新工科背景下民族院校應用化學專業(yè)實踐教學探索

趙軼男，那立艷，鄒 雷，張樹彪

(大連民族大學 生命科學學院，遼寧 大連 116605)

21世紀以來，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革引發(fā)了全球經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的重組，提出了“德國工業(yè)4.0”“一帶一路”“中國制造2025”等理論與倡議，驅(qū)使在以新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟背景下，對具備較強工程意識、敬業(yè)精神、創(chuàng)新思維、實踐能力和較寬國際視野的高素質(zhì)實踐工程人才有較大的需求[1-3]。2016年，中國工程教育加入《華盛頓協(xié)議》，得到國際社會的認可，實現(xiàn)了中國高等工程教育與國際接軌[4]。化學化工行業(yè)無論在過去、現(xiàn)在還是將來都是國家經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一，行業(yè)包括航空航天、生物醫(yī)藥、日用化學品和能源等領(lǐng)域。特別是疫情以來，國家對化學化工創(chuàng)新應用人才的戰(zhàn)略需求非常大。應用化學專業(yè)是培養(yǎng)既具有扎實的化工理論知識，又具有較強工程實踐能力的工科復合型人才的學科。在高等民族院校中，化學學科常常處于弱勢學科，在“新工科”背景下，應用化學學科的發(fā)展面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)[5,6]。

面對“新工科”人才培養(yǎng)要求，各高校應用化學專業(yè)面臨諸多挑戰(zhàn)，如人才培養(yǎng)與國家需求脫節(jié)、專業(yè)實踐課程中前沿技術(shù)的支撐不足、能夠產(chǎn)教結(jié)合的師資隊伍不健全等。各高校都在探索并實踐“新工科”背景下應用化學專業(yè)的教學改革，使本專業(yè)學生更好地適應新時代經(jīng)濟發(fā)展和全球化的需求[7-10]。大連民族大學應用化學專業(yè)也面臨相同處境，例如在新型冠狀病毒爆發(fā)并迅速擴散以來，由于疫苗的研發(fā)生產(chǎn)，很多疫苗生產(chǎn)企業(yè)需要大量應用化學專業(yè)畢業(yè)生，學校應用化學專業(yè)畢業(yè)生僅有部分同學通過面試，人才培養(yǎng)與市場需求脫節(jié)。因此，基于學校應用化學專業(yè)人才培養(yǎng)的目標和發(fā)展特點，以“新工科”理念為指導，從專業(yè)實驗教學、創(chuàng)新訓練實踐和實習基地建設三方面探索應用化學專業(yè)實踐教學課程改革及人才培養(yǎng)模式。通過實踐教學改革，提高應用化學專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，實現(xiàn)學生理論知識、工程實踐能力和整體素質(zhì)全面提高的培養(yǎng)目標。

1 實踐教學改革思路與方案

大連民族大學是國家唯一設在東北和沿海地區(qū)的民族院校，應用化學專業(yè)秉承“立足沿海、服務民族”的辦學理念和應用型定位，培養(yǎng)適應國家發(fā)展戰(zhàn)略，且具有扎實理論基礎(chǔ)和較強實踐能力，可在精細化學品、化學生物材料、新材料和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域從事技術(shù)開發(fā)、科學研究、生產(chǎn)管理和技術(shù)服務的高素質(zhì)工程技術(shù)人才。與“新工科”專業(yè)相對應，學院現(xiàn)有應用化學專業(yè)為傳統(tǒng)專業(yè)，教學改革以“兩融合一服務”為思路，在滿足傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)需求的基礎(chǔ)上，充分利用學院應用化學、生物工程和制藥工程等多學科融合發(fā)展優(yōu)勢，開設生物相關(guān)課程，突出化學與生物的交叉融合。構(gòu)筑以應用化學與生物相融合為特色、產(chǎn)業(yè)需求為導向、重實踐、強理論的實踐教學體系。學科融合創(chuàng)新教學體系如圖1。

圖1 學科融合創(chuàng)新教學體系

實踐教學是應用化學專業(yè)人才培養(yǎng)的重要途徑，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)變革，尤其在“新工科”教育理念指導下，加強學生實踐能力和創(chuàng)新思維是專業(yè)教學改革中的重要內(nèi)容。從培養(yǎng)目標出發(fā)，學校實踐教學體系主要包括專業(yè)實驗、創(chuàng)新訓練和應用實踐三個模塊，“實驗-創(chuàng)新-實踐”互相滲透的實踐教學體系如圖2。

