新工科背景下民族院校應用化學專業實踐教學探索

趙軼男，那立艷，鄒 雷，張樹彪

(大連民族大學 生命科學學院，遼寧 大連 116605)

21世紀以來，新一輪科技革命和產業變革引發了全球經濟結構的重組，提出了“德國工業4.0”“一帶一路”“中國制造2025”等理論與倡議，驅使在以新產業、新技術、新業態和新模式為特征的新經濟背景下，對具備較強工程意識、敬業精神、創新思維、實踐能力和較寬國際視野的高素質實踐工程人才有較大的需求[1-3]。2016年，中國工程教育加入《華盛頓協議》，得到國際社會的認可，實現了中國高等工程教育與國際接軌[4]?；瘜W化工行業無論在過去、現在還是將來都是國家經濟發展的支柱產業之一，行業包括航空航天、生物醫藥、日用化學品和能源等領域。特別是疫情以來，國家對化學化工創新應用人才的戰略需求非常大。應用化學專業是培養既具有扎實的化工理論知識，又具有較強工程實踐能力的工科復合型人才的學科。在高等民族院校中，化學學科常常處于弱勢學科，在“新工科”背景下，應用化學學科的發展面臨著新的機遇和挑戰[5,6]。

面對“新工科”人才培養要求，各高校應用化學專業面臨諸多挑戰，如人才培養與國家需求脫節、專業實踐課程中前沿技術的支撐不足、能夠產教結合的師資隊伍不健全等。各高校都在探索并實踐“新工科”背景下應用化學專業的教學改革，使本專業學生更好地適應新時代經濟發展和全球化的需求[7-10]。大連民族大學應用化學專業也面臨相同處境，例如在新型冠狀病毒爆發并迅速擴散以來，由于疫苗的研發生產，很多疫苗生產企業需要大量應用化學專業畢業生，學校應用化學專業畢業生僅有部分同學通過面試，人才培養與市場需求脫節。因此，基于學校應用化學專業人才培養的目標和發展特點，以“新工科”理念為指導，從專業實驗教學、創新訓練實踐和實習基地建設三方面探索應用化學專業實踐教學課程改革及人才培養模式。通過實踐教學改革，提高應用化學專業人才培養質量，實現學生理論知識、工程實踐能力和整體素質全面提高的培養目標。

1 實踐教學改革思路與方案

大連民族大學是國家唯一設在東北和沿海地區的民族院校，應用化學專業秉承“立足沿海、服務民族”的辦學理念和應用型定位，培養適應國家發展戰略，且具有扎實理論基礎和較強實踐能力，可在精細化學品、化學生物材料、新材料和生物醫藥等領域從事技術開發、科學研究、生產管理和技術服務的高素質工程技術人才。與“新工科”專業相對應，學院現有應用化學專業為傳統專業，教學改革以“兩融合一服務”為思路，在滿足傳統產業需求的基礎上，充分利用學院應用化學、生物工程和制藥工程等多學科融合發展優勢，開設生物相關課程，突出化學與生物的交叉融合。構筑以應用化學與生物相融合為特色、產業需求為導向、重實踐、強理論的實踐教學體系。學科融合創新教學體系如圖1。

圖1 學科融合創新教學體系

實踐教學是應用化學專業人才培養的重要途徑，隨著科學技術的發展和產業變革，尤其在“新工科”教育理念指導下，加強學生實踐能力和創新思維是專業教學改革中的重要內容。從培養目標出發，學校實踐教學體系主要包括專業實驗、創新訓練和應用實踐三個模塊，“實驗-創新-實踐”互相滲透的實踐教學體系如圖2。

