基于生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)的高職化工人才培養(yǎng)新途徑

張韜順，林宏亮，林志華，蔡延朗，翁宮浩，張?zhí)裉?，林草?/p>

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基于生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)的高職化工人才培養(yǎng)新途徑

張韜順，林宏亮，林志華，蔡延朗，翁宮浩，張?zhí)裉?，林草?/p>

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品與生物工程系，福建 漳州 363000）

針對(duì)當(dāng)前高職高?；?shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生遷移能力不足，以肥皂的制作實(shí)驗(yàn)為例，提出了運(yùn)用生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)，通過摸索期、拓展期、攻堅(jiān)期三個(gè)階段培養(yǎng)化工類學(xué)生探索本質(zhì)、應(yīng)對(duì)變化的能力。

高職高專；化工；生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)對(duì)高職高?；ゎ悓W(xué)生的動(dòng)手能力影響是最明顯的，學(xué)生做了三年實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手能力確實(shí)能適用于相應(yīng)生產(chǎn)領(lǐng)域，但在技能往生產(chǎn)的更高端領(lǐng)域發(fā)展方面并未得到更高的評(píng)價(jià)。一個(gè)原因在于在當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)課中，學(xué)生往往每個(gè)實(shí)驗(yàn)方案只做一次，而且實(shí)驗(yàn)方案的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)已經(jīng)都規(guī)定好了，只要執(zhí)行實(shí)驗(yàn)方案，就能得到較好的結(jié)果。一旦實(shí)驗(yàn)條件稍有變化，學(xué)生就一臉茫然不知如何處置。而從學(xué)校的角度來說，純粹的探索性實(shí)驗(yàn)耗時(shí)耗材耗精力，成果不確定，失敗率較高。所以如何在有限條件下開展探索性實(shí)驗(yàn)就成為了主要問題。

若能融合驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探索性實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，則能為高職學(xué)生順利過渡到實(shí)際項(xiàng)目研發(fā)提供幫助?？紤]到高職高專的實(shí)訓(xùn)設(shè)備大多與實(shí)際生產(chǎn)相吻合，適合模擬實(shí)際生產(chǎn)，也適合于配方與工藝的組合，為此提出了生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)，即通過將一些跟生產(chǎn)相關(guān)的小制作擴(kuò)展為小型綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在一定的條件下基于生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室低強(qiáng)度開發(fā)，讓學(xué)生運(yùn)用“合成實(shí)驗(yàn)—分析實(shí)驗(yàn)—分析現(xiàn)象數(shù)據(jù)—調(diào)整合成方案”四個(gè)步驟的連續(xù)循環(huán)，進(jìn)行優(yōu)化配方和工藝參數(shù)，從最基礎(chǔ)合成反應(yīng)起步，最終開發(fā)出具有一定可用性的產(chǎn)品，從而在教學(xué)和生產(chǎn)的結(jié)合地帶進(jìn)行探索，帶動(dòng)師生從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)入探索性實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。

生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)的第一目標(biāo)是“驗(yàn)證”，驗(yàn)證已公開化的知識(shí)，讓師生積累生產(chǎn)過程中的經(jīng)驗(yàn)；第二目標(biāo)是“探索”，突破理論和實(shí)際間的差距，探索出一條類似于實(shí)際生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)室合成路線，獲得產(chǎn)品質(zhì)量的提升，并獲得對(duì)實(shí)際生產(chǎn)各步驟的內(nèi)在關(guān)系的洞察力。生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)從實(shí)質(zhì)上說就是“限定難度的應(yīng)用型項(xiàng)目研發(fā)”，其意義就是為師生的實(shí)際能力跨越提供一個(gè)良好的孵化器。實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)在合成實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施上，讓學(xué)生學(xué)會(huì)發(fā)掘問題實(shí)質(zhì)、調(diào)整合成方案、創(chuàng)造性地解決問題，才是實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的著力點(diǎn)。生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)的更高目標(biāo)則是“應(yīng)用”，為師生從限定難度的產(chǎn)品開發(fā)過渡到實(shí)際應(yīng)用型項(xiàng)目研發(fā)打好基礎(chǔ)。

