特種能源工程專業實驗與實踐教學體系建設

姚汝亮，金國鋒，賈 瑛，崔 虎

（火箭軍工程大學，西安 710025）

化學與人們的生活密切相關，吃穿住用行樣樣離不開化學。化學類專業也是各大院校的主要專業方向之一。化學類專業細分很多，例如應用化學專業、環境工程專業、化工專業、污染檢測專業和特種能源專業等，每個方向既存在相同之處，又存在差別，因此在人才培養目標方面，往往大同小異，缺乏特色。而在實驗、實踐教學過程中，又經常會出現實驗課程、實驗項目雷同的現象。如何構建合理的實驗、實踐教學體系，提高學生動手能力、創新能力和實踐能力，成為院校教育迫切需要解決的問題。

一 緊跟時代步伐，不斷修訂和完善人才培養方案

人才培養方案是學校人才培養的總要求，是學校開展教學活動、培育人才的綱領性文件。人才培養方案的好壞直接決定著人才培養水平的高低。新時代中國特色社會主義建設需要各行各業的高素質、高水平人才，從源頭上就要求學校嚴格把控人才培養的各個環節。因此，制訂合理的人才培養方案至關重要。如何制訂好人才培養方案呢？首先，學校應根據國家和社會需求明確培養目標，依據培養目標就能清楚地知道學生畢業后應具備的能力和素質；其次，要根據學校的辦學方針和專業特點具體規范課程設置；最后，在具體的教學實踐中檢驗人才培養方案的合理性，及時發現問題，并不斷修訂和優化，做到與時俱進。

以火箭軍工程大學為例，學校每隔五年就會對人才培養方案進行一次修訂，每一次修訂都是根據軍隊現代化建設的需求，與時俱進地調整人才的培養目標、課程體系等。2015 年12 月31 日第二炮兵轉變為火箭軍，完成了由“兵種”到“軍種”的轉換，成為了和陸海空并列的軍種，具有跨時代的意義。在這個大背景下，火箭軍工程大學（以下簡稱“我校”）人才培養也由“技術型”轉變為“指技型”，即由原先的培養工程技術類人才，開始向培養既有專業技術能力，又有指揮作戰能力的綜合素質人才過渡。故學校原來的2013 版人才培養方案已經無法滿足軍隊建設發展的需求，亟需對其進行修訂和完善，于是就有了后來的2018 版人才培養方案。在2018 版人才培養方案中，學校的整個課程體系出現了較大幅度的變動，更加突出實用和實戰，加強了實驗和實踐教學、強化了部隊實習和實訓等環節。例如2013 版中的環境工程專業，其人才培養模式、課程體系結構和地方高校的環境工程專業有著較高的相似度，基礎專業課程均是以四大化學（有機化學、無機化學、分析化學、物理化學）為核心展開。而在2018 版人才培養方案中，環境工程專業改名為特種能源工程專業，對相應的基礎化學課程進行了優化整合，將無機化學和分析化學合為一門課——無機及分析化學，并在一定程度上增加了實驗教學課時，新增了許多更加貼近部隊實際訓練的課程，例如推進劑分析、推進劑污染監測與治理等，這些課程更加貼近崗位需求，對學生任職能力的培養更加突出。

二 以人才培養方案為指導，構建實驗、實踐一體化教學體系

實驗和實踐教學是鞏固理論知識，加深理論認識的有效途徑，是理論聯系實際，發現問題、解決問題的過程。實驗和實踐教學有助于學生熟練掌握科學方法、鍛煉動手能力和培養創新意識，其作用和地位絲毫不亞于理論教學。然而，當前仍有部分院校在人才培養和教學過程中，重理論輕實踐，過分強調理論知識的重要性，輕視實驗和實踐環節。實驗內容和實驗教學時間安排上存在隨意性，存在“有條件就開，沒條件就不開”的現象。有的院校甚至直接在課程標準中取消實驗課的開設，嚴重影響了院校人才的培養。面對這一情況，院校管理層要牽頭制訂合理的人才培養方案，然后以此為依據，構建具體詳細的實驗、實踐一體化課程體系。

