面向日化產(chǎn)業(yè)鏈的專業(yè)綜合實驗教學(xué)體系改革與實踐

譚鳳芝，李沅，曹亞峰，蔡偉杰，汪源浩

（大連工業(yè)大學(xué)輕工與化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 大連 116034）

目前，新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命驅(qū)動著新經(jīng)濟的形成與發(fā)展，高等工程教育改革得到了空前重視。創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)是大學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的核心競爭力，也是衡量高等教育教學(xué)質(zhì)量的重要指標(biāo)[1-3]。教育部在《全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》中提出要求“高校要強化實踐育人環(huán)節(jié)，加強實驗室、實習(xí)實訓(xùn)基地、實踐教學(xué)共享平臺建設(shè)”。作為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力與工程實踐能力培養(yǎng)的載體，專業(yè)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)受到各高校的高度關(guān)注。美國工程院發(fā)起創(chuàng)新教育（ETI）研究計劃，強調(diào)“應(yīng)該為學(xué)生發(fā)展或提升創(chuàng)新成果所需的技能創(chuàng)造條件”，麻省理工大學(xué)（MIT）提出了Media Lab 工程實驗室的建設(shè)模式，開設(shè)“實驗室課程”（LAB）和“實驗研究小組”（Experimental Study Group，ESG），強調(diào)對學(xué)生創(chuàng)造性思維、人際交往與溝通、管理技能、經(jīng)濟頭腦等綜合素質(zhì)能力的培養(yǎng)，著重開發(fā)學(xué)生面對現(xiàn)代社會各種挑戰(zhàn)的知識和能力[4]。上海交通大學(xué)構(gòu)建了互動互聯(lián)、共建共享的教育生態(tài)鏈，打造了校企深度融合跨學(xué)科創(chuàng)新實踐平臺[5]。山西大學(xué)進行了以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培育為導(dǎo)向的實踐教學(xué)體系改革[6]。華東理工大學(xué)構(gòu)建了“教學(xué)科研—創(chuàng)新實踐”一體化優(yōu)質(zhì)科創(chuàng)平臺，實現(xiàn)學(xué)科鏈、創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展，形成“協(xié)同創(chuàng)新、開放共享、產(chǎn)教結(jié)合”的“三鏈一跨一轉(zhuǎn)”科研教學(xué)新模式[1]。沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)構(gòu)建新時代“食創(chuàng)工場”食品專業(yè)人才培養(yǎng)實踐創(chuàng)新平臺，建立了“知識—設(shè)計—實踐—創(chuàng)新”的實踐教學(xué)體系，通過基礎(chǔ)知識與實踐創(chuàng)新的無縫銜接與有效互動，提升本科生的創(chuàng)新能力和工程實踐能力[7]。本文基于我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實驗教學(xué)體系改革實踐，分析了當(dāng)前專業(yè)實驗教學(xué)在應(yīng)用型高素質(zhì)人才培育中存在的問題，并提出相應(yīng)的解決措施，從改革思路、實施舉措等方面介紹改革實踐，以期為其他院校的專業(yè)實驗體系改革提供借鑒。

