著眼工程意識培養(yǎng)的基礎化學實驗教學改革

李大枝，范傳剛

著眼工程意識培養(yǎng)的基礎化學實驗教學改革

李大枝，范傳剛

（濱州學院 化工與安全學院，山東 濱州 256600）

基于大工程背景，在實驗項目設計、教學目標確定、教學方法和考核方式改革等方面，對基礎化學實驗教學進行了一系列改革，旨在對接專業(yè)實驗和實訓，一以貫之地遞進式培養(yǎng)學生的工程意識和創(chuàng)新能力。

工程意識；基礎化學；實驗教學

中國工程教育認證標準明確提出，工科類專業(yè)要注重培養(yǎng)學生的工程意識和創(chuàng)新能力，工程意識教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)也是教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020）》的重要舉措。伴隨教育部、各?。ㄊ校白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”及“新工科建設”項目的啟動，各高校對專業(yè)人才培養(yǎng)方案進行了系列改革，如構(gòu)建和完善實踐教學體系、增大實踐學分比例、建設校內(nèi)實訓中心等[1-3]，在培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、提升學生實踐動手能力方面發(fā)揮了很好的作用。進一步強化工科學生工程意識培養(yǎng)和創(chuàng)新能力提升，是高等教育人才培養(yǎng)中的重要課題[4-8]。

基礎化學實驗是化工類專業(yè)開設的學科基礎課程，對培養(yǎng)學生化學實驗技能和動手實踐能力有重要作用，對加強學生基本操作訓練，養(yǎng)成學生嚴謹求實的科學態(tài)度、認真細致進行科學實驗的良好習慣和積極探索的科學精神，以及提高學生分析問題、解決問題的能力等都具有積極作用[9-10]。目前的基礎化學實驗大多按照無機化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗、儀器分析實驗等展開，但在大工程背景下，基礎化學實驗教學如何對接高等教育的新要求，服務于培養(yǎng)具有工程意識和實踐創(chuàng)新能力的應用型人才成為研究熱點之一[9,11]。慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、虛擬仿真等在基礎化學實驗教學中的應用，促進了實驗教學模式及教學方法和手段的創(chuàng)新[12-15]?？偠灾?，為了發(fā)揮基礎化學實驗在學生工程意識和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面的作用，應在實驗項目設計、教學目標確定、教學方法和考核方式改革等方面下功夫。

1 結(jié)合生產(chǎn)實訓設計基礎化學實驗項目

1.1 對接企業(yè)需求開發(fā)實訓項目

目前，畢業(yè)生工程實踐能力不強、創(chuàng)新意識薄弱現(xiàn)象大量存在。究其原因主要有兩點，一是由于企業(yè)生產(chǎn)特點等原因，使學生在企業(yè)實習時很少有動手操作的機會；二是學校實踐訓練與企業(yè)需求脫節(jié)或?qū)嵺`訓練環(huán)節(jié)不完善，使學生工程意識培養(yǎng)和實踐創(chuàng)新能力提升不連續(xù)。

針對學校實踐訓練與企業(yè)需求脫節(jié)問題，許多高校已經(jīng)或開始籌建校內(nèi)實訓中心[7-9]。對于地方高校而言，實訓中心應對接區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展需求，結(jié)合專業(yè)特點和培養(yǎng)目標，以提高學生實踐創(chuàng)新能力和工程實踐能力及培養(yǎng)企業(yè)需要的高級專門應用型人才為核心，開設實訓項目。具體實訓項目應以實際工程項目為引導，將實際工程項目的設計思路、實現(xiàn)過程與設備、過程監(jiān)控等展現(xiàn)給學生，使學生通過項目訓練充分體驗企業(yè)的生產(chǎn)過程。乙酸乙酯生產(chǎn)、無機鹽類生產(chǎn)、甘油催化加氫制備丙二醇是比較成熟的實訓工藝，在不少高校已有應用。

