新工科背景下化工類專業(yè)開放性實驗教學(xué)改革與研究

摘 要 新工科建設(shè)背景下，結(jié)合地方高校化工專業(yè)人才培養(yǎng)要求，立足濰坊科技學(xué)院發(fā)展現(xiàn)狀，深化實驗教學(xué)模式改革，大力開展開放性實驗教學(xué)，引進優(yōu)秀的實驗教學(xué)師資，構(gòu)建完善的實驗教學(xué)體系。通過創(chuàng)新和改革，培養(yǎng)具備較強創(chuàng)新意識和實踐動手能力的新工科人才。

關(guān)鍵詞 新工科；開放性實驗；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.423 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）19-00-03

0 引言

近年來，新工科建設(shè)成為我國高等教育的重要議題。2017年初，《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》發(fā)布，指出新工科是一種全新的工程教育理念，是工程教育改革的重要方向和重大舉措，它代表了工程教育發(fā)展的新趨勢，旨在應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，推動高校落實國家戰(zhàn)略和滿足經(jīng)濟社會發(fā)展需求，加快培養(yǎng)一批符合產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)創(chuàng)新需要、具有國際競爭力的高水平人才。新工科要求學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備扎實的學(xué)科理論知識，較強的創(chuàng)新能力，能夠?qū)I(yè)理論知識、創(chuàng)新實踐能力以及工程應(yīng)用能力相互融合。

各高校應(yīng)根據(jù)自身的特點和優(yōu)勢，主動尋求突破口，積極推進符合自身定位和區(qū)域發(fā)展特色的實踐教學(xué)改革，幫助學(xué)生不斷提高實踐能力和創(chuàng)新能力[1]，以更好地適應(yīng)經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

開放性實驗教學(xué)在國外許多高校得到開展與實施，20世紀60年代初美國首次提出開放性物理實驗教學(xué)改革的理念。例如，明尼蘇達大學(xué)機械工程系的項目設(shè)計課程和英國高校的實驗課程都體現(xiàn)出開放性實驗教學(xué)的特色，強調(diào)學(xué)生的自主實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。1979年，我國西安交通大學(xué)黃嘉豫教授率先提出了開展開放性實驗教學(xué)的倡議。開放性實驗教學(xué)是通過全面開放實驗室或者部分開放實驗室，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力[2]。開放性實驗教學(xué)模式可以提高教學(xué)質(zhì)量，是高校實驗教學(xué)改革的必然趨勢。筆者在開放性實驗教學(xué)方面進行了以下方面的探索。

1 提出合理的改革措施

1.1 提出具體的實驗教學(xué)改革方案

實驗教學(xué)是國家課程方案規(guī)定的重要內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑。組建開放性實驗教學(xué)團隊，開發(fā)實驗教學(xué)信息化管理系統(tǒng)，修訂培養(yǎng)方案中的考核指標(biāo)，提出合理的開放性實驗教學(xué)改革方案，完成從傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式向開放性實驗教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。

1.2 建設(shè)開放性實驗室

開放性實驗教學(xué)需要場地，需要提升時間和空間上的自由度，所以在開展開放性實驗教學(xué)期間，實驗涉及的儀器、設(shè)備均全天開放預(yù)約使用，以便于學(xué)校合理安排時間[3]。實驗室的開放解決了實驗課的設(shè)備數(shù)不夠、學(xué)生人數(shù)多、動手機會少等一系列問題，推動實驗教學(xué)資源利用最大化。另外，在開放性實驗教學(xué)過程中，能夠發(fā)現(xiàn)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中不夠完善的地方，進一步補充實驗所需的儀器數(shù)量，推動實驗室的建設(shè)[4]。

1.3 建立一支理念先進、學(xué)術(shù)水平高的實驗教學(xué)隊伍

人才培養(yǎng)理念需從傳統(tǒng)工科向新工科轉(zhuǎn)變，濰坊科技學(xué)院通過制定一系列制度，加強實驗教學(xué)隊伍建設(shè)，鼓勵具有博士學(xué)位的教師加入實驗教學(xué)隊伍，讓他們擔(dān)任指導(dǎo)教師，形成一支教育思想先進、科研意識強、勇于改革創(chuàng)新、實驗經(jīng)驗豐富的高水平師資隊伍。高水平師資隊伍可以引領(lǐng)實驗教學(xué)改革方向。

