化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

岳前升，吳洪特 (長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探討

岳前升，吳洪特 (長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

探討了以培養(yǎng)提高學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為宗旨的化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方法和手段。借鑒長江大學(xué)湖北省高等學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心“三層一線”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，通過對化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)全面整合，實(shí)施了3個層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。通過整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程設(shè)計(jì)等課程相結(jié)合，使工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿于實(shí)踐教學(xué)的全過程。通過將教學(xué)融入科研實(shí)踐活動，引導(dǎo)學(xué)生自覺的聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行創(chuàng)新思維和思考，在更深層次上激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

化學(xué)工程與工藝專業(yè)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；工程實(shí)踐能力；創(chuàng)新能力

隨著科學(xué)技術(shù)和市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，化學(xué)工程與工藝專業(yè)已經(jīng)從傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)轉(zhuǎn)變成為通用的過程工程專業(yè)，不論學(xué)生日后從事何種類型的工作，工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力都是非常重要的基本素質(zhì)之一。而這2個能力的培養(yǎng)恰恰是目前我國工程類專業(yè)本科教學(xué)中的薄弱環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理工科專業(yè)本科教學(xué)的重要內(nèi)容，對實(shí)現(xiàn)以上2個能力的培養(yǎng)目標(biāo)有著理論教學(xué)不可代替的重要作用[1-4]。因此，相關(guān)高等院校及教育研究機(jī)構(gòu)都加大了對改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，著力培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力方面的研究力度，取得了一些成果和經(jīng)驗(yàn)[2-3, 5-6]。在此，筆者借鑒其他院校教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對長江大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行了初步探索。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的中心環(huán)節(jié)。在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，工程類實(shí)驗(yàn)主要處于理論教學(xué)的依附地位，教學(xué)內(nèi)容陳舊，很多工程類實(shí)驗(yàn)僅僅停留在驗(yàn)證書本的單一原理、經(jīng)典結(jié)論或只對學(xué)生進(jìn)行技能性訓(xùn)練，這對于現(xiàn)代化工工程師必須熟悉的化工生產(chǎn)操作、控制系統(tǒng)以及能開發(fā)設(shè)計(jì)復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)的要求有很大的差距[7-8]，鑒于此情況，筆者對實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行了全面的整合。借鑒長江大學(xué)湖北省高等學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心較為完善的“化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層，綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)層，研究創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)層，以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新意識為主線”的“三層一線”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系[7-8]，對化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行全面整合，單獨(dú)設(shè)課、單獨(dú)考核，也實(shí)行了驗(yàn)證型、綜合設(shè)計(jì)型科研和研究創(chuàng)新型3個層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。所不同的是，在這3個層次的實(shí)驗(yàn)中除一些經(jīng)典和必須要進(jìn)行技能型訓(xùn)練的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)外，增大了綜合設(shè)計(jì)型和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的比例，達(dá)到70%以上，將教學(xué)的重點(diǎn)放在培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力上面。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和手段

2.1整合教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使2個能力的培養(yǎng)貫穿于整個實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

在以往的化學(xué)過程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，都是依附于理論課，其實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和教學(xué)內(nèi)容都是對理論課所教原理和結(jié)論的單一驗(yàn)證或證明。即使有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也涉及到一些其他二級學(xué)科領(lǐng)域，但在教材上已經(jīng)進(jìn)行了事先綜合，對學(xué)生而言仍然是照方抓藥式的實(shí)驗(yàn)過程。且合成實(shí)驗(yàn)只管合成，工程實(shí)驗(yàn)只管單元過程，兩者割裂，無法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)不到培養(yǎng)和提高學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的目的。針對此情況，筆者對其進(jìn)行了全面整合。

1)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn) 對綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)過程的確定上，選取涉及合成、分析化學(xué)、儀器分析等工程實(shí)驗(yàn)全過程的大綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，把學(xué)生所學(xué)的《精細(xì)有機(jī)合成》、《化工工藝學(xué)》、《化工熱力學(xué)》、《化工原理》等課程的原理及基本實(shí)驗(yàn)技能整合到同一個系列實(shí)驗(yàn)中，使學(xué)生對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力得以大幅度提高。在實(shí)驗(yàn)過程安排上，可使合成、表征及分析和工程實(shí)驗(yàn)相對獨(dú)立，但在內(nèi)容上前后呼應(yīng)、融為一體。此外，對同一物質(zhì)的合成，可首先由指導(dǎo)老師給出幾個工藝方案，將學(xué)生分為幾組，通過查找資料，結(jié)合所學(xué)的理論知識及基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能，在老師的指導(dǎo)下由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后從中篩選出2～3個較為合理可行的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，并組織學(xué)生對幾種工藝方案所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在工藝條件、質(zhì)量、成本、環(huán)保等方面進(jìn)行綜合對比討論，針對某些缺陷是否可進(jìn)行改進(jìn)或有進(jìn)行改進(jìn)的研究切入點(diǎn)等，由此培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和創(chuàng)新能力。

2)合成、表征及分析實(shí)驗(yàn)方面的內(nèi)容 對該實(shí)驗(yàn)所得的粗產(chǎn)品，可按不同工藝方案集中保留，待工程實(shí)驗(yàn)時，仍然對學(xué)生按不同工藝方案合成的該產(chǎn)品分組進(jìn)行壓濾、精餾、干燥等精制單元操作。這樣，就使該產(chǎn)品的制備從常規(guī)實(shí)驗(yàn)室合成過渡到了工程實(shí)驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)了合成、分析到工程實(shí)驗(yàn)的全過程大綜合，使學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力及工程意識有了一次全面的培養(yǎng)提高。

