工程教育認(rèn)證下精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

欒吉梅,劉 馨,方 龍,孫德帥

(青島大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,山東 青島 266071)

隨著國家工程教育認(rèn)證工作的展開,切實(shí)推進(jìn)學(xué)校“一流本科”教育教學(xué)改革、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、按照認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行專業(yè)建設(shè)已是迫在眉睫的任務(wù)[1-3]。貫徹“以學(xué)科建設(shè)為基礎(chǔ)、以行業(yè)發(fā)展需求為導(dǎo)向、以創(chuàng)新人才培養(yǎng)為中心”的專業(yè)發(fā)展指導(dǎo)思想,參照中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)中的畢業(yè)要求[4],我校制訂了化學(xué)工程與工藝專業(yè)人才培養(yǎng)方案,內(nèi)容涵蓋了工程知識(shí)、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、研究、使用現(xiàn)代工具、工程與社會(huì)、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、職業(yè)規(guī)范、個(gè)人和團(tuán)隊(duì)、溝通、項(xiàng)目管理和終身學(xué)習(xí)等12項(xiàng)能力培養(yǎng)目標(biāo),以此培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向,對我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)精細(xì)化工方向?qū)嶒?yàn)教學(xué)改革進(jìn)行探討[5-6]。精細(xì)化工方向前身為1992年成立的青島大學(xué)紡織化學(xué)系精細(xì)化工專業(yè),現(xiàn)隸屬于化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè),為我校化學(xué)學(xué)科、工程學(xué)科進(jìn)入ESI前1%的支撐學(xué)科,擁有化學(xué)工程與技術(shù)一級(jí)學(xué)科碩士學(xué)位授予權(quán)及化學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位授予權(quán),改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和模式,培養(yǎng)實(shí)踐能力優(yōu)、綜合素質(zhì)高、創(chuàng)新精神強(qiáng)的人才,以滿足工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革

我校4大化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)由青島大學(xué)化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心(山東省基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心)開設(shè)并實(shí)施教學(xué),專業(yè)實(shí)驗(yàn)室主要是結(jié)合具體專業(yè)理論課的要求進(jìn)行綜合和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開設(shè)。早期精細(xì)化工方向的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要包括精細(xì)有機(jī)合成單元反應(yīng)實(shí)驗(yàn)(48學(xué)時(shí))和精細(xì)化學(xué)品合成實(shí)驗(yàn)(48學(xué)時(shí))2部分,按照專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求,對原有精細(xì)化工方向?qū)嶒?yàn)體系進(jìn)行改革,將其分成專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)、大型綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)3大類,在保留原有專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)96學(xué)時(shí)不變前提下,對其中精細(xì)化學(xué)品合成實(shí)驗(yàn)部分進(jìn)行整合和擴(kuò)充,又增設(shè)了32學(xué)時(shí)的大型綜合實(shí)驗(yàn)和時(shí)間長達(dá)1年的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),構(gòu)建多層次的立體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系,逐步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。圖1為我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)精細(xì)化工方向?qū)I(yè)實(shí)驗(yàn)具體開設(shè)情況。

圖1 精細(xì)化工方向?qū)I(yè)實(shí)驗(yàn)開設(shè)項(xiàng)目圖

專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)是結(jié)合專業(yè)理論教學(xué)的實(shí)驗(yàn),主要針對某一單元操作或某一精細(xì)化學(xué)品的合成,旨在鞏固和加深學(xué)生對所學(xué)理論知識(shí)的理解,使學(xué)生掌握從儀器裝置的搭建、產(chǎn)品的合成、工藝條件的優(yōu)化到產(chǎn)物分離的基本方法。精細(xì)化工方向原隸屬于紡織化學(xué)系,在專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排上側(cè)重于有機(jī)中間體和精細(xì)化學(xué)品的合成與制備,具體實(shí)施時(shí)考慮到實(shí)驗(yàn)的相關(guān)性,可先合成間二硝基苯,后將其還原制備間硝基苯胺,實(shí)驗(yàn)環(huán)環(huán)相扣,前一反應(yīng)的產(chǎn)物就是后一反應(yīng)的原料,既加深學(xué)生的印象,又提高學(xué)生的成就感,調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。

