基于化工卓越人才培養(yǎng)的化工原理實驗教學(xué)模式改革與探索

陳鑫，董亮亮，涂國云，張春芳，白云翔

江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122

高等教育發(fā)展水平是一個國家發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿Φ闹匾獦?biāo)志。習(xí)近平總書記指出[1]，“我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學(xué)知識和卓越人才的渴求比以往任何時候都更加強(qiáng)烈。”人才的競爭在當(dāng)前新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革中的重要性愈加凸顯，為此，教育部相繼印發(fā)了《教育部關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》等文件，決定實施“六卓越一拔尖”計劃2.0，即新工科建設(shè)，旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、工程實踐能力和高素質(zhì)的交叉復(fù)合型科技人才[2,3]。

化工原理實驗是化學(xué)化工類專業(yè)人才培養(yǎng)中一門重要的基礎(chǔ)核心課程，是化工原理從基本理論走向工程實踐的橋梁，不僅能夠加深學(xué)生對于理論知識的理解，還可以培養(yǎng)學(xué)生的工程概念和工程意識[4]。然而，隨著新工科建設(shè)的提出，現(xiàn)有的化工原理實驗課程教學(xué)模式和方法已難以滿足化工卓越人才培養(yǎng)的要求。因此，在化工卓越人才培養(yǎng)視域下，積極探索全新的化工原理實驗課程教學(xué)模式，是推動化工原理實驗課程教學(xué)向縱深發(fā)展的必經(jīng)之路。

本文結(jié)合化工原理實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀及面臨的挑戰(zhàn)，著眼于課程內(nèi)涵建設(shè)，以成果導(dǎo)向教育理念(outcomes-based education，OBE)為指導(dǎo)，提出“四強(qiáng)”化工卓越人才培養(yǎng)理念，以科研創(chuàng)新能力、工程實踐能力、社會責(zé)任感和國際化視野4個方面能力的培養(yǎng)為核心，從課程教材、實驗內(nèi)容、虛擬仿真、實驗競賽、課程思政等多個維度進(jìn)行化工原理實驗課程教學(xué)改革，形成系統(tǒng)性的化工原理實驗課程教學(xué)新體系。

1 化工原理實驗課程現(xiàn)狀

化工原理實驗是一門以化工單元操作和設(shè)備為主的實踐性課程，旨在通過實驗加深和鞏固學(xué)生對化工單元操作基本原理、計算方法等的理解，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力，提高學(xué)生的溝通、協(xié)作及動手能力。隨著化工卓越人才培養(yǎng)計劃的深入實施，現(xiàn)有的化工原理實驗課程教學(xué)日益凸顯出其不足之處，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 教學(xué)體系有待進(jìn)一步優(yōu)化。

目前的化工原理實驗課程教學(xué)仍普遍存在“滿堂灌”“填鴨式”的教學(xué)模式，導(dǎo)致師生之間缺乏互動，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從而制約了教學(xué)質(zhì)量的提高[5]?，F(xiàn)行的高校評價體系也使得大多數(shù)工科教師普遍存在“重科研輕教學(xué)”的現(xiàn)象，教學(xué)過程中往往“照本宣科”，課程內(nèi)容陳舊，不注重對最新科技進(jìn)展和成果的講解，缺乏對教學(xué)方法和內(nèi)容創(chuàng)新的動力。同時，我校化工原理實驗雖然在常規(guī)實驗方面已給予了學(xué)生動手及合作能力的培養(yǎng)，但在化工基礎(chǔ)安全及大型實訓(xùn)方面仍存在缺失，難以有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、工程應(yīng)用能力和獨立思考能力，教學(xué)體系有待優(yōu)化。

(2) 課程思政元素有待深掘。

目前，在校大學(xué)生基本都是00后，自理能力較差，缺乏團(tuán)隊意識。絕大部分學(xué)生只注重專業(yè)知識和專業(yè)技能的學(xué)習(xí)，對思想政治教育的重要性認(rèn)識不足；特別是近年來全球化國際化進(jìn)程不斷加速，西方國家的一些生活方式和價值觀已經(jīng)滲透到了學(xué)校，導(dǎo)致部分學(xué)生的價值取向發(fā)生扭曲，理想信念有所缺失[6,7]?；ぴ韺嶒炿m是一門實驗課程，但其中也蘊(yùn)含了豐富的課程思政。我校教師在授課過程中很少能夠根據(jù)課程內(nèi)容與思政教育相關(guān)聯(lián)，實踐教學(xué)的育人功能未能得到充分發(fā)揮，難以與其他課程協(xié)同實現(xiàn)全方位育人。