1.4 構(gòu)建完善的開放性實驗教學(xué)體系

結(jié)合學(xué)校的實際，通過對開放性實驗教學(xué)進行探索和實踐，改進教育理念，將實驗教學(xué)改革作為教學(xué)改革的重要內(nèi)容。在制定培養(yǎng)方案時，確保實驗教學(xué)內(nèi)容與國家課程標(biāo)準相統(tǒng)一，將創(chuàng)新教學(xué)納入其中。進一步優(yōu)化實驗教學(xué)中心運行機制，建立實驗室管理平臺以方便師生選課；對本科生開放部分實驗室，充分利用實驗室資源，提高實驗室使用效率[5]。

2 開放實驗室的措施

2.1 配套實驗室開放資金

針對開放性實驗教學(xué)項目，專門設(shè)立配套的實驗資金，采取先申請后立項的形式，資金按時撥付，以利于項目的開展。項目由項目負責(zé)人全權(quán)負責(zé)，并帶領(lǐng)學(xué)生參與，組織項目團隊，確保開放性實驗教學(xué)的順利開展。

2.2 采取實驗課預(yù)約制度

借助實驗室教學(xué)管理平臺，對本科生開放實驗室，可以提前預(yù)約，鼓勵學(xué)生利用課余時間進行實驗探究，使他們能根據(jù)自己的情況合理安排時間，從而有助于學(xué)習(xí)專業(yè)理論知識，提高實踐能力和創(chuàng)新能力。對于報名參加各類科技競賽的學(xué)生，優(yōu)先安排實驗室，并指定專門教師輔導(dǎo)，充分利用實驗室現(xiàn)有資源幫助他們備賽。

2.3 聯(lián)合課題項目開放實驗室

根據(jù)實驗室的現(xiàn)狀，梳理實驗室的儀器設(shè)備，動員有興趣、研究積極性高、專業(yè)理論扎實的大學(xué)生加入教師的課題組，讓學(xué)生理論聯(lián)系實際，提高理論應(yīng)用和解決實際問題的能力。課題來源一般有兩種，可以是實驗室開放項目，也可以是教師的科學(xué)研究項目，指導(dǎo)教師和學(xué)生采用雙方自由選擇的方式。在項目研究過程中，發(fā)揮指導(dǎo)教師在項目推進中的主導(dǎo)作用，同時也發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生的實踐能力，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識，實現(xiàn)教學(xué)相長。

3 開放性實驗教學(xué)的步驟

3.1 學(xué)生自擬題目

實驗項目選題應(yīng)當(dāng)與社會生產(chǎn)實踐結(jié)合起來，學(xué)生可參與教師的科研項目，根據(jù)教科研項目內(nèi)容進行選題，選題要有新穎的思路，以解決實際問題為目的，同時具備一定的創(chuàng)新性和探索性。

3.2 學(xué)生自行設(shè)計實驗方案

學(xué)生根據(jù)預(yù)定的實驗題目分析實驗的基本原理，查找、閱讀相關(guān)文獻和資料，教師引導(dǎo)學(xué)生提出設(shè)計思路，寫出詳細的實驗方案。

3.3 教師審查方案并進行修訂

教師仔細閱讀學(xué)生的實驗方案，對學(xué)生進行引導(dǎo)，對設(shè)計方案不完善或者不合理的地方，指出存在的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，分析原因，并幫助他們設(shè)計出新的方案，對設(shè)計較為完善的實驗環(huán)節(jié)，教師給出肯定意見。教師與學(xué)生反復(fù)商討后，確定可行的執(zhí)行方案[3]，并指出實驗環(huán)節(jié)中有危險的環(huán)節(jié)，確保實驗安全。

3.4 學(xué)生開展實驗

根據(jù)最后敲定的實驗方案開展實驗，確定所需的藥品、儀器和設(shè)備，教師給予一定指導(dǎo)。在教師指導(dǎo)的前提下，學(xué)生自行配制溶液、安裝實驗裝置、裝配調(diào)試儀器，并做好原始數(shù)據(jù)的記錄，觀察實驗現(xiàn)象并及時記錄下來，充分激發(fā)學(xué)生的探索精神。

3.5 撰寫實驗報告

學(xué)生運用所學(xué)的專業(yè)理論知識分析在實驗中獲得的數(shù)據(jù)，結(jié)合所觀察到的現(xiàn)象處理數(shù)據(jù)，完成一份詳細的實驗報告。

3.6 教師匯總結(jié)果

在開放性實驗教學(xué)項目結(jié)束后，教師對實驗中出現(xiàn)的問題進行總結(jié)，對不合理的地方提出改進意見。并從設(shè)計方案、綜合實踐技能、實驗結(jié)果處理、參與度等方面給予一定的評價，考核學(xué)生的科學(xué)實驗?zāi)芰?，總結(jié)經(jīng)驗，為學(xué)生下一步的科學(xué)研究工作打下基礎(chǔ)。

