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近年來,為了更好地與國際教育接軌并實現國際互認,我國越來越多的大中專院校逐步接受了工程教育認證的理念,加快了工程教育的認證工作。從2016年正式加入國際工程聯盟《華盛頓協議》,工程教育認證已被確認為最權威的工程教育本科專業認證[1]。根據2018版工程教育專業認證標準,通用標準劃分為學生、培養目標、畢業要求、持續改進、課程體系、師資隊伍和支持條件等七項內容。依據標準要求,圍繞著這七塊內容來判斷專業是否達到認證要求的依據。其中,課程體系的達成被認為是實現專業人才培養目標的核心要素之一[2-3]。2019年,鹽城工學院化學工程與工藝專業順利通過專業認證工作。認證期間,我們對化學工程與工藝專業的人才培養方案進行了系統性地完善,包括課程體系的修訂工作。這樣有助于學生達成畢業要求,促進了學科的可持續性發展。筆者以我校化學工程與工藝專業認證情況為例,淺談課程體系的構建工作與成果。
1建立基于專業認證標準的課程體系
1.1本專業課程體系的構成
為達成畢業要求的各指標要求,本專業依據成果導向教育(Outcomes-basedEducation,OBE)理念,逆向設計并構建了課程體系。總體思路是:培養學生掌握較為扎實的通識基礎知識,逐步地掌握本專業領域必需的基礎理論和技術基礎知識,并不斷訓練學生的理論聯系實際的能力、創新意識和專業知識的綜合應用能力[4]。本專業課程體系如圖1所示。依據2018版通用標準,課程體系分為通識教育課程模塊、專業基礎課程模塊、專業課程模塊和實踐課程模塊四部分[4]。為了達成各項的占比要求,通用做法如下:通識教育課程模塊主要包括數學與自然科學和人文社會科學(兩類的占比均不至少15%);專業基礎課程模塊主要包括工程基礎課程和專業基礎課程。而專業課程模塊包括專業必修課程、專業選修課程、素質與能力拓展課程等子模塊。這兩類的綜合占比不少于30%。工程實踐與畢業設計(論文)占比也不少于30%。此外,結合課程體系對畢業要求指標點的支撐關系,進行合理歸類,確定本專業核心課程。
1.2課程體系中課程設置的內在關聯
按照工程教育認證的標準,課程體系的劃分能夠滿足各類標準的要求。但是涉及到具體課程的設置及先后修次序,以及課程間的內在聯系等對課程體系的完善也非常重要。一般地,課程設置以專業知識邏輯為基礎,以能力培養為主線。現以培養學生化工設計能力而設置的相關課程及內在關聯分析為例。以《化工設計》單獨一門課程為例,說明必修課程先后修關系[5]。《化工設計》先修課有《化工原理》等課程。比如,通過化工原理的學習,使學生掌握流體流動、傳熱和傳質以及單元操作的基本原理,培養學生運用基礎理論、分析和解決化工單元操作中各種工程實際問題的能力,增強學生工程觀點、經濟觀點、定量計算和工程設計(研究)的能力[6]。《畢業設計》使學生獲得化工工程師所必須的綜合能力,具有現代化工環保安全意識,具有對新產品、新工藝、新技術和新設備進行設計的能力,具備使用先進的化工設計軟件進行化工工程設計的能力。《化工設計》后修課程有《畢業設計》,通過《化工設計》的學習,使學生基本了解化工生產車間(裝置)設計的內容和步驟,并初具化工裝置設計的能力,為最后的《畢業設計》打下良好基礎。由上述分析可知,《化工設計》課程先后修關系與能力培養遞進邏輯相符合,能實現畢業要求所需能力的培養要求。本專業必修課程的先后修次序都按能力遞進的要求進行了設計,能確保學生達到畢業要求。
2課程體系構建與解決復雜工程問題能力培養
針對解決復雜工程問題的能力培養,本專業在課程體系中的四大模塊,即通識教育課程模塊、專業基礎課程模塊、專業課程模塊和實踐課程模塊,依據不同課程類型以及能力達成的要素和基本規律,進行課程教學目標的制定并體現于課程教學大綱中。其中,通識教育課程模塊和專業基礎課程模塊側重加強復雜工程問題能力的識別、表達和分析能力的培養;專業課程模塊側重加強分析、設計、研究能力的培養;實踐課程模塊側重加強綜合運用知識解決實際問題的能力培養。以化工原理對畢業要求指標點的支撐為例,體現系統設計和實現能力的培養。
3非技術因素在課程體系構建中作用
針對非技術因素的能力培養,本專業設置了“思想道德修養與法律基礎”、“化工安全與環保”、“化工企管”等課程。比如:為了支撐畢業要求指標點6.1“能夠了解化工專業領域相關的技術標準、知識產權、產業政策和法律法規”,設置“化工設備機械基礎”、“化工產品市場調研”和“工藝及生產實踐”四門課程,分別地涉及到通識教育課程、專業基礎課程和實踐課程。使得學生能夠理解工程實踐活動對社會、安全、文化、道德、法律以及環境等問題的影響和內涵,從而能夠承擔責任并遵守化工行業相關技術標準規范。再比如,強化相關實踐性教學環節支撐非技術因素影響能力的畢業要求指標點,在教學內容上,既要體現考慮非技術因素影響能力的相關知識點進一步自我學習,又要進行實踐應用訓練。在課程教學實施過程中有明確的考核要求和評分標準。如:為了支撐畢業要求指標點3.2“能夠針對特定需求完成單元(部件)設計的基礎上,進行系統或工藝流程的設計”,設置了“化工設備課程設計”、“化工原理課程設計”、“反應器設計”、“化學化工常用軟件實踐”、“畢業設計(論文)”五門實踐性教學環節。在設計任務書中除了對具體設計任務給出明確要求外,還要求在設計過程中,能夠依據相關標準、規范,綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等制約因素,并體現創新意識。同時,在設計說明書中和答辯過程中有相關內容體現,并對該內容給出具體量化評分標準和考核方法。
4結語
基于專業認證“成果導向型教育”的人才培養理念和要求,化學工程與工藝本科專業課程體系的構建應更加注重體現專業的辦學特色,體現針對復雜化學工程問題的研究、分析與解決,體現專業技術與非技術領域各項能力的完全達成,使得學生的綜合素養得以全面提升,創新意識、國際視野、職業道德、安全環保意識等各方面的能力獲得增強,為區域經濟社會發展儲備高素質應用型人才。
參考文獻
[1]李志義.對我國工程教育專業認證十年的回顧與反思之一:我們應該堅持和強化什么[J].中國大學教學,2016(11):10-16.
[2]付廣艷,李榮廣,張金萍,等.基于應用型人才培養的課程體系構建與課程建設[J].化工高等教育,2019,36(1):57-60.
[3]程倩,張繼國,陳欲曉,等.工程認證導向下化工原理實驗課程改革與探索[J].化工高等教育,2020,37(2):122-125.
[4]工程教育專業認證標準(試行)-教育研究與評估中心,2018.
1.化學工程與工藝專業的性質及培養模式
化學工程與工藝專業屬于工科專業,授予工學學士學位。由于化學工業的相關領域極為廣泛,化學工程與工藝專業涉及的專業方向也就非常多樣化,各高校的化學工程與工藝專業特點亦不盡相同。我校近年來根據社會經濟、工業發展的需求趨勢,兄弟院校化學工程與工藝專業方向的設置,以及我校原有的相近專業優勢,設置了能夠體現我校特色的化學工程與工藝專業方向,逐步建立了適合我校化學工程與工藝專業的教育培養模式。2008年,我校化學工程與工藝專業已有7屆本科畢業生,其學生就業形勢良好,社會反饋積極.在制定教學計劃的工作中加強教學內容和課程體系的改革,加強實踐教學環節,目的在于進一步提高教學質量,培養適應能力更強的化學工程與工藝人才。
2.化學工程與工藝專業的任務
根據化學工程與工藝專業的性質,化學工程與工藝專業的任務是培養學習化學工程學與化學工藝學等方面的基本理論和基本知識,受到化學與化工實驗技能、工程實踐、計算機應用、科學研究與工程設計方法的基本訓練.具有對現有企業的生產過程進行模擬優化、革新改造,對新過程進行開發設計和對新產品進行研制的基本能力。由于涉及化工的學科和領域很多,化學工程與工藝專業除了讓學生學習一般應用化工的基本知識和基本技能外,還應該結合本地區、本行業及本校的實際情況,重點學習化工在某個或某幾個領域中的具體應用,以便形成不同高校應用化工專業的特色專業方向.