1.2 以實訓項目引領實驗項目設計

學生工程意識培養(yǎng)不可能一蹴而就，而需要循序漸進。以乙酸乙酯生產(chǎn)實訓項目為例，圍繞乙酸乙酯的制備、分析、純化，設計了乙酸乙酯的制備、乙酸乙酯紅外光譜分析及物理常數(shù)測定、乙酸乙酯與乙醇的分離等系列基礎化學實驗項目。該系列項目旨在對接專業(yè)實驗和實訓，一以貫之地遞進式培養(yǎng)學生的實踐動手能力和工程意識。

每個實驗項目都融入了工程意識培養(yǎng)的理念。其中，乙酸乙酯的制備實驗定位于工業(yè)生產(chǎn)乙酸乙酯的核心反應，通過實驗學生要明確反應的選擇、條件的控制及反應流程；乙酸乙酯紅外光譜分析及物理常數(shù)測定實驗定位于化工生產(chǎn)中的產(chǎn)品純度分析，通過實驗學生應熟悉利用多種方法分析、評價產(chǎn)品中乙酸乙酯純度的實驗方案；乙酸乙酯與乙醇的分離實驗定位于化工生產(chǎn)中提高產(chǎn)品純度的手段，通過實驗學生應學習反應精餾、萃取精餾等操作及分離液態(tài)混合物的手段等。

2 結(jié)合工程意識培養(yǎng)需求確定實驗教學目標

設計了實驗項目之后，還要根據(jù)工程意識培養(yǎng)需求，確定實驗教學目標。在基礎化學實驗中，首先要使學生懂得，基礎化學實驗的一項重要任務就是為工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)做好實驗室研究，從而引起學生對基礎化學實驗的重視，激發(fā)學生對基礎化學實驗的學習興趣。具體到實驗項目，乙酸乙酯制備實驗的教學目標是使學生通過分析不同反應條件對產(chǎn)品產(chǎn)率的影響，明確化工生產(chǎn)中條件控制的重要性；乙酸乙酯紅外光譜分析及物理常數(shù)測定實驗的教學目標，是使學生學會利用紅外光譜分析純度的同時，了解紅外光譜在化工生產(chǎn)中的應用；乙酸乙酯與乙醇的分離實驗的教學目標，是使學生掌握蒸餾操作原理及蒸餾在化工生產(chǎn)中的應用等。

3 結(jié)合實驗項目改革教學方法和考核方式

3.1 教學方法改革

在完善項目設計的基礎上，教學方法是提高教學效果的關鍵環(huán)節(jié)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前存在的主要問題是，教師在基礎化學實驗教學中作用過大，而學生則一直處于從屬地位，學生主動實驗的興趣不高，做實驗像藥劑師“照方抓藥”，邊看講義邊操作，甚至完成實驗后也不知做了什么，這樣的實驗教學效果難以令人 滿意。

針對這一問題，在實驗開出前，應帶領學生參觀實訓工藝，并基于教師的講解，使學生明確如下兩點：一是乙酸乙酯生產(chǎn)主要包括制備、純化和檢測三大工藝流程；二是產(chǎn)品投入工業(yè)生產(chǎn)一般要經(jīng)過實驗室研究、小試、中試等過程，既包括反應的設計，又包括設備和工藝流程的設計。然后要求學生分小組查閱相關文獻資料，完成《乙酸乙酯的工業(yè)制備方法》總結(jié)報告，并以PPT形式在課程平臺上展示和互評，同時教師對學生進行成績評定。