（一）構建三層次的實驗教學體系

化學專業的實驗課程可以概括為三類：基礎類化學實驗、綜合類化學實驗和設計類化學實驗[1]。其中基礎類化學實驗包括無機化學實驗、有機化學實驗、分析化學實驗、物理化學實驗和儀器分析實驗等。這類實驗比較簡單，實驗內容主要是對理論課中的知識點、原理進行驗證，學時數較短，一般為1～2 學時。基礎類化學實驗通常安排在入學的開始階段，如大一、大二，主要是讓學生加深對理論知識點的理解和掌握，鍛煉基本的動手實驗能力，掌握化學實驗的基本操作方法，了解化學實驗過程中的注意事項，培養嚴謹求實的實驗態度，為后續的綜合類、設計類實驗打好基礎。

綜合類化學實驗的實驗內容涉及本課程的多個知識點或多門課程的多個知識點，主要考察學生綜合運用專業知識的能力和動手實驗能力。這類實驗較基礎類化學實驗而言，實驗過程比較復雜，一般為2～6 學時。綜合類化學實驗一般安排入學的后階段，主要是一些針對性強的專業課實驗。學生通過大一、大二的基礎類實驗，已經具備了基本的實驗操作能力，進入大三、大四專業課階段的學習，需要重點培養學生利用所學知識解決專業實際問題的能力。

設計類化學實驗，是指給定實驗項目名稱，由學生自行設計實驗方案并完成的實驗。整個過程中，完全以學生為主，主要考核學生獨立自主分析問題、解決問題的能力。設計性實驗學時較長，應根據具體實驗項目而定。設計類實驗要結合本專業特色，在實驗內容選擇上要能夠激起學生的興趣，讓學生充分發揮主觀能動性，從而達到培養學生自主實驗、創新思維的能力。

以我校特種能源工程專業為例，該專業學生畢業后主要從事液體燃料分析化驗、運輸加注等工作。低年級階段主要安排基礎類化學實驗，包括無機及分析化學實驗、物理化學實驗、有機合成實驗和儀器分析實驗等，這部分實驗內容偏理論、重基礎，主要培養學生基本的化學實驗能力。到了高年級階段，學生進入核心專業課的學習，這階段開設的綜合類實驗，通常會用到多門基礎類化學實驗的內容，不再是某一兩個知識點、原理的驗證，而是多知識點、多學科之間的交融，重點培養學生能夠綜合運用所學知識解決實際專業問題的能力。特種能源工程專業的學生畢業后的第一任職就是液體推進劑的分析化驗崗位，因此，從大三開始就逐步安排與工作崗位密切相關的綜合類實驗課程的學習，如在液體推進劑化驗分析這門實驗課的教學過程中，用到了無機、有機、分析、物化和儀器等多門課程內容，是對基礎類化學實驗的綜合運用，可以充分考察學生對知識的掌握程度及運用能力。到了大四階段學生要完成畢業設計，再此之前可以通過開設一定的設計類實驗來幫助學生完成過渡和適應。如液體推進劑污染監測與綜合治理這門課，在實驗上安排部隊實際面臨的推進劑環境污染的內容，讓學生以小組為單位，給出污染監測和治理方案，開展實驗研究。通過設計類實驗，既鍛煉了學生的動手能力、科研能力和創新能力，又培養了學生間團隊分工合作的能力，為畢業設計和日后的科研工作奠定了良好基礎。

基礎類、綜合類和設計類化學實驗是根據學生的不同學習階段開設的，三者之間是循序漸進、有機統一的關系。通過三層次的實驗教學體系的設置，有助于使學生掌握化學實驗的基礎知識和基本技能，有助于提高學生的綜合分析問題、解決問題的能力，也有助于激發學生的創新意識，培養良好的專業素養和團隊合作意識，為將來的任職需要或科研工作打下堅實基礎。

（二）構建多元化的實踐教學體系

實驗教學著重考察學生對知識點的掌握和運用情況，主要是依托校內的實驗室開展教學。而實踐教學形式多樣，可以是校內校外，也可以是參觀實習，通過實踐教學能夠進一步提高學生的感性認識，增強專業知識和能力水平，培養學生的創新能力，提高分析問題和解決問題的能力。