3.化學工程與工藝專業的業務培養目標
本專業培養具備化學工程與化學工藝方面的知識,能在化工、煉油、冶金、能源、輕工、醫藥、環保和軍工等部門從事工程設計、技術開發、生產技術管理和科學研究等方面工作的工程技術人才。
4.化學工程與工藝專業的課程設置
為了使不同高校既有統一的規范,又有不同的專業特色,根據應化學工程與工藝專業的任務和業務培養目標,化學工程與工藝專業的畢業生應該具有較扎實的化工理論基礎,較寬的化工應用知識以及一定的工程技術基礎,從而該專業的課程設置(公共課、基礎課除外)應由基礎化學課、工程基礎課和專業方向課3部分組成。基礎化學課包括:無機化學、有機化學、分析化學、物理化學等。工程基礎課主要包括:化工儀表與自動化、化學工程基礎、電工電子學等。專業方向課:可根據具體方向選擇專業化學課,如電化學工程方向可選理論電化學、化學電源工藝學、電解工程和電鍍工程等。精細化工方向可選擇化工工藝學、化工分離工程、化學反應工程等。另外實踐性環節包括基礎實驗、綜合實驗、提高實驗、生產實習、畢業實習和畢業論文等。
我校化學工程與工藝專業方向
中圖分類號:G642.0?搖 文獻標識碼:A 文章編號:1674-9324(2012)05-0027-02
“化學工程基礎”是理科院校化學專業的專業基礎課程,主要內容為化學工程的基本原理和化工生產的各種單元操作,包括化工過程的動力學原理、熱力學原理、能量守恒與轉換原理、質量傳遞原理以及相應過程的控制機理、操作方法、影響因素、設備結構和工藝過程等,具有與生產實踐緊密聯系的特點,應用性很強,是理科化學類專業唯一的一門工程技術課程。
一、人才培養的要求
當代化學工業對化學化工類人才的培養提出了更高的要求。如何培養基礎理論知識扎實、工作適應性強、具有創新能力的人才,是綜合性大學化學化工教學改革面臨的重要課題。目前,綜合性大學化學與應用化學專業每年都有相當一部分畢業生進入化學、化工和制藥等企事業單位業從事研究開發或工程技術工作,這種趨勢還會隨著創新性國家的建設而逐年增長。化學工程基礎是綜合性大學化學專業的專業基礎課,也是唯一的一門工程技術類課程,該課程的教學改革與實踐對于理工學科交叉與學生綜合素質的培養是綜合性大學化學與應用化學專業其他課程所不能替代的。在充分發揮綜合性大學基礎理論研究優勢的同時,通過對理科專業化學工程基礎課程教學內容的更新、充實和調整,為化工類企事業單位培養和造就具有開拓創新精神、勝任科學研究與工程技術工作、適應性強的化學化工專業人才。
二、教學內容與教學方法的優化
以創新教育思想為指導,研究改革化學工程基礎課程教學內容和教學方法,建立培養學生創新能力的化學工程基礎課程內容新體系。動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞與化學反應工程(“三傳一反”)仍將是化學工程基礎教學的核心內容,應不斷充實更新才能反映學科發展現狀和適應社會經濟需求。化學和化學工程學是支撐物質轉化相關工業的學科,前者研究分子之間發生反應的可能性、必要的條件和產物的結構,后者研究物質的流動、質能傳遞及其對反應過程與產物的影響。
1.優化更新教學內容,反映體現學科發展與技術進步。化學工程基礎作為理科化學專業的工程技術課程,其教學內容除了動量傳遞、熱量傳遞、質量傳遞與化學反應工程以外,還應當及時反映和體現學科的發展與技術進步。根據授課學時,突出教學重點,優化教學計劃,精選教學內容。以化學工程學的基本觀點、基本原理和基本方法為核心,結合典型化工過程,理論聯系實際,使學生在有限的教學學時內,掌握本門課程的基本知識,熟悉研究與應用對象,為今后從事化學化工專業技術工作打下堅實基礎。在其他科學技術的帶動和社會需求的推動下,化工分離技術近年來取得了很大進步。新技術不斷涌現,膜分離和超臨界流體萃取等新型分離技術就是其中的代表。我們在教材的編寫和課堂教學中,有意識地加入這些內容,便于學生從課堂上了解新的科學知識,拓寬學術視野。
2.引導學生建立工程技術與技術經濟觀點,提高學生綜合素質。科學與技術的交叉和滲透,要求我們培養的學生不僅要掌握扎實的基礎理論知識,還要學會運用所學的理論解決工程實際問題。綜合性大學理科化學專業的學生基礎理論知識比較扎實,在課堂教學中,我們根據教學內容,結合工程實際,啟發學生從工程實際問題出發,強調工程實際的特點,突出工程實踐的技術經濟問題,灌輸學生節能減排與綠色環保的理念,訓練學生綜合運用數學、物理與化學等多學科知識,綜合分析化工單元操作與工業裝置中涉及的復雜問題,培養學生的工程技術思維方法與工程設計等綜合素質。
3.改進教學方法,提高教學效率。化學工程基礎課程的課堂教學內容涉及化工單元操作與工藝過程。綜合性大學化學專業的學生一般沒有見過真實的化工設備,對化工廠與化工設備和裝置缺乏感性認識,通過多媒體教學技術和傳統課堂教學方法,可以促進學生感知與思維、理論與實踐的結合,提高學生對化學工程基礎的學習興趣,激發他們的學習熱情,使他們由不熟悉、不了解化工企業與裝置轉變為喜歡應用學科、樂于進入與應用密切相關的教師實驗室開展業余科研。為此,我們一方面利用多媒體的優點,在課堂教學中放映一些設備的實物圖像。另一方面,在有關課程中增加了實習參觀環節,組織學生到石油化工廠、有機化工廠和精細化工廠等企業參觀實習,增強學生對加熱爐、精餾塔、泵、換熱器等主要化工設備的感性認識。
三、教學團隊與課程體系的建設
以先進的教學理念為先導,以高水平的教學團隊為根本,以科學的課程新體系為核心,以優良的規劃教材為保障,強化教學團隊的建設,使所有主講教師成為教學改革的高水平運動員和創新教育的優秀教練員。
1.建設高水平教學團隊。從事課堂和實驗教學的主講教師也要承擔高水平的科研項目,提高教師的科研水平。我們承擔“化學工程基礎”的主講教師都具有教授職稱并擔任博士生導師,承擔了一些科學研究項目。同時,也積極思考和實踐課程的教學改革,奠定了學生創新能力培養的堅實基礎。沒有高水平的教學團隊,不可能進行教學改革的實踐,更不可能培養出具有創新精神的學生。
2.構建工程教育、創新教育的課程體系。夯實基礎,將理科化學知識和工程知識有機結合。理科化學基礎課程、化工過程開發、化學工程基礎及多門專業課程的開設,可將學生所學知識形成知識鏈。重視對學生業余科研和畢業論文的指導,吸引對化學工程有興趣的同學來實驗室和博士研究生、碩士研究生一起進行科學研究,培養學生的創新意識和對科學研究的興趣。通過畢業論文階段的培養,加強了學生對知識的掌握和運用,特別是對“應用”和“工程”概念的強化。近年來,來我們化工實驗室進行業余科研和畢業論文的學生每屆都在十人以上,占理科化學專業學生的5%作用。
3.將科研成果向教學實踐轉化,形成教學促進科研、科研反哺教學的良性循環。構建應用學科人才培養、現代科技發展相適應的“基礎性、綜合性、工程性、創新性”體系。我們承擔了國家和企業的一些化工類科研項目,特別是在水與廢水處理、化工分離和國防化學等方面取得了一些科研成果,我們注意將教師的科研成果和科研實踐融入課堂教學。從事課堂教學的主講教師與實驗課指導老師一起合作,將“滲透汽化膜分離”編入了實驗教材和開展了教學實驗,受到學生的歡迎。
化學是實驗性很強的學科,化學工程作為一個共性的工程學科,我們應充分利用科學技術發展和教學改革帶來的機遇,加強化學與化學工程的結合,為國家培養更多復合型創新人才。
參考文獻:
隨著我國化學工程碩士研究生教育規模的擴大和水平的提高,與之相應的研究生專業課教學質量問題已經成為制約研究生教育水平和培養質量進一步提高的重要因素之一。在崗的工程碩士對專業課學習的時間不能保證;專業課設置本文由收集整理范圍窄,不符合學生工作現場的實際需求;缺乏優秀的專業課教材;部分專業課教師缺乏現場實踐經驗;專業課教學內容與學生實際工作內容相脫節等等,這些問題在全國的大多數培養工程碩士的高校當中都或多或少存在,從而導致學生學習積極性不高,教學效果不好。針對目前化學工程領域工程碩士專業課教學當中存在的突出問題,我們認為可采取以下措施予以解決。
一、修訂教學計劃,調整專業課程設置,提高專業課程應用性
