基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下的化工綜合實驗教學(xué)研究

田青梅，熱則耶·熱合米圖力，劉舜，沈蓉，許孝玲*，劉艷升,2

[1. 中國石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)，新疆克拉瑪依 834000；2. 中國石油大學(xué)（北京），北京 102249]

2015年中國石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)成立后，化學(xué)工程與工藝專業(yè)成為校區(qū)重點建設(shè)專業(yè)、自治區(qū)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)重點專業(yè)?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)在近7 a的辦學(xué)過程中，以工程創(chuàng)新能力兼顧化學(xué)化工基礎(chǔ)科學(xué)創(chuàng)新能力以及工程技術(shù)能力兩方面能力培養(yǎng)為目標，立足于“絲綢之路經(jīng)濟帶”建設(shè)，依托克拉瑪依強大的石油石化企業(yè)支撐的實習(xí)實訓(xùn)體系，以解決實際問題為抓手，強化知識應(yīng)用能力、工程和設(shè)計創(chuàng)新能力、技術(shù)創(chuàng)新能力，注重工程經(jīng)驗和國家設(shè)計標準，注重應(yīng)用專業(yè)軟件工具解決工程問題，人才培養(yǎng)成效顯著，升學(xué)（學(xué)術(shù)能力）和就業(yè)表現(xiàn)（工程能力）兩方面都十分突出。2020年首屆畢業(yè)生就業(yè)率高達92%，其中在新疆就業(yè)的達到36.5%，深造率為33.8%。就業(yè)第一年，全部同學(xué)通過崗位考核，4位同學(xué)獲得獨山子石化公司（以下簡稱獨石化）優(yōu)秀實習(xí)生；2位同學(xué)已升任裝置副主操。學(xué)校人才培養(yǎng)成效獲得企業(yè)好評。

化工綜合實驗課程是在基礎(chǔ)實驗課程的基礎(chǔ)上開設(shè)的，目的是進一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、訓(xùn)練科研能力。到目前為止，國內(nèi)的很多高校都已經(jīng)開始重視并探討化工綜合實驗的教學(xué)改革，例如哈爾濱石油學(xué)院的董維[1]提出化工綜合實驗的教學(xué)改革，不僅是傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革，同時實驗項目的設(shè)置要更加科學(xué)，以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。內(nèi)蒙古科技大學(xué)的周晨亮等人[2]針對化工專業(yè)綜合實驗的教學(xué)特點和教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的實際問題，制定了教學(xué)方法和考核制度，讓學(xué)生主動參與到教學(xué)考核過程中，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。

目前，化工與環(huán)境系為化學(xué)工程與工藝專業(yè)的本科生開設(shè)的實驗課程有無機與分析化學(xué)實驗、有機化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗I、物理化學(xué)實驗Ⅱ、化工原理實驗I、化工原理實驗Ⅱ、石油加工實驗、化學(xué)反應(yīng)工程實驗、現(xiàn)代儀器分析與實驗，以上課程均是根據(jù)相應(yīng)的理論課程開設(shè)，并且大多數(shù)是驗證性實驗，不利于學(xué)生思考能力和實踐能力的提升。除此之外，實驗教學(xué)過程中存在實驗儀器與設(shè)備滿足不了實驗項目多且實驗時間集中的情況，導(dǎo)致大部分學(xué)生沒有足夠的時間預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容，實驗前只是按照講義上的內(nèi)容進行簡單抄寫[3]。在實驗過程中，按照教師講解的步驟做實驗，沒有深度參與實驗設(shè)計與分析，因此實驗課程的教學(xué)效果不理想。為了進一步提升學(xué)生的實踐能力和動手能力，以劉艷升教授為核心的教學(xué)團隊提出了“對實驗教學(xué)內(nèi)容進行升級改造，充分利用現(xiàn)有教學(xué)和科研實驗室的各類儀器設(shè)備，加強綜合性和探索研究性訓(xùn)練，促進學(xué)生綜合能力提升”的教學(xué)改革思路，將應(yīng)用教學(xué)和科研實驗室各類儀器設(shè)備組合，設(shè)計了10類化工綜合實驗?；ぞC合實驗在第七學(xué)期開設(shè)，學(xué)生可依據(jù)現(xiàn)有的儀器設(shè)備及實驗條件自主設(shè)計研究內(nèi)容，為后續(xù)畢業(yè)論文的開展奠定良好的基礎(chǔ)。