1 專業(yè)綜合實驗教學(xué)中存在的問題

大連工業(yè)大學(xué)是遼寧省第一批轉(zhuǎn)型試點的地方普通高校，作為學(xué)校轉(zhuǎn)型試點專業(yè)，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的專業(yè)方向之一是日用化工，在人才培養(yǎng)過程中對學(xué)生的工程實踐能力與創(chuàng)新能力有著較高的要求[8]。實驗環(huán)節(jié)是溝通化學(xué)基礎(chǔ)理論和客觀現(xiàn)象之間的橋梁，化學(xué)實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生具備能“思”、會“想”、敢“做”、可“說”的能力以及創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力極其重要，對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)人才的核心素質(zhì)培養(yǎng)具有不可替代的作用[6]。應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實驗教學(xué)體系共分為兩個部分：專業(yè)綜合實驗1（1 周，30 學(xué)時）、專業(yè)綜合實驗2（3 周、90 學(xué)時）。前者在本科生三年級第一學(xué)期開設(shè)，主要針對精細有機合成化學(xué)與工藝學(xué)、高分子化學(xué)與物理學(xué)、界面與膠體化學(xué)三門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課開設(shè)相應(yīng)的配套實驗，后者在本科生四年級第一學(xué)期開設(shè)，作為課程教學(xué)與后期畢業(yè)論文環(huán)節(jié)的銜接，內(nèi)容涵蓋專業(yè)課程理論知識，通過綜合性和設(shè)計性實驗內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用化學(xué)基礎(chǔ)知識解決實踐問題的能力。長期以來，專業(yè)綜合實驗教學(xué)改革以設(shè)置開放性、綜合性的實驗為主，這種方式雖然在課程改革上獲得了一定的成果，但是仍存在問題。實驗教學(xué)在開展過程中也存在許多不足，如工程實踐教育與日用化工產(chǎn)業(yè)鏈實際脫節(jié)，設(shè)置的實驗教學(xué)內(nèi)容跟不上產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的腳步；缺少開放便捷、交叉融合的學(xué)生自主創(chuàng)新實踐場地、環(huán)境與氛圍；專業(yè)實驗教學(xué)平臺基礎(chǔ)薄弱，實驗訓(xùn)練儀器與設(shè)備陳舊；學(xué)生參與率不高，師資工程實踐能力弱化等，比較突出的問題有以下幾點。

（1）個性化培養(yǎng)硬件條件不足。在大班授課教學(xué)模式下，由于實驗平臺搭建費用高，受限于與課程相關(guān)的實驗室和儀器設(shè)備等硬件條件，很難做到每個學(xué)生都能有適合自己的實驗平臺，難以實現(xiàn)個性化培養(yǎng)。

（2）實驗教學(xué)平臺基礎(chǔ)薄弱，實驗教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展實際脫節(jié)，不能夠做到與時俱進，無法滿足當(dāng)前經(jīng)濟快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)技術(shù)改革升級對人才能力培養(yǎng)的需求，嚴(yán)重影響了高校對地方經(jīng)濟增長與產(chǎn)業(yè)鏈升級提供的人才支撐功能。

（3）在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，重知識運用，輕課程思政，重實驗結(jié)果，輕實驗過程，實驗考核體系比較單一，不夠全面。

2 面向日化產(chǎn)業(yè)鏈的專業(yè)綜合實驗教學(xué)體系改革思路

以構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行（CDIO）教育理念與成果導(dǎo)向教育（Outcome-Based Education，OBE）為理論指導(dǎo)[9-10]，服務(wù)日用化工產(chǎn)業(yè)鏈升級發(fā)展需求，全面整合并優(yōu)化校內(nèi)外相關(guān)資源，打破學(xué)校、學(xué)科與專業(yè)界限，構(gòu)建多層次、開放性、個性化的實驗教學(xué)平臺。在此基礎(chǔ)上，重新修訂實驗教學(xué)大綱，優(yōu)化實驗內(nèi)容，全方位開放實驗時間與實踐平臺，打造一支具有日用化工從業(yè)能力的實驗指導(dǎo)隊伍，逐步強化學(xué)生的工程實踐能力，培育學(xué)生的創(chuàng)新精神。

3 教學(xué)改革實施舉措

3.1 建立具有鮮明日化特色的Fab-Lab實驗室

全面整合并優(yōu)化校內(nèi)實驗室資源、教師資源、日化行業(yè)資源（日化企業(yè)與日化協(xié)會），以化工技術(shù)實驗室、日用化工創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)孵化基地為基礎(chǔ)，建設(shè)日化特色Fab-Lab實驗室，構(gòu)建由基礎(chǔ)實驗、日化特色Fab-Lab實驗、日化工程實訓(xùn)、日化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)四個平臺構(gòu)成的多層次專業(yè)綜合實驗教學(xué)平臺，在實驗室內(nèi)開設(shè)系列具有日化行業(yè)特色的實踐課程、職業(yè)能力培訓(xùn)課程，舉行日化配方技術(shù)技能競賽，通過真實項目引領(lǐng)及標(biāo)準(zhǔn)化操作，實現(xiàn)教學(xué)過程與生產(chǎn)過程的無縫對接，促進學(xué)生專業(yè)素質(zhì)和綜合素質(zhì)的提升。

