分離與富集技術(shù)課程教學(xué)改革措施

王和平，孟現(xiàn)星，李亞萍，袁光輝

(安康學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，陜西 安康 725000)

0 引言

分離科學(xué)是依據(jù)物質(zhì)理化性質(zhì)差異進(jìn)行分離、富集和純化的一門學(xué)科。從幾千年前的煉銅冶鐵到如今的石油核能，從工業(yè)上的能源材料到生活中的釀酒制糖，分離技術(shù)在生產(chǎn)生活中的實(shí)踐應(yīng)用可謂是歷史悠久、范圍廣泛。現(xiàn)代工業(yè)中，能源、材料、環(huán)境、食品、醫(yī)藥等各領(lǐng)域均離不開分離工藝，隨著行業(yè)要求的提升與革新，對(duì)分離科學(xué)提出了更高的理論和技術(shù)要求，因此，為滿足不斷上升的專業(yè)需求，國內(nèi)多數(shù)化學(xué)化工類院校相繼開設(shè)了相關(guān)課程。

分離與富集技術(shù)是我院一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，教學(xué)大綱中要求的教學(xué)內(nèi)容包括沉淀分離法、萃取分離法、色譜分離法、離子交換分離法、電泳分離法、泡沫浮選分離法和膜分離法等，共計(jì)32 學(xué)時(shí)。分離與富集技術(shù)課程在化學(xué)學(xué)科中占據(jù)重要地位，幾乎所有的化學(xué)類實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目均需用到上述分離操作，而且此類專業(yè)基礎(chǔ)課程在理論與實(shí)踐間的認(rèn)知過渡和知識(shí)銜接中的作用更是不可替代的。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生系統(tǒng)地掌握常見分離富集技術(shù)的基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)方法，為新產(chǎn)品提純或樣品前處理中分離方法的選擇提供理論指導(dǎo)和實(shí)踐支持。

課程教學(xué)改革不能一概而論，更不可能一蹴而就。在應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下，各式各樣新的教學(xué)方法、教學(xué)模式層出不窮，而當(dāng)具體到某一課程時(shí)，僅依照一種模式全盤照收或象征性的移植只會(huì)造成新方法新模式的水土不服，不可能達(dá)到預(yù)期效果。課堂教學(xué)是一個(gè)藝術(shù)性互動(dòng)過程，從內(nèi)容制訂到教學(xué)設(shè)計(jì)再到組織實(shí)施，需要依據(jù)課程特點(diǎn)因地而制宜，依據(jù)學(xué)情特點(diǎn)因材而施教，依據(jù)課堂實(shí)況因勢(shì)而利導(dǎo)。課程改革也必定是一個(gè)實(shí)踐出真知的過程，擇善而從，不善而改。在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)了一些分離與富集技術(shù)課程教學(xué)改革中存在的問題和困難，并采取了一些相應(yīng)的嘗試性措施，取得了一定成效，學(xué)生反饋良好，現(xiàn)和大家一起分享探討。

1 問題與困難

1.1 課程內(nèi)容

其一，課程內(nèi)容繁雜。分離與富集技術(shù)應(yīng)用涉及面廣，幾乎涵蓋化學(xué)行業(yè)所有領(lǐng)域，并涉及多數(shù)相關(guān)行業(yè)，加之大量新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，使得課程內(nèi)容過于繁雜。此外，行業(yè)背景的差異使得對(duì)分離技術(shù)的要求與側(cè)重不同，又易造成授課重難點(diǎn)安排的沖突。其二，課程內(nèi)容重疊交叉嚴(yán)重。分離與富集技術(shù)作為銜接課程，先導(dǎo)課程主要包括無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)課，后續(xù)課程常見有食品分析、藥物分析、中藥制藥工藝學(xué)等專業(yè)方向課。課程內(nèi)容中不可避免地與前述課程存在知識(shí)點(diǎn)上的交叉重疊，易導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容把握不準(zhǔn)，出現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)與空白。其三，學(xué)科知識(shí)體系尚不健全。分離科學(xué)作為技術(shù)基石，雖然在其他學(xué)科中都可以看到它的影子，但作為新興的技術(shù)性實(shí)踐性學(xué)科，其成長與獨(dú)立仍需較長時(shí)間。