一、生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)對(duì)高職教學(xué)的意義

1、摸索師生間相互激發(fā)、相扶成長(zhǎng)的新培養(yǎng)模式

生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)改變了從教師到學(xué)生的單向灌輸知識(shí)的培養(yǎng)模式，并在較短時(shí)期內(nèi)，從教學(xué)和應(yīng)用型項(xiàng)目研發(fā)的邊緣地帶摸索出師生間相互激發(fā)、相扶成長(zhǎng)的新培養(yǎng)模式。受益于小組內(nèi)討論，教師的思路可以得到學(xué)生的激發(fā)、碰撞、拓寬，往往學(xué)生的激發(fā)能提供一個(gè)全新的視角，角度越新越能讓教師改變思維定勢(shì)、更深入的思考問題。這種小組內(nèi)討論實(shí)現(xiàn)了由“教師單向灌輸知識(shí)”轉(zhuǎn)向“在討論中確定行動(dòng)方向和計(jì)劃的雙向知識(shí)流動(dòng)”。從這一點(diǎn)來說學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平、思考水平與教師的研發(fā)水平成正比。研發(fā)小組先提高學(xué)生的研發(fā)能力，后從培養(yǎng)人才中獲得實(shí)驗(yàn)成果。幾輪循環(huán)下來，學(xué)生必定動(dòng)手能力增強(qiáng)，教師也將具有較強(qiáng)的項(xiàng)目指導(dǎo)能力。

2、打破課程體系間壁壘，轉(zhuǎn)變學(xué)生角色

這種實(shí)驗(yàn)?zāi)芫奂鲗W(xué)科知識(shí)來指導(dǎo)行動(dòng)，將課程與項(xiàng)目研發(fā)合為一體，創(chuàng)造條件讓學(xué)生以實(shí)踐帶動(dòng)理論學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)課程的實(shí)質(zhì)性轉(zhuǎn)變。通過這種綜合開發(fā)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能將各學(xué)科的技能、知識(shí)整合到一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)中，提高學(xué)生綜合能力。課程是不會(huì)自己打破體系間壁壘的，是因?yàn)閷W(xué)生在思考實(shí)驗(yàn)的核心問題中，運(yùn)用了各門課程的精髓，把握問題實(shí)質(zhì)，才最終打破了各課程間壁壘。這個(gè)打破課程體系間壁壘的過程，就是學(xué)生由純粹的書面理論被動(dòng)學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變?yōu)橐砸痪€生產(chǎn)為研究對(duì)象的主動(dòng)研究者的過程。

二、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要求

1、限定目標(biāo)

要把目標(biāo)限定于允許的實(shí)驗(yàn)條件下，在指定時(shí)間段內(nèi)集中精力開發(fā)能達(dá)到的水平，而不能無限追求成果“高大全”。

2、控制難度

合成實(shí)驗(yàn)的主要反應(yīng)要簡(jiǎn)單，合成實(shí)驗(yàn)涉及的反應(yīng)原料種類要少。至少在試驗(yàn)初期，基礎(chǔ)反應(yīng)盡量不要超過兩種原料。

選擇成熟的行業(yè)。成熟行業(yè)的特征就是網(wǎng)絡(luò)資料和圖文資料齊全完備。

在目標(biāo)行業(yè)中盡可能找到校企合作企業(yè)。

（二）生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)的三個(gè)階段

以“肥皂的制作”這個(gè)實(shí)驗(yàn)為例，雖然師生均無洗滌用品行業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但是我們選擇這個(gè)課題首先考慮的是生產(chǎn)肥皂有比較成熟的工藝。其次，書本理論和實(shí)際問題總是有差距，因此具有一定的挑戰(zhàn)性。并且其中會(huì)涉及到企業(yè)核心的“方案的調(diào)整和工藝的優(yōu)化過程”，查找相關(guān)資料有一定難度。最后，學(xué)生通過整合檢測(cè)和合成，可以鍛煉動(dòng)手和動(dòng)腦能力。