工程碩士主要面對的是特定的工礦企業,不同企業的生產過程與產品不盡相同,來自不同企業單位的學生從事的工作崗位也相差較大,這就決定了他們在實踐過程和所需要解決的問題具有較大差異。因此,在制訂工程碩士研究生的培養方案及教學計劃時,應該按照國家化學工程專業學位標準,在國家教育部的規定學時及內容的范圍內,針對各個企業的培養方向靈活的制訂培養方案和教學計劃,盡可能使學生能夠學到實際需要的課程。另外,對于專業核心課程一定要慎重選擇,在廣泛征求企業的領導、專家、碩士生導師以及學生的意見后,根據大多數學生所在企業單位的行業需求合理制定,以真正起到核心支撐作用。而對于選修課程,設置的范圍一定要寬,盡可能使多數學生能夠選到自己喜歡或者想學習的課程。這樣就可能充分調動學生的學習積極性,從而提高專業課教學的效果。
二、加大教材建設力度,把學生需求作為教學內容改革的推動力
要提高工程碩士專業課教學質量不僅需要優秀的專業課教師、良好的學習氛圍,還需要與教學目標和授課對象相匹配的優秀教材。教材建設是整個教學過程中的一項基礎工作,是教學質量的重要組成部分。不過目前化學工程碩士專業除了公選課的教材外,專業基礎課、專業選修課教材非常短缺。這就需要組織教師編寫適合工程碩士特點的專業課教材,從教材體系和內容上體現出重基礎(基礎理論,基本技能)、重個性化培養、重創新性培養。同時專業課教師要深入生產第一線,把理論與生產實際相結合,吸收學科前沿知識和最新科研成果,掌握第一手資料。總之,要以培養適應行業需求的應用研究型人才為目標,高度重視教材建設。
三、改進授課方式,堅持理論聯系實際,把集中教學與分散教學相結合
進行教學時,要結合實際,不斷改革教學方式和授課方法,以取得良好的效果。①理論結合實際,注重學生學以致用。工程碩士大部分都是工廠企業的骨干,看重課程的實用性和對自己工作的幫助,因此,在教學過程中,一些和實際生產聯系較為緊密的部分將它放到現場,結合現場實際,盡可能利用書本上的知識來解決實際問題,真正做到教學相長。②集中上課,合理安排上課時間和地點。工程碩士學生較為分散,工作比較忙,不能像全日制學生一樣按時上課,所以在上課過程中可結合老師和學生的工作,采用不同的集中方式來進行。③利用網絡,加強交流,完善師生互動。課堂內充分發揮研究生的主動性,以討論為主、點評為輔,以網絡為媒體,及時更新教材內容。建設專業碩士教學網站,將教師的教案、課件、習題答案以及部分重要內容的視頻、音頻等資料放在網絡上,供學生實時查詢學習;還可利用qq、msn等聊天工具保持與學生的互動,隨時解決學生的疑難問題,保證教學質量穩步提高。
四、加強專業課教師隊伍建設,提高教師專業素質和職業道德素養
教師和學生是完成教學環節的重要組成部分,教師是教學過程的主導者,教師專業素質的高低和職業道德素養的好壞是決定課堂教學質量的關鍵。工程碩士的特點是學員進校不離崗、在職學習,這就要求教師具有更強的責任心與職業道德。由于多數學生來自生產第一線,有著豐富的實踐經驗,這要求專業課教師必須熟悉產業和行業要求,具有豐富的工程實踐知識和經驗。所以,為了保證教學效果,對專業課任課教師提出了更高的要求,一方面要求專業課任課教師必須具有一定的工程實踐經歷;另一方面要加強教師與學生之間的交流,對所教所學的內容都做好充分準備。
五、改革考核手段,把課程論文與生產經驗總結相結合
中國的傳統教育主要以考帶學,考試成績是衡量學生學習成績的主要手段。長期以來,無論是中學還是大學注重的都是應試教育,素質教育雖一直作為教育改革的重點,但很難被付諸教育實際,其原因之一是考核方式的單一性,學生把應試成績的提高作為學習的唯一推動力。
Reform and practice on chemical engineering experimental curriculum and teaching content
Yang Ronghua, Cao Xiaoqun, Cheng Yueshan, Wang Hai, Wang Fang, Liu Xin
Taishan medical college, Tai’an, 271016, China
Abstract: Starting form the curriculum, test content, teaching methods, experimental teachers and other aspects, exploring and implementing the reform of chemical engineering experiments curriculum and teaching content, with chemical experiment platform. Building experimental teaching system to help students develop practical skills and innovative ability. Construction of experimental teaching team to meet the needs of high-quality experiment teaching and construction advanced equipment, resource sharing, open environment for experimental teaching service. Implementation of the efficient operation of the management mechanism, to improve the quality of chemical engineering experiments, and training innovative applications personnel of “thick foundation, wide caliber, emphasize practical, pursuing innovation”.
Key words: chemical experiments; platform; experimental curriculum; experimental teaching content; reform
2010年9月,我校化工學院將化工原理實驗室和化工專業綜合實驗室劃歸化工專業教研室管理,邁出了化工專業教學改革的關鍵一步。為充分發揮現有資源的功用和進一步完善實驗室建設,加強化工專業實驗課程體系和教學內容的改革,提高實驗教學質量,參照“化學化工國家實驗教學示范中心”建設的成功經驗,從課程體系、實驗內容、教學方法、師資隊伍4個方面對我校化工專業實驗平臺建設、實驗教學體系和教學內容進行了改革和建設,著力提高化工專業實驗教學質量,取得了顯著成效。
1 化工專業實驗教學課程體系
培養創新型應用人才,必須建立與之相適應的具有創新性、實用性的實驗教學體系,以培養學生的工程實踐能力和創新能力。在化學實驗基礎及技能訓練的前提下,設置“基礎訓練、綜合設計、創新研究、仿真與計算機應用”4種實驗類型,形成體現化工專業特色的“一體化、多層次、開放式、重基礎、求創新”的化工專業實驗教學體系;并從“化工原理實驗—化工專業綜合實驗—化工仿真與計算機應用訓練—創新性研究實驗”4個方面構建和管理實驗室。
化工專業實驗教學課程體系(以化學工程與工藝專業為例)(如圖1所示)。
圖1 化學工程與工藝專業實踐教學課程體系
2 化工專業實驗內容
根據化工專業實驗教學課程體系的規劃,本著“重視基礎訓練,加強綜合,突出設計和創新研究訓練”的目的,對每一階段的實驗教學訓練在基礎實驗訓練之上,增加綜合設計性、研究性和自助式實驗內容,以激發學生興趣、啟迪學生探索、訓練學生科學思維方法,引導學生創新,充分體現以能力培養為核心的創新性實驗內容建設。擬開設的主要實驗課程和所選實驗內容包括:
2.1 化工原理實驗