大型綜合實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生將所學(xué)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)有機(jī)融合以完成相對復(fù)雜的實(shí)驗(yàn),旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力。在實(shí)驗(yàn)的開設(shè)上既要考慮綜合性和創(chuàng)新性,同時(shí)也要兼顧實(shí)用性和可行性,主要提供有機(jī)染料與顏料、聚合物合成與涂料、染色過程軟件模擬等方向,學(xué)生可結(jié)合自己的興趣選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。積極推動(dòng)將教師科研成果轉(zhuǎn)化到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來[7-8],以更新原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,讓學(xué)生了解學(xué)科研究的新進(jìn)展,打造大型綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如開發(fā)了染料酸性藍(lán)黑10B綜合實(shí)驗(yàn),進(jìn)行從染料的合成到染料標(biāo)準(zhǔn)化、再到染料應(yīng)用及染色廢水光催化降解系列實(shí)驗(yàn),使其更富前沿性和挑戰(zhàn)性,或讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下通過計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算、模擬、分析,為已有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提供支撐,加深對實(shí)際過程的認(rèn)識(shí)與理解。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)則是鼓勵(lì)學(xué)生參與科研型實(shí)驗(yàn),旨在提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維和獨(dú)立工作的能力。學(xué)生大三上學(xué)期可根據(jù)個(gè)人興趣或結(jié)合教師的科研課題,自組團(tuán)隊(duì)申報(bào)國家級(jí)和校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目。我院現(xiàn)有纖維新材料與現(xiàn)代紡織國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(培育基地)、山東省基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、山東省中日碳納米材料合作研究中心、青島市天然產(chǎn)物與海洋化工工程技術(shù)中心等多個(gè)機(jī)構(gòu),若干縱向和橫向科研項(xiàng)目,可以滿足不同學(xué)生的興趣需求,吸引學(xué)生進(jìn)入科研團(tuán)隊(duì),以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作精神和科研創(chuàng)新能力。學(xué)校設(shè)有大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，可為其長期提供資金保證。這部分課題通常和科研結(jié)合比較緊密,也具有一定的挑戰(zhàn)性,學(xué)生工作起來更有熱情。經(jīng)過1年的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),隨著學(xué)生興趣的深入,可選擇繼續(xù)進(jìn)行研究并以此作為自己的畢業(yè)課題,從而形成畢業(yè)環(huán)節(jié)至少覆蓋1年以上的體系,讓學(xué)生有充足的時(shí)間進(jìn)行科研,便于開展更加全面完整的工作,也為學(xué)生參加各種創(chuàng)新競賽提供了有力保障。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革

工程教育認(rèn)證的理論體系和實(shí)踐模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心,實(shí)驗(yàn)教學(xué)也要建立以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的新的教學(xué)模式,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)中,采用啟發(fā)式教學(xué),充分發(fā)揮學(xué)生的參與性和積極性,使學(xué)生從模仿型向創(chuàng)新型轉(zhuǎn)變。

首先,合理安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間。專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)為方便教學(xué),便于儀器和藥品的管理,一般統(tǒng)一安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間；而大型綜合實(shí)驗(yàn)由于具有一定的探索性和創(chuàng)新性,通常安排整整1周的時(shí)間,允許學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間內(nèi)(8:00—22:00)隨時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,以便對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行反復(fù)的探索；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)時(shí)間跨度更長,學(xué)生可根據(jù)自己的時(shí)間自由安排,鼓勵(lì)學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間甚至雙休日進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。

其次,采用現(xiàn)代教學(xué)手段和技術(shù),將“微課”“翻轉(zhuǎn)課堂”[9-11]這些靈活多樣的形式應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。基本技能操作、大型儀器設(shè)備的使用、基本設(shè)置的搭建以及實(shí)驗(yàn)室的安全等內(nèi)容非常適合制作成多個(gè)微視頻進(jìn)行動(dòng)態(tài)講解,可提前發(fā)放到學(xué)生群供其觀看,既生動(dòng)直觀,又避免占用大量課堂教學(xué)時(shí)間,還可降低儀器的壞損率。一些簡單的儀器損壞可嘗試讓學(xué)生修理,既可以幫助學(xué)生了解電爐、電熱套、電動(dòng)攪拌機(jī)等儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理,又可以滿足學(xué)生的好奇心,激發(fā)學(xué)生的探索欲望,訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手操作能力,一舉多得,教學(xué)效果良好。還可將每屆學(xué)生的一些實(shí)驗(yàn)操作隨機(jī)錄下,讓學(xué)生判斷操作是否規(guī)范,從而糾正自己的操作錯(cuò)誤。除了實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)指導(dǎo),對一些應(yīng)用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如染料的合成與染色,更是直接將生產(chǎn)一線的專家請來為學(xué)生做報(bào)告,這些有著多年豐富經(jīng)驗(yàn)的專家通俗易懂的講解和爐火純青的操作技巧對學(xué)生有著極強(qiáng)的震撼力。

