化工“卓越工程師”試點專業(yè)實驗教學改革

王俊文， 溫亞龍， 郝曉剛， 張忠林， 劉世斌

(太原理工大學化學化工學院，山西 太原 030024)

0 引言

高等教育的根本任務是人才培養(yǎng)。目前，高教改革發(fā)展的最核心、最緊迫任務是提高教學質(zhì)量[1-2]?！白吭焦こ處熍囵B(yǎng)計劃”作為國家高教中長期發(fā)展規(guī)劃的工程教育改革，其目的是培養(yǎng)一大批創(chuàng)新能力強、適應我國經(jīng)濟社會發(fā)展需要的各類工程技術(shù)人才，為我國走新型工業(yè)化道路、建設創(chuàng)新型國家和人力資源強國、提升國家核心競爭力提供堅實的人才支撐和智力保證[3-5]。為切實推動我國卓越工程師的培養(yǎng)，2009年教育部開始實施第一批高校參與“卓越工程師培養(yǎng)計劃”試點[6-7];同時也為高校理工類專業(yè)的工程教育指出了改革的方向和人才培養(yǎng)的目標[8-11]。作為國家級特色專業(yè)和山西省品牌專業(yè)，并以化學工程與技術(shù)一級學科博士點為支撐，2010年我校化學工程與工藝本科專業(yè)開始進行首批“卓越工程師培養(yǎng)計劃”試點教育培養(yǎng)。

太原理工大學化學工程與工藝專業(yè)實踐性教學環(huán)節(jié)已經(jīng)過多年的改革和實踐，特別是山西省“21世紀初高等教育教學改革”重點項目——“化工類專業(yè)課程體系中實踐性教學環(huán)節(jié)的改革和深化”，于2005年初高水平完成(省級教學成果一等獎)，使教學質(zhì)量得到顯著的提高[12-14];但作為傳統(tǒng)的強勢工科專業(yè)，仍存在片面追求“高、大、全”，工程培養(yǎng)模式單一、創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足、社會認可度不高等現(xiàn)實問題。實驗教學環(huán)節(jié)作為課程體系的重要組成部分，在工科類教學中的地位非常突出，是學生工程素質(zhì)、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)[15-16]。為此，化工基礎實驗中心針對化工專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)計劃，以人才培養(yǎng)模式為改革重點，以化工類實驗教學為改革突破口，課程體系構(gòu)建、教學內(nèi)容、裝置建設、教學方法、考核管理等等方面，多環(huán)節(jié)強化培養(yǎng)學生的工程能力和創(chuàng)新能力，全面提高了學生的綜合素質(zhì)，促進了我?；け究茖I(yè)“卓越工程師培養(yǎng)計劃“試點工作的順利實施。

1 調(diào)整教學計劃構(gòu)建化工實驗教學新體系

首先轉(zhuǎn)變教學理念，在實驗實踐性教學環(huán)節(jié)，強化學生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，擺正實驗教學在整個教學體系中應有的位置，在化工實驗單獨設課的基礎上，增加化工創(chuàng)新實驗教學環(huán)節(jié)。提出“分階段、交叉式、階梯化培養(yǎng)學生工程實踐和創(chuàng)新能力”的教學模式;系統(tǒng)調(diào)整“化學工程與工藝”專業(yè)教學計劃，修正和完善教學大綱;調(diào)整實驗教學內(nèi)容，將化工類專業(yè)實驗教學調(diào)整為5個階段來完成，即“化學基礎+技術(shù)基礎+專業(yè)基礎+專業(yè)實驗+創(chuàng)新實驗”5段式實驗教學新體系，如圖1所示，并擴大實驗教學學時數(shù)，除化學基礎實驗外，其余4個模塊均為2個周學時。教學模式上打亂理論教學和實驗教學的界限，進行“交叉式”互動教學模式，根據(jù)學科內(nèi)容，在理論課堂授課后，及時開放實驗教學，切實做到“學以致用、理論與實踐相結(jié)合”，充分調(diào)動了學生的學習積極性。

圖1 化工“卓越工程師”試點專業(yè)實驗教學體系結(jié)構(gòu)示意圖

2 編寫實驗教材，增加化工創(chuàng)新科技實驗

為提高實驗課教學質(zhì)量，針對新的教學計劃，編寫出新的實驗教材——“化工創(chuàng)新實驗”和實驗指導書。鑒于化工專業(yè)實驗往往規(guī)模較大，為接近工程實際的多因子影響過程，在內(nèi)容編排上，按照實驗課教學大綱的基本要求，針對學生普遍存在的實踐薄弱環(huán)節(jié)，進行了系統(tǒng)的補充和完善。