在Fab-Lab 實驗室中實行行業(yè)導(dǎo)師制，由雙師雙能型教師指導(dǎo)學(xué)生參加化工設(shè)計創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“相宜杯”全國高?；瘖y品產(chǎn)品設(shè)計大賽、遼寧省環(huán)境保護科技大賽、大學(xué)生化妝品科學(xué)應(yīng)用與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等賽事，實現(xiàn)以賽促教、以賽促學(xué)。

3.2 共建具有日化特色的工程實踐平臺，使實驗教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)生產(chǎn)實際對標(biāo)，實現(xiàn)學(xué)生個性化培養(yǎng)

實行“教學(xué)、生產(chǎn)、科研一體化”，以遼寧日化產(chǎn)業(yè)鏈中龍頭企業(yè)為主要支持點，布局上海、廣州及江浙日化企業(yè)作為工程實訓(xùn)基地及產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合育人基地，借助行業(yè)內(nèi)優(yōu)勢企業(yè)技術(shù)隊伍、實踐平臺、行業(yè)聯(lián)盟等方面的優(yōu)勢，以“零距離”校企合作，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研精準(zhǔn)對接。高校、政府、企業(yè)三方聯(lián)動，共同搭建日化特色工程實踐實訓(xùn)平臺，更換陳舊設(shè)備，更新實驗內(nèi)容，將實驗內(nèi)容與行業(yè)生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品研發(fā)方向?qū)?biāo)，真正做到實驗室工藝設(shè)備裝置“真實化”，實驗實訓(xùn)環(huán)境“車間化”，制備工藝“規(guī)程化”，實驗產(chǎn)品檢驗檢測“標(biāo)準(zhǔn)化”。如在以往的專業(yè)綜合實驗中開設(shè)“洗滌劑的配制及性能檢測”，實驗內(nèi)容是制備洗衣膏，檢測指標(biāo)也比較簡單，主要考查產(chǎn)品的穩(wěn)定性、去污力和泡沫高度。但現(xiàn)在的衣料用洗滌劑產(chǎn)品種類和消費量已發(fā)生了巨大變化，液體洗滌劑近五年的產(chǎn)品發(fā)布數(shù)已超過7 000 個品種，增長率高達44.9%[11-12]。因此，結(jié)合當(dāng)前生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)發(fā)展，將實驗項目更新為“濃縮型液體洗滌劑的配制及性能檢測”，實驗內(nèi)容更改為配制濃縮型衣用洗滌劑，其檢測標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)QB/T 1224—2012“衣料用液體洗滌劑”，實現(xiàn)了實驗內(nèi)容與行業(yè)實際對標(biāo)。

通過認(rèn)知→實踐→競賽→創(chuàng)新的階梯式培養(yǎng)道路，以興趣為驅(qū)動，在日化特色Fab-Lab 實驗室中實現(xiàn)學(xué)生的個性化培養(yǎng)。實驗室設(shè)置日化特色產(chǎn)品配制、檢測、設(shè)計、評價、營銷等系列實踐課程，日化行業(yè)職業(yè)能力培訓(xùn)、日化行業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽等項目，實驗室配有兼職導(dǎo)師與學(xué)生進行良好互動，使學(xué)生建立從理論學(xué)習(xí)、動手實踐再到探究學(xué)習(xí)的教學(xué)鏈條，打破空間與時間的限制，滿足新工科戰(zhàn)略中人才個性化培養(yǎng)的要求。

