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面向日化产业链的专业综合实验教学体系改革与实践

2023-02-06谭凤芝李沅曹亚峰蔡伟杰汪源浩

安徽化工 2023年4期
关键词:实验室实验教学专业

谭凤芝,李沅,曹亚峰,蔡伟杰,汪源浩

(大连工业大学轻工与化学工程学院,辽宁 大连 116034)

目前,新一轮科技和产业革命驱动着新经济的形成与发展,高等工程教育改革得到了空前重视。创新精神和实践能力的培养是大学生可持续发展的核心竞争力,也是衡量高等教育教学质量的重要指标[1-3]。教育部在《全面提高高等教育质量的若干意见》中提出要求“高校要强化实践育人环节,加强实验室、实习实训基地、实践教学共享平台建设”。作为创新创业能力与工程实践能力培养的载体,专业实验教学环节受到各高校的高度关注。美国工程院发起创新教育(ETI)研究计划,强调“应该为学生发展或提升创新成果所需的技能创造条件”,麻省理工大学(MIT)提出了Media Lab 工程实验室的建设模式,开设“实验室课程”(LAB)和“实验研究小组”(Experimental Study Group,ESG),强调对学生创造性思维、人际交往与沟通、管理技能、经济头脑等综合素质能力的培养,着重开发学生面对现代社会各种挑战的知识和能力[4]。上海交通大学构建了互动互联、共建共享的教育生态链,打造了校企深度融合跨学科创新实践平台[5]。山西大学进行了以化学学科核心素养培育为导向的实践教学体系改革[6]。华东理工大学构建了“教学科研—创新实践”一体化优质科创平台,实现学科链、创新链和产业链协同发展,形成“协同创新、开放共享、产教结合”的“三链一跨一转”科研教学新模式[1]。沈阳农业大学构建新时代“食创工场”食品专业人才培养实践创新平台,建立了“知识—设计—实践—创新”的实践教学体系,通过基础知识与实践创新的无缝衔接与有效互动,提升本科生的创新能力和工程实践能力[7]。本文基于我校应用化学专业综合实验教学体系改革实践,分析了当前专业实验教学在应用型高素质人才培育中存在的问题,并提出相应的解决措施,从改革思路、实施举措等方面介绍改革实践,以期为其他院校的专业实验体系改革提供借鉴。

1 专业综合实验教学中存在的问题

大连工业大学是辽宁省第一批转型试点的地方普通高校,作为学校转型试点专业,应用化学专业的专业方向之一是日用化工,在人才培养过程中对学生的工程实践能力与创新能力有着较高的要求[8]。实验环节是沟通化学基础理论和客观现象之间的桥梁,化学实验教学对培养学生具备能“思”、会“想”、敢“做”、可“说”的能力以及创新意识、创新能力极其重要,对应用化学专业人才的核心素质培养具有不可替代的作用[6]。应用化学专业综合实验教学体系共分为两个部分:专业综合实验1(1 周,30 学时)、专业综合实验2(3 周、90 学时)。前者在本科生三年级第一学期开设,主要针对精细有机合成化学与工艺学、高分子化学与物理学、界面与胶体化学三门专业技术基础课开设相应的配套实验,后者在本科生四年级第一学期开设,作为课程教学与后期毕业论文环节的衔接,内容涵盖专业课程理论知识,通过综合性和设计性实验内容,培养学生综合运用化学基础知识解决实践问题的能力。长期以来,专业综合实验教学改革以设置开放性、综合性的实验为主,这种方式虽然在课程改革上获得了一定的成果,但是仍存在问题。实验教学在开展过程中也存在许多不足,如工程实践教育与日用化工产业链实际脱节,设置的实验教学内容跟不上产业技术发展的脚步;缺少开放便捷、交叉融合的学生自主创新实践场地、环境与氛围;专业实验教学平台基础薄弱,实验训练仪器与设备陈旧;学生参与率不高,师资工程实践能力弱化等,比较突出的问题有以下几点。