1.2 學(xué)情特點(diǎn)

專業(yè)課程的學(xué)習(xí)往往是無趣的，分離與富集技術(shù)亦是如此。該課程開設(shè)在三年級(jí)第一學(xué)期，本學(xué)期中，各種方向性理論課、實(shí)踐課紛至沓來，讓人應(yīng)接不暇，導(dǎo)致學(xué)生興趣泛泛，學(xué)習(xí)耐性和效率逐漸衰減。此外，知識(shí)專業(yè)刻板、學(xué)習(xí)枯燥乏味是理論性專業(yè)課程教學(xué)上的通癥[1]。教學(xué)實(shí)施中，一門課程緒論部分的設(shè)計(jì)是最引人入勝的，但往往不足以維持學(xué)生整個(gè)學(xué)期的持續(xù)興趣和熱情。在以學(xué)生為中心的教學(xué)模式下，發(fā)掘?qū)I(yè)知識(shí)的趣味性，洞悉學(xué)生的心理和行為特點(diǎn)，在每個(gè)課程單元中發(fā)掘能引發(fā)學(xué)生好奇與關(guān)注的教學(xué)元素，變被動(dòng)應(yīng)付為主動(dòng)參與，提高知識(shí)留存率變得尤為重要。

1.3 考核方式

單一固化的考核方式也是專業(yè)課程學(xué)習(xí)的一大問題。以往的“一卷定天下”忽略了學(xué)科知識(shí)外的能力考核，無法就學(xué)生真正的學(xué)業(yè)成就進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，也造成了以往“平時(shí)不學(xué)習(xí)，考前大突擊”的怪象。此外，導(dǎo)向錯(cuò)誤的評(píng)價(jià)方式甚至可能導(dǎo)致學(xué)生心理失衡。在新課改背景下，評(píng)價(jià)方式的改革甚至比教學(xué)方法的改革更為重要，考核評(píng)價(jià)的范圍不再局限于課堂之內(nèi)，形式不再局限于作業(yè)測試。為實(shí)現(xiàn)基于學(xué)習(xí)全過程、結(jié)果和過程并重的課程考核模式，目前我校各課程的期末卷面成績占比為60%，平時(shí)成績占比為40%，其中平時(shí)成績的來源主要包括考勤、作業(yè)、課堂討論、階段測試等。然而，如何確定平時(shí)成績的分項(xiàng)組成和具體占比，才能真正全面地考察學(xué)生在本學(xué)科的綜合素養(yǎng)及伴隨而來的情感、思維成長，仍是一個(gè)需要長期探索和實(shí)踐的過程。

2 方法與措施

2.1 精挑細(xì)選好案例

依照當(dāng)前的學(xué)情特點(diǎn)，課程教學(xué)內(nèi)容在保證專業(yè)知識(shí)系統(tǒng)性、邏輯性和完整性的同時(shí)，趣味性顯得尤為重要[2]，其中案例式教學(xué)是專業(yè)課最常用的教學(xué)模式[3]。在問題導(dǎo)入階段，首選一些生活中“看得到”、“聽得到”的實(shí)例為第一層次案例，該類案例最能引起學(xué)生的興趣。例如在沉淀分離法中，選擇安康市鎮(zhèn)坪縣“神仙豆腐”的制作工藝作為凝聚技術(shù)的對(duì)應(yīng)案例，分析其中草木灰的作用，對(duì)比發(fā)現(xiàn)凝聚技術(shù)和絮凝技術(shù)的差異所在。在加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)理解的同時(shí)，亦可推動(dòng)地方特色文化的傳承弘揚(yáng)，為專業(yè)課程的“課程思政”添加育人元素。再例如商超中“蔬菜農(nóng)殘檢測公示欄”的數(shù)據(jù)如何而來，無乳糖牛奶/ 奶粉如何生產(chǎn)，小區(qū)內(nèi)的直飲水機(jī)如何工作，以及超臨界流體萃取在低咖啡因咖啡生產(chǎn)中的應(yīng)用，泡沫浮選分離法在金礦石提煉中的應(yīng)用等，這些易見易得的案例比一般學(xué)術(shù)性或?qū)I(yè)性的例子更直觀更具吸引力，更能激發(fā)學(xué)生一探究竟的興趣。持續(xù)的內(nèi)源動(dòng)力可有效中和專業(yè)課程理論內(nèi)容枯燥乏味帶來的學(xué)習(xí)倦怠，提升專業(yè)知識(shí)獲得后的成就感和記憶度。