圖2 “實驗-創新-實踐”互相滲透的實踐教學體系

構建“實驗-創新-實踐”互相滲透、互相支撐的課程教學模式，完善和豐富實驗教學內容，建設化工與生物交叉融合的專業實驗訓練平臺；基于教師科研項目及國家級、省部級等各學科競賽，開展實踐創新訓練，培養學生創新能力及團隊合作精神；聚焦國家及民族區域對應用化學創新應用人才的戰略需求，搭建“校內+校外”實踐平臺，建設符合國家戰略發展方向的生物化工類企業產學研培養基地。形成“科教融合、競賽引領、校地聯動”的實踐教學人才培養模式。

2 基于OBE理念改革實驗教學環節

隨著工程教育認證工作的不斷開展，在成果導向教育理念(Outcome-based Education，OBE)的指導下[8,11]，結合校內基礎實驗教學資源情況，對專業實驗課進行了創新和改革。將培養方案全面修訂并持續改進，以學生畢業要求為導向，針對學生的學習水平和能力差異，構建“分階段、多層次、模塊化”的實驗課程體系。建立符合專業特色發展、化學和生物學科交叉的實驗課程。將實驗課程進行刪減整合。例如，聚焦國家戰略重要研究領域(如新材料、生物醫藥)的前沿和研究熱點，將應用化學專業實驗課由原有的“應用化學實驗”拆分為“生物材料制備與分析實驗”和“化學藥物制備與分析實驗”，新增“專業融合實驗”。

2.1 整合實驗內容，深挖思政元素

針對學校應用化學專業學科交叉融合的發展特色，停開原有老舊、相對簡單的實驗項目，按照“分階段、多層次、模塊化”的教學體系，建立由基礎性實驗、綜合設計實驗和綜合創新性實驗項目構成的專業實驗課程。大膽調整和改造課程教學內容：“化學藥物制備與分析實驗”課程以化學藥物制備與分析為核心，開設天然產物藥物成分的提取、分離和純化，化學藥物有機合成及其結構分析、鑒別等實驗內容。

如“阿司匹林合成、表征及性質分析”“鹽酸環丙沙星的合成及抑菌性能分析”等實驗項目；“生物材料制備與分析實驗”課程開設“藥物遞送載體脂質體的制備及載藥性能分析”“pH敏感型水凝膠的合成及相分離臨界pH的測定”等實驗項目，突出“綠色化學”理念，體現現代生物材料的綠色制備、分離、分析技術；“專業融合實驗”課程包括生物化工、材料化工和綠色化工等領域，是多學科實驗方法和技術手段有效融合的實驗技能訓練過程，化學與生物交叉融合的實驗項目有“植物DNA提取及分子識別功能”“納米銀顆粒的合成及抑菌活性”和“枯草芽孢桿菌α-淀粉酶發酵”。

課程所開設的實驗項目兼顧科研引領性、實用性和趣味性，加大了綜合性實驗和創新設計性實驗，體現應用化學專業科研新方向。例如，“藥物遞送載體脂質體的制備及應用”綜合設計性實驗項目結合課程團隊教師科學研究方向開設，學生分別以不同的脂質材料、不同的組成比例、不同的制備方法制備脂質體，最后通過物化性能分析篩選出最佳制備工藝條件，并將篩選的脂質體作為藥物遞送載體，進行藥物的包封率及藥物緩釋研究。

化學工程系黨支部為百個首批全國高?！半p帶頭人”教師黨支部書記工作室，以該工作室為契機，通過黨支部的政治理論學習、黨員教育管理、黨日活動組織、黨的政策宣傳等活動，提高教師的思想政治覺悟，并將學習體會融入課程教學，實現基層黨建和專業思政、課程思政的雙促進、雙提高。

首先，在課程教學目標中引入思政教學目標。根據學校應用化學專業培養人才的要求，對實驗課程目標進行修訂。例如，“化學藥物制備與分析實驗”課程除原有專業教育目標外，增設思政教育目標：培養學生勇于鉆研、敢于實踐，實事求是、嚴謹認真的科學態度；具備良好的人文素養、工程職業道德及中華民族共同體意識，厚植科學發展、綠色發展的家國情懷。

