化學工程與工藝專業“四層次”實驗教學體系改革研究

林存輝，范生皓，王 麗，曾興業，張戰軍

（廣東石油化工學院，廣東茂名 525000）

廣東石油化工學院化學工程與工藝專業為國家級特色專業、教育部“卓越計劃”試點專業，2019年入選省一流本科專業、2021年入選國家一流本科專業，2016年、2019年兩次通過中國工程教育專業認證。化學工程與工藝專業的實驗教學是高等理工科院校實驗教學工作的重要組成部分，是高校培養高水平理工科應用型人才創新能力、技術能力、專業素養的重要途徑。針對教育部工程教育專業認證面向產出的要求以及畢業要求指標點“具有良好的創新精神、思維方式、學習方法，身心健康，具備不斷學習和適應社會、職業發展的能力”中對創新精神的要求，對化學工程與工藝專業實驗教學體系的改革勢在必行，必須持續改進以滿足下一輪專業認證要求，這也是我校加入廣東省高水平理工科大學后對國辦發〔2015〕36號《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》的積極響應。

1 傳統實驗教學體系的局限性

《高等教育法》明確指出，高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才。對于地方高校化工學科，實驗教學在創新人才培養和素質教育中起著非常重要的作用。然而，傳統的化工實驗教學越來越顯現出諸多弊端。例如，重理論、輕實踐，重知識、輕能力的教學模式，使培養出來的大多數學生缺乏創造性、缺乏分析問題和解決問題的能力。在傳統的實驗教學中，學生的實驗只是按標準的程序驗證原理和定律，實驗教材對所需的儀器設備、操作步驟、觀察內容、乃至實驗結果等均已詳細說明，這樣的實驗，很難達到培養動手能力、分析與解決問題能力的目的，創新意識的培養更是無從談起。再如，傳統的實驗教學依附于理論課程，四大化學（無機化學，有機化學，分析化學和物理化學）各自設置實驗，實驗又依附于理論課程的教學體系，這種傳統的實驗課僅是對理論的簡單驗證，因此，為了緊跟時代步伐和適應形勢發展的要求，提出打破現有化工學科傳統實驗課程教學體系，根據我校性質和專業特點，研究符合本校實際的新的實驗課程教學模式并更新實驗內容，使之適應創新人才的培養。這對于學生綜合素質的提高和創新能力的培養，對于我校本科教學水平和學科建設上新臺階都具有十分重要的意義。同時，對于推動我省地方高校化工專業實驗課程體系的改革與創新也具有積極的促進作用。

根據我校化學工程學院所開設化學工程與工藝專業的實際情況，打破傳統的實驗教學模式，構建了“四層次”教學實驗體系，即基礎實驗、專業實驗、設計實驗及研究實驗。

2 第一層次——基礎實驗

基礎實驗包括無機化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗、大學物理實驗、電工電子技術實驗等。精煉實驗內容，使其與理論知識同步，以驗證性實驗為主，小綜合實驗為輔，既加深理論知識的理解，又培養實驗基礎技能與應用，為專業實驗準備條件、打好基礎。

在多數高校的實驗教學體系中，無機化學實驗、分析化學實驗等實驗課程沒有獨立授課，課內實驗學時數較少，學生很難得到深入的學習鍛煉，因而本層次的實驗教學還可以通過大學生化學實驗技能競賽加強學生對基礎實驗尤其是化學類實驗基本操作技能的訓練，培養學生正確操作實驗儀器、正確記錄實驗數據和表達實驗結果、認真觀察實驗現象進而得出結論的能力和優良實驗素養，實現“以賽促改、以賽促教、以賽促建、以賽促學”。

3 第二層次——專業實驗

專業實驗包含化工原理、化工熱力學、化學反應工程、化工分離工程等專業基礎課和所有專業課的綜合實驗，及具有鮮明石油化工特色的油品分析實驗和工程實訓。專業實驗以教學單元組合式開設，這種教學的優勢是在有限教學學時內合理分配實驗時間，不讓實驗過于單調泛味，把幾個知識點有機結合在一起，滿足綜合型實驗要求。

本層次實驗對應著本科化工類專業核心課程，是理論教學的實踐延伸，通過建設雙師型教師隊伍，使得理論教學與實驗教學協調融合。我校是一所石油化工特色鮮明的理工科院校，作為我校的龍頭專業，化學工程與工藝專業也是國內為數不多的“油味”十足的化工專業，專業實驗包括了石油產品餾程、密度、蒸氣壓、閃點、酸值、黏度、殘炭、灰分等性質的測定及原油實沸點蒸餾實驗在內的油品分析實驗。工程實訓則包括了延遲焦化工程實訓（在校內“延遲焦化-蒸餾”一體化中試裝置上進行）、乙烯裂解工程實訓（在國內高校唯一的乙烯裂解中試裝置上進行）、化工管路拆裝實訓（利用化工生產管線閥門為實物供學生拆裝訓練）等，體現了工程實踐能力培養的石油化工特色。這些特色實驗和實訓有力推動了高等學校化工類專業“新工科”建設，提高了本科化工類專業核心課程教學質量，加強了大學生綜合素質與能力培養，提升了教育服務石油和化工行業發展的水平，有利于培養滿足新時代社會需求的復合型高技能化工人才。