第一階段——摸索期。這個(gè)階段的主要任務(wù)是通過預(yù)實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證資料真實(shí)度，確定各因素的影響程度，通過抓住核心因素制定合成的目標(biāo)和路線。這個(gè)階段要通過查資料提出一個(gè)初步合成方案作為摸索期切入點(diǎn)，方案的質(zhì)量對(duì)后續(xù)試驗(yàn)有較大影響。初步合成方案應(yīng)該抓住基本合成反應(yīng)，不能單純模仿工業(yè)生產(chǎn)的復(fù)配配方。我們是從油堿反應(yīng)開始設(shè)計(jì)初步合成方案，經(jīng)過討論確定了“以工業(yè)洗衣皂指標(biāo)為標(biāo)桿合成肥皂”的路線和預(yù)實(shí)驗(yàn)的合成方案。預(yù)實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)證明油和堿確實(shí)可以直接反應(yīng)合成肥皂。接下來通過三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)決定肥皂制作的主要因素是油堿比例，由此制定肥皂合成的第一目標(biāo)是探索油堿準(zhǔn)確比例和相關(guān)合成條件，確定以總游離堿值的測(cè)定為檢測(cè)方案，以合成無添加劑的肥皂為總目標(biāo)。

學(xué)生能力在此階段能力的提高體現(xiàn)在對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新和不斷改進(jìn)。這個(gè)階段的學(xué)生積極性體現(xiàn)在會(huì)下意識(shí)地對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確可靠，包括改進(jìn)操作方式方法、創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)的原則等。比如“不要在首次嘗試的檢測(cè)試驗(yàn)中直接使用自制產(chǎn)品，而要用工業(yè)品培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)”，就是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出的原則。但學(xué)生自己還沒有充分意識(shí)到這種變化的重要性，有問題大多會(huì)問教師，還處于被動(dòng)學(xué)習(xí)狀態(tài)。在這一階段教師要通過引導(dǎo)學(xué)生在第一線不斷尋找問題，思考下一步實(shí)驗(yàn)方向，強(qiáng)化學(xué)生改善意識(shí)、現(xiàn)場(chǎng)意識(shí)。問題在現(xiàn)場(chǎng)，答案也在現(xiàn)場(chǎng)[1]。要想提高技能和思考水平就要不斷改善，而改善的起點(diǎn)就在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。學(xué)生操作正確程度和熟練度對(duì)初期實(shí)驗(yàn)結(jié)果有實(shí)質(zhì)性影響。學(xué)生要詳細(xì)記錄現(xiàn)象和操作方式方法，以便在“實(shí)驗(yàn)操作——觀察現(xiàn)象——數(shù)據(jù)分析”之間建立反饋。教師要觀察學(xué)生的行動(dòng)，糾正學(xué)生的操作方式，旁聽學(xué)生討論，理清學(xué)生思路，檢查學(xué)生對(duì)所查資料的消化情況，鼓勵(lì)學(xué)生大膽提問，發(fā)掘有價(jià)值線索，敢于嘗試自擬方案，往往是失敗告訴了我們事物的很多重要信息。

第二階段——拓展期。這階段的主要任務(wù)是參考生產(chǎn)的步驟，擬定合成路線，確定一個(gè)可靠且比例準(zhǔn)確的基本合成方案。在這個(gè)階段首先要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件選定適宜工藝路線；其次，確定首要影響因素，大膽修改第一階段合成方案；最后，實(shí)驗(yàn)者可以嘗試多種方向，仔細(xì)驗(yàn)證效果，拓展檢測(cè)指標(biāo)和產(chǎn)品性能。這個(gè)階段以配方的調(diào)整為主，以工藝的形成為輔。

小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，選擇模仿大鍋皂化法為開發(fā)路線。經(jīng)過第一階段的正交實(shí)驗(yàn)，小組討論發(fā)現(xiàn)：第一，自制產(chǎn)品的每克豬油所耗的氫氧化鈉量大大高于豬油的皂化值；第二，新資料并未提到工業(yè)生產(chǎn)中有添加酒精，而酒精會(huì)導(dǎo)致攪拌困難且反應(yīng)不完全，產(chǎn)品油膩味重；第三，油堿反應(yīng)需要較高的水浴溫度和較長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間。綜上三點(diǎn)，小組大膽修改了初步合成方案，降低堿的用量，取消了酒精，延長(zhǎng)了反應(yīng)的時(shí)間，提高了水浴溫度。產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)了第一次質(zhì)的飛躍：一是肥皂在空氣中放置不會(huì)出現(xiàn)過多碳酸鈉；二是堿的用量下降，但是油堿反應(yīng)程度卻提高了；三是肥皂久置不會(huì)有濃重的油膩味。小組意識(shí)到這些調(diào)整在工業(yè)生產(chǎn)上的意義。