1 教學(xué)設(shè)計

在綜合實驗課程的教學(xué)設(shè)計過程中以“興趣激發(fā)”為導(dǎo)向，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生深度參與到實驗中來。設(shè)計教學(xué)內(nèi)容時充分考慮了學(xué)校特色，結(jié)合現(xiàn)有的實驗條件，提出了如表1所示的實驗項目。

表1 化工綜合實驗教學(xué)內(nèi)容

1）綜合性實驗：教師僅提出研究背景和指導(dǎo)方向，不對實驗步驟進行詳細介紹，給學(xué)生充分的時間和空間進行思考；學(xué)生通過文獻調(diào)研了解所選實驗項目的研究背景，結(jié)合現(xiàn)有的實驗條件制定合理的實驗方案，與指導(dǎo)教師溝通確認后獨立開展相關(guān)實驗。

2）設(shè)計性實驗：在前期科研訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，學(xué)生應(yīng)能將所學(xué)知識快速運用到新的實驗項目中，通過不斷地探索拓寬知識面，進而提高自身的科研能力。學(xué)生可依據(jù)大學(xué)生創(chuàng)新實驗室的研究方向及學(xué)院教師的科研課題，在上述實驗項目的基礎(chǔ)上自主設(shè)計實驗項目，自主探索，培養(yǎng)獨立解決問題的能力。

通過以上兩類實驗的訓(xùn)練，實現(xiàn)以下三個教學(xué)目標：①通過實驗課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)加深對理論知識的理解，深入理解理論與實踐的交互作用，學(xué)會從實驗中總結(jié)和提煉規(guī)律；②部分實驗項目是依據(jù)實際問題提煉和設(shè)計的研究性實驗，教師僅提出研究背景和指導(dǎo)方向，學(xué)生應(yīng)能通過查閱文獻自主設(shè)計實驗方案，獨立開展相關(guān)實驗并對實驗結(jié)果進行分析和討論，完成校內(nèi)科技創(chuàng)新和科研訓(xùn)練，以培養(yǎng)自身的文獻調(diào)研能力，提高創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，為后續(xù)畢業(yè)論文的開展奠定基礎(chǔ)；③培養(yǎng)學(xué)生嚴謹、認真的學(xué)習(xí)態(tài)度，提高學(xué)生的團隊合作意識。

2 實驗安排及要求

化工綜合實驗課程為32學(xué)時，具體安排如下：

1）查找資料、制定實驗方案（8學(xué)時）：實驗前2～3周學(xué)生以小組為單位根據(jù)所選實驗項目進行文獻調(diào)研，了解所選實驗項目的研究背景，擬定詳細的實驗方案，確定實驗過程中需要的實驗藥品及實驗設(shè)備；每周選取固定時間進行PPT匯報。教師針對學(xué)生所選實驗項目，通過提問考查學(xué)生對研究背景、研究內(nèi)容、實驗方法等的了解程度。PPT匯報時要求注明分工，小組內(nèi)每位學(xué)生都要參與進來；負責(zé)PPT匯報的學(xué)生依次輪流，不能固定某一位。

2）調(diào)試設(shè)備、進行實驗（24學(xué)時）：化工綜合實驗在第七學(xué)期開設(shè)，大部分學(xué)生忙于考研和找工作，空閑時間不固定，不適合參考常規(guī)實驗課程的實驗安排（如石油加工實驗，每周固定時間開設(shè)實驗課程），故實驗教學(xué)實行網(wǎng)上預(yù)約制[4-5]，學(xué)生可以根據(jù)自己的時間提前一天與指導(dǎo)教師預(yù)約，并提交相應(yīng)的實驗方案，經(jīng)指導(dǎo)教師同意后獨立開展相關(guān)實驗并對實驗結(jié)果進行記錄。