圖2 “實驗-創(chuàng)新-實踐”互相滲透的實踐教學體系

構(gòu)建“實驗-創(chuàng)新-實踐”互相滲透、互相支撐的課程教學模式，完善和豐富實驗教學內(nèi)容，建設化工與生物交叉融合的專業(yè)實驗訓練平臺；基于教師科研項目及國家級、省部級等各學科競賽，開展實踐創(chuàng)新訓練，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力及團隊合作精神；聚焦國家及民族區(qū)域?qū)没瘜W創(chuàng)新應用人才的戰(zhàn)略需求，搭建“校內(nèi)+校外”實踐平臺，建設符合國家戰(zhàn)略發(fā)展方向的生物化工類企業(yè)產(chǎn)學研培養(yǎng)基地。形成“科教融合、競賽引領(lǐng)、校地聯(lián)動”的實踐教學人才培養(yǎng)模式。

2 基于OBE理念改革實驗教學環(huán)節(jié)

隨著工程教育認證工作的不斷開展，在成果導向教育理念(Outcome-based Education，OBE)的指導下[8,11]，結(jié)合校內(nèi)基礎(chǔ)實驗教學資源情況，對專業(yè)實驗課進行了創(chuàng)新和改革。將培養(yǎng)方案全面修訂并持續(xù)改進，以學生畢業(yè)要求為導向，針對學生的學習水平和能力差異，構(gòu)建“分階段、多層次、模塊化”的實驗課程體系。建立符合專業(yè)特色發(fā)展、化學和生物學科交叉的實驗課程。將實驗課程進行刪減整合。例如，聚焦國家戰(zhàn)略重要研究領(lǐng)域(如新材料、生物醫(yī)藥)的前沿和研究熱點，將應用化學專業(yè)實驗課由原有的“應用化學實驗”拆分為“生物材料制備與分析實驗”和“化學藥物制備與分析實驗”，新增“專業(yè)融合實驗”。

2.1 整合實驗內(nèi)容，深挖思政元素

針對學校應用化學專業(yè)學科交叉融合的發(fā)展特色，停開原有老舊、相對簡單的實驗項目，按照“分階段、多層次、模塊化”的教學體系，建立由基礎(chǔ)性實驗、綜合設計實驗和綜合創(chuàng)新性實驗項目構(gòu)成的專業(yè)實驗課程。大膽調(diào)整和改造課程教學內(nèi)容：“化學藥物制備與分析實驗”課程以化學藥物制備與分析為核心，開設天然產(chǎn)物藥物成分的提取、分離和純化，化學藥物有機合成及其結(jié)構(gòu)分析、鑒別等實驗內(nèi)容。

如“阿司匹林合成、表征及性質(zhì)分析”“鹽酸環(huán)丙沙星的合成及抑菌性能分析”等實驗項目；“生物材料制備與分析實驗”課程開設“藥物遞送載體脂質(zhì)體的制備及載藥性能分析”“pH敏感型水凝膠的合成及相分離臨界pH的測定”等實驗項目，突出“綠色化學”理念，體現(xiàn)現(xiàn)代生物材料的綠色制備、分離、分析技術(shù)；“專業(yè)融合實驗”課程包括生物化工、材料化工和綠色化工等領(lǐng)域，是多學科實驗方法和技術(shù)手段有效融合的實驗技能訓練過程，化學與生物交叉融合的實驗項目有“植物DNA提取及分子識別功能”“納米銀顆粒的合成及抑菌活性”和“枯草芽孢桿菌α-淀粉酶發(fā)酵”。

課程所開設的實驗項目兼顧科研引領(lǐng)性、實用性和趣味性，加大了綜合性實驗和創(chuàng)新設計性實驗，體現(xiàn)應用化學專業(yè)科研新方向。例如，“藥物遞送載體脂質(zhì)體的制備及應用”綜合設計性實驗項目結(jié)合課程團隊教師科學研究方向開設，學生分別以不同的脂質(zhì)材料、不同的組成比例、不同的制備方法制備脂質(zhì)體，最后通過物化性能分析篩選出最佳制備工藝條件，并將篩選的脂質(zhì)體作為藥物遞送載體，進行藥物的包封率及藥物緩釋研究。

化學工程系黨支部為百個首批全國高?！半p帶頭人”教師黨支部書記工作室，以該工作室為契機，通過黨支部的政治理論學習、黨員教育管理、黨日活動組織、黨的政策宣傳等活動，提高教師的思想政治覺悟，并將學習體會融入課程教學，實現(xiàn)基層黨建和專業(yè)思政、課程思政的雙促進、雙提高。

首先，在課程教學目標中引入思政教學目標。根據(jù)學校應用化學專業(yè)培養(yǎng)人才的要求，對實驗課程目標進行修訂。例如，“化學藥物制備與分析實驗”課程除原有專業(yè)教育目標外，增設思政教育目標：培養(yǎng)學生勇于鉆研、敢于實踐，實事求是、嚴謹認真的科學態(tài)度；具備良好的人文素養(yǎng)、工程職業(yè)道德及中華民族共同體意識，厚植科學發(fā)展、綠色發(fā)展的家國情懷。