此外，從綠色環保和實驗安全的角度，本層次實驗剔除了部分有害、高危險的實驗，例如油品分析實驗中的石油產品苯胺點測定實驗。苯胺（又稱氨基苯）對環境有害，可對水體造成污染，且具有中等毒性，實驗中若意外導致皮膚吸收或吸入大量苯胺會先出現高鐵血紅蛋白血癥，在中毒4d左右可能會發生溶血性貧血，在中毒后2～7d可能會發生毒性肝病，對人體的傷害具有潛伏性。高危險實驗的剔除體現了以生為本、安全第一的育人理念，體現了實驗教學的人文 關懷。

4 第三層次——設計實驗

設計實驗的實驗內容以研究性和設計性實驗為主，培養學生創新思維、自主實驗、初步培養科研能力。本層次實驗可以采用一人一機的形式進行，也可由學生自主組隊進行，既可以鍛煉學生獨立自主的分析問題、解決問題的能力，也可以加強學生的溝通交流、團隊意識和合作精神。本層次實驗提高了學生的主動性，消除了傳統實驗教學中注入式的教學方法。此外，在傳統實驗教學中，如果實驗失敗或實驗結果不理想，學生往往不會主動要求重新做實驗，而本層次實驗則很好地改善了這一情況，實驗是由學生自主設計的，學生會通過各種途徑包括尋求指導來保障實驗的順利完成，避免了濫竽充數的情況，切實提高學生的能動性和探究能力。

本層次實驗有賴于化工實驗與實訓中心的耗材和儀器設備支持，加大資金投入，通過教學、科研實驗室資源共享，打造開放實驗室為學生提供公共實驗平臺和必需實驗用品，學生通過預約開展實驗。學生根據學過的實驗原理，獨立或組隊設計實驗方案，完成實驗儀器和實驗藥品的選擇，提高學生的主動性、動手能力和創新能力。由于學生的實驗方案難免會存在安全隱患，所以學生設計的實驗方案須經實驗員老師確認排除安全隱患并做適當操作指導后方可實施。

5 第四層次——研究實驗

研究實驗的實驗內容以科研成果為導向。學生在指導老師指導下，依托相關的科研平臺進行創新研究實驗，并以一定的科研成果產出為目的，該層次的實驗與畢業論文無縫對接，為畢業論文的順利進行打下堅實的基礎。

前面三個層次的實驗都存在小組實驗的形式，在實際進行過程中，難免會出現一兩個同學動手操作，其余同學只記錄數據的情況。而本層次實驗一般是通過指導老師制定一人一課題的形式進行，確保學生的實踐能力得到培養，且實驗方案都是開放性的，彌補了驗證性實驗的不足，極大提高了學生解決問題的能力。

我校化學工程學院為全面貫徹黨的教育方針政策，充實完善“全員育人、全程育人、全方位育人”的育人體系，更好發揮教師教書育人的作用，本著以學生為中心理念，體現因材施教和個性化培養，促進學生知識、能力、素質協調發展，切實提高本科教育教學質量，制定了《化學工程與工藝本科生成長導師制實施方案》。本層次實驗以“本科生成長導師制”為依托，專業教師作為指導老師按照學校有關規定和專業培養方案要求，積極指導學生開展科學研究和創新創業訓練（國家級和省級大學生創新創業訓練計劃項目、中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽、“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽等），安排學生參與科研課題或教學改革課題的研究或輔助性工作，有意識地培養學生科研興趣、科研能力、創新能力。此外，本層次實驗也是我校化學工程學院“良師益友”工作方案的組成部分，指導老師在指導學生開展研究實驗的同時，也要了解學生學習生活中所思所想，幫助學生答疑、解惑、解困，加強指導，進一步推進“三全”育人，更好地培養人格健全的石油化工工程應用型人才。

6 結束語

廣東石油化工學院不斷適應高等教育改革和發展的形勢，積極探索高等院校化學工程與工藝專業實驗教學規律，始終堅持面向廣東省化學化工、醫藥、食品等行業及進一步深造需求進行創新型、應用型人才培養。打破傳統的實驗教學模式，在化學工程與技術一級學科平臺上構建完整的、貫通的實驗課程教學體系，形成“四層次”的實驗教學新模式，體現了“基礎性、專業性、設計性、研究性”的特點。所形成的專業特色突出、體系獨立完整、管理科學、師資雄厚、學生主體地位突出的實驗教學體系是一套滿足“專業認證”要求的實驗教學體系，可以為地方高校進行化工學科的實驗課程改革探索一種新模式。