(3) 國際化視野有待拓寬。

培養(yǎng)具有全球意識、跨文化交流、通曉國際規(guī)則、參與國際合作競爭的卓越人才是中國經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。傳統(tǒng)的化工原理實驗教學(xué)中突出對單元操作基本知識的熟練掌握和靈活應(yīng)用，但在全球經(jīng)濟(jì)一體化趨勢下，對卓越人才培養(yǎng)應(yīng)具備的國際視野和跨文化交流能力的培養(yǎng)略顯不足，專任教師對國際化的實驗教學(xué)理念認(rèn)識不夠深入。

2 化工原理實驗課程教學(xué)改革實踐

針對上述問題，江南大學(xué)的化工類專業(yè)從實驗教學(xué)、虛擬仿真、課程思政和國際化視野等方面開展化工原理實驗課程教學(xué)改革，突出“四強(qiáng)”化工卓越人才培養(yǎng)理念，積極探索全新的教學(xué)模式與體系，著力提升學(xué)生的工程素質(zhì)和實踐能力。具體改革舉措如圖1所示。

圖1 “四強(qiáng)”化工卓越人才培養(yǎng)理念

2.1 優(yōu)化實驗教學(xué)體系，提高學(xué)生科研創(chuàng)新能力

OBE教育理念注重強(qiáng)調(diào)學(xué)生的“學(xué)”而非教師的“教”，教學(xué)過程中更加突出學(xué)生的主體地位，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性[8]。江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院在承擔(dān)了全校幾乎所有化工相關(guān)專業(yè)實驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合OBE教育理念，根據(jù)不同專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)開設(shè)了“個性化”實驗。為適應(yīng)“現(xiàn)代分離技術(shù)”等創(chuàng)新性課程的需要，建立較為完整且具有專業(yè)針對性的膜分離實驗教學(xué)內(nèi)容，涵蓋本校各工科專業(yè)，開展發(fā)酵液、酶及蛋白等分離，物料、果汁、天然藥物及活性物提取、廢水資源化處理等與各專業(yè)密切相關(guān)的實驗教學(xué)內(nèi)容；為強(qiáng)化非均相物系分離教學(xué)效果與工程能力培養(yǎng)，在原有箱式干燥器的基礎(chǔ)上增設(shè)流化床干燥器，主要為我校生物工程和食品工程學(xué)科學(xué)生提供產(chǎn)品干燥過程的實驗研究方法鍛煉的平臺；基于天然物質(zhì)萃取教學(xué)與研究的需要，增設(shè)連續(xù)萃取和轉(zhuǎn)盤萃取兩種實驗裝置，用于制藥和食品專業(yè)中的天然藥物提取、食品添加劑分離等，使教學(xué)更貼近于本校專業(yè)特色。通過對實驗教學(xué)方案與設(shè)備的精心設(shè)計，能夠滿足課題試驗方案、數(shù)據(jù)采集、結(jié)果分析等要求的關(guān)鍵元素，提高了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，使得實驗教學(xué)滿足本科教學(xué)的同時，也適應(yīng)研究生“現(xiàn)代分離技術(shù)”“化工專題”等課程學(xué)習(xí)與課題研究的需要，構(gòu)建本科教學(xué)與研究生培養(yǎng)直通式的實驗教學(xué)平臺。

目前我?；ぴ韺嶒炑b置已向全校本科生課外研究及畢業(yè)論文研究開放，近幾年學(xué)生利用教學(xué)平臺進(jìn)行開放性的科學(xué)研究，僅在膜分離方面就獲得國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃(大創(chuàng))項目2項，校級大創(chuàng)項目2項，以及1項已授權(quán)的發(fā)明專利。同時在大學(xué)生化工原理實驗競賽及大學(xué)生化工設(shè)計大賽中屢屢獲獎(圖2)。

