教育決策到教育實(shí)施,到教育模式,充分考慮工程的本質(zhì)、工程工作的要求,體現(xiàn)工程教育的工程特色。核心是理論聯(lián)系實(shí)際、教學(xué)聯(lián)系工程實(shí)踐培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力,提高大學(xué)生工程素質(zhì),提高畢業(yè)生工程工作的適應(yīng)能力。我們充分利用這一特點(diǎn),堅(jiān)持工程化觀念在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中從實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系到教學(xué)內(nèi)容和方式的改革。

一、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的工程化

2004年我院化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心被吉林省教育廳評(píng)為省化工示范基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,并在2006年獲中地共建項(xiàng)目支持共獲得300余萬元資金資助。在實(shí)施過程中,我們要求實(shí)驗(yàn)裝置不僅在學(xué)科內(nèi)容上涵蓋“三傳”過程中典型的單元操作,而且從規(guī)模上力求工程化、類型上力求多樣化,即驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)與綜合型、研究型實(shí)驗(yàn)并存;傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與體現(xiàn)新技術(shù)或科研新成果的實(shí)驗(yàn)并存;體現(xiàn)基本原理的傳統(tǒng)儀器儀表與現(xiàn)代測試手段及先進(jìn)的控制并存。幾年來,我們對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了全面規(guī)劃:保留典型的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn),對(duì)原有舊裝置進(jìn)行改造、擴(kuò)展;研制或引進(jìn)新的研究型、綜合型實(shí)驗(yàn)裝置等。這既為學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐拓展更多的空間,也為相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法的改革提供必要的硬件條件。

我們?cè)谛聦?shí)驗(yàn)裝置的引進(jìn)和研發(fā)中除了考慮其工程性、可操作性外,還特別注重強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)裝置教學(xué)研究性及先進(jìn)性。[1]就是裝置既可用于本科生教學(xué),又可用于科研和本科生做畢業(yè)論文。先進(jìn)性一是指采用先進(jìn)的二次儀表和測試、控制手段;二是指將新的科研成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。如我們正在引進(jìn)的膜綜合實(shí)驗(yàn)裝置既可以做膜滲透氣化實(shí)驗(yàn)又可以做反滲透、納濾實(shí)驗(yàn);研制的傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置傳熱管可以任意角度放置,而且裝置可以同時(shí)對(duì)不同種傳熱管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)過程中,我們鼓勵(lì)學(xué)生的積極參與。對(duì)學(xué)生很多建設(shè)性的意見予以采納,比如實(shí)驗(yàn)室的布局要強(qiáng)化工程的觀念,學(xué)生們組織起來自行設(shè)計(jì),并且畫了圖紙,綜合考慮了操作、安全、環(huán)保等各種因素;研制的傳熱綜合實(shí)驗(yàn)裝置的部分研制工作就是由學(xué)生來完成的。

二、工程化開放式實(shí)驗(yàn)運(yùn)作模式

改變過去以教師為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,實(shí)施開放式以學(xué)生為主實(shí)驗(yàn)運(yùn)作模式,制定了《開放實(shí)驗(yàn)室管理制度》并強(qiáng)化工程觀念。具體做法是:1.每學(xué)期開學(xué)學(xué)生要進(jìn)行室前教育。要求學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)室的各種規(guī)章制度,對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育,各實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師與學(xué)生見面并對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告等事項(xiàng)作出具體的要求。2.將每學(xué)期開放的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目發(fā)給學(xué)生,學(xué)生通過網(wǎng)上選課系統(tǒng)進(jìn)行選課。3.預(yù)習(xí)。預(yù)習(xí)的手段有教材、網(wǎng)上多媒體課件、化工原理實(shí)驗(yàn)室機(jī)房及現(xiàn)場。4.學(xué)生須通過指導(dǎo)老師關(guān)于基本理論、操作法及安全等方面的考核后獲得《上崗證》,方可進(jìn)入現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)。5.實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中,教師要在現(xiàn)場進(jìn)行必要的指導(dǎo)并提出問題。6.實(shí)驗(yàn)后學(xué)生要在教師組織參與下對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論。

工程化開放式實(shí)驗(yàn)運(yùn)作模式在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中要求“以學(xué)生為本”,由學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn),這就要求學(xué)生要相互協(xié)調(diào),密切配合,培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神。在這方面我們采用工廠的做法,制定了《崗位責(zé)任制》,每一組學(xué)生共四人,設(shè)班長兼安全員一人,負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的指揮與協(xié)調(diào);主操一人,負(fù)責(zé)微機(jī)操作,記錄數(shù)據(jù)及發(fā)出操作命令;現(xiàn)場操作工一人,負(fù)責(zé)現(xiàn)場操作及設(shè)備狀況監(jiān)護(hù);化驗(yàn)工一人,負(fù)責(zé)取樣并化驗(yàn)分析。這樣的做法不僅培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神,順利完成實(shí)驗(yàn);而且便于學(xué)生角色的轉(zhuǎn)變,可以很快地融入工廠生產(chǎn)環(huán)境中去。