隨后，小組拓展了不皂化和未皂化物含量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)和氯化物檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。小組發(fā)現(xiàn)在調(diào)整后的合成方案下，新產(chǎn)品的不皂化和未皂化物含量不高，不是決定性因素；相反，氯化物的含量高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

學(xué)生能力在拓展期的質(zhì)變標(biāo)志是形成根據(jù)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案的能力，并能質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和有些書本理論的錯(cuò)誤。學(xué)生能熟練地檢測(cè)產(chǎn)品，合成產(chǎn)品，會(huì)意識(shí)到現(xiàn)象、檢測(cè)數(shù)據(jù)與產(chǎn)品的緊密聯(lián)系，從而會(huì)根據(jù)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)修改合成方案，循序漸進(jìn)改進(jìn)合成方案。這個(gè)階段后期，學(xué)生的主觀能動(dòng)性開始萌發(fā)，身上的思維定勢(shì)開始破除，能對(duì)反應(yīng)結(jié)果獨(dú)立地提出自己的觀點(diǎn)。我們還觀察到學(xué)生在反思檢測(cè)實(shí)驗(yàn)背后的設(shè)計(jì)原理時(shí)，領(lǐng)悟設(shè)計(jì)的前提對(duì)應(yīng)著產(chǎn)物的種種實(shí)質(zhì)性變化。在這個(gè)階段教師不僅要重視成果，更要重視評(píng)價(jià)體系的建設(shè)。有什么樣的評(píng)價(jià)體系，就有什么樣的產(chǎn)品。做實(shí)驗(yàn)前，教師要將學(xué)生方案提交全組全面評(píng)價(jià)，探究設(shè)計(jì)思路合理性，經(jīng)綜合評(píng)判后才予以實(shí)施。這一切在形成成功實(shí)驗(yàn)路線的同時(shí)，也形成了一個(gè)較為完整的過程和結(jié)果評(píng)價(jià)體系。一個(gè)不斷自我完善的評(píng)價(jià)體系的重要意義在于為學(xué)生逐步培養(yǎng)起做出判斷、提出假說的能力打下良好的基礎(chǔ)，并為能力的第三次質(zhì)變打下基礎(chǔ)。

第三階段——攻堅(jiān)期。這階段的主要任務(wù)是識(shí)別出品質(zhì)升級(jí)的關(guān)鍵性生產(chǎn)工藝，將其轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)室操作步驟或拓展出更好效果的操作步驟，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能升級(jí)。在基本條件確定后，必須解決關(guān)鍵環(huán)節(jié)的難點(diǎn)，才能實(shí)現(xiàn)成果品質(zhì)的質(zhì)變。學(xué)生在全面分析相關(guān)文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上，領(lǐng)悟到工業(yè)生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)的本質(zhì)和設(shè)計(jì)原因，并將關(guān)鍵環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)室操作步驟。這個(gè)階段以工藝的突破為主，配方的調(diào)整為輔。

我們?cè)诤铣煞桨复笾麓_定的情況下，發(fā)現(xiàn)自制肥皂始終呈顆粒狀，查找資料后發(fā)現(xiàn)是因?yàn)槁然c含量過高。小組發(fā)現(xiàn)肥皂的“堿析”工藝能降低氯化鈉含量，但是資料未提及具體做法。討論中學(xué)生們獲得了靈感，發(fā)現(xiàn)這道工序很像是實(shí)驗(yàn)室的“重結(jié)晶”操作。大家比較了兩個(gè)工藝的異同點(diǎn)：“堿析”工序以含電解質(zhì)的水溶液再次煮肥皂，將電解質(zhì)洗脫到余液中，調(diào)整電解質(zhì)比例；重結(jié)晶是用少量溶劑加熱溶解過量晶體，讓晶體從母液中析出。兩者都是讓雜質(zhì)留在余液中，實(shí)現(xiàn)固液分離。小組在比較中提出了假說：要是真的是肥皂中氯化物過量，那么用重結(jié)晶的辦法應(yīng)該能將氯化物留在余液中。于是用水為溶劑，對(duì)干燥后的自制皂重結(jié)晶。結(jié)果剛析出來的肥皂馬上就粘成塊了，色澤，性狀都與工業(yè)品接近，氯化物含量降低，確實(shí)可用于一般洗手等用途。產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)了第二次質(zhì)的飛越。通過對(duì)比生產(chǎn)路線和實(shí)驗(yàn)室制備路線之間的異同，我們深入了解生產(chǎn)各步驟背后的設(shè)計(jì)原因，達(dá)到以實(shí)驗(yàn)直觀地學(xué)習(xí)生產(chǎn)知識(shí)。