以乙酸乙酯制備實驗為例，實驗前教師通過課程平臺等給出實驗的關鍵問題，如：由乙醇和乙酸制備乙酸乙酯的反應條件是什么？為何要嚴格控制溫度，可能的副反應有哪些？如何提高乙酸乙酯的產(chǎn)率？如何確保產(chǎn)品純度，洗滌過程中選擇洗液的依據(jù)是什么，有何作用？教師根據(jù)學生網(wǎng)上回答及預習實驗報告情況給出實驗預習成績。之后，教師上傳蒸餾操作視頻，要求學生觀看并掌握操作規(guī)范與要領。實驗過程中，應注重學生規(guī)范的操作習慣和嚴謹?shù)膶W術研究態(tài)度的養(yǎng)成，使學生系統(tǒng)掌握有機物的蒸餾、洗滌和干燥等基本操作。實驗結(jié)束后，要求學生在完成實驗報告的同時，思考如下問題：如何證明生成的產(chǎn)物是乙酸乙酯？若生成的乙酸乙酯中有少量乙醇，如何除掉？

針對上述兩個思考題，即可順勢提出乙酸乙酯紅外光譜分析及物理常數(shù)測定和乙酸乙酯與乙醇的分離兩個實驗項目。該兩個實驗項目的推進均采用小組協(xié)作式教學法，旨在培養(yǎng)學生自主發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。學生通過資料查閱和小組討論，提出實驗方案，教師協(xié)助、指導方案的修改。在確定方案的基礎上，由學生自主開展實驗，實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題后，共同研討，最后完成實驗報告。教師根據(jù)學生實驗方案的設計、實驗過程中操作的規(guī)范程度、解決實際問題的能力及實驗報告完成情況，給出實驗項目的綜合成績。

3.2 考核方式改革

基于基礎化學實驗的教學目標及對學生工程意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求，基礎化學實驗的考核成績包括過程考核成績和期末基本操作考試成績2部分，分別占65%和35%。過程考核成績由4塊組成：網(wǎng)上交流學習10%，參與互動答疑5%，知識點檢測10%，預習和實驗報告（主要考查點是報告的完整性、規(guī)范性及創(chuàng)新性等）40%。期末基本操作考試重點考查學生對儀器的使用和對典型裝置的搭建等，學生隨機抽題參加考試。

4 結(jié)語

大工程背景下，基礎化學實驗作為化工類專業(yè)學科基礎課程，應以培養(yǎng)具有工程意識和創(chuàng)新能力的應用型人才為目標，對接產(chǎn)業(yè)需求，以實訓項目為引領進行實驗項目設計，以問題為導向引導學生的思考和訓練，使基礎化學實驗與化工基礎實驗、化工專業(yè)實驗、實習實訓及化工生產(chǎn)有機對接，激發(fā)學生的學習熱情，喚醒學生的學習潛能，讓學習由被動接受變成主動探索。隨著系列項目的有序推進，一方面完成從產(chǎn)品制備與分析到產(chǎn)品的分離與純化、再到產(chǎn)品的生產(chǎn)與檢測知識的系統(tǒng)學習，同時實現(xiàn)從實驗基本技能到專業(yè)技能、再到綜合技能的提升，使兩條線有機融合，一以貫之地培養(yǎng)學生的工程意識和實踐創(chuàng)新能力。

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Reform of basic chemistry experiment teaching focusing on cultivation of engineering awareness

LI Dazhi, FAN Chuangang

(School of Chemical Engineering and Safety, Binzhou University, Binzhou 256600, China)

Based on the background of large-scale engineering, a series of reforms have been carried out in the experimental teaching of basic chemistry in terms of the design of experimental projects, determination of teaching objectives, reform of teaching methods and assessment methods, aiming at docking professional experiments and training, and continuously progressively developing students’ engineering awareness and innovation ability.

engineering awareness; basic chemistry; experimental teaching

G642.423

A

1002-4956(2019)11-0190-03

10.16791/j.cnki.sjg.2019.11.046

2019-03-07

山東省本科教改項目（M2018X007）；濱州學院2015年度教學改革研究項目（BYJYYB201523）

李大枝（1971—），女，山東濱州，博士，教授，教務處副處長，主要從事高等教育人才培養(yǎng)和團簇化學研究。E-mail: ldz005@126.com