三、實(shí)施分層次、工程化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

培養(yǎng)綜合素質(zhì)高、創(chuàng)新能力強(qiáng)的學(xué)生就要對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的單一、枯燥不能滿足創(chuàng)造性人才培養(yǎng)的需要,應(yīng)改變以驗(yàn)證課堂教學(xué)內(nèi)容為宗旨的教法,合理安排工程性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,根據(jù)人才培養(yǎng)的要求,我們將實(shí)驗(yàn)劃分為幾大類:[2]

1.基本教學(xué)型實(shí)驗(yàn)。以傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,教學(xué)目標(biāo)重在訓(xùn)練學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)技能,掌握典型單元操作過程的機(jī)理和規(guī)律,使學(xué)生加深對(duì)理論的理解,同時(shí)在教學(xué)中我們強(qiáng)調(diào)單元操作過程的機(jī)理和規(guī)律在工程實(shí)踐中的應(yīng)用,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2.提高型實(shí)驗(yàn)。包括綜合性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性等實(shí)驗(yàn),教學(xué)目標(biāo)包括典型單元操作過程的深入研究及操作優(yōu)化。實(shí)施過程中,我們要求學(xué)生根據(jù)自己的興趣自行選擇工程實(shí)際問題,自擬實(shí)驗(yàn)方案,優(yōu)化操作條件,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等。注重培養(yǎng)學(xué)生查閱資料、調(diào)查研究、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,對(duì)實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果有自己的分析和結(jié)論。培養(yǎng)學(xué)生綜合學(xué)科知識(shí),獨(dú)立自主工作的能力,加深學(xué)生對(duì)工程問題的認(rèn)識(shí)。

3.研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。以擴(kuò)大知識(shí)面,啟發(fā)創(chuàng)新意識(shí)為目的,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力,可供有科研興趣的同學(xué)選作。學(xué)生可盡早接觸工程或科研實(shí)際,參加實(shí)驗(yàn)室建設(shè),培養(yǎng)他們靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。實(shí)驗(yàn)裝置可直接采用實(shí)驗(yàn)室已有裝置,或利用組合式實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行搭建,有時(shí)則需要自行設(shè)計(jì)。已做過的專題有“填料吸收塔中的化學(xué)吸收與傳質(zhì)系數(shù)測定”、“強(qiáng)化冷凝傳熱實(shí)驗(yàn)”、“反應(yīng)精餾在酯化反應(yīng)中的應(yīng)用”、“分子蒸餾”及“超臨界二氧化碳萃取”等實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐表明,研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)由于其鮮明的背景及實(shí)用性,特別能激發(fā)學(xué)生的研究興趣和探索熱情。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的分層次、工程化,做到了幾個(gè)結(jié)合:驗(yàn)證化工原理基本理論與培養(yǎng)學(xué)生掌握工程實(shí)踐研究方法,提高分析和解決問題的能力相結(jié)合;單一驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生綜合處理工程實(shí)際問題的能力;傳統(tǒng)的與現(xiàn)代的實(shí)驗(yàn)方法相結(jié)合。既注重了基礎(chǔ),又強(qiáng)化了創(chuàng)新;既保證了基本訓(xùn)練,又注重獨(dú)立分析、解決工程實(shí)際問題;既考慮到循序漸進(jìn),又激勵(lì)因材施教。

四、結(jié)束語

經(jīng)過對(duì)化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系四年多的工程化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革嘗試,學(xué)生自學(xué)能力、分析和獨(dú)立思考能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力等綜合能力都得到了提高,收到了良好的教學(xué)效果。學(xué)生連續(xù)三屆參加“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中,我們獲得了特等獎(jiǎng)一項(xiàng)、一等獎(jiǎng)兩項(xiàng);連續(xù)兩屆參加“三井杯”全國化工設(shè)計(jì)大賽并獲得國家三等獎(jiǎng)的佳績。畢業(yè)生在人才市場的競爭力顯著增強(qiáng),在近幾年就業(yè)形勢嚴(yán)峻的情況下,該專業(yè)的畢業(yè)生一次就業(yè)率均在95%以上。此外,每年都有許多優(yōu)秀的學(xué)生考入天津大學(xué)、華東理工大學(xué)等國內(nèi)著名高校的化工專業(yè)研究生。我們認(rèn)為該體系和內(nèi)容符合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的規(guī)律,符合現(xiàn)代高等工科教育的精神,能滿足該專業(yè)培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力的要求。

[1]郭慶峰等.在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力[J].化工高等教育,2004,(1).

[2]李然等.化工原理實(shí)驗(yàn)[M].長春:吉林大學(xué)出版社,2002.

孫德(1973-),長春工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院化工基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心副主任,高級(jí)實(shí)驗(yàn)師,主要從事化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究。