三位一體家庭化培養模式的探索與實踐—碳一化工相關教育教學研究

傘曉廣，李 雪，孟 丹，高恩軍

(沈陽化工大學 化學工程學院，遼寧 沈陽 110142)

目前高校教師教學任務重、科研壓力大、加之學校日常工作處理，導致教師分身乏術。另一方面，本科生在課堂之后，師生溝通不暢，課后輔導不及時，對教師產生誤解。以上問題是困擾當前高校教育的瓶頸之一，也是高校教師和學生的主要矛盾之一[1-2]。研究生在學習和研究階段注重理論研究而與生產實踐脫節，導致其在學習階段迷茫、困惑，在就業和未來工作階段力不從心[3]。如何正確的解決這一矛盾，是當前教育教學工作者共同研究和探討的熱門課題，也是諸多高校急待解決的棘手問題。

我校高度重視以上教育上存在問題，建立了“本科生-碩士生-導師”三位一體家庭化培養模式，并將其應用于碳一化工相關教育教學，有效的緩解了上述問題。該教學模式將相關專業本科生分組，分別納入碳一化工相關教師的研究體系當中，讓其在課后參與到教師科研課題當中，達到學以致用，并能夠和教師保持良好的溝通渠道。碩士研究生起到承上啟下的作用，在協助導師指導本科生在理論學習和科學研究過程中，有效的緩解導師教學壓力，同時強化對自己研究內容的理解。在充分的掌握理論知識的基礎上，教師帶領自己的科研“家庭成員”分散式深入到學校國家級碳一化工為基礎的“化工過程虛擬仿真實驗教學中心”和“彰武金源化工有限公司”、“高化學碳一化工研究所有限公司”等教學實踐基地。避免學生集中扎堆式實踐學習造成的“看不到、進不去、不能碰、搞不清”等問題。有效的訓練學生與企業聯系、溝通，讓學生積累工業生產實踐經驗、了解碳一化工行業動態，與時俱進、知行合一，培養碳一化工領域實用型人才。“本-碩-師”三位一體家庭化培養模式，注重學生的碳一化工理論基礎，通過研究生為紐帶承上啟下，以工廠生產實習基地為依托提高學生生產實踐能力，有效緩解教師教學、科研之間的矛盾，提高學生理論聯系實踐能力，建立一種和諧的家庭化培養氛圍。

圖1 “本-碩-師”三位一體家庭化培養模式 在碳一化工教學中的應用

1 “本-碩-師”三位一體家庭化培養模式在理論教學中的應用

碳一化工，即：以一個碳原子的化合物(CO、CO2、甲烷、甲醇等)為原料合成化學產品，而研究這類催化反應及應用的科學稱之為碳一化工[4]。該課程是沈陽化工大學化學工程與工藝專業的主干專業課之一，是該專業煤化工方向的特色專業課程。傳統的教學方式著重介紹六大類化工產品性質、反應動力學、熱力學、主要生產工藝等知識，在常規課堂中灌輸給學生，隨之在期中和期末進行理論知識考試[5]。傳統教育方式的理論性較強、考試方式單一，學生在缺少實踐經驗的基礎上理解困難，知識枯燥，學習易浮于表面，理論是實踐脫節、并且與現代發展前沿相脫節，師生溝通少。如何有效的開展該課程教學，一直是教學研究中探討的主要問題之一。我們針對該課程特點，將相關專業學生進行分組(8人/組)，將每組學生都納入到不同教師的科研課題組中。讓本科生與研究生對接，構建“本-碩-師”三位一體家庭化培養模式。本科生深入了解碳一化工的科學研究前沿、行業動態，掌握學習目的，培養學習興趣的同時提高自己的理論知識的理解力，結合指導教師的科研課題學以致用。此外，該培養模式有效的解決了教師和學生見面少、溝通難的問題。本科生在參與教師科研課題的同時能夠及時向教師請教各種相關課程及專業知識，教師也能夠結合自己的科研內容有的放矢，更有效的讓學生理解相關專業知識，提高教學效果。研究生將自己所掌握的理論和實踐知識講解給本科生，在該過程中強化自己的專業知識，調動自身的學習主動性，例如在遇到自己不懂的科學問題時，會及時調研并與導師溝通從而得到自身的進步。本科生和碩士生的對接也極大的環節了教師的教學科研壓力，提高了教學效率。“本-碩-師”三位一體家庭化培養模式有效的構建了本科生、研究生、指導教師之間相互促進、教學相長、共同進步的良好教學氛圍，在理論教學過程中起到了積極作用。

2 “本-碩-師”三位一體家庭化培養模式在科研教學中的應用

高等學校開展科學研究，既是高等學校的重要職能之一，也是培養人才的有機組成部分[6]。堅持教學和科研相結合，引導本科生積極參與科研，培養大學生的科研創新能力也是當前高等教育改革的目標之一。傳統的科學研究模式是以導師和研究生為主體，本科生參與較少。當前高校教師尤其是青年教師科研任務重，研究工作任務量大，研究生數量較少，導致科研工作滯后。