實踐教學通常包括參觀見習、專業實習、畢業設計和畢業實習等，時間安排貫穿整個大學階段。

參觀見習的內容或場所通常要與課程教學內容相輔相成，例如環境污染與監測這門課上完后，為了讓學生對相關理論能夠有更直觀的了解，可以組織學生去污水處理站參觀教學，通過參觀見習使學生更加直觀地了解并掌握生活污水、工業廢水的檢測手段及處理方法，培養學生的環境意識。

專業實習又稱業務實習，是學生掌握較多專業知識后開展的一種實踐活動。專業實習有助于學生將專業理論知識與生產實踐相結合，有助于培養學生理論聯系實際的能力，并提高其分析問題、解決問題的能力。專業實習一般安排在大三下學期進行，此階段學生已完成全部專業基礎課和大部分專業核心課的學習，具備較扎實的專業能力，此時讓學生到專業一線單位去實習，不僅能夠將學校所學知識學以致用，而且能夠親身體驗了解本專業的實際情況。例如化學類專業實習可以考慮利用暑期時間，安排學生到化工廠實踐鍛煉。從而讓學生實地了解化學品生產過程、安全注意事項和環境污染與治理等。

畢業設計是在教師的指導下，學生就選定的課題開展調研、設計、實驗、計算、總結，最終提交畢業論文的科研活動。畢業設計是對學生大學四年所學知識的綜合考量，是真正意義上鍛煉學生運用所學知識，解決實際問題的能力。

畢業實習是為了讓學生畢業后能夠更好地適應崗位工作，通常在畢業前1～2 個月，安排學生到相應的或類似的工作崗位上實習鍛煉，熟悉崗位工作實際情況。相比于專業實習，畢業實習針對性更強，不僅要求學生具備較強的專業素養，更要求學生做好步入社會的思想準備和能力準備。

參觀見習、專業實習、畢業設計和畢業實習只是實踐教學的四種形式，各院校可以根據自己的實際情況建立與之相適應的實踐教學體系。然后通過將三層次的實驗教學與多元化的實踐教學相結合，從而完成實驗、實踐一體化教學體系的構建[2]（圖1）。

圖1 實驗和實踐一體化教學體系

三 建立實驗、實踐課程一體化條件下的多元化考核機制

實驗課程傳統的考核方式主要由實驗報告成績和考試成績兩部分組成。實驗報告有著固定的格式，包括實驗目的、實驗原理、實驗步驟、數據記錄和實驗結論等，這很容易造成實驗報告的千篇一律，也很容易導致學員把精力都放在實驗報告的撰寫上，為了得到正確的實驗現象和實驗結論，有的甚至編造數據，這與實驗教學的目的背道而馳。化學實驗課考試一般由筆試成績和操作成績組成，筆試主要考察學生對實驗原理、實驗步驟和注意事項等的掌握情況，而操作則是教師根據學生在期末考試實驗操作過程中的表現進行打分。由于期末考試時間有限，不可能對所有實驗項目進行考核，只能選擇單一項目。故實驗操作考試無法很好地考核學生是否已經掌握了實驗課程的所有知識點。同樣筆試成績也只是對學生掌握實驗理論知識點的考核，無法考核、衡量學生的動手實驗能力。因此，建立一套合理的實驗課考核機制尤為重要。

（一）細化平時成績

實驗課平時成績應該包括課前預習、課中的實驗操作和課后的實驗報告等。通過課前預習，學生要對實驗目的、實驗原理、實驗步驟和注意事項等有大致的了解，老師可以通過課堂提問的方式來考察學生的預習情況。課前預習成績占平時成績的10%。

課中的實驗操作是學生動手實驗能力得到鍛煉的具體環節，也是老師需要著重關注的部分，實驗操作成績占平時成績的60%。為了能夠更好地對學生的操作進行考核打分，整個實驗操作過程必須細化到每一個步驟。例如，實驗前儀器的清洗與干燥、藥品的稱量及實驗裝置的搭建；實驗中反應物的添加順序、各種儀器設備的正確使用、實驗現象的觀察、實驗數據的記錄，以及實驗過程中出現事故后學生的處理手段；實驗后儀器的清洗、規整和垃圾的處理。

課后實驗報告的成績占平時成績的30%，主要是考察學生對實驗現象、實驗數據的記錄和處理，實驗結果的總結，以及思考題的回答。通過對平時成績的細化，讓老師可以細致全面地考核學生，避免實驗成績千篇一律。

