新工科背景下化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系優(yōu)化研究

高 芳 李保六 許 萍 鄭媛潔

(武漢科技大學(xué) 煤轉(zhuǎn)化與新型炭材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430081)

隨著全球科技產(chǎn)業(yè)的不斷革新發(fā)展，各國(guó)間的科技競(jìng)爭(zhēng)、人才競(jìng)爭(zhēng)越演越烈，對(duì)工程科技人才的培養(yǎng)提出了新的要求。在高校學(xué)生多種能力中，實(shí)踐能力顯得尤為重要，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為實(shí)踐育人的一部分，發(fā)揮著關(guān)鍵的作用[1]?；ば袠I(yè)作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱行業(yè)之一，為高校學(xué)生提供眾多的工作機(jī)會(huì)，同時(shí)由于其自身行業(yè)的特殊性，對(duì)技術(shù)創(chuàng)新要求高，因此高校要重點(diǎn)培養(yǎng)化工創(chuàng)新型人才。化學(xué)工程與工藝是化工行業(yè)重點(diǎn)專業(yè)之一，也應(yīng)重視專業(yè)的發(fā)展?！靶鹿た啤庇^點(diǎn)在工科領(lǐng)域不斷引入[2]。

大多數(shù)高校化學(xué)工程與工藝專業(yè)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在一些問(wèn)題，難以培養(yǎng)出各方面全面發(fā)展的新型科技人才，同時(shí)也無(wú)法滿足新工科和工程專業(yè)認(rèn)證的需要。高校亟須對(duì)現(xiàn)有化學(xué)工程與工藝專業(yè)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行調(diào)整，構(gòu)建更為優(yōu)化的、適應(yīng)科技發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。作者結(jié)合當(dāng)下高?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，重點(diǎn)闡述了實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)存在的一些問(wèn)題并提出了相應(yīng)的改革方法。

1 “新工科”的內(nèi)涵

近年來(lái)，隨著科技創(chuàng)新的不斷發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”“物聯(lián)網(wǎng)”和“大數(shù)據(jù)”等產(chǎn)業(yè)不斷崛起，傳統(tǒng)的電子和機(jī)械工業(yè)已無(wú)法滿足科技的發(fā)展和國(guó)家的進(jìn)步。人工智能技術(shù)的出現(xiàn)，也充分說(shuō)明世界的發(fā)展決定于工程科技[3, 4]。伴隨著工程教育所面臨的機(jī)遇與改革，“新工科”應(yīng)運(yùn)而生。2017年2月18日，教育部闡述了新工科的內(nèi)涵，成為新工科建設(shè)的首個(gè)里程碑?！靶鹿た啤钡膬?nèi)涵不旨在引入一項(xiàng)新的學(xué)科，而是根據(jù)現(xiàn)有的學(xué)科，把新的想法和要求融入自身的專業(yè)，培養(yǎng)新型專業(yè)人才，是高校教育發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)[5]。

2 高校化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程單一、缺少綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

豐富、專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容才能更好地體現(xiàn)出化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特色，但目前化學(xué)工程與工藝專業(yè)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容仍舊沿用先前的一些經(jīng)典案例，大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，雖具有一定的代表性，但很多實(shí)驗(yàn)的操作性不強(qiáng)，與實(shí)際應(yīng)用關(guān)聯(lián)性較弱，僅圍繞課堂上某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)開(kāi)展，缺少新興學(xué)科的技術(shù)與觀點(diǎn)，難以激發(fā)學(xué)生的積極性，學(xué)生不能高效地參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

很多高校在實(shí)驗(yàn)課開(kāi)始前，讓學(xué)生做好預(yù)習(xí)，寫(xiě)好預(yù)習(xí)報(bào)告，提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)教師做完演示實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生依葫蘆畫(huà)瓢，過(guò)分依賴實(shí)驗(yàn)教師，缺乏實(shí)踐能力的鍛煉，只注重完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容。同時(shí)，綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占比很小，類似的相關(guān)性實(shí)驗(yàn)也開(kāi)展得較少，學(xué)生不能將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中，背離了科技的發(fā)展。這些不利于高校對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，難以提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，也限制了學(xué)生以后在企業(yè)的發(fā)展。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備老舊，資金短缺