再次,強(qiáng)調(diào)“以生為本”,引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)全程參與實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)。以大型綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例,一個(gè)完整的大型綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)所包含的內(nèi)容如圖2所示。在大型綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中全程采用“翻轉(zhuǎn)式”教學(xué),強(qiáng)調(diào)與學(xué)生的互動(dòng)討論,突出學(xué)生的主體地位,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,高度重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋對教學(xué)效果的積極作用,實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整,以保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的持續(xù)改進(jìn),這也是工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念。

最后,完善實(shí)驗(yàn)成績的考核體系?？己耸墙虒W(xué)過程中的重要環(huán)節(jié),是激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的有效手段,同時(shí)也是實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的延續(xù)。隨著教學(xué)方法手段的多樣化,學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績的考核也不應(yīng)單純以實(shí)驗(yàn)結(jié)果好壞來評(píng)定,而應(yīng)采用多種評(píng)定指標(biāo)來科學(xué)全面地反映學(xué)生的真實(shí)水平,除實(shí)驗(yàn)報(bào)告外,更應(yīng)該對學(xué)生預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作能力和分析解決問題能力進(jìn)行綜合測評(píng),在每學(xué)期末進(jìn)行“最美預(yù)習(xí)報(bào)告”和“最佳實(shí)驗(yàn)王”的評(píng)選,充分挖掘?qū)W生自身的潛能。實(shí)驗(yàn)成績評(píng)價(jià)體系如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)成績評(píng)價(jià)體系

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的效果

(1) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的合理性和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新穎性使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性明顯提高。從以前的“被動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)”逐漸變?yōu)楝F(xiàn)在的“主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)”,學(xué)生能積極主動(dòng)地申報(bào)國家級(jí)和校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目,近2年我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生共申報(bào)7項(xiàng)國家級(jí)、26項(xiàng)校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目,學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性明顯增強(qiáng)。

(2) 大型綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)極大地提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新性思維。近3年來,我專業(yè)學(xué)生在各項(xiàng)國家級(jí)和省級(jí)賽事中屢獲佳績,獲得“創(chuàng)青春”全國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽銀獎(jiǎng)、中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銅獎(jiǎng)、全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競賽二等獎(jiǎng)、山東省大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競賽一等獎(jiǎng)、山東省大學(xué)生化工過程實(shí)驗(yàn)技能競賽一等獎(jiǎng)。

(3) 培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的科研態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲凶黠L(fēng)。幫助學(xué)生提高科研水平,掌握寫作科研論文的方法,鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表科研論文和申請專利。潛移默化的教導(dǎo)使學(xué)生對所學(xué)專業(yè)有了更深入的了解和更濃厚的感情,關(guān)注專業(yè)發(fā)展的最新狀況和學(xué)科的前沿動(dòng)態(tài),愿意在本專業(yè)繼續(xù)深造,多名學(xué)生被推薦到“985工程”“211工程”高校就讀研究生,我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)近5年的考研率均保持在40%左右。

(4) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革也推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的建設(shè)。我院明確規(guī)定新引進(jìn)青年人才均需進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)一線,不僅活躍了實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍,也帶來了先進(jìn)的理念和方法。實(shí)驗(yàn)教師不僅參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與實(shí)驗(yàn)教學(xué),還要及時(shí)了解學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)、熟悉大型儀器設(shè)備使用、完善實(shí)驗(yàn)教材建設(shè),這一切都對實(shí)驗(yàn)教師提出了更高要求,督促實(shí)驗(yàn)教師不斷提高自身的綜合素質(zhì)。

4 結(jié)語

通過幾年精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的摸索與實(shí)踐,逐步豐富和完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)模式,以及提高學(xué)生的主體地位、增強(qiáng)學(xué)生的參與意識(shí)、調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和科研創(chuàng)新能力均得到較大提高,學(xué)生的綜合素質(zhì)進(jìn)一步增強(qiáng),取得了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果,符合工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對人才培養(yǎng)的要求,也使教師有了進(jìn)一步改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的動(dòng)力。

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