對化工類專業學生,化工原理實驗課程以單元操作中的流體流動與輸送、傳熱、精餾、吸收、萃取、干燥、過濾、蒸發、結晶等傳質過程為主線,實驗設備及裝置能夠開設基礎訓練性、綜合設計性和創新研究性3類實驗項目24個,其中基礎訓練性實驗5個,綜合設計性實驗13個,創新研究性實驗6個。在基礎訓練性實驗基礎上,根據學時要求和第二課堂形式,通過自主設計、綜合搭配化工過程實驗裝置,以必做和選做結合的方式,開設綜合性、設計性、創新研究性化工過程綜合實驗。上述實驗項目中必做實驗8個,選做8個,其他實驗項目可根據學生的興趣、愛好,利用第二課堂、開放實驗室、科技創新項目等形式選擇。
2.2 化工專業綜合實驗
將化學工程與工藝相關核心專業課程的實驗內容,綜合歸類為化工專業綜合實驗,單獨設課,其內容以熱力學基礎數據測定、傳質數據測定、化學反應工程實驗技術及設備、化工分離技術及設備、化工工藝、計算機數據采集與控制等實驗為主,能開設綜合設計性專業實驗項目25個,其中必做項目15個,選做項目10個。通過實驗方案的擬訂、實驗方案的實施、實驗數據的處理與評價,綜合應用相關專業知識進行綜合、設計類實驗,目的是應用所學專業知識,通過實驗培養學生的工程實踐能力。
2.3 化工仿真與計算機應用訓練
為進一步強化學生的工程實踐能力,采用化工過程及單元操作仿真實訓方式,不僅使學生領悟到單元操作的核心,也可以使學生進行模擬和控制可能的化工工藝及優化操作,實現工廠現場無法實現的環節,同時可結合生產實習進一步得到訓練。借助計算機在化工生產中的應用,結合相關專業知識訓練化工過程設計軟件應用、實驗設計與數據處理、化工過程與系統模擬優化等環節,為將來從事化工設計、工程實踐打好基礎。現有設備、裝置及軟件能夠開設11個訓練項目,其中必做基礎訓練項目6個,選做綜合訓練項目5個。
2.4 創新性研究實驗
堅持教學、科研與新技術應用的有機融合,將教師的特色科研成果轉化為實驗教學內容,將部分畢業環節的課題實驗訓練與專業綜合實驗融合,開發創新性、研究性實驗,充分體現化工專業綜合實驗訓練和科研訓練,現有10個創新研究性實驗項目供學生選擇。另外,每年有十多個項目采用開放實驗室的方法,結合大學生科技創新計劃,鼓勵學生開展科技創新項目訓練。
3 教學方法與教學手段改革
3.1 開放式實驗教學與第二課堂活動
為激發學生對實驗課的積極性,全面培養學生的創新思維和創新能力,解決實驗裝置套數少、實驗人數多的問題,化工專業實驗平臺實施開放式實驗教學,并開展多種形式的第二課堂活動。對基礎訓練部分的實驗采用分組集中實驗的方式,將每班學生分成3~4個大組,每組15~20人,安排不同的時間進行實驗。實驗時再將每組學生分成3~4個小組,每小組4~6人,同時開設幾個實驗,各小組輪流進行實驗訓練。對于綜合設計性實驗,要求學生提前選好所做項目,預習并準備好實驗內容,在指定的時間內有計劃地進行實驗。
創新研究性實驗,多來源于教師的科研課題或大學生科技創新項目,學生可根據自身情況選題,跟隨指定的指導教師進行實驗。重視引導學生參加研究項目實踐,一方面,教師積極參加科研,從科研工作中選出學生可以參與的項目;另一方面,有效地組織學生積極參與到研究實踐中來。創新研究實驗按照選題、文獻檢索、設計實驗方案、實驗、撰寫論文或實驗報告、報告答辯會的順序進行。
在課外時間,實驗室向學生全天開放,為學生的個性發展和創新意識培養提供空間,為大學生科技創新計劃提供訓練場所;鼓勵學生參與教師的科研項目,引導優秀學生利用業余時間和節假日進入教師的科研課題組,使學生盡早接觸本學科最前沿知識,得到科研訓練。
3.2 化工實驗課與化工設計相結合,體現工科特色
為培養學生的工程實踐和工程設計能力,充分利用化工專業實驗平臺,在工程實踐教學過程中,借助豐富的實踐教學資源,通過一系列教學安排,使學生除學習各種工藝知識,掌握各種工藝方法外,還可以培養嚴謹的科學作風,增強綜合素質。例如,將部分化工實驗課與化工設計相結合,通過化工實驗課,讓學生全面掌握某一單元操作或化工過程的實驗基礎理論與技術、實驗裝置的使用、實驗技能及科技小論文的寫作方法;在化工原理課程設計、化學反應工程課程設計及化工設計中,結合某一單元操作、某一裝置或化工過程,訓練學生的設計能力。也可以將兩者直接結合,給出某一化工過程,先進行流程及裝置設計,然后根據設計的數據進行實驗操作驗證,最后分析討論及對設計或實驗裝置進行改進(如乙酸乙酯的合成及精餾實驗)。這種有機結合的方式,能將多種知識及能力訓練綜合運用,使學生印象深刻,取得良好的教學效果。
3.3 采用多種現代化手段輔助實驗教學
針對學校開設的實驗項目,動員教師開發和研制適合學校實驗教學特點的集實驗原理、實驗流程、實驗演示、實驗結果數值計算、誤差分析及實驗綜合思考為一體的多媒體教學軟件,或實驗操作過程錄像,如精餾、吸收等,提高教學質量。使用與實驗裝置配套的計算機數據處理系統,引導學生掌握實驗設定、軟件使用、數據處理等技能,為將來應用現代化生產裝置打下基礎。
借助化工仿真軟件和化工過程模擬計算機軟件,開展化工裝置及過程自動控制模擬操作訓練或對化工設備、過程進行模擬、設計、計算等,彌補實習過程現場無法操作的不足,也為將來從事化工過程模擬或設計起到訓練作用。
3.4 開展實驗競賽活動
化工專業實驗平臺每年舉行1次全校規模的化工原理實驗競賽,以鞏固學生的基礎知識,強化實驗技能,培養競爭意識和創新意識。同時,在實驗競賽中加入實驗流程設計、設備設計訓練、數據處理等環節,起到綜合訓練的目的。組織學生參加2年1次的全省或全國大學生化工實驗大賽,拓寬學生視野。
3.5 建立多元化實驗考核體系
化工實驗考核方式,采用平時單元成績累計計分和期末考試相結合的多元化考核方法。平時單元實驗按基礎實驗和綜合設計實驗制定相應的評分標準,客觀記錄學生的實驗預習、基本操作、實驗結果、實驗報告和綜合素質等環節的成績;期末考試采用筆試加實際操作2種方式對學生進行全面考核。基礎訓練實驗占50%,綜合設計實驗占20%,期末考試占30%。
基礎實驗階段評分依據:實驗紀律和秩序、預習和回答問題、基本操作規范性、實驗記錄規范性、實驗數據及處理正確性及實驗報告等。綜合設計實驗階段評分依據:文獻調查與總結、實驗方案、實驗操作及實驗報告等。對于創新研究實驗,可根據實際情況,單獨考核。
4 制度和教學隊伍建設
要提高實驗教學水平和教學質量,必須建立現代化的、高效運行的管理機制并重視師資隊伍的建設。在管理機制和制度方面,做到“教學工作與科研工作,教學帶頭人和科研帶頭人,教學成果與科研成果,教學研究項目與科研項目”一視同仁,以調動和鼓勵教師參與實驗教學工作,提高實驗教學的師資素質。在實驗室設置教學重點崗位并實行競爭上崗;建立健全青年教師培養制度,在教學與科研實踐中培養梯隊。加強“實驗課教學團隊”建設,實施實驗室主任負責制。實驗課教學團隊設立實驗室主任(教師)、相對固定的教師和實驗室管理人員,并按照專職教師:實驗技術人員:兼職任課教師為1:3:6的比例配置師資隊伍。
5 化工專業實驗平臺建設展望
化工專業實驗平臺建設要進一步發揚自身特色,優化實驗教學體系,深化實驗教學內容和教學手段改革,延長校內工程實踐教學的時間,彌補工業實踐難以到位的現狀,從整體上優化實踐教學的安排;要培養學生的工程實踐能力,教師必須先具備工程實踐能力,要繼續深化實驗室管理體制改革,提升實驗教師隊伍的水平,建立一個高水平的教學團隊;加強實驗教學平臺與企業的交流與合作,推進產、學、研一體化改革,為進一步建立中試實驗基地和產業化生產服務;建立“以人為本、有利于實驗室開放和實驗教學的文化環境”,激發學生實驗與科研興趣,培養實驗能力和工程實踐能力,引導學生學會學習、善于協作。
有機化學作為一門基礎學科,其涉及范圍很廣,存在內容多、知識點多、結構復雜、反應類型多樣、理論知識抽象等特點,這就使學生容易產生畏難情緒,學習效率下降,從而影響教學效果。特別是對理工科專業學生而言,有相當多的學生對有機化學課程重視不夠,學習興趣不高,加上學生入校時化學基礎知識差異大,學習起來較困難,也影響到課堂教學效果。此外,隨著高校教學改革的逐步推進,有機化學理論課程學時有所壓縮,導致理論課程課堂教學中每節課程教學信息量日益增加,但又不能增加學生的課外負擔,教師的教學難度也在不斷加大。因此,對理工科專業有機化學課程的課堂教學,應摒棄“填鴨式”教學講授方法,要因材施教,強調基礎知識的掌握,注重培養學生的學習興趣。在整個教學過程中,應精心安排各個環節,精心設計教學內容和過程,靈活運用各種教學手段,以提高教學質量和學生的綜合能力。