3）整理數(shù)據(jù)，撰寫實驗報告。

3 實驗報告形式

化工綜合實驗報告不再按照基礎(chǔ)實驗課程的報告要求書寫實驗?zāi)康模ㄒ螅?、實驗原理（概要）、實驗操作過程概述、實驗過程記錄、實驗結(jié)果分析等內(nèi)容[6]，綜合實驗更加注重研究思路及相應(yīng)的研究過程。實驗報告的形式應(yīng)嚴格按照我校本科生畢業(yè)論文的相關(guān)要求，具體內(nèi)容包括中英文摘要、中英文關(guān)鍵詞、文獻綜述、實驗方案、結(jié)果討論與分析、參考文獻六個部分，這樣不僅可以降低學(xué)生之間互相抄襲實驗報告的概率，還可以進一步提高學(xué)生文獻查閱及科技論文寫作的能力。

4 成績評價體系

成績評價體系不能只以實驗報告的好壞為依據(jù)，應(yīng)結(jié)合學(xué)生的綜合表現(xiàn)進行評分，具體可從實驗前的提問、實驗預(yù)習(xí)報告、實驗過程表現(xiàn)和實驗報告四個方面進行[7]，多維度考察更有利于學(xué)生實驗積極性及學(xué)習(xí)主動性的提高。

1）實驗前的提問：實驗開始前針對學(xué)生所選實驗項目，通過提問考查學(xué)生對研究背景、研究內(nèi)容、實驗方法等的掌握情況，結(jié)合PPT匯報時的綜合表現(xiàn)打分，共10分。

2）實驗預(yù)習(xí)報告：主要考查學(xué)生能否根據(jù)實驗要求，以專業(yè)理論知識為基礎(chǔ)，通過文獻調(diào)研，選擇可行的研究路線，并制定合理的實驗方案，共20分。

3）實驗過程表現(xiàn)：實驗過程表現(xiàn)包括操作能力和團隊組織協(xié)作兩部分。操作能力是對學(xué)生實驗操作能力的考核，觀察學(xué)生在實驗過程中的相關(guān)操作是否規(guī)范，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時糾正，避免后續(xù)實驗過程中出現(xiàn)同樣的錯誤。團隊組織協(xié)作是指在整個實驗過程中要善于傾聽其他組員的意見，遇到問題及時進行溝通，互幫互助共同完成實驗。其中：操作能力占50%，團隊協(xié)作占25%，團隊組織占25%，共20分。

4）實驗報告：考查學(xué)生是否按畢業(yè)論文的相關(guān)要求撰寫實驗報告、能否根據(jù)實驗方案的執(zhí)行情況對實驗結(jié)果進行深入分析和討論、能否根據(jù)所得實驗數(shù)據(jù)進行總結(jié)和提煉，共50分。

5 加強優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)隊伍的建設(shè)

建設(shè)一支具有豐富經(jīng)驗、良好科研水平、較強責(zé)任感的指導(dǎo)教師隊伍是化工綜合實驗課程順利進行的保障。本科生的知識儲備有限，在設(shè)定綜合性和設(shè)計性實驗項目的過程中，需要具有一定經(jīng)驗的教師來引導(dǎo)，并且設(shè)計實驗項目時不僅要考慮學(xué)生的實際學(xué)習(xí)水平，還要結(jié)合實驗室的具體情況，這就對教師隊伍提出了更高的要求。作為化工綜合實驗的指導(dǎo)教師，應(yīng)通過良好的科研訓(xùn)練，具備提煉關(guān)鍵科學(xué)問題、細化研究內(nèi)容的能力。除此之外，教師自身的知識儲備、邏輯思維及處理問題的方式方法均會對學(xué)生產(chǎn)生重要影響。因此，教師綜合素質(zhì)的培養(yǎng)是非常關(guān)鍵的，應(yīng)如期參與相關(guān)培訓(xùn)。指導(dǎo)教師不僅要努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識，還要不斷提高自身的專業(yè)素養(yǎng)。同時，也可以與克拉瑪依本地的相關(guān)企業(yè)聯(lián)合，定期邀請技術(shù)骨干到學(xué)校給學(xué)生講技術(shù)，講生產(chǎn)一線的實際案例；學(xué)生有疑問可以現(xiàn)場提問，技術(shù)骨干從工程實際的角度給予學(xué)生一定的指導(dǎo)。