3.3 在實驗課程教學(xué)中有機融入思政元素，堅持立德樹人，德育為先

大學(xué)本科的三、四年級是極具創(chuàng)造力與精神活力的一個階段。理工科的青年學(xué)生大多數(shù)理化成績比較好，具有很強的理性思維與邏輯思維，他們擁有極強的好奇心與感知力，個性鮮明，強調(diào)自我[13-14]。實驗課程教學(xué)的目標(biāo)不僅是培養(yǎng)學(xué)生掌握化學(xué)專業(yè)知識、實驗技能和研究方法，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和科研能力，而且應(yīng)該培育學(xué)生的環(huán)境意識和可持續(xù)發(fā)展觀，強化學(xué)生的社會責(zé)任感與工程倫理，激發(fā)他們的家國情懷。為此，在專業(yè)綜合實驗教學(xué)體系中，專門設(shè)置實驗室環(huán)保與安全培訓(xùn)環(huán)節(jié)，同時要求實驗指導(dǎo)教師在實驗講解中有機融入思政元素，引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)的態(tài)度對待實驗中出現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)意識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度[6]。在設(shè)計性實驗“中草藥提取物手工皂的制備”教學(xué)中，教師在講解實驗內(nèi)容中有機融入了“六神原液”“青蒿素”“佰草集”的思政案例，既使同學(xué)們感慨祖國中醫(yī)藥文化的博大精深，是中華民族的文化瑰寶，又讓學(xué)生們了解到中草藥有效成分開發(fā)的困境，日用化工技術(shù)領(lǐng)域國際競爭的激烈性[6]，引導(dǎo)學(xué)生要努力學(xué)習(xí)，將先進的科技知識與中國傳統(tǒng)的中草藥文化結(jié)合起來，讓中草藥研究成果在世界領(lǐng)域得到認(rèn)可和推廣，培育學(xué)生的家國情懷。

3.4 推進以學(xué)生為中心的實驗課程教學(xué)設(shè)計，探索實施“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的混合教學(xué)模式

推進實驗課程的小班化教學(xué)[15-16]，縮小實驗環(huán)節(jié)教學(xué)班型，大型儀器操作由原來的3～5人一組減至2人一組，小型合成或分析實驗1 人一組。在實驗課程教學(xué)中，開展以“問題為導(dǎo)向”的教學(xué)理念轉(zhuǎn)變，引導(dǎo)學(xué)生自主思考和設(shè)計實驗，尤其是在日化產(chǎn)品配方實驗時，教師只為學(xué)生規(guī)定實驗題目，不指定實驗內(nèi)容與實驗步驟，鼓勵學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，在實驗前利用線上或?qū)嵺`中心資源進行自主學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)，帶著問題走進實驗課堂，獨立實驗，并對得到的產(chǎn)品進行分析與檢測。在這樣的實驗課堂上，教師鼓勵學(xué)生不怕失敗，不管成功與否，都要總結(jié)出“為什么”“下一步怎么做”“以后怎么做”“為什么要這樣做”，提升了學(xué)生利用所學(xué)理論知識思考問題和解決問題的能力[17]。將先進的科學(xué)技術(shù)引入實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，加強虛擬仿真實驗資源建設(shè)[18]?；诋a(chǎn)學(xué)研合作，結(jié)合日化企業(yè)生產(chǎn)實際與專業(yè)最新的日化行業(yè)課題研究成果，開發(fā)具有日化特色的虛擬仿真實驗，探索“線上預(yù)習(xí)+線下實驗+線上分析總結(jié)”“日化生產(chǎn)工藝實操實練+虛擬仿真”等多種實驗教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、自主學(xué)習(xí)能力，加強個性化指導(dǎo)。在實驗考核時，改變過去重結(jié)果輕過程的考核方法，構(gòu)建多維度綜合考核體系，針對每個實驗項目，對實驗中知識點（操作關(guān)鍵點）的評價標(biāo)準(zhǔn)進行精心設(shè)計，提出考核觀測點要求及對應(yīng)的分值，從而形成實驗項目的考核標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)束語

針對應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實驗改革目前存在的問題，以構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行（CDIO）教育理念與成果導(dǎo)向教育為理論指引，通過組建具有鮮明日化特色的Fab-Lab 實驗室、共建日化工程實踐平臺、在實驗課程教學(xué)中有機融入思政元素、改革專業(yè)綜合實驗內(nèi)容與評價體系、探索實施“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的混合教學(xué)模式等舉措，提升專業(yè)綜合實驗的教學(xué)效果，突出了專業(yè)的日用化工特色，為學(xué)生的工程實踐能力與創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了良好的環(huán)境，提高了應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才培育水平，促進了學(xué)科發(fā)展。