2理工科專業有機化學課程教學方法探討
課程教學有法而無定法。在有機化學課程教學中,教師應在立足“學生主體,教師主導”的教學指導思想的基礎上,根據教學內容靈活選擇和變換各種教學方法。
2.1知識點設計法
各類有機化合物、基本概念、基本原理之間,既有共性又有個性,要通過課程教學設計提高教學效率,就必須對每個知識點進行巧妙設計,這樣才能達到調動學生的學習積極性、讓學生主動探究的目的。例如,在進行單烯烴、炔烴和二烯烴的教學中,正常情況下護理學、生物科學、生物教育和環境科學專業的學生這部分內容授課為4學時,化學教育、應用化學、化學工程與工藝專業的學生授課為6學時。對于前者學生會感覺到教學內容過多,時間緊張。為了避免這種情況,就可以通過對某些知識點的巧妙設計來達到調動學生的學習積極性、發揮學生分析問題、解決問題的能力。在講烯烴、炔烴的命名這個知識點時,可以先讓學生回顧烷烴命名的規則,之后簡要說明烯烴、烷烴在命名規則上的相同點與不同點,然后通過練習題幫助學生學會利用系統命名法進行命名。做了這些知識鋪墊之后,再設計提問:有順反異構的不飽和烴如何命名?當雙鍵兩碳原子所連接的四個原子或基團不相同時又怎樣命名?以此引出順反命名法與Z/E命名法。這樣,通過巧妙設計知識點,就會極大地調動起學生主動思維和學習的積極性,學生會很輕松地用較少的時間掌握較多的知識。
2.2歸納總結法
在學習有機化學課程中,由于化合物種類繁多,化學性質豐富,有機反應形式各異,變化萬千,且與反應條件密切相關,所以很多學生耗費了大量的時間記憶,卻事倍功半。這時,教師要隨時引導學生運用歸納法,從個別反應中找它們的共同規律。例如貫穿有機化學課程教學始終的有機反應歷程問題,是學生較難以理解和記憶的重點內容。在講授過程中,我們可以將有機反應比喻為有機化學的“詞匯”,而反應機理則類似于有機化學的“語法”。反應歷程根據共價鍵的斷裂方式可歸納為兩大類:即自由基反應一由共價鍵均裂成帶單電子基團引起;離子型反應一由共價鍵異裂成帶正負電荷的基團引起。在此基礎上再經過系統的歸納,又可細分為以下幾類:自由基反應:(1)自由基取代反應,如烷烴的鹵代反應;(2)自由基加成反應,如烯烴在有過氧化物存在下與溴化氫的自由基加成反應;離子型反應又分兩類:一類是被親電試劑進攻的親電取代反應(如芳環上的硝化、鹵代、磺化反應等)和親電加成反應(如烯烴的親電加成反應);另一類是被親核試劑進攻的親核取代反應(如鹵代烴的親核取代SN1、SN2)和親核加成反應(如醛、酮的親核加成反應),以及β-消除反應E1和E2(如鹵代烴脫鹵化氫反應和醇的分子內脫水)和α-消除反應(如卡賓的反應)等。這樣,借助反應歷程作為貫穿有機化學課程教學內容的主線索使知識系統化,避免死記硬背繁多的有機化學反應,幫助學生把許多表面上看來完全不同的反應通過反應歷程相應地聯系起來,進一步加深對有機化學反應本質的理解。
2.3多重導入法
課堂教學的導入是指課堂教學的開頭,它起著醞釀情緒、提示內容、帶入環境的作用。一個好的導入可以抓住學生的心弦,引起學生的求知欲望,調動學生的積極主動性,加強師生間的雙邊活動,從而為課堂教學的效果提供一個好的前提保證。有機化學是一門以描述性知識為主的學科,大量的基本資料可由結構、性質和合成三部分內容來概括。它們之間的關系是結構決定性質,性質反映結構,性質和合成則是一個問題的兩個方面。課堂導入方式很多,如有通過演示實驗、分子模型等直觀導入;有通過化學史來導入,例如脂環烴環的張力學說、苯環的結構等。而提問式導入經常出現在章與章、節與節之間關系緊密、前后連貫處,歸納式導入則在總結前一節的教學內容或習題、實驗后,針對學生存在的問題分析原因,從而導入新課。更能激起學生興趣的是事例式導入。有機化學與日常生活密切相關,因此可運用日常生活中學生所熟悉的例子來引入。例如學習酯類化合物時,可以從水果蔬菜的風味品質來導入,如乙酸異戊酯是香蕉的香味,正戊酸異戊酯是蘋果的味道,乙酸乙酯和乙酸異戊酯是梨子的香味,丁酸乙酯和丁酸異戊酯是草莓的味道等。類比導入法是充分發揮學生形象思維的好方法,分子是看不見、摸不著的,但對宏觀物體學生比較熟悉,所以,可從宏觀物體作類比引入微觀世界。例如在講授有機化合物分子具有對映異構現象時,可以從鏡前的物與像,山水畫中的倒影以及人體的左、右手等非常相似但不能重合來說明分子也有鏡像關系的存在。在講到外消旋體與內消旋體的區別時,展示一張非洲羚羊的照片,羚羊的兩只角呈現出完美的內消旋體形狀,一個物體,不可拆分。幫助同學們記住內消旋體純物質不能拆分,外消旋體是混合物,可以拆分等知識點。
2.4問題探究法
問題探究教學法,就是通過創設活動情景,引導學生提出問題、分析問題和解決問題,最終獲取知識。學生探究活動是以思維的激發、深化作為手段進行的。在有機化學課程教學中可以問題意識驅動學生思維,而問題是學生探究活動的誘因,人一旦對某些難以解決或疑惑的實際問題產生困惑、懷疑、焦慮的心理狀態,問題意識就形成了。為了培養學生的問題意識,教師在教學時要營造民主、和諧的教學氛圍,巧妙營造問題情境積極鼓勵學生主動提問,敢于向權威挑戰。例如在講授鹵代烴消除反應機理時,由于鹵素原子的吸電子誘導效應造成β-H變得活躍,在這種情況下鹵代烴易于脫去β-H而發生消除反應。如果有思維敏捷的學生就可能提出這樣的問題:如果鹵素原子的吸電子誘導效應使得α-H要比β-H更為活躍,那么為什么不脫去α-H呢?聽到這樣的問題,教師首先應該對學生提問給予肯定與鼓勵,然后再引導學生共同進行深入討論,進一步了解α-消除反應與β-消除反應的區別,從而達到教師引導學生思考的目的。又如當講到鹵代烴消除反應的主要產物取向遵循扎依采夫(Saytzeff)規則,即主要產物是雙鍵碳原子上連接烴基較多的烯烴,也有學生可能會提問,在什么情況下主要產物可以是雙鍵碳原子上連接烴基較少的烯烴呢?這就可以進一步引入對“扎依采夫烯烴”和“霍夫曼烯烴”的討論。
綠色化學又稱為環境無害化學,是一門從源頭上消除污染的化學,即利用高選擇性的化學反應,提高反應原子的利用率,達到100%選擇性,實現零排放。綠色分離工程指的是分離過程綠色化,主要包括兩種途徑進行實現:第一,優化傳統分離過程,降低甚至消除分離過程對環境的影響;第二,開發和使用新的技術,例如,膜分離技術。分離技術貫穿于整個化工產品生產過程,分離過程綠色化對于未來環境保護和污染治理具有重大意義,是社會現代化可可持續發展的關鍵性問題之一。分離技術是提高產品競爭力的關鍵技術,對于降低產品生產成本、提高產品質量等發揮著重要作用。教師要讓學生明白經濟發展在滿足當代社會發展的同時,又不能威脅子孫后代的未來。根據現有發展基礎、條件,在不損害地球生態系統的前提下,合理有效地利用和開發有限的資源并產生足夠的財富,以滿足社會合理的經濟需求。綠色分離工程等新型分離技術在高等分離工程課程中的引入,必將引領學科的健康和可持續性發展。
二、改進教學方法
與全日制研究生不同,在職研究生來自于化工企業,一般為單位的技術骨干或相關崗位的管理者,有些甚至已經是高層次的專業人才和項目負責人等,具有一定的實踐經驗和解決實際問題的能力,他們的學習目的很明確,致力于知識轉化,用專業知識解決現實問題。對于在職工程碩士來說,他們既要增加自己的知識積累,更要培養自己應用知識的能力,學習的核心就是提高知識的有用性和實效性。因此,教學內容不能過于理論化,如果課程內容理論性過強,將會給學生的學習帶來困難,影響學生的學習效果。另外,教學一定要做到理論與實際相結合,例如,教師通過工程中的實際案例解釋相關的原理或者理論,側重理論與應用的結合。教師還要合理安排教學內容,課程結構要緊湊,做到重點突出、難點明確、層層遞進、詳細透徹,通過這種方式提高學生思考、處理問題的能力。例如,課堂上使用啟發式教學法、現場教學法、案例教學法等多種教學方法,實現對教學內容的詮釋;綜合運用多媒體、網絡平臺及模擬仿真系統等多種教學手段,使教學內容形象化,最終實現該課程教學質量及教學效果的根本性提高,使其達到培養專業型人才的綜合要求,建成學而有用、學而會用的核心課程。針對該課程的特點,結合高等分離工程課程教學的特性以及教學中存在的問題,應對該課程教學進行一定的改革.