2.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程設(shè)計(jì)相結(jié)合

在工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中，課程設(shè)計(jì)是一個很重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，涉及到多門專業(yè)課和相關(guān)基礎(chǔ)課在工程設(shè)計(jì)中的綜合應(yīng)用，對培養(yǎng)和提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力非常重要。而在以往的課程設(shè)計(jì)中，往往是就課程設(shè)計(jì)而設(shè)計(jì)，與學(xué)生所進(jìn)行的其他實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)割裂開來，不能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，最后成為應(yīng)付差事的一個過程。針對這種情況，筆者將合成和工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的各個環(huán)節(jié)加以分解，以此為對象，在老師的指導(dǎo)下由學(xué)生進(jìn)行一個單元操作的課程設(shè)計(jì)。讓學(xué)生通過查閱資料、選擇設(shè)計(jì)參數(shù)，利用所學(xué)知識對實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全及環(huán)保等角度綜合考慮工程問題，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)想、分析和解決工程實(shí)際問題的能力。這樣，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)有機(jī)的結(jié)合起來，實(shí)用性強(qiáng)，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也為學(xué)生在日后進(jìn)行的綜合性設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入科研實(shí)踐活動

對于工科類院校專業(yè)而言，科研項(xiàng)目大部分都與工程實(shí)際聯(lián)系緊密，這為培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力提供了一個非常好的平臺，也為高年級學(xué)生的研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)提供了豐富的潛在資源。因此，必須充分加以利用。①可以由承擔(dān)科研項(xiàng)目的老師提出課題供學(xué)生選擇，同時，老師也從多方面對學(xué)生進(jìn)行考察，雙向選擇。這樣，讓學(xué)生融入到科研過程的全過程，進(jìn)行相對獨(dú)立的與工程實(shí)踐緊密聯(lián)系的科研活動，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，使學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力得到全面的提升。②要把科研成果或科研活動中經(jīng)典和成熟的工作及時的轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，并通過和科研活動自行研制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器設(shè)備。這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器設(shè)備既與學(xué)生所學(xué)的專業(yè)具有緊密的聯(lián)系，又體現(xiàn)了本專業(yè)在社會實(shí)踐中較為前沿和先進(jìn)的內(nèi)容和方法。反過來，又可通過學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程和使用儀器時，檢驗(yàn)該內(nèi)容和儀器設(shè)備的成熟合理程度，即實(shí)踐檢驗(yàn)過程，并思考能否進(jìn)一步修改或創(chuàng)新，使其更符合實(shí)驗(yàn)，更成熟合理等。這樣，會使學(xué)生充分體會到自己所做的實(shí)驗(yàn)是本專業(yè)在實(shí)際應(yīng)用中前沿性科研的一部分，創(chuàng)新和發(fā)展是在實(shí)踐活動中不斷進(jìn)步的，且這些活動就發(fā)生在自己身邊，自己也加入了其中，由此引導(dǎo)學(xué)生自覺地聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行創(chuàng)新思維和思考，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

4 結(jié) 語

化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力起著非常重要的作用，對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、方法、手段，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與科研相結(jié)合及實(shí)驗(yàn)室管理等方面的研究和探索都在不斷的深化，每個學(xué)校的具體情況、特色等都不盡相同，因此，探索一條以培養(yǎng)學(xué)生2個能力為宗旨，具有各自學(xué)校或?qū)I(yè)鮮明特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)之路任重而道遠(yuǎn)。

[1]于兵川, 吳洪特, 童金強(qiáng). 科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目初探[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2009, 28(1): 133-135.

[2] 何選明, 王世杰, 王光輝，等. 化學(xué)工程與工藝專業(yè)工程實(shí)踐能力培養(yǎng)體系構(gòu)建與實(shí)踐[J].化工高等教育, 2010 (3): 63-67.

[3] 張燕青, 魯?shù)缕? 楊世芳. 化學(xué)工程與工藝專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索[J]. 化工高等教育, 2010(2): 15-18.

[4] 于兵川, 吳洪特. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2010, 29(2): 76-77, 87.

[5] 徐鴿, 楊柳新. 化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)的改革與探索[J]. 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù), 2007, 5(3): 77-79.

[6] 褚睿智, 孟獻(xiàn)梁, 朱佳媚，等. 提高化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的改革與實(shí)踐[J]. 化工高等教育, 2007(1): 28-29, 66.

[7] 吳洪特, 于兵川. 《化工原理實(shí)驗(yàn)》“三層一線”教學(xué)體系的構(gòu)建[J]. 長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 7(3): N393-395.

[8] 吳洪特, 于兵川. 工程教育在化工仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的體現(xiàn)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2010, 29(11): 335-337.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.04.053

N4

A

1673-1409(2012)04-N148-03

2011-11-20

高等學(xué)校第6批特色專業(yè)專項(xiàng)建設(shè)基金項(xiàng)目(教高函[2010]15號)；長江大學(xué)教研項(xiàng)目(JY2010005)。

岳前升(1973-)，男，1996年大學(xué)畢業(yè)，博士，副教授，現(xiàn)主要從事化學(xué)工程與工藝方面的教學(xué)與研究工作。