建立与科研相结合的化工专业实验开放式教学模式

陈翠雪, 洪金庆, 叶美玲

(厦门大学化学 化工学院化学工程与生物工程系, 福建 厦门 361005)

建立与科研相结合的化工专业实验开放式教学模式

陈翠雪, 洪金庆, 叶美玲

(厦门大学化学 化工学院化学工程与生物工程系, 福建 厦门 361005)

为提高化工专业学生的工程意识及创新能力、更好地掌握先进的前沿研究技术,化工专业实验教学整合科研资源,与科研良性结合,探索出科研与教学实验相结合的创新模式,不仅培养了学生的科研技能和综合素质,而且提高了实验教学的整体质量。

教学模式； 化工专业实验； 开放式实验教学

高校化工专业具有非常强的工程实践性,而化工专业实验是化工专业重要的实践教学环节之一[1]。在培养学生理论联系实际、提高创新精神和实践能力方面,实验教学有着非常重要的作用[2-3]。利用现有资源、完善实验教学体系、提高实验室的开放程度,有利于学生高素质、创新性和综合性的培养。目前,科研与实验教学相结合是各大高校与教育机构研究的重要内容之一,对培养具有实践能力和创新能力的科研型高素质人才具有重要的作用[4-8]。我校化学工程与工艺实验室于1991年建立,主要面向化学工程与工艺专业4年级本科学生开设化工专业实验。早几年的实验教学中,由于经费及场地限制,部分实验项目设置简单,不利于创造性人才的培养。近年来,随着学校经费的投入,实验室不断加强软、硬件建设,借鉴相关院校的经验,通过积极探索与实践,对化工专业实验教学体系进行优化、更新实验内容、对实验课程体系进行模块化建设和管理,逐步建立了一套与科研相结合的开放式实验教学模式。

1 实验教学和科研相辅相成

1.1 实验教学服务科研

高校中的教学与科研是相辅相成、相互促进、缺一不可的,实验教学是科研与教学的最佳结合点[9]。为有效利用实验室资源,我系化学工程与工艺实验室在完成教学任务的前提下,实行集中管理、全天候对科研开放的教学模式,包括时间、空间及仪器的开放。

专业实验每周开设2次专业实验课,除了实验准备和上课时间,其余时间都为科研提供研究场所,科研人员可通过申请进入实验室进行科研实验。科研人员可以利用教学实验室的大型专用设备,比如渗透蒸发实验装置、分子蒸馏装置、反应精馏实验装置等,进行相关课题的实验研究。同时,实验技术人员利用教学实验室大型仪器为科研服务,比如原子分光光度计、高效液相色谱仪、荧光光度计、紫外可见分光光度计等测试分析仪器,为学院教师科研服务累计每年大于3 000 h,样品量高达5 000个。

1.2 科研“反哺”实验教学

我院科研管理实施以研究所领导课题组完成科研任务的管理制度,课题组是学院开展科学研究的基本组织。各个课题组不仅承担了多项“973”计划、“863”计划、科技支撑计划项目及国家自然科学基金重点项目等重大科研项目,而且与国内一些较大企业建立了合作关系,并在产业化与新技术、新产品研发等方面取得了显著成绩。

上述科研项目为课题组介入实验教学过程、科研成果转化成实验教学内容提供了良好的环境。课题组围绕化学工程与技术相关的知识,从近期的科研成果和科研任务中提炼出难度、深度和工作量相对比较适合学生的知识、能力及相应条件的命题,针对某一问题或专题指导学生进行深入研究,积极探索新的化工专业实验教学内容、实验教学方法,和实验室一起建设培养应用创新型人才的开放式实验教学新模式。

2 实验教学与科研相结合的教学模式

2.1 创新层次化的开放教学模式

化工专业实验是一门重要的专业实践性课程,是通过一系列专业实验的训练,使学生掌握先进的化工生产技术、学会使用一些先进的专业实验测试分析方法,并进行实验数据的测定、分析与处理,掌握化工领域中的专业实验技能,提高动手能力、独立思考能力、解决问题能力与工程处理能力[10]。