1.優化教學方案、完善多媒體課件。教師要根據目前國內外的新技術、新工藝、新設備的發展,在現有課程體系基礎上,適當加入新的教學內容,制定出合理的教學方案。多媒體課件是目前高校授課的必備工具,目前該課程主要采用理論教學方法,沒有系統的模擬仿真系統和實踐設施,因此為提高授課效果,應對該多媒體課件進行進一步的完善,加入基本原理的動畫和實際生產的視頻,以保證該課程理論教學與實踐的有機結合,提高學生的理解能力。
2.采用研討式的教學方式。由學生提出本單位現場分離設備中存在的問題,根據所學的理論知識和工作經驗,找出解決問題的方法,并在各自的實際生產過程中進行驗證。
3.為了使學生能夠更好地學習、理解和掌握課程的理論技術和方法,采用AspenPlus、Pro/II等化工流程模擬軟件,對化工分離過程進行設計和模擬,建立典型案例庫,模擬化工分離的過程、分離過程中物質之間的相互作用以及分離工藝中相關設備的直觀演示,開發相關的計算軟件以解決分離工程中大量計算的問題。
4.讓學生提出工廠實際中分離設備存在的問題,并收集現場數據,進而設計程序,得出計算結果,提高學生處理實際問題的能力和素質。
5.充分利用互聯網資源。二十一世紀是信息時代,技術人員需要廣泛了解科技發展動態,了解學科的前沿性技術并掌握其發展趨勢。在職研究生平時在單位工作,只有節假日才能到學校上課,因此建立師生互助平臺和網絡信息庫勢在必行,不僅能加強學生與教師的溝通,還能加強學生與學生的聯系。教師在學校將專業的最新信息錄入信息庫內,為研究生開辟獲取信息的渠道,學生將遇到的技術困難提交到平臺,教師與同學一起通過討論和研究,提出解決方案,再用于實際生產進行驗證。
三、注重教學環節
教學過程是影響研究生教育質量的關鍵,同時也是保證研究生教育質量的重要因素。高雙林等對影響研究生培養質量的可控因素進行了系統分析,主要包括學科建設、教學環節和管理體系三大部分,其權重系數分別為0.33、0.53、0.14,說明教學環節是研究生教育質量保證體系中的重要部分。在職研究生雖然參加工作一段時間,社會經驗和工程經驗比較豐富,但是回到學校后,往往會存在些許的陌生和拘謹,尤其是在教室內安靜的聽老師講課,往往很難。因此,對于這些學生的授課方式,要以互動交流為主,鼓勵學生提出生產中的實際問題,例如石油化工過程中針對硫含量過高的問題,鼓勵學生結合自己的工作去查閱文獻,以化學法和物理吸附法為基礎,設計出脫硫的方案,大家以基本理論為依據進行討論,提出解決方案,并到相關的企業進行驗證。
教學方法的反思
在教學方法上,我們應拋棄原先那種“一張嘴、一本書、一支粉筆”的怪圈。實驗實訓是一個非常好的教學手段,不僅可以提高學生學化學的興趣,重要的是可以提高學生技能訓練,從而達到培養高素質技能性專門人才。化學教師應想方設法讓學生自己多做實驗。隨著招生規模的擴大,國內很多普通高校還沒有那么多的財力購置一些大型的設備儀器,即便有,也不可能讓每位學生都有機會親自操作,因此有關儀器分析方面的理論教學就成了紙上談兵。我們可以通過計算機仿真實驗讓每位學生嘗試親手造作大型實驗儀器。在現代化的教學中,學生對于計算機很感興趣,老師可以針對一些較難理解的章節,將其制作成多媒體課件、flash等。然而我們有很多教師對多媒體教學并不熟悉,甚至未曾使用過,他們覺得制作課件比較麻煩,在課后花的時間較多,其實有時我們使用多媒體,既可活躍課堂氣氛,又能使抽象的理論問題簡單化,從而化難為易。例如,在講到氣相色譜和高校液相色譜這一章時,可以通過計算機模擬色譜分析過程以解決很多學校沒有昂貴的色譜儀器的問題。當前常見的色譜輔助教學課件有HP公司的GC and Training Software和Chem SW公司的Interac-tive Training軟件包。它們可以將復雜的色譜分析理論用簡潔的圖形表達出來,也可以通過色譜參數的改變觀察分離效果,用動畫展示色譜儀內部的工作過程,利用圖形和動畫給出檢測器、進樣器、高壓泵的內部結構和工作過程等。這類軟件對分析原理、操作模擬顯示有機地結合在一起,很適合多媒體教學。重要的是多學生的技能訓練起到了很好地作用。
教學過程的反思
化學實驗的反思。化學是一門以實驗為基礎的科學,實驗教學未必要按部就班,例如在做濃度對化學反應速率的影響時,本人見有教師作如下改進,在兩支試管中分別加入相同體積的濃HCl和稀HCl,同時放進大小相同的Zn粒,迅速塞好帶玻璃管的橡皮塞(玻璃管上端系一塑料袋,袋內不留空氣),2分鐘后,盛有濃HCl的試管上的塑料袋可膨脹70—80mL,而盛稀HCl的試管上的塑料袋卻膨脹不到10mL,經過改進,實驗可見度大,對比性強,定量性好,需要說明的問題簡單明了。改進實驗,變驗證性實驗為探究性實驗,創設探究情景,激發學生探究情趣。
作業布置的反思。傳統的作業大多是課后固定的習題,而且基本上都是客觀題,學生的積極性調動不起來,不會就是不會,也就不愿意做,無法按時完成。我們應該擯棄傳統的“布置作業”,尋找更適合現代高職學生的“布置作業”的方法。經過本人的教學經驗來看,老師應當利用現代學生的興趣所向,將客觀題改為主觀題,不再有固定的答案,可以發揮學生的主觀能動性,發揮各自的想象。例如:關于“醛和酮的化學性質”這一節知識,教師在課后可以布置這樣的作業“查閱相關資料,說明甲醛是如何使人中毒的?”。首先,學生肯定會對這個問題感興趣,因為甲醛是比較我們生活中敏感的話題;其次,大部分學生是不會靜靜地坐在圖書館翻閱資料了,但是他們可以利用一向癡迷的網絡去解決這個問題。這樣子學生既學到了知識,而且在教師的引導下也學會了如何正確的使用網絡。因此,作業的布置對學生和教師來說都非常的重要。
公開課的反思。經過教師的精心安排,公開課很“成功”,一節課表面上看來條理清楚、精彩圓滿,師生配合默契、問答巧妙,學生似乎個個聰明機智,根本不需教師的啟發誘導。公開課應該求真務實,多一點本色,少一些粉飾。化學公開課只有堅持以人為本,正確把握學科特點,遵循教學規律,選擇合適教法,才能實現優質高效的目標,扎扎實實地推進課程改革的深入實施。
教學反思的方法
教學反思要求教師保持敏感而好奇的心靈,要求教師經常地、反復地進行反思,要求教師選擇多種教研方法進行反思。教學反思的基本方法,本人試做些初步探討:
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)47-0101-02
制藥工程專業是農藥學和工程學交叉發展的應用學科,主要應用農藥學、化學、工程學及相關學科的理論和技術手段解決農藥生產過程中的工程技術問題,具有很強的實踐性,要求學生具備農藥產品生產、工程設計、新農藥研制與開發的實際能力。化工儀表及自動化主要講解實際生產過程中工藝參數檢測、顯示和控制,是涉及化工生產過程、化工設備、儀器儀表及自動控制等多學科交叉的綜合性課程,是制藥工程專業的一門必修專業基礎課。由于缺乏實際生產實踐知識,因此在學習中,學生普遍反映該課程信息量大,內容龐雜、抽象,難以理解[1]。在課時有限的情況下,這個問題顯得尤為突出。如何根據制藥工程專業的培養目標和化工儀表及自動化的課程特點,使學生在有限時間內獲取最大的課程知識,完成理論知識與生產實踐的結合,教研組結合近幾年的教學實踐,從多個方面進行了教學措施改革。