學(xué)生在攻堅(jiān)期的質(zhì)變標(biāo)志是有能力根據(jù)現(xiàn)象提出假說，并改進(jìn)或設(shè)計(jì)驗(yàn)證方案。這個(gè)階段隨著對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)加深，學(xué)生已經(jīng)能獨(dú)立思考新的實(shí)驗(yàn)方向并自行改進(jìn)或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，有一定能力透過現(xiàn)象看本質(zhì)，開始熟能生“巧”。這個(gè)階段創(chuàng)造性大于模仿性，難度較高，所以教師要將小組內(nèi)公開討論作為集中突破的主要方法。我們實(shí)驗(yàn)中的幾次突破均出現(xiàn)在小組討論會(huì)上?！百Y訊、計(jì)劃、決策、實(shí)施、檢查、評(píng)價(jià)”中“計(jì)劃、決策和評(píng)價(jià)”均在小組討論中完成[2]。在探討中，一旦有人提出新的想法后，其他人就會(huì)你追我趕、擊鼓傳花、錦上添花，而自動(dòng)加速的討論也會(huì)倒逼每個(gè)人更深入地參與探尋實(shí)驗(yàn)本質(zhì)。這樣的討論能讓學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度公開化、透明化，也能讓教師即時(shí)了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的收獲和對(duì)文獻(xiàn)資料的消化程度，最大限度地消除學(xué)生的怠惰，展現(xiàn)出學(xué)生思考力。教師要注意在討論方向和內(nèi)容之時(shí)，引入新元素，反復(fù)組合解決問題的路線，適當(dāng)延遲得到結(jié)論。教師的角色應(yīng)該是傾聽者、質(zhì)疑者、激發(fā)者、指導(dǎo)者。

這三個(gè)階段可以不斷循環(huán)，在每輪循環(huán)中將新的元素納入實(shí)驗(yàn)范圍，持續(xù)摸索完善方案和工藝。生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)結(jié)束之時(shí)，就是應(yīng)用型產(chǎn)品研發(fā)開啟的時(shí)間。

經(jīng)過三個(gè)多月的多輪實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)品已經(jīng)具有一般可用性。生產(chǎn)型探索性實(shí)驗(yàn)既拉近了產(chǎn)業(yè)和學(xué)校之間的距離，又融合了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探索性實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)；既能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入創(chuàng)造高附加值的應(yīng)用型項(xiàng)目研發(fā)領(lǐng)域；也能引導(dǎo)教師進(jìn)入行業(yè)實(shí)踐中去。應(yīng)該用這樣的實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣，用一線的行業(yè)實(shí)踐生活和學(xué)生的職業(yè)成長(zhǎng)經(jīng)歷來培養(yǎng)雙師型教師。

[1] 姜汝祥.有問題,現(xiàn)場(chǎng)解決[M].北京:中信出版社,2010:90-104.

[2] 姜大源.當(dāng)代德國職業(yè)教育主流教學(xué)思想研究[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007:256-258.

The New Way On Training Higher Vocational Talents Of Chemical Engineering Based On The Experiment Of Exploring Production Process Knowledge

ZHANG Tao-shun, LIN Hong-liang, LIN Zhi-hua, CAI Yan-lang, WENG Gong-hao, ZHANG Tian-tian, LIN Cao-dan

(Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou, Fujian, 363000)

In view of the current higher vocational teaching on chemical engineering experiment , the students’ migration ability is insufficient. It is proposed to use the experiment of exploring production process knowledge—soap making experiment will be used here. Through the three phases (exploration period, development period and a crucial period ), it’s supposed to train the students of chemical engineering to form the ability of exploring the essence of matters and responding to changes.

higher vocational; chemical engineering experiment; the experiment of exploring production process knowledge

（責(zé)任編輯：季平）

2011－11－20

張韜順（1979－），男，福建漳州人，講師，研究方向：高職化工教學(xué)研究。

G718.5

A

1673-1417（2012）02-0077-04