(1)个性化培养硬件条件不足。在大班授课教学模式下,由于实验平台搭建费用高,受限于与课程相关的实验室和仪器设备等硬件条件,很难做到每个学生都能有适合自己的实验平台,难以实现个性化培养。

(2)实验教学平台基础薄弱,实验教学内容与行业发展实际脱节,不能够做到与时俱进,无法满足当前经济快速发展和产业技术改革升级对人才能力培养的需求,严重影响了高校对地方经济增长与产业链升级提供的人才支撑功能。

(3)在实验教学环节中,重知识运用,轻课程思政,重实验结果,轻实验过程,实验考核体系比较单一,不够全面。

2 面向日化产业链的专业综合实验教学体系改革思路

以构思-设计-实施-运行(CDIO)教育理念与成果导向教育(Outcome-Based Education,OBE)为理论指导[9-10],服务日用化工产业链升级发展需求,全面整合并优化校内外相关资源,打破学校、学科与专业界限,构建多层次、开放性、个性化的实验教学平台。在此基础上,重新修订实验教学大纲,优化实验内容,全方位开放实验时间与实践平台,打造一支具有日用化工从业能力的实验指导队伍,逐步强化学生的工程实践能力,培育学生的创新精神。

3 教学改革实施举措

3.1 建立具有鲜明日化特色的Fab-Lab实验室

全面整合并优化校内实验室资源、教师资源、日化行业资源(日化企业与日化协会),以化工技术实验室、日用化工创新创业孵化基地为基础,建设日化特色Fab-Lab实验室,构建由基础实验、日化特色Fab-Lab实验、日化工程实训、日化创新创业四个平台构成的多层次专业综合实验教学平台,在实验室内开设系列具有日化行业特色的实践课程、职业能力培训课程,举行日化配方技术技能竞赛,通过真实项目引领及标准化操作,实现教学过程与生产过程的无缝对接,促进学生专业素质和综合素质的提升。

在Fab-Lab 实验室中实行行业导师制,由双师双能型教师指导学生参加化工设计创新创业大赛、“相宜杯”全国高校化妆品产品设计大赛、辽宁省环境保护科技大赛、大学生化妆品科学应用与创新创业大赛等赛事,实现以赛促教、以赛促学。

3.2 共建具有日化特色的工程实践平台,使实验教学内容与行业生产实际对标,实现学生个性化培养

实行“教学、生产、科研一体化”,以辽宁日化产业链中龙头企业为主要支持点,布局上海、广州及江浙日化企业作为工程实训基地及产学研联合育人基地,借助行业内优势企业技术队伍、实践平台、行业联盟等方面的优势,以“零距离”校企合作,实现产学研精准对接。高校、政府、企业三方联动,共同搭建日化特色工程实践实训平台,更换陈旧设备,更新实验内容,将实验内容与行业生产工艺、产品研发方向对标,真正做到实验室工艺设备装置“真实化”,实验实训环境“车间化”,制备工艺“规程化”,实验产品检验检测“标准化”。如在以往的专业综合实验中开设“洗涤剂的配制及性能检测”,实验内容是制备洗衣膏,检测指标也比较简单,主要考查产品的稳定性、去污力和泡沫高度。但现在的衣料用洗涤剂产品种类和消费量已发生了巨大变化,液体洗涤剂近五年的产品发布数已超过7 000 个品种,增长率高达44.9%[11-12]。因此,结合当前生产企业的技术发展,将实验项目更新为“浓缩型液体洗涤剂的配制及性能检测”,实验内容更改为配制浓缩型衣用洗涤剂,其检测标准执行国家标准QB/T 1224—2012“衣料用液体洗涤剂”,实现了实验内容与行业实际对标。