一、合理安排教學內容
制藥工程專業使用的教材是厲玉鳴主編的《化工儀表及自動化》,主要包括儀表和控制系統兩大部分共七章的內容,理論教學內容較多,在36個課時內要詳細講授這些內容顯然很不現實。根據該專業的培養目標和農藥生產過程的實際需要,化工儀表及自動化的課程改革應以實際應用為指導,以滿足制藥工程專業學生在實際生產過程中涉及的參數檢測和自動控制的要求為原則,教學內容以學生畢業后的實際工作需要來選擇。
在有限的課時內,堅持“少而精”的原則,一般不詳細分析內部電路,但要講清儀表和控制系統的結構、工作原理和工作過程,重點講解如何正確選擇和使用儀表及控制系統,降低理論要求,增加實用內容。農藥生產過程主要涉及反應過程及傳熱、精餾、吸收、干燥、萃取等單元操作,因此在保持課程相對完整的基礎上,根據專業特點調整教學內容。把自動控制系統兩章內容和典型化工單元的控制方案進行融合,在自動控制系統講授中盡量選用這些單元操作進行討論講解,分析典型化工單元操作中若干具有代表性設備的自動控制系統,闡明設計控制方案的共同原則和方法。
例如,無相變的換熱器的溫度控制、載熱體進行冷凝的加熱器自動控制、冷卻劑進行氣化的冷卻器自動控制、精餾塔的溫度控制方案、釜式反應器和發酵罐的溫度控制等,通過案例分析,激發學生的學習興趣。隨著工業生產和自動化技術的發展以及新型儀表和控制理論的不斷更新,教學過程中,我們要順應控制技術發展規律,調整充實教學內容,讓學生了解檢測技術和控制技術的發展趨勢和最新發展動態,使教學內容的組織體現應用性和開放性[2]。這不但能激發學生的學習興趣和學習熱情,也能為他們以后的工作打下良好的基礎。
二、采用多種教學方法
化工儀表及自動化的教學內容與實際生產過程密切相關,涉及大量的工藝生產過程、單元操作及相關生產設備,對于從未接觸實際生產過程的學生來說,文字性質的描述或者圖示的方法不能有效地提供課程相關信息,致使他們對工藝參數的檢測和自動控制缺乏直觀的認識。教學實踐證明,使用多媒體教學課件,用圖形、圖像、文本、動畫、視頻等直觀、生動的形式描述知識形成過程的特點,能使學生的學習活動處于積極狀態,增強學習興趣,提高教學效果[3]。
例如,講到自動控制系統組成時,可進行液體貯槽液位自動控制的動畫演示,形象展現出液位自動控制系統所應用的測量元件、自動控制器、控制閥及對象等環節和控制過程;利用圖片進行典型控制單元的展示。另外,我們還將農藥原藥生產的實際生產過程、相關設備、參數檢測和控制視頻穿插在課程教學中,使學生有置身生產過程的感覺,提高教學效率。還可以將化工生產模擬仿真與傳統化工儀表及自動化教學相結合。利用Matlab軟件和Aspen Plus等仿真軟件,制作相應的化工儀表工作過程模擬仿真教學課件和典型化工控制系統控制過程的演示課件,將過程模擬方法和傳統化工儀表及自動化教學內容相結合。例如,模擬某農藥生產過程典型設備中各參數的控制過程,修改參數可看到不同的過渡過程曲線,從而理解PID參數的整定,進一步領會工藝過程與自動控制系統之間的關系。
三、注重實踐課程教學
化工儀表及自動化課程教學以實際應用為目的,因此進行實踐教學是配合理論教學的必不可少的環節,缺乏實踐環節將嚴重影響教學效果[4]。然而,制藥工程專業的化工儀表及自動化課程已進行的實驗,多是以模擬式儀表為基礎的儀表校驗和參數的測量。因此,實驗課的設置要按照教學計劃的要求,力爭在完成基本實驗內容的基礎上,盡可能地增加一些有益的內容。實驗可分為基礎驗證性實驗和綜合性實驗。基礎驗證性實驗是傳統實驗,主要是使學生掌握儀表的工作原理和使用方法,完成實驗操作、數據處理等基本訓練;綜合性實驗主要培養學生調查研究、設計實驗方案及對實驗過程及結果獨立分析和判斷的能力[5]。
實習通常作為學生貫通專業知識和集合專業技能的重要教學實踐活動。制藥工程專業的課程教學要以農藥生產的實際需要為目標,不但強調對專業知識的掌握和應用,更應加強調與生產實際的結合,強調課堂講授與學生的生產實習相結合[6]。本課程的教學內容與農藥生產過程密切相關,涉及大量的參數檢測和控制的相關知識。因此,在課程進行的第七周穿插一周針對該課程和化工設備機械基礎的農藥廠認識實習,有助于讓學生通過對啶蟲脒和霜霉威生產流程與生產設備的了解,進一步認識生產過程中較為典型的控制單元,畫出帶控制點的工藝流程圖。
并且,在實習報告中要求學生從這兩個工藝生產過程中,選取一個生產設備作為被控對象,設計一個簡單控制系統。設計內容包括:分析工藝過程,找出工藝的影響因素;確定被控對象,分析對象特性及在工藝流程中的作用;根據被控變量和操縱變量的選擇原則,選擇被控變量和操縱變量;選擇測量元件;控制器及其控制規律的分析和確定;控制閥的選擇;自動控制系統的控制過程分析。學生在完成實習報告的同時,就完成了對課程內容的理解和融會貫通,也就完成了對化工儀表及自動化課程的全面復習。更重要的是,它能促使學生主動理論聯系實際,將課程內容與工藝過程中的參數控制聯系起來,鍛煉利用所學知識解決實際問題的能力。
四、進行試題庫建設
化工儀表及自動化課程通常的出題方式是由經驗豐富的教師手工組卷,且是AB兩卷,一次組卷只能用于一次考試,重復勞動量較大。而且,人工組卷的出卷人一般是教授此課的教師,不能實現教考分離,對學生全面達到教學大綱規定的要求不利。試題庫內容擬覆蓋檢測儀表、顯示儀表、控制儀表、控制系統組成、簡單控制系統、復雜控制系統等章節,試題分為填空、判斷、分析、問答、計算等多種類型,著重考查學生對化工儀表及控制系統的基本原理、結構、應用的了解,以及運用上述知識正確分析和解決生產實際問題的能力。本題庫將具有較高的智能性、靈活度和開放性,由主考教師自行指定考試范圍、題目難度和知識點,系統自動整理出符合要求的試題,并配有詳細的答案及評分標準。該題庫可以滿足學校制藥工程和林產化工等多專業的教學要求。
隨著高校教育的不斷改革和發展,為適應綜合素質人才的培養需要,我們不僅要從教學內容、教學方法、實踐教學等方面進一步給予完善,還要根據制藥工程專業的培養目標和課程特點,探索和構建適合本課程的教學模式,進而培養學生的工程意識和分析、解決生產實際問題的能力,提高教學效率和教學效果。
參考文獻:
[1]姚干兵.工儀表及自動化課程教學改革探討[J].技資訊,008,(5):62-163.
[2]周冬菊,董鐵有.案例教學模教式學在化工儀表及自動化中的應用[J].黑龍江教育,2012,(11):9-10.
[3]曾珞亞,李學聰,馮燕.《化工儀表及自動化》跨專業跨學科教學特點研究[J].高教論壇,2009,(5):75-77.