6 本課程的特色與創(chuàng)新點

6.1 實驗項目由驗證性改為綜合性和設(shè)計性

我院化學(xué)工程與工藝專業(yè)目前所開設(shè)的實驗項目多為驗證性實驗，大部分學(xué)生對實驗課程的預(yù)習(xí)準備工作不重視，實驗前只是簡單地抄寫實驗講義。在實驗過程中，按照講義上規(guī)定的步驟進行操作，沒有深入地思考實驗的本質(zhì)，學(xué)生的收獲多限于基本實驗操作技能的練習(xí)和鞏固。改進后的實驗項目全部由驗證性改為綜合性和設(shè)計性，這樣做的好處是既充分利用了現(xiàn)有教學(xué)和科研實驗室的各類儀器設(shè)備，又鍛煉了學(xué)生獨立查閱文獻、結(jié)合所學(xué)知識解決實際問題的能力，為第八學(xué)期畢業(yè)論文的開展奠定基礎(chǔ)。

6.2 以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性

基礎(chǔ)實驗課程的教學(xué)方式主要以教師為中心[8]，實驗開始前任課教師根據(jù)學(xué)生人數(shù)提前安排分組，要求學(xué)生根據(jù)講義內(nèi)容進行預(yù)習(xí)，并完成相應(yīng)的預(yù)習(xí)報告。之后教師在課堂上進行對該實驗的目的、原理、操作及注意事項等進行講解。最后任課教師根據(jù)學(xué)生的實驗報告完成情況評定成績。這樣一來，雖然對專業(yè)實驗的學(xué)習(xí)進行了形式上的模擬，但是實驗教學(xué)的實踐性沒有充分發(fā)揮出來，不能提升學(xué)生獨立思考的能力。改進后的教學(xué)方式以學(xué)生為中心，指導(dǎo)教師發(fā)布多元化的實驗項目，學(xué)生根據(jù)自己的興趣自由選擇實驗項目，教師僅提出研究背景和指導(dǎo)方向，不對實驗步驟進行詳細介紹，給學(xué)生留有充分的時間和空間思考。通過文獻調(diào)研熟悉所選實驗項目的研究背景，自行制定實驗方案。除此之外，學(xué)生可依據(jù)現(xiàn)有的儀器設(shè)備及實驗條件設(shè)計自己感興趣的實驗項目。這充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性得到進一步提高。

6.3 注重學(xué)生合作、鍛煉協(xié)調(diào)能力

為了更好地鍛煉小組成員之間互相協(xié)作的能力，任課教師不再安排分組，學(xué)生根據(jù)自己的意愿自由組隊，4人/組。在文獻調(diào)研、實驗方案設(shè)計及實驗方案執(zhí)行的過程中以小組為單位，各成員之間要互相幫助，團結(jié)一致，共同完成實驗課題。這樣不僅可以培養(yǎng)他們的合作協(xié)調(diào)能力，還可以讓他們回歸實驗的主人翁身份，增強實驗的積極性和創(chuàng)造性。

7 結(jié)語

在化工綜合實驗的教學(xué)過程中融入了科學(xué)研究的思維方式和方法技能，實驗項目由驗證性改為綜合性和設(shè)計性，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所選實驗項目獨立地找出問題所在并積極探究解決問題的方法，增加了實驗的探索性和研究性，進而提高學(xué)生的科研熱情和創(chuàng)新意識，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。教師通過文獻調(diào)研、PPT匯報來強化學(xué)生的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)；實驗過程中充分尊重學(xué)生的想法，讓學(xué)生回歸實驗的主體地位，體驗實驗的趣味性，培養(yǎng)獨立思考和解決問題的能力；對實驗報告形式和成績評價體系進行改革，多維度考查更有利于學(xué)生實驗積極性及學(xué)習(xí)主動性的提高。整個實驗過程中，小組成員之間互幫互助，分工協(xié)作，培養(yǎng)團隊合作意識。通過以上教學(xué)過程，使學(xué)生由被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾魈剿鳎瑢W(xué)習(xí)模式的轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合實踐能力的提高奠定了基礎(chǔ)。