（二）豐富考試手段

考試成績除了實驗課的筆試成績和操作成績，還應該根據每門實驗課的特點豐富其他考核手段，例如，實驗技能比武、創新小實驗等。筆試成績能有效檢驗學生對實驗理論知識的掌握情況，其考試內容應圍繞實驗目的、實驗原理、實驗步驟、實驗現象、實驗數據的處理和實驗注意事項等內容。

操作考試是實驗考試的重點，是對學生動手實驗能力的綜合考核。實施過程中，老師預先篩選出幾個合理的考核項目，讓學生自己隨機抽簽，抽到哪個實驗就考核哪個實驗，然后依據學生在整個實驗過程中的操作進行打分。

為了豐富實驗教學手段，增強學生實驗積極性，在整個教學過程中可以適時安排實驗技能比武，比如藥品精細稱量、酸堿滴定和容量瓶定容等，通過比賽提高學生的實驗技能，以及增加實驗教學的趣味性。此外，也可以通過發散思維讓學生根據某個實驗原理自行設計驗證性實驗，或者由學生自己提出某個想法，然后通過自行實驗去驗證想法的對錯。將這些實驗教學手段用于衡量學生的實驗考試成績，不僅有利于增強學生的基本實驗技能，還有助于提高學生的自主創新能力。

此外，實踐教學的考核成績也至關重要。實踐教學不僅形式多樣，可以是參觀、實習，也可以是討論、答辯，而且實踐教學更能夠發揮主觀能動性，融合思政教學[3-4]，培養學生優良品德和良好作風。所以，要綜合考慮以上各因素，確定各部分權重百分比，將實驗實踐教學的各個環節均納入到考核成績中來，從而建立合理的考核機制。

四 加強實驗人才隊伍建設

人才是科學技術發展的首要因素。無論是理論教學，還是實驗、實踐教學都離不開人才。實驗教學主要依托實驗室開展，教學方式、教學手段均與理論教學有著顯著區別，這在一定程度上對實驗人才隊伍建設提出了特殊的要求。實驗教員相比于理論教員，要更加注重解決問題的能力，要能隨時解決實驗過程中出現的各種問題；要更加注重理論聯系實際，要善于將日常生活中的現象與實驗課中的理論結合。因此，對于實驗人才隊伍建設提出了更高的要求。

一是要有專門從事實驗教學的人才隊伍。實驗教學不是理論教學的附屬品，更不能讓上理論課的教員直接上實驗課。由于理論課和實驗課存在教學差異，能上好理論課的教員不一定能上好實驗課。要抓好實驗教學就需要有一支長期從事實驗教學的教師隊伍，這支隊伍通常以實驗室為依托，平日主要從事實驗教學、保障實驗室運行及科研實驗工作。這支由助理實驗師、實驗師、高級實驗師組成的“金字塔”式職稱結構的隊伍，有較強的實驗能力和較高的實驗教學水平。

二是建立合理的考評機制和競爭機制。針對實驗教學工作的特點，學校應建立年度考評機制，對從事實驗教學人員的年度工作進行評比打分，此項結果可作為今后個人職稱評定的重要依據。要在人才隊伍間開展良性競爭、樹立危機意識，讓人員時刻注重學習，不斷提高自身素質，從而整體加強實驗人才隊伍的建設。

三是要建立實驗人才交流機制。實驗教學注重實踐，學校應加強校企間的合作交流，學校可以聘請具有豐富實踐經驗的企業專家參與實驗教學，指導學生專業實習和畢業設計工作，實驗教師也可到企業進行實踐鍛煉，參與企業項目，從而建立一套合理的人才交流機制。

五 結束語

實驗、實踐教學和理論教學是院校教育人才培養的兩個重要組成部分，兩者之間是相輔相成、有機統一的關系。尤其是對于工程專業而言，實驗和實踐教學對于學生動手能力的鍛煉、創新思維的培養都尤為重要。因此，各院校要從人才培養方案、課程標準、實驗和實踐課程體系、考核機制及人才隊伍建設等多方面出發，研究出切實可行的實驗和實踐教學體系，為新時期中國特色社會主義現代化建設培育人才。