目前很多高校重視科研的培養(yǎng)，輕視教學(xué)方面的培養(yǎng)。由于沒(méi)有充足的經(jīng)費(fèi)，主要經(jīng)費(fèi)都被用于科研建設(shè)，造成了教學(xué)設(shè)備資源的短缺，實(shí)驗(yàn)使用的儀器數(shù)量少，達(dá)不到規(guī)定實(shí)驗(yàn)開(kāi)展臺(tái)套數(shù)的要求，實(shí)驗(yàn)藥品也未能及時(shí)補(bǔ)充，學(xué)生和教師使用的教學(xué)設(shè)備都是用了十幾年甚至二十多年的，嚴(yán)重影響了教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展。教學(xué)設(shè)備數(shù)量少、陳舊老化的問(wèn)題，使得實(shí)驗(yàn)課程被安排得非常集中，特別是一些價(jià)格高昂的教學(xué)設(shè)備，很多高校購(gòu)買的數(shù)量較少，甚至沒(méi)有。對(duì)于這些精密的大型設(shè)備，一般由專業(yè)教師操作，學(xué)生和實(shí)驗(yàn)教師只能參觀，缺乏上機(jī)操作的機(jī)會(huì)，難以掌握相關(guān)知識(shí)。

2.3 教學(xué)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)缺乏科學(xué)性

許多高校雖然對(duì)化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系采取了一系列的改革，但整體的評(píng)價(jià)體系仍舊不夠科學(xué)和完善，教師對(duì)學(xué)生成績(jī)的評(píng)價(jià)仍然只是固定模板的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作記錄和完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理這幾個(gè)方面。這導(dǎo)致學(xué)生存在渾水摸魚(yú)的情況，認(rèn)為只需好好完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告就可以獲得比較好的分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)可以不認(rèn)真去操作。很多組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告都是重復(fù)的數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，降低了學(xué)生參與的積極性，無(wú)法提升學(xué)生的化工實(shí)踐能力。由此可見(jiàn)，構(gòu)建科學(xué)完善的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)體系是當(dāng)下高校必須重視的一個(gè)環(huán)節(jié)。

3 “新工科”背景下高?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建

3.1 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，增大實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)

在高校構(gòu)建化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系時(shí)，應(yīng)改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提高內(nèi)容的創(chuàng)新性和專業(yè)性。大多數(shù)高校化學(xué)工程與工藝專業(yè)整個(gè)大學(xué)四年的實(shí)踐教學(xué)包括有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、金工實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等。雖然實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程開(kāi)設(shè)較多，但有些課程的實(shí)踐性與理論課程關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，學(xué)生重視理論課程，輕視實(shí)踐學(xué)習(xí)。重新建設(shè)和修訂化工實(shí)驗(yàn)教材和培養(yǎng)方案是改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、增大實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的基本途徑。在建設(shè)和修訂的過(guò)程中，高?？山M織化工專業(yè)知識(shí)豐富、有經(jīng)驗(yàn)的教師，引領(lǐng)整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的走向，提升教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生通過(guò)新的實(shí)驗(yàn)教材，進(jìn)一步了解化工實(shí)驗(yàn)課程的性質(zhì)和要求，對(duì)一些教學(xué)儀器也可掌握操作方法。

教師在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置上多設(shè)計(jì)一些與工程實(shí)踐相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，除去傳統(tǒng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，增加一些創(chuàng)新性和實(shí)踐性，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)更具綜合性和拓展性。例如，開(kāi)展一些綜合性的實(shí)驗(yàn)，僅給學(xué)生提供一些思路，讓學(xué)生自主地思考設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)流程，得到一些創(chuàng)新開(kāi)放性的結(jié)論。同時(shí)，多鼓勵(lì)學(xué)生參加各種類型的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，以項(xiàng)目的形式進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的構(gòu)思、計(jì)劃和執(zhí)行，鍛煉查閱、整合文獻(xiàn)和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。這樣既調(diào)動(dòng)了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的積極性，也培養(yǎng)了高校學(xué)生獨(dú)立思考的能力和創(chuàng)造力。

3.2 建設(shè)多維實(shí)驗(yàn)室教學(xué)平臺(tái)，開(kāi)放大型設(shè)備共享

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，增加實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投入經(jīng)費(fèi)，是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的基礎(chǔ)。很多高校教學(xué)設(shè)備陳舊，只能開(kāi)設(shè)一些基本實(shí)驗(yàn)，通過(guò)大量引入智能化、科技化的教學(xué)設(shè)備，一些創(chuàng)新性和綜合性實(shí)驗(yàn)才能開(kāi)展。建設(shè)多維度的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，開(kāi)展線上線下、虛實(shí)相結(jié)合的教學(xué)平臺(tái)。建設(shè)化工虛擬仿真平臺(tái)，將復(fù)雜的化工工業(yè)知識(shí)系統(tǒng)化、信息化，學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)能更直觀地了解化工工藝的原理及工藝流程，同時(shí)也具備了該軟件的使用能力。為此，我校買入Aspen Plus軟件用于“化工過(guò)程設(shè)計(jì)模擬”實(shí)驗(yàn)課程，進(jìn)行換熱器單元、精餾單元以及反應(yīng)器單元等的模擬，為學(xué)生今后從事化工相關(guān)行業(yè)的工作提供有利的條件。