2.2 百家之長集一言

如前所述，由于分離與富集技術(shù)涉及面廣，在教學(xué)側(cè)重點(diǎn)安排上又是一大難題。在教學(xué)團(tuán)隊(duì)的組建上，注重授課教師學(xué)科背景的協(xié)同與互補(bǔ)，集百家之長是保證課程內(nèi)容科學(xué)性和先進(jìn)性的重要保障。本課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)中，授課教師來自應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、制藥工程、材料化學(xué)等多個(gè)專業(yè)，每位老師對(duì)分離與富集技術(shù)在本專業(yè)中的應(yīng)用必定如數(shù)家珍，易做到突出課程特色，規(guī)避知識(shí)點(diǎn)重疊，每位老師只負(fù)責(zé)自己最擅長的模塊，這樣才有望真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程中的“低耗高效”。團(tuán)隊(duì)式合作教學(xué)可為學(xué)生提供更為豐富的視角和思路，可有效增強(qiáng)師生間及教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員間的互動(dòng)，對(duì)課堂教與學(xué)的雙邊活動(dòng)都有極大的促進(jìn)和提升作用。此外，學(xué)生對(duì)本校教師的研究方向有更多了解，促使部分學(xué)生直接參與教師的科研項(xiàng)目研究，或是選擇授課教師作為畢業(yè)論文指導(dǎo)教師。授課教師可以結(jié)合自己的課題內(nèi)容，將科研項(xiàng)目中涉及的分離與富集技術(shù)作為本課程第二層次的應(yīng)用案例。為激發(fā)學(xué)生求知欲，該類案例可采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，結(jié)合授課老師的研究課題，化整為零，拆分為若干小課題，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)制定預(yù)習(xí)任務(wù)，基于PBL(problem-based learning) 策略[4]，采用TBL(team-based learning) 模式[5]，通過學(xué)生查閱資料、課堂討論等方式自主探究并信息共享，最終合作完成任務(wù)，為將來畢業(yè)設(shè)計(jì)中分離富集方法的選擇提供可用參考。在此過程中，將教學(xué)改革回歸到專業(yè)問題本身，這樣更易達(dá)成教學(xué)與科研的互促共進(jìn)與融合[6]。再者，教師的科研實(shí)驗(yàn)室可作為第二課堂，由學(xué)生直接到現(xiàn)場觀摩學(xué)習(xí)分離富集相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作。