其次，在課程教學內容中引入思政教學內容。在實踐教學過程中，深入挖掘體現應用化學專業特色的思政元素。例如：在實驗項目“藥物遞送載體脂質體的制備及應用”中，針對電影《我不是藥神》中反映的癌癥患者難以負擔價格高昂的國外抗癌藥的現實問題，將現實存在的問題與國家為此付出的努力進行比較，通過實例告訴學生國家在人民用藥的頂層管理中發揮了大國的積極作用。引導學生將個人理想與國家命運緊密聯系在一起，激發學生的家國情懷。在實驗項目“表面活性劑的制備及性能檢測”中，向學生介紹十二烷基苯磺酸鈉是安全的洗潔精原料，然而不法商家常常使用工業堿、增白劑或酶制劑生產劣質洗潔精，對人的身體健康造成嚴重損害，讓學生了解精細化學品和人們的生活息息相關，引導學生樹立綠色發展、健康發展的意識。

最后，在考核方式中增加課程思政元素。在實驗報告考核中，學生除完成實驗步驟、實驗數據處理與分析討論等內容，還要在思考題中寫出在本次實驗課程中的德育體會，占實驗報告成績的5%。

通過專業實驗課程項目內容改革及課程思政的融入，融會貫通地培養學生具備終身學習能力和國際化視野，能夠在生物材料及化學藥物相關領域從事工藝路線設計、產品研發和技術開發等工作。培養學生創新精神和科技興邦的家國情懷。

2.2 實驗教學模式改革

傳統實驗教學多以教師講解為主，學生根據實驗講義模仿操作。這種教學模式難以激發學生對實驗項目的興趣，沒有激活學生實驗的主動性。實驗過程中，學生難以感受到發現新現象、新方法的快樂，沒有感悟到科學的魅力。為改變上述問題，教學團隊將OBE理念融入實驗課程教學，以成果需求為導向，以提升學生學習成果、工程意識和實踐能力為目的，將實驗教學方式改為線上、線下相結合；教學內容改為兩個教學環節：課前預習和課堂完成實驗及實驗報告；將線上教學融入線下兩個教學環節中，線上線下相結合實驗教學模式如圖3。

圖3 線上線下相結合實驗教學模式圖

(1)實驗課前，學生利用雨課堂學習教師發布的實驗資料(文本、視頻等)，通過視頻讓學生了解本次實驗的意義，在生產、生活中可有哪些應用，從而激發學生的實驗興趣，同步完成預習學情測試，考核學生課前預習效果。

(2)實驗課中，教師根據學生學習情況了解學生對實驗原理的掌握程度，結合學生預習情況與學生進行深入探討和交流，學生再獨立安裝和調整反應裝置進行相關實驗操作，在此過程中，教師時刻引導學生進行正確的操作、仔細的觀察，及時發現實驗過程出現的問題，并得出實驗結論等。

(3)實驗課后，學生對實驗進行總結，分析實驗現象，使用數據處理軟件整理實驗數據，分析討論實驗結果，撰寫實驗報告。通過實驗報告的撰寫，培養學生邏輯歸納能力、綜合分析能力、數據處理軟件的使用能力和文字表達能力。教師引導學生了解影響實驗結果的因素，培養學生實事求是、嚴謹的科研態度。

(4)教師通過雨課堂發布課后測試，考核學生對本節課的掌握情況，同時使學生深入理解教學內容。

3 基于科研項目及學科競賽的創新訓練實踐

在當今“大眾創新、萬眾創業”的“一流學科”建設背景下，建立一個符合工科學生發展、把握學生發展痛點、增強學生創新實踐能力的創新訓練實踐平臺具有重要意義。大連民族大學擁有“生物技術與資源利用教育部重點實驗室”“國家民委生物化工重點實驗室”“遼寧省生物催化與仿生化學重點實驗室”和“遼寧省生物工程下游技術重點實驗室”等學科平臺。學科平臺向學院師生全面開放，以支撐實踐教學體系的建設。學生以大學生創新訓練項目、國家和省級各學術競賽等途徑融入教師科研團隊，以科研小課題申報項目或參加競賽，從而培養學生實踐創新能力。例如，2019級學生通過參加教師的科研課題“藥物載體構建及生物相容性研究”，撰寫學術論文《碳納米管-肽脂質遞送系統體外酶降解研究》，并參加了“全國藥物分析優秀學術論文競賽”。