2.1 創(chuàng)新實驗內(nèi)容

以化學工程和化學工藝兩個重點學科為科技創(chuàng)新平臺，以學科研究方向為模塊，將指導教師承擔的國家、省部級科研項目內(nèi)容通過簡化整理，編著了化工創(chuàng)新實驗內(nèi)容。使學生不但了解了本專業(yè)科技創(chuàng)新的熱點，而且增強了學習的興趣，極大調(diào)動了學習的積極性。

2.2 工程概念和思維

針對化工生產(chǎn)和實驗研究中的測量技術(shù)問題，增加常用測試儀器的基本原理和使用方法，并適當增加誤差分析和數(shù)據(jù)處理內(nèi)容，以強調(diào)工程概念和工程問題的處理方法，引導學生歸納具有普遍指導意義的基本工程觀點。此工程思維的建立，對于掌握課程內(nèi)容及畢業(yè)論文環(huán)節(jié)的學習，有著積極的促進作用。

2.3 科研能力培養(yǎng)

以例題和討論題的形式，引導學生如何運用所學的理論去分析裝置結(jié)構(gòu)以及操作等對測量結(jié)果的影響，分析和歸納實驗數(shù)據(jù)，通過與理論比較，提出自己的見解，分析誤差的性質(zhì)和影響程度。從教學目標上，逐步提高學生的實驗和科研能力。

3 改擴建實驗裝置，營造工程環(huán)境

物質(zhì)是基礎，實驗設備條件的好壞，實驗過程中學生能否進行獨立操作，清楚地觀察實驗現(xiàn)象，將直接影響實驗課教學質(zhì)量。我校大多實驗裝置為90年代中期產(chǎn)品，已使用15年之久，裝置普遍出現(xiàn)生銹、變形、跑冒滴漏現(xiàn)象，且實驗種類少，測試和控制技術(shù)已大大落后，不能適應當前教學改革的基本要求。

針對這種困境，實驗中心以“211”工程建設目標為導引，緊抓化學工程與工藝專業(yè)“卓越工程師”教育培養(yǎng)的契機，依托一級學科博士點，對化工基礎實驗中心進行了重點建設，通過充分調(diào)研、認真論證等形式，以設計性和綜合性專業(yè)實驗為導向，自行設計和開發(fā)出多套創(chuàng)新性實驗裝置和平臺，如煤基合成油系列綜合實驗(煤層氣部分氧化制合成氣實驗—合成氣制甲醇實驗—煤基甲醇合成燃料油實驗)、焦化粗苯低溫催化加氫精制實驗以及超臨界萃取實驗等，完成實驗裝置的改擴建工程，在體現(xiàn)先進性與實用性相統(tǒng)一、可視性與工程性相統(tǒng)一的同時，營造出工程環(huán)境，突出了煤化工專業(yè)特色，為實驗教學改革提供硬件基礎。

4 改革教學方法，實施多方位教學

有了實驗裝置及教材的硬件基礎，如不講究教學方法，尚不能起到預期的效果。為提高學生綜合素質(zhì)，需要進行軟件建設，即教學方法的改革。

4.1 增加實驗課的講授

由系、部選出經(jīng)驗豐富的教師，進行卓越班的實驗授課。特別是針對化工專業(yè)實驗和化工創(chuàng)新實驗環(huán)節(jié)，根據(jù)教材內(nèi)容，在講解實驗基礎理論的同時，重點講授實驗裝置設計或開發(fā)的思路等，并結(jié)合實驗指導書進行操作工藝的討論。

4.2 多方位預習

在實驗講授的基礎上，進行多方位的實驗預習，包括裝置現(xiàn)場、實驗仿真、撰寫實驗預習報告等。

4.3 開放式實驗操作

學生在預定的時間內(nèi)，主動地、有目的地獨立完成實驗。導師采用啟發(fā)式教學模式，將主要精力放在巡視中，注意每個學生的實驗細節(jié)，及時提出存在的問題，針對實驗原始性數(shù)據(jù)，進行部分的提問。使學生不但鞏固理論知識，且增強其動手能力，逐步培養(yǎng)和挖掘出其創(chuàng)新能力。

5 規(guī)范考核標準，綜合評定成績

為了全面反映卓越班同學的工程素質(zhì)以及創(chuàng)新能力，充分調(diào)動學生上好實驗課的積極性，根據(jù)實驗教學大綱和實驗教學內(nèi)容，采取了分項考核記分的方式，綜合評定學生每次實驗的成績。表1為專業(yè)性實驗的考核內(nèi)容、方法以及比例等。