实验教学模式改革首先要以培养创新型化学工程与工艺专业人才为目标,结合当前科研最新研究成果,不断完善教学大纲、改进实验教学计划和教学内容。在专业实验课里增加前沿知识,增强学生兴趣,提高学生主观能动性；实验内容要减少单一性及验证性实验,多开设综合性、先进性及设计性实验；设置多层次、模块化的课程结构,开设具有代表性的化工专业实验,体现新世纪化工类人才培养的基本精神。

科研成果转化为实验项目应经过筛选、论证和验证3个阶段,以科研成果转化的实验项目，能优化实验教学体系、激发学生的学习兴趣和创新热情[11]。新教学模式实行课题组与实验室一起承担专业实验教学,每个课题组负责不同的实验模块,并在一定的范围内提供部分先进的实验设备。

2.2 构建集成化、模块化的实验教学体系

教学实验室注重理论与实践并重,认真统筹相关各类实验资源,努力构建资源优化、开放充分、功能集约实验教学平台。我们结合实验室目前的实验设备和条件,并考虑独特的科研特色,在建设中设备尽量大型化、集成化及模块化；鼓励教师积极将自己最新的科研成果引入到实验教学过程中,转化为突出新方法、新设备和新技术的化工专业实验项目。新教学模式让学生了解到现代先进科技在化工领域的应用,增长见识、提高工程意识。

化工专业实验由多个实验共同组成,内容涵盖了典型的化学工程、化学工艺、工业催化、精细化工、分离工程、环境工程、材料化工等方面的实验。化工专业实验总学分为2学分、60学时,共10个实验组成,每个实验6学时,每组实验学生人数4人。新教学模式分为以下几大模块建设：先进分离实验、典型反应实验、提高性基础实验及综合设计性实验,具体内容见表1。

先进分离实验整合了科研资源,学生接触到科研上使用的最先进的仪器设备及技术方法,激发了学生的求知欲,同时解决了教学资源不足的问题。典型反应实验及提高性基础实验,让学生在巩固基础知识的基础上,进一步提高实验技能和掌握典型的化工生产过程。综合设计性实验,学生可以根据实验内容自主设计实验过程,并提早进入实验室准备药品和仪器。综合实验模块的建设使实验教学具有主动性、创新性、系统性、高效性和科学性,提高学生整体的科研思维和科研素养。

表1 化工专业实验项目表

表1(续)

2.3 增加选修性实验及开放性实验

学生的能力、智力及特长存在复杂性及多样性,因此创新能力和实践能力也是有层次的。开放式教学模式为不同学生提供个性化发展、能力层次化培养。同时,实行实验室开放教学,教学内容是否具有吸引力非常关键,应与科学前沿相结合,与现代实验方法相结合,激发学生的兴趣[12]。

新的教学模式提供选修类实验及开放性实验,满足学生个性化要求,充分发挥学生的潜能。化工专业实验开设多个选修及开放实验,比如“流化催化裂化”“固体酸催化剂”“反渗透脱盐”“喜树碱的提取与分析”“微生物胞外多糖的分批发酵”等选修实验,及“生物柴油产品性能的综合测定”“厦大芙蓉湖水体及沉积物特征调查”等开放性实验,此类实验由学生自行选择,供学有余力的学生根据自己的兴趣爱好选择相应的实验,充分发挥学生的潜力。在这些选修及开放实验中,由于教学实验与科研相结合,学生可以接触到更多的大型的仪器设备,比如气相色谱、液相色谱、傅里叶红外、荧光分光光度计、原子吸收分光光度计等,增加了就业机会。

2.4 提供学生创新实践活动基地

开放的教学模式是指时间开放、空间开放、项目开放、试剂和仪器开放,学生可以不受时间、空间和仪器设备及实验项目的限制,自主设计实验、自主探究科学问题[13]。新教学模式与科研资源相结合,实现制度化、规范化和程序化管理,制定了相关的管理办法,允许学生通过预约进入实验室进行实验研究。学生进入教学实验室要签订“科研人员进入教学实验室协议”“实验室房间借用申请书”等相关协议,并遵守“教学实验室安全管理规定”等各类规章制度。