對標國家和省級學科競賽，打造“一系一賽”教學特色，因材施教。教師將課程教學緊密融入學科競賽，樹立教學內容服務于競賽的理念，實現以賽促教、以賽促學、賽教結合、教學相長的良好教學模式。例如，2021年化學工程系組織了以“筑牢綠色化工之魂，踐行創新應用之路”為主題的“大學生工程設計及創新應用創新大賽”。學生以團隊參賽，每個團隊有2～3名指導教師，參賽團隊須在設備成套、工藝流程、原理優化、應用創新、結構(組件)優化和應用開發等方面有一定改進、提高或具有創新性。將學生參與科研項目及學科競賽融入應用化學專業實踐教學體系，對學生實踐創新能力的提升和合作精神的培養是十分有利且非常有意義的，也推動了學校人才培養模式和實踐教學的改革。

4 循序漸進、多模式協同發展的實習基地建設

大連民族大學一直以來注重應用實踐教學平臺的建設，挖掘符合“新工科”發展方向的化工、生物和制藥類企業，建立穩定的合作實習基地和仿真訓練基地。充分利用校企合作平臺，聘任行業企業管理人員和技術人員10～15人為兼職教師，定期來?；蛟谄髽I為學生授課。授課內容主要以企業實際生產為案例，提出企業在生產中的實際需求和對技術人員的能力要求，培養學生理論聯系實際的能力。目前，校外已建各類實習基地十余個，首批選取3～5門課程在產學研基地進行授課，開闊學生“新工科”視野，讓學生了解所學專業領域的需求方向和發展前景，為學生職業發展和就業提供機會。

學校已與康龍化成(北京)新藥技術有限公司、北京科興中維生物有限公司、吉林百奧生物科技有限公司等近十家企業簽訂實習、實踐及就業基地。聘請公司人力資源部人員到校進行就業指導課程的講授，培養學生的職業道德素養、團隊合作精神、組織管理能力、交流能力及環境適應能力。例如，北京科興中維生物有限公司2021年接待應用化學專業大四學生近20人的生產實習，實習結束后，5人簽訂了就業協議。

循序漸進、多模式協同發展的實習基地建設改革為學生實踐能力的培養及就業提供了廣闊的空間，2020年以來，學?；I和應化專業畢業生中有30余人入職北京科興中維生物有限公司，20余人入職康龍化成(北京)新藥技術有限公司。

5 結 語

2021年以來的教學實踐表明，教學改革突出了以學生為中心、學生學習成果為導向，有效提高了學生主動學習的興趣，提高了學生發現問題、解決問題的能力及創新能力，學生培養滿足了國家對應用化學專業“新工科”人才的需求。

在未來的實踐教學發展中，還應不斷探索改革。一是要加強師資隊伍建設，不斷完善現有教學制度，規范教學行為，不斷提高授課教師教學能力；二是加強教學資源建設，完善現有校內專業實驗講義，出版實驗教材，創建慕課平臺，制作實驗小視頻，完善線上線下混合式教學；三是充分考慮應用化學專業教學工程實踐背景的需求和實習單位工作實際，優化實習過程管理，強化實習導師職責，延長實習實踐周期，提升實習效果。面向生命健康等產業，新增實習實踐基地或產學研基地，強化實踐育人，深化產教融合、校企合作，推動企業及時將最新產業需求轉化為教學內容，激發學生專業學習興趣。