圖2 發(fā)明專利及獲獎證書

2.2 建立仿真實驗體系，增強(qiáng)學(xué)生的工程實踐能力

OBE教育理念注重學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與體驗。我?；ぴ韺嶒炇夷壳伴_設(shè)了流體流動阻力實驗、離心泵性能曲線測定、恒壓過濾常數(shù)測定、換熱器傳熱系數(shù)測定、蒸發(fā)傳熱系數(shù)測定、精餾塔全塔效率測定、吸收系數(shù)測定、萃取率測定、干燥速率曲線測定、膜分離通量曲線測定等實驗，還有離心泵氣蝕及固體流態(tài)化等選做實驗，同時每個實驗的臺套數(shù)基本都保證在8臺，學(xué)生在做這些實驗時動手能力以及協(xié)同合作能力可以得到很好的培養(yǎng)，但這對于化工類學(xué)生還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

學(xué)院圍繞化工卓越人才培養(yǎng)的需要，建立了新型的仿真實驗體系(圖3)。通過實驗設(shè)備構(gòu)造拆解展示、實驗過程演示、在線操作模擬、工廠實習(xí)模擬、突發(fā)問題分析與排除等環(huán)節(jié)，展現(xiàn)逼真的實驗室場景、實驗現(xiàn)象及工廠實際場景，通過人機(jī)交互活動達(dá)到輔助實驗教學(xué)的目的，形成了“預(yù)習(xí)–仿真–操作–報告”四位一體、“課內(nèi)–課外”相互補(bǔ)充的化工原理實驗教學(xué)體系，培養(yǎng)了學(xué)生處理突發(fā)問題的能力，增強(qiáng)了學(xué)生的安全意識和自救能力。

圖3 化工原理虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)

2.3 將課程思政引入教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感

新形勢下，對大學(xué)生進(jìn)行思想政治教育必須貫穿于每一門課程之中，構(gòu)建全學(xué)科、全方位、全時段的思想政治教育新模式。我院目前不僅開設(shè)專門的思政課程，也要求每門課程融入思政教育。對于化工原理實驗課程(表1)，我們一方面在實驗教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生運用辯證唯物主義觀點和科學(xué)方法考查、分析和處理工程實際問題；另一方面，采用隱性滲透式、課堂討論式、啟發(fā)式等教學(xué)模式，將家國情懷、愛國主義、理想塑造、科學(xué)精神、工程倫理等育人德育元素融入實驗教學(xué)中，寓德于教，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的社會主義核心價值觀。

表1 化工原理實驗課程中的思政元素

2.4 打造雙語課程教學(xué)，增強(qiáng)學(xué)生的國際化視野

“一帶一路”國家發(fā)展戰(zhàn)略的提出對人才培養(yǎng)提出了新的要求，尤其是對具有國際視野的外向型各類工程人才的需求變得日益迫切。同時，教育部的“新工科”建設(shè)也把培養(yǎng)具有國際視野的卓越工程技術(shù)人才作為工程教育改革的一項重要措施。為此，我校增加了化工原理的英語教學(xué)，讓學(xué)生掌握化工原理方面的專業(yè)英語詞匯；90%以上的化工原理實驗課程教師具有海外訪學(xué)經(jīng)歷，實現(xiàn)師資國際化；實驗課程的任課教師邀請海外知名專家到學(xué)校進(jìn)行工程方向的學(xué)術(shù)交流，讓學(xué)生了解到國際前沿的化工技術(shù)；修訂實驗的教學(xué)大綱及課程評價方法，滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證的國際化標(biāo)準(zhǔn)；借鑒國外的先進(jìn)教育方式和成熟教學(xué)案例，豐富實驗教學(xué)內(nèi)容；將國外教材作為補(bǔ)充教材，開拓學(xué)生的國際化視野。

3 結(jié)語

“新工科”建設(shè)是深化我國高等工程教育改革的一次戰(zhàn)略機(jī)遇，也為化工卓越人才培養(yǎng)指明了新方向。我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)于2017年通過中國工程教育專業(yè)認(rèn)證，這既是對我校工程教育質(zhì)量的肯定，同時也對我校工程人才的培養(yǎng)提出了更高的要求。因此，我校在化工卓越人才培養(yǎng)視域下重新審視化工原理實驗課程教學(xué)，通過教學(xué)體系優(yōu)化、課程思政導(dǎo)入、雙語課程教學(xué)等措施，對化工原理實驗教學(xué)體系進(jìn)行多維度改革。通過上述改革與探索，構(gòu)建以“四強(qiáng)”化工卓越人才培養(yǎng)為核心的化工原理實驗課程教學(xué)新體系，有效地提升實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力、工程實踐能力、社會責(zé)任感和國際化視野的全面提升，進(jìn)而支撐卓越工程人才的培養(yǎng)。