2.3 行業(yè)專家進(jìn)課堂

各種現(xiàn)代分離技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，對(duì)學(xué)科教學(xué)提出了更多更高的要求。為貫通理論與實(shí)踐間的溝塹，提高學(xué)生在理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作中發(fā)現(xiàn)、分析和解決實(shí)際問題的能力[7]，開展“雙師課程”合作教學(xué)，即邀請(qǐng)企事業(yè)單位一線工程師參與教學(xué)，將行業(yè)產(chǎn)業(yè)中最新最常用的分離和富集技術(shù)引入課堂。將校外教師日常實(shí)際工作內(nèi)容作為本課程第三層次的應(yīng)用案例，加深學(xué)生對(duì)各種分離技術(shù)基本原理的理解，洞悉行業(yè)最前沿的發(fā)展動(dòng)態(tài)，增加對(duì)分離技術(shù)行業(yè)現(xiàn)狀的認(rèn)知，有效縮短學(xué)校與行業(yè)企業(yè)間的距離，助力應(yīng)用型人才的培育，提高學(xué)生在本專業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的就業(yè)層次[8]。未來在畢業(yè)實(shí)習(xí)或就業(yè)實(shí)習(xí)階段，由于學(xué)生分析、解決實(shí)際問題的能力有著明顯的增強(qiáng)，因此能迅速適應(yīng)入職后角色的轉(zhuǎn)變。校外一線工程師100%的真實(shí)案例可有效彌補(bǔ)以往純理論教學(xué)遠(yuǎn)離實(shí)踐實(shí)際需求的短板和不足，對(duì)接實(shí)現(xiàn)需求導(dǎo)向教育(outcome-based education, OBE)[9]。同時(shí)，當(dāng)前就業(yè)形勢(shì)下，基于產(chǎn)教融合的校企聯(lián)合培養(yǎng)模式極具現(xiàn)實(shí)意義，以提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和綜合學(xué)科素養(yǎng)為目標(biāo)，直接對(duì)接社會(huì)需求和行業(yè)需求。畢業(yè)設(shè)計(jì)選題時(shí)，部分題目是校企聯(lián)合指導(dǎo)，通過本課程的行業(yè)專家進(jìn)課堂，有助于學(xué)生提前了解企業(yè)導(dǎo)師研究方向，為后期選題提前做準(zhǔn)備。此外，在對(duì)接單位設(shè)立分課堂，依托其生產(chǎn)車間、檢測實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)施，開展案例式課堂教學(xué)，可作為本課程實(shí)踐教學(xué)的第二課堂。通過上述多人參與和校企合作教學(xué)，組建一支專業(yè)性強(qiáng)、理論實(shí)踐兼通兼長的課程團(tuán)隊(duì)。

2.4 “第二課堂”新陣地

課堂學(xué)習(xí)時(shí)間畢竟是有限的，況且“紙上得來終覺淺”，如何讓學(xué)習(xí)延伸在課堂之外，讓學(xué)生覺得課堂所學(xué)有用武之地，“第二課堂”的設(shè)立起到了關(guān)鍵作用，成為理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐探索相結(jié)合的重要平臺(tái)。授課教師的科研實(shí)驗(yàn)室可以作為本課程實(shí)踐教學(xué)的“第二課堂”，老師們的科研項(xiàng)目多是前沿性的基礎(chǔ)性研究課題，實(shí)驗(yàn)中必定包含分離富集的基礎(chǔ)操作。如涉及有機(jī)合成的實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)度時(shí)，制板、點(diǎn)板是再基本不過的操作，而對(duì)于一些未接觸過此類實(shí)驗(yàn)的同學(xué)來講，只能在課堂上聽到一連串空洞的理論知識(shí)點(diǎn)：鋪板方式、黏合劑種類、點(diǎn)樣方式和展開方式等等。借助教師的科研實(shí)驗(yàn)，完全有機(jī)會(huì)讓每位同學(xué)都動(dòng)手完成一次完整的上述操作，結(jié)合課題內(nèi)容，將課堂所學(xué)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐能力，這是理論到實(shí)踐的第一步。下一步是學(xué)生進(jìn)入生產(chǎn)車間，觀摩一線工程師現(xiàn)場操作，認(rèn)識(shí)并初步了解分離相關(guān)的化工單元操作，如吸附、膜分離和超臨界萃取等，借助課堂上的案例式講解，知其然并知其所以然。這是學(xué)生與生產(chǎn)實(shí)踐的近距離接觸，是人才培養(yǎng)能與產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊密結(jié)合的基礎(chǔ)保障。學(xué)科類競賽如大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)賽也是課程教學(xué)“第二課堂”的主陣地，實(shí)驗(yàn)競賽是提高學(xué)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)意識(shí)的重要平臺(tái)，也是理論知識(shí)內(nèi)化和學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)的重要途徑[10]。再例如大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，是理論與實(shí)踐的初步融合，是一個(gè)有意識(shí)的創(chuàng)作過程[11]。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)和了解雙水相萃取的原理和系統(tǒng)特征之后，提出了將其用于陜南中藥材有效成分提取的設(shè)想，隨后學(xué)生通過查閱資料來探討課題的可行性，總結(jié)撰寫項(xiàng)目申請(qǐng)書。這是以理論所學(xué)來指導(dǎo)實(shí)踐探索，再以實(shí)踐探索來消化理論所學(xué)。