实验室对学生全天候开放,方便学生在实验室开展本科生基础创新项目、大学生创新创业项目、育苗基金项目、本科毕业设计及参加“三井杯”等各类学业竞赛。新教学模式同时为卓越工程师计划的实施提供工程实践平台,有利于培养具有创新精神和工程实践能力的复合型人才,使化工实验室成为培养化工类创新人才的重要的工程实践基地。

3 实验教学与科研相结合的意义

教学与科研的良性结合，培养了学生的创新性思维、强化学生的工程意识、提高学生综合应用知识的能力和创新能力、缩短学生的就业适应期。教学新模式提高了实验教学内容的系统性及先进性,形成多层次的教学实践体系,培养学生的实践能力、解决问题能力和创新意识,为学生提供更好的实验教学条件。近几年,我系化工专业学生在各种竞赛中充分展现自己,多次在国际遗传工程机器大赛、中国大学生创业计划竞赛和全国大学生化工设计竞赛中获得金奖及一等奖。同时,兄弟院校交流参观也对我校化工专业实验的规划与建设给予了较高的评价。

References)

[1] 张淑霞.化工专业实验教学改革探讨[J].实验室科学,2015,18(3):120-121.

[2] 孔滨,孔德玉,赵举中,等.强化科研反哺实验教学,培养学生创新能力[J].实验技术与管理,2010,27(6):147-149.

[3] 李秀军,宁雷,施云海,等.化工专业实验课程教学中提高学生动手能力的策略[J]. 化工高等教育,2013(4):35-38,78.

[4] 吴洪富.教学与科研关系的研究范式及其超越[J].高教探索,2012(2):19-24.

[5] 鄢洪德,许培雅.结合科研成果、先进实验仪器改进实验教学[J].科教文汇,2015(6):37-38.

[6] 王路辉,刘辉,陈东,等.提高《化工专业实验》教学质量初探[J].广州化工,2012,40(6):158,175.

[7] 叶钊,邱挺.将科研与专业实验教学嫁接提高教学质量[J].实验室研究与探索,2007,26(1):81-83.

[8] 郭风法,樊广华,李圣富,等.改革专业实验室管理体制,提高实验教学、科研质量[J].高校实验室工作研究,2001(2):46-47.

[9] 韦化,曾冬梅,秦钢年.实验教学与科研相结合,培养学生的创新能力[J].实验技术与管理,2008,25(5):31-34.

[10] 陈翠雪,洪金庆,叶美玲,等.化工专业实验十年教学实践与探索[J].化工高等教育,2013(3):51-55.

[11] 于兵川,吴洪特,童金强.科研成果转化为实验项目初探[J].实验室研究与探索,2009,28(1):133-135.

[12] 高洁.对高校实验室开放教学的几点思考[J].教育探索,2009(6):76-77.

[13] 王金发,何炎明,戚康标,等.“开放式、研究性”实验教学模式的创立与实践[J].高等理科教育,2007(6):97-100.

Construction of open teaching mode of chemical engineering experiments combined with scientific research

Chen Cuixue, Hong Jinqing, Ye Meiling

(Department of Chemical and Biochemical Engineering, College of Chemical Engineering,Xiamen University,Xiamen 361005,China)

In order to improve the engineering consciousness and innovative ability of the students in Chemical Engineering major, this article explores an open teaching mode of chemical engineering experiments combined with scientific research. This method can not only cultivate the students’ scientific research skills and comprehensive quality,but also improve the overall quality of the experimental teaching.

teaching mode； chemical engineering experiments； open experimental teaching

10.16791/j.cnki.sjg.2017.04.049

2016-11-16 修改日期：2017-01-03

陈翠雪(1978—),女,福建南安,硕士,工程师,研究方向为环境化工、反应精馏技术及化学工程与工艺.

E-mail：cxchen@xmu.edu.cn

G642.0

A

1002-4956(2017)4-0195-04