其次，在課程教學內(nèi)容中引入思政教學內(nèi)容。在實踐教學過程中，深入挖掘體現(xiàn)應用化學專業(yè)特色的思政元素。例如：在實驗項目“藥物遞送載體脂質(zhì)體的制備及應用”中，針對電影《我不是藥神》中反映的癌癥患者難以負擔價格高昂的國外抗癌藥的現(xiàn)實問題，將現(xiàn)實存在的問題與國家為此付出的努力進行比較，通過實例告訴學生國家在人民用藥的頂層管理中發(fā)揮了大國的積極作用。引導學生將個人理想與國家命運緊密聯(lián)系在一起，激發(fā)學生的家國情懷。在實驗項目“表面活性劑的制備及性能檢測”中，向?qū)W生介紹十二烷基苯磺酸鈉是安全的洗潔精原料，然而不法商家常常使用工業(yè)堿、增白劑或酶制劑生產(chǎn)劣質(zhì)洗潔精，對人的身體健康造成嚴重損害，讓學生了解精細化學品和人們的生活息息相關(guān)，引導學生樹立綠色發(fā)展、健康發(fā)展的意識。

最后，在考核方式中增加課程思政元素。在實驗報告考核中，學生除完成實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)處理與分析討論等內(nèi)容，還要在思考題中寫出在本次實驗課程中的德育體會，占實驗報告成績的5%。

通過專業(yè)實驗課程項目內(nèi)容改革及課程思政的融入，融會貫通地培養(yǎng)學生具備終身學習能力和國際化視野，能夠在生物材料及化學藥物相關(guān)領(lǐng)域從事工藝路線設計、產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)開發(fā)等工作。培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和科技興邦的家國情懷。

2.2 實驗教學模式改革

傳統(tǒng)實驗教學多以教師講解為主，學生根據(jù)實驗講義模仿操作。這種教學模式難以激發(fā)學生對實驗項目的興趣，沒有激活學生實驗的主動性。實驗過程中，學生難以感受到發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、新方法的快樂，沒有感悟到科學的魅力。為改變上述問題，教學團隊將OBE理念融入實驗課程教學，以成果需求為導向，以提升學生學習成果、工程意識和實踐能力為目的，將實驗教學方式改為線上、線下相結(jié)合；教學內(nèi)容改為兩個教學環(huán)節(jié)：課前預習和課堂完成實驗及實驗報告；將線上教學融入線下兩個教學環(huán)節(jié)中，線上線下相結(jié)合實驗教學模式如圖3。

圖3 線上線下相結(jié)合實驗教學模式圖

(1)實驗課前，學生利用雨課堂學習教師發(fā)布的實驗資料(文本、視頻等)，通過視頻讓學生了解本次實驗的意義，在生產(chǎn)、生活中可有哪些應用，從而激發(fā)學生的實驗興趣，同步完成預習學情測試，考核學生課前預習效果。

(2)實驗課中，教師根據(jù)學生學習情況了解學生對實驗原理的掌握程度，結(jié)合學生預習情況與學生進行深入探討和交流，學生再獨立安裝和調(diào)整反應裝置進行相關(guān)實驗操作，在此過程中，教師時刻引導學生進行正確的操作、仔細的觀察，及時發(fā)現(xiàn)實驗過程出現(xiàn)的問題，并得出實驗結(jié)論等。

(3)實驗課后，學生對實驗進行總結(jié)，分析實驗現(xiàn)象，使用數(shù)據(jù)處理軟件整理實驗數(shù)據(jù)，分析討論實驗結(jié)果，撰寫實驗報告。通過實驗報告的撰寫，培養(yǎng)學生邏輯歸納能力、綜合分析能力、數(shù)據(jù)處理軟件的使用能力和文字表達能力。教師引導學生了解影響實驗結(jié)果的因素，培養(yǎng)學生實事求是、嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度。

(4)教師通過雨課堂發(fā)布課后測試，考核學生對本節(jié)課的掌握情況，同時使學生深入理解教學內(nèi)容。

3 基于科研項目及學科競賽的創(chuàng)新訓練實踐

在當今“大眾創(chuàng)新、萬眾創(chuàng)業(yè)”的“一流學科”建設背景下，建立一個符合工科學生發(fā)展、把握學生發(fā)展痛點、增強學生創(chuàng)新實踐能力的創(chuàng)新訓練實踐平臺具有重要意義。大連民族大學擁有“生物技術(shù)與資源利用教育部重點實驗室”“國家民委生物化工重點實驗室”“遼寧省生物催化與仿生化學重點實驗室”和“遼寧省生物工程下游技術(shù)重點實驗室”等學科平臺。學科平臺向?qū)W院師生全面開放，以支撐實踐教學體系的建設。學生以大學生創(chuàng)新訓練項目、國家和省級各學術(shù)競賽等途徑融入教師科研團隊，以科研小課題申報項目或參加競賽，從而培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力。例如，2019級學生通過參加教師的科研課題“藥物載體構(gòu)建及生物相容性研究”，撰寫學術(shù)論文《碳納米管-肽脂質(zhì)遞送系統(tǒng)體外酶降解研究》，并參加了“全國藥物分析優(yōu)秀學術(shù)論文競賽”。