通过认知→实践→竞赛→创新的阶梯式培养道路,以兴趣为驱动,在日化特色Fab-Lab 实验室中实现学生的个性化培养。实验室设置日化特色产品配制、检测、设计、评价、营销等系列实践课程,日化行业职业能力培训、日化行业创新创业竞赛等项目,实验室配有兼职导师与学生进行良好互动,使学生建立从理论学习、动手实践再到探究学习的教学链条,打破空间与时间的限制,满足新工科战略中人才个性化培养的要求。

3.3 在实验课程教学中有机融入思政元素,坚持立德树人,德育为先

大学本科的三、四年级是极具创造力与精神活力的一个阶段。理工科的青年学生大多数理化成绩比较好,具有很强的理性思维与逻辑思维,他们拥有极强的好奇心与感知力,个性鲜明,强调自我[13-14]。实验课程教学的目标不仅是培养学生掌握化学专业知识、实验技能和研究方法,提高学生的专业素养和科研能力,而且应该培育学生的环境意识和可持续发展观,强化学生的社会责任感与工程伦理,激发他们的家国情怀。为此,在专业综合实验教学体系中,专门设置实验室环保与安全培训环节,同时要求实验指导教师在实验讲解中有机融入思政元素,引导学生以科学的态度对待实验中出现的问题,培养学生良好的科学意识和严谨的科学态度[6]。在设计性实验“中草药提取物手工皂的制备”教学中,教师在讲解实验内容中有机融入了“六神原液”“青蒿素”“佰草集”的思政案例,既使同学们感慨祖国中医药文化的博大精深,是中华民族的文化瑰宝,又让学生们了解到中草药有效成分开发的困境,日用化工技术领域国际竞争的激烈性[6],引导学生要努力学习,将先进的科技知识与中国传统的中草药文化结合起来,让中草药研究成果在世界领域得到认可和推广,培育学生的家国情怀。

3.4 推进以学生为中心的实验课程教学设计,探索实施“互联网+教育”的混合教学模式

推进实验课程的小班化教学[15-16],缩小实验环节教学班型,大型仪器操作由原来的3~5人一组减至2人一组,小型合成或分析实验1 人一组。在实验课程教学中,开展以“问题为导向”的教学理念转变,引导学生自主思考和设计实验,尤其是在日化产品配方实验时,教师只为学生规定实验题目,不指定实验内容与实验步骤,鼓励学生自主设计实验方案,在实验前利用线上或实践中心资源进行自主学习和研究性学习,带着问题走进实验课堂,独立实验,并对得到的产品进行分析与检测。在这样的实验课堂上,教师鼓励学生不怕失败,不管成功与否,都要总结出“为什么”“下一步怎么做”“以后怎么做”“为什么要这样做”,提升了学生利用所学理论知识思考问题和解决问题的能力[17]。将先进的科学技术引入实验教学环节,利用“互联网+”,结合大数据技术,加强虚拟仿真实验资源建设[18]。基于产学研合作,结合日化企业生产实际与专业最新的日化行业课题研究成果,开发具有日化特色的虚拟仿真实验,探索“线上预习+线下实验+线上分析总结”“日化生产工艺实操实练+虚拟仿真”等多种实验教学模式,培养学生的工程实践能力、自主学习能力,加强个性化指导。在实验考核时,改变过去重结果轻过程的考核方法,构建多维度综合考核体系,针对每个实验项目,对实验中知识点(操作关键点)的评价标准进行精心设计,提出考核观测点要求及对应的分值,从而形成实验项目的考核标准。

4 结束语

针对应用化学专业综合实验改革目前存在的问题,以构思-设计-实施-运行(CDIO)教育理念与成果导向教育为理论指引,通过组建具有鲜明日化特色的Fab-Lab 实验室、共建日化工程实践平台、在实验课程教学中有机融入思政元素、改革专业综合实验内容与评价体系、探索实施“互联网+教育”的混合教学模式等举措,提升专业综合实验的教学效果,突出了专业的日用化工特色,为学生的工程实践能力与创新能力培养提供了良好的环境,提高了应用化学专业的高素质应用型人才培育水平,促进了学科发展。

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