2.5 實(shí)驗(yàn)視頻DIY

由于不開設(shè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)課程，在授課過程中，經(jīng)常需要向?qū)W生展示一些實(shí)驗(yàn)操作的視頻來加深課堂印象，如溶劑萃取、吸附層析操作、薄層板的制作、聚丙烯酰胺凝膠電泳等。之前視頻往往從網(wǎng)上收集，多存在分辨率不足或與授課重點(diǎn)不相符的情況。基于2000 年后出生的學(xué)生的自媒體人屬性，這些視頻的錄制工作完全可由學(xué)生自行完成，從“劇本”設(shè)計(jì)，到視頻錄制剪輯，再到配音和字幕制作，學(xué)生負(fù)責(zé)整個(gè)過程的規(guī)劃統(tǒng)籌，教師只負(fù)責(zé)指導(dǎo)把關(guān)。作為課堂展演視頻，學(xué)生會(huì)自覺提高對(duì)自己的要求，開始前反復(fù)調(diào)研驗(yàn)證，容不得一絲疏漏，制作過程中更是反復(fù)打磨，精益求精。當(dāng)一段完整精美的實(shí)驗(yàn)視頻呈現(xiàn)在課堂上，學(xué)生的自豪感和成就感是不言而喻的，無形中增加了學(xué)生對(duì)行業(yè)專業(yè)的認(rèn)可度。通過該方式可直接提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能，大幅度規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)和專業(yè)素養(yǎng)無形中得到提升，其產(chǎn)生的記憶效果遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課，有利于變知識(shí)識(shí)記為知識(shí)內(nèi)化。

2.6 學(xué)而時(shí)習(xí)好習(xí)慣

如前所述，分離與富集技術(shù)課程背景跨度大，內(nèi)容又過于龐雜，學(xué)習(xí)過程中的階段性總結(jié)必不可少。在每種分離富集技術(shù)學(xué)習(xí)完成后，以小組為單位由學(xué)生進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)總結(jié)，理清知識(shí)脈絡(luò)，繪制思維導(dǎo)圖，在課堂上進(jìn)行匯報(bào)。不同于傳統(tǒng)筆記的線性邏輯，思維導(dǎo)圖是聚集思維和發(fā)散思維并舉的圖形思維工具，最接近人腦思維方式，方便學(xué)生對(duì)知識(shí)的“整體”進(jìn)行把握與展望。雖然內(nèi)容可能只有一兩張圖片，匯報(bào)時(shí)間可能只有短暫的幾分鐘，也可能學(xué)生的總結(jié)并不到位，但歸納總結(jié)過程對(duì)學(xué)生學(xué)科綜合素養(yǎng)的提升有著潛移默化的影響，且該教學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況的考察也是直接有效的。此外，現(xiàn)階段期末卷面考核時(shí)仍以主觀識(shí)記內(nèi)容為主，為減輕學(xué)生記憶上的負(fù)擔(dān)，基于雨課堂等智慧教學(xué)工具，采用SPOC(small private online course)[12]模式，即每章進(jìn)行一次線上單元測試，得分按比例計(jì)入綜合考核成績，測試內(nèi)容圍繞知識(shí)主線展開，題目數(shù)量不宜過多。如此對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行拆分，分模塊考核，有助于核心知識(shí)點(diǎn)的提取強(qiáng)化，有利于學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)的把握。

3 結(jié)語

綜上，分離與富集技術(shù)課程作為一門內(nèi)容龐雜的技術(shù)性專業(yè)基礎(chǔ)課程，在教學(xué)改革過程中存在著諸多實(shí)際困難。在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中，通過應(yīng)用案例分層次篩選、多種教學(xué)模式方法聯(lián)用、開展“雙師課程”教學(xué)、開設(shè)“第二課堂”等幾項(xiàng)嘗試性措施后，有效激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)動(dòng)力，突顯了學(xué)生主體地位，實(shí)現(xiàn)理論實(shí)踐精準(zhǔn)對(duì)接，有助于學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)和實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提升，達(dá)成需求導(dǎo)向的應(yīng)用型人才培養(yǎng)。然而，教學(xué)改革是一個(gè)長期的持續(xù)性優(yōu)化過程，加之開課時(shí)間尚短，分離與富集技術(shù)的課程改革仍需在實(shí)踐中不斷地探索完善。