對標國家和省級學科競賽，打造“一系一賽”教學特色，因材施教。教師將課程教學緊密融入學科競賽，樹立教學內(nèi)容服務于競賽的理念，實現(xiàn)以賽促教、以賽促學、賽教結(jié)合、教學相長的良好教學模式。例如，2021年化學工程系組織了以“筑牢綠色化工之魂，踐行創(chuàng)新應用之路”為主題的“大學生工程設計及創(chuàng)新應用創(chuàng)新大賽”。學生以團隊參賽，每個團隊有2～3名指導教師，參賽團隊須在設備成套、工藝流程、原理優(yōu)化、應用創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)(組件)優(yōu)化和應用開發(fā)等方面有一定改進、提高或具有創(chuàng)新性。將學生參與科研項目及學科競賽融入應用化學專業(yè)實踐教學體系，對學生實踐創(chuàng)新能力的提升和合作精神的培養(yǎng)是十分有利且非常有意義的，也推動了學校人才培養(yǎng)模式和實踐教學的改革。

4 循序漸進、多模式協(xié)同發(fā)展的實習基地建設

大連民族大學一直以來注重應用實踐教學平臺的建設，挖掘符合“新工科”發(fā)展方向的化工、生物和制藥類企業(yè)，建立穩(wěn)定的合作實習基地和仿真訓練基地。充分利用校企合作平臺，聘任行業(yè)企業(yè)管理人員和技術(shù)人員10～15人為兼職教師，定期來校或在企業(yè)為學生授課。授課內(nèi)容主要以企業(yè)實際生產(chǎn)為案例，提出企業(yè)在生產(chǎn)中的實際需求和對技術(shù)人員的能力要求，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力。目前，校外已建各類實習基地十余個，首批選取3～5門課程在產(chǎn)學研基地進行授課，開闊學生“新工科”視野，讓學生了解所學專業(yè)領(lǐng)域的需求方向和發(fā)展前景，為學生職業(yè)發(fā)展和就業(yè)提供機會。

學校已與康龍化成(北京)新藥技術(shù)有限公司、北京科興中維生物有限公司、吉林百奧生物科技有限公司等近十家企業(yè)簽訂實習、實踐及就業(yè)基地。聘請公司人力資源部人員到校進行就業(yè)指導課程的講授，培養(yǎng)學生的職業(yè)道德素養(yǎng)、團隊合作精神、組織管理能力、交流能力及環(huán)境適應能力。例如，北京科興中維生物有限公司2021年接待應用化學專業(yè)大四學生近20人的生產(chǎn)實習，實習結(jié)束后，5人簽訂了就業(yè)協(xié)議。

循序漸進、多模式協(xié)同發(fā)展的實習基地建設改革為學生實踐能力的培養(yǎng)及就業(yè)提供了廣闊的空間，2020年以來，學?；I(yè)和應化專業(yè)畢業(yè)生中有30余人入職北京科興中維生物有限公司，20余人入職康龍化成(北京)新藥技術(shù)有限公司。

5 結(jié) 語

2021年以來的教學實踐表明，教學改革突出了以學生為中心、學生學習成果為導向，有效提高了學生主動學習的興趣，提高了學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力及創(chuàng)新能力，學生培養(yǎng)滿足了國家對應用化學專業(yè)“新工科”人才的需求。

在未來的實踐教學發(fā)展中，還應不斷探索改革。一是要加強師資隊伍建設，不斷完善現(xiàn)有教學制度，規(guī)范教學行為，不斷提高授課教師教學能力；二是加強教學資源建設，完善現(xiàn)有校內(nèi)專業(yè)實驗講義，出版實驗教材，創(chuàng)建慕課平臺，制作實驗小視頻，完善線上線下混合式教學；三是充分考慮應用化學專業(yè)教學工程實踐背景的需求和實習單位工作實際，優(yōu)化實習過程管理，強化實習導師職責，延長實習實踐周期，提升實習效果。面向生命健康等產(chǎn)業(yè)，新增實習實踐基地或產(chǎn)學研基地，強化實踐育人，深化產(chǎn)教融合、校企合作，推動企業(yè)及時將最新產(chǎn)業(yè)需求轉(zhuǎn)化為教學內(nèi)容，激發(fā)學生專業(yè)學習興趣。