“本-碩-師”三位一體家庭化培養模式將適當數量的本科生引入到科研體系中，針對碳一化工科學研究特點，精選出具有碳一化工特色的科研課題，例如“CO2催化劑加氫制備甲醇反應研究”、“二氧化碳、甲烷催化催化重整反應性能研究”、“二氧化碳、氫氣一步法制備二甲醚反應性能研究”等。讓學生與世界先進的科學研究技術接軌，了解目前碳一化工科學研究動向。深入了解碳一化工反應機理，直接接觸科研實踐活動。

本科生經過嚴格的實驗室安全培訓和實驗指導，在課余時間可以進行簡單的科研實驗操作，能夠有效緩解教師和研究生工作壓力。經過理論學習和科研實驗理解能夠形成自己提出問題、解決問題的能力，在課題組的科研研討過程中能夠提出問題并給出建設性意見，大大提高教師和研究生的科研效率。此過程也極大地培養了本科生的科學研究興趣，建了科研自信，潛移默化的提高自己的理論學習興趣，形成良性循環。碩士生在“本-碩-師”三位一體家庭化培養模式應用到科研教育中起到 “紐帶”作用。 相對于本科生，接觸科研課題更早、更深入，能夠利用自己所掌握的知識作為科研助手和教學助手幫助指導教師分擔教學任務，同時本科生的實驗操作和科研分析能力可以協助研究生的科研活動，促進科研分析能力。學校范圍內定期組織碳一化工相關研討會，促進本科生-碩士生-導師之間的相互交流，相互學習。該學術活動可以促進教師對本科生和研究生進行理論知識和學術指導，同時還可以促進研究組之間的學術交流，有利于解決科研問題。

3 “本-碩-師”三位一體家庭化培養模式在實踐教學中的應用

隨著應用型人才培養的需要，在提高學生工程與創新能力培養過程中，必須要注重學生實踐教學。我校將碳一化工實踐教學分為校內虛擬仿真工廠實踐教學和校外工廠實習基地實踐教學兩個實踐教學環節。首先，學生要在校內進行虛擬仿真實踐教學，碳一化工由于高溫、高壓、易燃、易爆、高危險、高度集成和大型化等特點，在理論教學常規教學過程中，存在無法實現、無法開展等問題；另外學生在沒有工程實踐教學背景的前提下，直接進入工廠實踐學習，會存在理解不深，接受困難等問題。所以我們建立了以碳一化工為基礎的國家級“化工過程虛擬仿真實驗教學中心”，設立了以甲醇合成為教學模型的虛擬仿真工廠，該工廠為1∶10比例的60萬t合成氣制甲醇微型工廠，包含甲醇合成、精餾兩大工段和DCS控制系統。結合實踐要求設計了部分可拆裝設備，以便學生拆裝、認識掌握設備內部結構；情景化的真實操作，實現學生熟悉掌握化工單元操作、化工工藝過程、過程裝備與自動控制、操作優化、化工安全與環保、節能、操作規程等實踐教學目的。指導教師對碩士研究生進行全方位仿真教學實踐教學指導，碩士研究生在牢固掌握甲醇仿真工廠的工藝流程，工藝參數，工程操作的基礎上，組織“家庭”內部本科生進行虛擬仿真實踐教學，指導教師在完成必要的教學講解之后，碩士生再對本科生進行分散指導，這種小規模校內虛擬仿真實踐練習，能夠避免學生統一集中式虛擬仿真實習過程中“看不到、進不去、不能碰、搞不清”等常遇到的問題。

在完成校內虛擬仿真實踐教學后，學生對工廠實際生產有了初步的認識和了解。在此基礎上，為了讓學生緊跟行業發展、了解市場需要、掌握工廠實踐生產情況，學校與“彰武金源化工有限公司”、“高化學碳一化工研究所有限公司”等碳一化工相關工廠簽訂了校外實習基地協議。通過進入工廠的實踐過程，使學生在校期間得到在企業實習的鍛煉機會，有條件就復雜工程問題與工程人員進行有效的溝通和交流。盡早明確本專業特點及今后的就業方向，明晰大學目標。碳一化工相關工廠與教師有技術合作基礎，教師部分科研內容在工廠里進行，導師可以帶領“家庭中”的碩士生和本科生深入工廠，這種合作方式給研究生和本科生提供了充分的實踐學習時間和學習機會。工廠實習期間，碩士研究生在保證生產安全的同時，開展科研活動，協助導師對本科生進行生產實踐指導；本科生同時也能夠協助碩士生在工廠科研活動，相互協助，共同進步。

4 結語

碳一化工是當前化工行業熱點研究方向，相關教學能夠突出化工專業特色，緊跟行業發展形勢，與時俱進，為培養適應社會需求應用型高端人才提供有力支持。“本科生-碩士生-導師”三位一體家庭化培養模式應用于碳一化工理論教學、科研教學和實踐教學活動中，可以有效的緩解高校教師壓力，營造出本科生、研究生、指導教師之間的相互交流、相互促進、教學相長、共同進步的良好教學氛圍。總的來說該模式教學取得了一定的教學效果，提高了教學質量。該教學模式在應用的同時也在不斷的持續改進，相關的教學管理等仍需要進一步探索和研究。