4 教改效果

4.1 實驗室開放力度加大

構(gòu)建良好的實驗室開放環(huán)境，從封閉式管理逐步走向開放式管理，把實驗室的現(xiàn)有資源進行整合，提高實驗室和設(shè)備的利用率。

4.2 把科研項目帶進實驗室

在應(yīng)用型本科院校教學(xué)中，為了培養(yǎng)電化學(xué)方向?qū)I(yè)的創(chuàng)新型人才，教師應(yīng)當(dāng)改變傳統(tǒng)電化學(xué)專業(yè)實驗的教學(xué)理念，推進開放性實驗教學(xué)改革。因此，鼓勵學(xué)生參與開放性實驗教學(xué)，以加深他們對專業(yè)課程知識的理解，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，為學(xué)生將來繼續(xù)深造和從事相關(guān)研究工作積累經(jīng)驗[6]。例如，可以利用電化學(xué)工作站開展新型電極材料研究，學(xué)生創(chuàng)新能力得到提升，教師科研水平得到提升。

4.3 學(xué)生參加各類競賽

開放實驗室為學(xué)生提供了參與各類科技創(chuàng)新大賽的機會，成為學(xué)生備賽和自主實驗的場所，學(xué)科競賽被視為促進學(xué)生能力提升的重要載體，通過參與競賽，促使他們主動學(xué)習(xí)和提高創(chuàng)新實踐能力，這種方式提高了實驗教學(xué)質(zhì)量，有助于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

5 深遠意義

5.1 推進優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源共享

通過研究地方院校開放性實驗教學(xué)實踐，將優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源有效整合并利用網(wǎng)絡(luò)進行共享，提高實驗室和設(shè)備的利用率。

5.2 完善實驗教學(xué)體系，深化實驗教學(xué)改革

目前各高校實驗教學(xué)中仍存在學(xué)生興趣不高、資源配置不合理等問題，沒有形成復(fù)合型人才培養(yǎng)的實驗教學(xué)體系。建設(shè)開放實驗室，把課內(nèi)實驗和開放性實驗教學(xué)資源進行整合，可以完善實驗教學(xué)體系，適應(yīng)開放性實驗教學(xué)改革和創(chuàng)新的需要。

5.3 提高創(chuàng)新能力，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是高等院校的重要任務(wù)。傳統(tǒng)的課堂實驗限制了學(xué)生創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)，開放性實驗教學(xué)為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供了新的解決思路和方案。鼓勵學(xué)生創(chuàng)新，引導(dǎo)學(xué)生從多維度思考問題，把理論知識與實際問題聯(lián)系起來，提高創(chuàng)新能力[7]。

6 結(jié)束語

新工科建設(shè)背景下，濰坊科技學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)充分發(fā)揮省級特色學(xué)科的優(yōu)勢，充分利用學(xué)校實驗教學(xué)資源，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合設(shè)計能力為目標(biāo)，推動開放性實驗教學(xué)改革。開放性實驗教學(xué)改革經(jīng)過教師不斷的努力，取得了一定的教學(xué)成果，進一步縮小了與其他高校的差距，從教師隊伍、開放內(nèi)容、實驗平臺、管理制度以及評價體系等諸方面建立起適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)需求的體系。

實踐表明，開放性實驗教學(xué)在激發(fā)學(xué)生科研興趣、提高實踐操作能力、培養(yǎng)團隊意識和創(chuàng)新能力方面取得了顯著成效，主要體現(xiàn)在參與教師科研項目、參加國家級大學(xué)生創(chuàng)新大賽、發(fā)表論文、申請專利等方面。開放性實驗教學(xué)可以與企業(yè)合作，將企業(yè)的實際問題引入實驗室，推動產(chǎn)學(xué)研一體化?？傊?，開放性實驗教學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力和實踐技能具有重要作用，是高等學(xué)校實驗教學(xué)改革的重要方向。應(yīng)通過建立開放性實驗教學(xué)改革試點，使開放性實驗教學(xué)模式在應(yīng)用型本科院校各專業(yè)逐步普及。

7 參考文獻

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DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.19.0

*項目來源：濰坊科技學(xué)院2021年校級教學(xué)改革項目“新工科背景下化工類專業(yè)開放性實驗教學(xué)改革與研究”（編號：202120）。

作者簡介：劉金秀、孫曉麗，副教授；馮麗娟，教授。