無機及分析化學是我校化工專業的一門專業基礎課。自我校化工專業招生后,無機化學和分析化學是單獨授課,由于化工專業需要學習更多的化工專業課程,考慮化工類專業的特點,結合學院的實際和其它高校化工類專業的課程設置,對這兩門課進行了大膽的改革,將無機化學和分析化學這兩門課有機整合為一門新的專業基礎課———無機及分析化學。
一、課程的設計理念
課程設計的理念是將原無機化學與分析化學兩門課程的基本知識和基本理論進行調整、取舍,有機整合,建立了一個以強化應用為主導思想的無機及分析化學課程新體系,力圖符合社會對專業人才素質、知識、能力培養的需求,形成了一門應用性強并具有普遍適用性的課程。與我校的化學專業和應用化學專業相比,化工專業后續的專業必修課程比較多。專業的不同,課程的設置和學時的安排也會有所不同,對于化工專業來說,無機化學和分析化學的學時就要進行壓縮,而兩門課程又有很大的聯系,內容上也有一些重復。無機及分析化學將原來分別屬于兩門課程的教學內容進行篩選、融合,組成一個新的教學體系,而不是進行簡單的課時壓縮。內容的整合避免了兩門課程不必要的重復,有助于內容的精簡,同時更具有針對性,可以在有限的學時內最大限度挖掘和發揮教學的潛力,同時有對應的無機及分析化學實驗課程,從而建立起了理論教學和實驗教學,既相對獨立又相互聯系的課程體系。無機及分析化學課程加強了無機化學與分析化學的有機聯系,建立了一個知識全面,無縫銜接的無機及分析化學新體系。
(一)強化基礎知識、基本技能的掌握,精選教學內容
教學的基本要求符合教學規律和學生的學習規律,把握學生應掌握知識的廣度和深度。既考慮到大一學生剛入大學校門,尚不適應中學與大學之間的學習方式與學習方法的轉變等特點,又注意了與后續課程儀器分析、物理化學等的銜接,盡力拓寬本課程覆蓋的知識面,同時力求避免重復、脫節。通過每一章的思考題、習題的練習,能夠使學生抓住主線,掌握重點內容,理解難點內容,觸類旁通地學習,從而保證學生能初步學會運用基本概念和基本理論來解決實際問題[1]。選用的教材是浙江大學第二版的無機及分析化學,該教材首先介紹的是物質的聚集狀態,第二章是化學反應的一般原理。前兩章的內容歸屬于無機化學的內容,第三章是定量分析基礎的介紹。在第四、五、六、八這四章內容中,介紹的四大平衡和對應的滴定的內容。每一章都是首先講授的是平衡的原理,然后是對應的滴定分析內容,也就是一個平衡對應一個滴定的內容。這樣避免了無機化學上介紹了平衡的內容,在分析化學上還需要介紹一些平衡的內容,避免了不必要的重復,使條理更加清晰,內容上更為簡練和完整[2]。
(二)適當引入學科前沿,拓展學生專業知識
在保證課程的系統性、強化基礎知識、基本技能的前提下,正確處理好課程的經典內容與最新進展的關系。改革教學內容,調整課程結構,提高課程起點,加大信息量,在教學過程中結合自己的研究課題隨時跟蹤本學科的前沿和發展,使教學內容不斷更新。使最新的知識前沿能夠融入基礎教學中,教學內容更具有先進性、科學性。
(三)注重理論聯系實際,突出專業特色
在教學內容的組織上能理論聯系實際,積極吸收行業企業參與課程內容和課程體系改革,把生產實際和科學研究中的基礎知識結合起來講授,并通過采用多種靈活方式豐富教學手段,融知識傳授、能力培養與素質教育于一體[3]。實踐教學中,在開設基礎實驗的基礎上,增加了綜合性、設計性和開放性實驗內容,經過多層次實驗平臺的鍛煉,使學生能動的發現問題和解決問題,提高了學生綜合實驗能力。化工專業是實踐性很強的專業,在實踐教學中學生到一些公司、企業進行了實地考察和交流。參觀了公司的生產流程、實驗室,詳細了解了產品種類、性能質量、目前存在的問題等,在參觀過程中學習了知識,發現理論學習和實踐的不同之處,理論和實踐相互支撐,在以后的理論學習中也更有針對性。
二、教學方法、手段的改革
在教學過程遵循以學生為主體,以教師為主導的教育理念,教學觀念的轉變,多種教學手段的合理利用,理論和實踐的有效結合,調動學生學習的積極性,變被動學習為主動學習。
(一)以“講”為中心向以“學”為中心轉化
在課堂教學中,遵循“以學生為主體,以教師為主導”的教育理念,大膽探索教學方法改革,教師的教學觀從以“講”為中心向以“學”為中心轉化,改變傳統的滿堂灌教學模式及本科壓縮教學模式,積極采用采用啟發式、討論式、總結式等教學方法,因材施教,讓學生變被動聽課為主動積極思考,使學生的學習興趣得到充分的激發,自覺完成課堂教學內容的學習,提高了課堂教學效果和教學質量。另外,增加習題課、討論課或留大作業等,將理論教學延伸,是培養學生應用能力的一種重要手段。總結式是非常重要但卻容易被忽視的一種教學方法,在教學過程中經常強調對課程內容要做到:節節總結,章章總結;縱向總結,橫向總結。循序漸進,一環扣一環,更新教學理念,既要將知識傳授給學生,又要教學生學習的方法,從而形成良好的教與學兩過程動態結合的教學方法。
(二)合理使用多媒體手段
在教學手段方面我們主要采用:板書、計算機多媒體課件,特別是計算機多媒體技術與傳統教學方法(“粉筆+黑板”)的有機結合,揚長避短。在第一章至第六章的教學中,主要是以板書為主,尤其在化學反應一般原理這一章中,公式的推導,計算題比較多一些,所以主要以板書為主。這樣學生也比較容易跟上老師的速度,而且在推導或計算的過程學生也在進行思考和運算,思路比較清晰。如果在這些章節采用多媒體的話,速度很快,而且學生缺少必要的運算過程,印象也不深刻。在第七章物質結構基礎這一章中,內容比較抽象,微觀世界的東西似乎不太容易理解。如原子軌道、能級等這些內容,單純語言不是很好描述,這時可以借助多媒體,利用多媒體的圖片、聲音、動畫等特點,將抽象的內容直觀化,將晦澀難懂的語言生動地表現出來。如在講電子云角度分布圖和原子軌道角度分布圖這一部分,學生完全處于一頭霧水的狀態,通過借助flash將作圖的過程展現出來,并將得到的圖片進行展示。學生在看flash的過程,感覺很有趣,也就很容易的記住圖形的特點和兩個圖形的不同點,對于后面的原子軌道的疊加也就能夠很好地理解了。所以在教學過程中,要根據具體的內容進行選擇,采取學生容易接受的方式和方法來進行教學,發揮板書和多媒體各自的優勢,更好的提高教學效率,保證良好的教學效果[4]。
(三)注重師生交流與互動
在教學過程中注重與學生的互動交流,教學不是上課教師在唱獨角戲,針對教學中的難點和重點能夠積極地引導學生,啟發學生,讓學生在每一堂課中有自己的思考,有自己的收獲。隨時觀察學生在課題上的表現,隨時調整講課的速度和方法,將學生在課題中出現問題都盡快消化。教師力求在講課中提出問題、啟發學生分析問題、師生共同解決問題,調動學生積極主動地參與到課堂的學習中來[5]。構筑師生交流與互動。課下利用郵件、短信、電話、QQ群等方式將學生遇到的一些問題及時地解決。
(四)重視實踐教學環節、注重學生創新意識與應用能力的培養
在實驗教學改革方面,以培養學生最基本的化學實驗操作技能、科學思考、獨立分析問題和解決問題的能力及創新科研能力為目的,大力加強實踐教學。我校重視創新創業訓練,在人才培養上,面向全體,基于專業,把創新創業教育貫穿人才培養全過程,注重培養學生的創新精神與創業能力。學生根據課程的研究前沿,可以選擇某一課題進行研究,從選題到實驗的進行,都是學生獨立思考并完成,教師在總體上進行統籌把握[6]。
三、結束語
無機及分析化學是我校化工專業的專業基礎課,無機及分析化學由無機化學和分析化學重新整合而成,精簡了學時,優化了內容,整合后的課程內容能夠更好地和化工專業的其它課程銜接。在教學方法上也進行了改革,優化課內,強化課外,注重了多種方法的教學。
作者:鄭興芳 單位:臨沂大學
參考文獻:
[1]李紅娟,帥琪.適合大一新生的無機及分析化學教學方法研究[J].廣東化工,2014,41(16):199.
[2]陳素清,梁華定.無機及分析化學課程教學體系及教學內容的思考及實踐[J].化工高等教育,2011(3):43-49.
[3]鐘國清.無機及分析化學課程改革的實踐與思考[J].化工高等教育,2007(5):11-13.