開(kāi)放大型設(shè)備平臺(tái)，學(xué)生可以利用課余時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，選擇自己感興趣的大型設(shè)備進(jìn)行選修學(xué)習(xí)，了解大型設(shè)備的使用方法，感受化工實(shí)驗(yàn)室的科研氛圍。同時(shí)，高校應(yīng)做好大型設(shè)備的管理工作，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生要做好登記，負(fù)責(zé)大型設(shè)備的專業(yè)教師要對(duì)學(xué)生做好培訓(xùn)，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。此過(guò)程中也增加了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，激發(fā)了學(xué)生的興趣。

3.3 強(qiáng)化師資隊(duì)伍建設(shè)

在構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的過(guò)程中，教師的教學(xué)水平對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成效有著重要影響。高校在引進(jìn)新教師時(shí)要多注重教師的工程實(shí)踐經(jīng)歷。高校教師也應(yīng)不斷強(qiáng)化自身的專業(yè)能力，提升自己。定期舉辦一些教學(xué)方面的研討會(huì)，通過(guò)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的相互分享，總結(jié)教學(xué)方面的薄弱環(huán)節(jié)，從而提升整個(gè)專業(yè)的教學(xué)水平。高校也應(yīng)鼓勵(lì)教師“走出去”，多給教師出國(guó)交流和培訓(xùn)的機(jī)會(huì)，加強(qiáng)與教學(xué)水平突出的高校合作，借鑒其他高校先進(jìn)的教學(xué)理念。高校也應(yīng)多給實(shí)驗(yàn)教師機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)教師多與企業(yè)合作，深入企業(yè)，多了解化學(xué)工程與工藝專業(yè)的特殊性。工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累更有利于實(shí)驗(yàn)教師開(kāi)展本專業(yè)的教學(xué)工作，也能提高教師的實(shí)踐能力。

3.4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系改革

大多高校對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)考核只關(guān)注學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)結(jié)果等，忽視了化工工程教育要求對(duì)學(xué)生綜合能力進(jìn)行全面的考核。高校應(yīng)根據(jù)不同類型的實(shí)驗(yàn)課程，采取不同方式的考核評(píng)價(jià)體系，形成多元化的考核模式。對(duì)于一般的基礎(chǔ)化工實(shí)驗(yàn)課程，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)果、實(shí)驗(yàn)抽題考試與實(shí)驗(yàn)答辯情況等進(jìn)行考核。在創(chuàng)新性和綜合性實(shí)驗(yàn)中，可以將實(shí)驗(yàn)相關(guān)論文、專利和畢業(yè)設(shè)計(jì)完成情況等作為學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)的相關(guān)指標(biāo)。這樣，充分發(fā)揮“教”與“學(xué)”的作用，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中能積極主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)并解決遇到的專業(yè)難題。教師的考核也能達(dá)到目的，考核成績(jī)也更能反映學(xué)生的真正能力，對(duì)進(jìn)一步建設(shè)新工科化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系起到推動(dòng)作用。

同時(shí)，高校也應(yīng)建立實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果反饋機(jī)制，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。采取校內(nèi)和校外監(jiān)督相結(jié)合的方式。校內(nèi)主要是學(xué)校教務(wù)職能部門督導(dǎo)、多學(xué)院互聽(tīng)互評(píng)、學(xué)生評(píng)教等措施。校外主要包括企業(yè)和畢業(yè)生的反饋。針對(duì)校內(nèi)和校外對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的反饋，組織專業(yè)人員進(jìn)行評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，制定相應(yīng)的整改措施，并落實(shí)到各個(gè)責(zé)任層面(包含學(xué)院層面、教研室層面、課程組層面及教師個(gè)人)。同時(shí)，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)的評(píng)價(jià)結(jié)果納入教師及學(xué)院的年終考核，加大學(xué)校、學(xué)院及教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重視，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

在“新工科”背景下，改革化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有著一定的現(xiàn)實(shí)意義，有利于培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的工程人才。同時(shí)，化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，需要高校、企業(yè)、教師和學(xué)生的積極配合。作者對(duì)優(yōu)化化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體制改革提出了初步想法，高校在以后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，要進(jìn)一步注重科技性、系統(tǒng)性，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，使學(xué)生成為創(chuàng)新型工程科技人才。