考核環(huán)節(jié)為實驗設計、現(xiàn)場操作和思考題三部分。對于設計性、綜合性實驗，特別是創(chuàng)新實驗，是工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不看重實驗結(jié)果的好壞，而注重實驗的設計環(huán)節(jié)與實驗操作，指導教師通過討論和啟發(fā)等多種形式(比如查閱科技文獻，撰寫開題報告等)逐步培養(yǎng)學生掌握現(xiàn)代科技的能力;并以討論題的形式進行書面論述，考察學生分析和解決問題的能力，初步培養(yǎng)學生的研發(fā)創(chuàng)新能力。

表1 實驗成績考核項目、方法及比例分數(shù)

6 結(jié)語

實踐性教學環(huán)節(jié)是卓越工程師班培養(yǎng)的核心問題。實驗教學改革中遇到的問題較多，著重解決的問題主要有:

(1)5個分階段實驗教學環(huán)節(jié)中教學內(nèi)容的調(diào)整和優(yōu)化。比如:化工儀表和自動化實驗環(huán)節(jié)和化工原理實驗環(huán)節(jié)，同屬于技術(shù)基礎模塊，部分教學內(nèi)容有重復現(xiàn)象，如何相應地調(diào)整教學計劃和優(yōu)化授課內(nèi)容，以使學生掌握專業(yè)知識，且避免教學學時緊張的局面。

(2)改擴建實驗裝置是項目順利實施的關(guān)鍵。硬件的落后，是工程實驗教學的死結(jié)。我校采取分階段逐步投入專項資金，通過產(chǎn)學研相結(jié)合，自行研發(fā)專業(yè)實驗裝置，保證了后續(xù)教學方法等改革的順利實施。

通過2年多化工卓越工程師的培養(yǎng)計劃的實施，我校卓越班同學的工程素質(zhì)得到大幅度提高，特別是對化工專業(yè)具有很強的求知欲和上進心。

[1] 林 健.注重卓越工程教育本質(zhì) 創(chuàng)新工程人才培養(yǎng)模式[J].中國高等教育，2011(6):19-21.

[2] 傅 宇.高等工程教育的工程能力結(jié)構(gòu)及其培養(yǎng)途徑[J].理工高教研究，2006，25(3):79-80.

[3] 龔 克.關(guān)于“卓越工程師”培養(yǎng)的思考與探索[J].中國大學教學，2010(8):4-5.

[4] 林 健.談實施“卓越工程師培養(yǎng)計劃”引發(fā)的若干變革[J].中國高等教育，2010，17:30-32.

[5] 張安富，劉興鳳.實施“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的思考[J].高等工程教育研究，2010(4):56-59.[6] 林 健.“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”專業(yè)培養(yǎng)方案研究[J].清華大學教育研究，2011，32(2):47-55.

[7] 林 健.面向“卓越工程師”培養(yǎng)的課程體系和教學內(nèi)容改革[J].高等工程教育研究，2011(5):1-9.

[8] 崔 剛，陸 勇.面向“卓越工程師”培養(yǎng)的工科院校實踐教學體系之架構(gòu)[J].江蘇高教，2012(5):97-98.

[9] 周 英.落實卓越工程師教育培養(yǎng)計劃大力培養(yǎng)工程科技創(chuàng)新人才[J].中國大學教學，2011(8):11-13.

[10] 毛立群，楊 浩，宋立華，等.化學工程卓越工程師培養(yǎng)淺談[J].化學工程與裝備，2012(1):175-176.

[11] 劉 崢，陶慧林，張淑華.地方高?；谧吭焦こ處熍囵B(yǎng)的化學化工課程體系改革[J].高等理科教育，2012(3):115-118.

[12] 王俊文，郝曉剛，劉世斌.改革實驗教學方法，增強學生工程意識[J].實驗技術(shù)與管理，2000，17(6):107-110.

[13] 張林香，王忠德，王俊文，等.針對卓越工程師培養(yǎng)，深化改革實驗教學體系[J].教育學術(shù)月刊，2012(1):107-108.

[14] 段東紅，劉世斌，郝曉剛，等.化工類本科專業(yè)課程體系實踐性教學環(huán)節(jié)改革方案的探索與實踐[J].化工高等教育，2007(1):25-27.

[15] 溫喜寶.大學生創(chuàng)新性實驗計劃的開展與研究[J].實驗室研究與探索，2009，28(04):5-8.

[16] 陳 靈，彭成紅.加強研究性實驗教學，提高學生的創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索，2010，29(8):202-204.