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基于生產(chǎn)型探索性實驗的高職化工人才培養(yǎng)新途徑

張韜順，林宏亮，林志華，蔡延朗，翁宮浩，張?zhí)裉瘢植莸?/p>

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品與生物工程系，福建 漳州 363000）

針對當(dāng)前高職高?；嶒灲虒W(xué)中，學(xué)生遷移能力不足，以肥皂的制作實驗為例，提出了運用生產(chǎn)型探索性實驗，通過摸索期、拓展期、攻堅期三個階段培養(yǎng)化工類學(xué)生探索本質(zhì)、應(yīng)對變化的能力。

高職高專；化工；生產(chǎn)型探索性實驗

實驗對高職高?；ゎ悓W(xué)生的動手能力影響是最明顯的，學(xué)生做了三年實驗，動手能力確實能適用于相應(yīng)生產(chǎn)領(lǐng)域，但在技能往生產(chǎn)的更高端領(lǐng)域發(fā)展方面并未得到更高的評價。一個原因在于在當(dāng)前的實驗課中，學(xué)生往往每個實驗方案只做一次，而且實驗方案的各項實驗指標(biāo)已經(jīng)都規(guī)定好了，只要執(zhí)行實驗方案，就能得到較好的結(jié)果。一旦實驗條件稍有變化，學(xué)生就一臉茫然不知如何處置。而從學(xué)校的角度來說，純粹的探索性實驗耗時耗材耗精力，成果不確定，失敗率較高。所以如何在有限條件下開展探索性實驗就成為了主要問題。

若能融合驗證性實驗和探索性實驗的優(yōu)點，則能為高職學(xué)生順利過渡到實際項目研發(fā)提供幫助?？紤]到高職高專的實訓(xùn)設(shè)備大多與實際生產(chǎn)相吻合，適合模擬實際生產(chǎn)，也適合于配方與工藝的組合，為此提出了生產(chǎn)型探索性實驗，即通過將一些跟生產(chǎn)相關(guān)的小制作擴(kuò)展為小型綜合性實驗項目，在一定的條件下基于生產(chǎn)過程進(jìn)行實驗室低強(qiáng)度開發(fā)，讓學(xué)生運用“合成實驗—分析實驗—分析現(xiàn)象數(shù)據(jù)—調(diào)整合成方案”四個步驟的連續(xù)循環(huán)，進(jìn)行優(yōu)化配方和工藝參數(shù)，從最基礎(chǔ)合成反應(yīng)起步，最終開發(fā)出具有一定可用性的產(chǎn)品，從而在教學(xué)和生產(chǎn)的結(jié)合地帶進(jìn)行探索，帶動師生從驗證性實驗進(jìn)入探索性實驗領(lǐng)域。

生產(chǎn)型探索性實驗的第一目標(biāo)是“驗證”，驗證已公開化的知識，讓師生積累生產(chǎn)過程中的經(jīng)驗；第二目標(biāo)是“探索”，突破理論和實際間的差距，探索出一條類似于實際生產(chǎn)的實驗室合成路線，獲得產(chǎn)品質(zhì)量的提升，并獲得對實際生產(chǎn)各步驟的內(nèi)在關(guān)系的洞察力。生產(chǎn)型探索性實驗從實質(zhì)上說就是“限定難度的應(yīng)用型項目研發(fā)”，其意義就是為師生的實際能力跨越提供一個良好的孵化器。實驗的重點在合成實驗的設(shè)計和實施上，讓學(xué)生學(xué)會發(fā)掘問題實質(zhì)、調(diào)整合成方案、創(chuàng)造性地解決問題，才是實驗培養(yǎng)學(xué)生的著力點。生產(chǎn)型探索性實驗的更高目標(biāo)則是“應(yīng)用”，為師生從限定難度的產(chǎn)品開發(fā)過渡到實際應(yīng)用型項目研發(fā)打好基礎(chǔ)。

一、生產(chǎn)型探索性實驗對高職教學(xué)的意義

1、摸索師生間相互激發(fā)、相扶成長的新培養(yǎng)模式

生產(chǎn)型探索性實驗改變了從教師到學(xué)生的單向灌輸知識的培養(yǎng)模式，并在較短時期內(nèi)，從教學(xué)和應(yīng)用型項目研發(fā)的邊緣地帶摸索出師生間相互激發(fā)、相扶成長的新培養(yǎng)模式。受益于小組內(nèi)討論，教師的思路可以得到學(xué)生的激發(fā)、碰撞、拓寬，往往學(xué)生的激發(fā)能提供一個全新的視角，角度越新越能讓教師改變思維定勢、更深入的思考問題。這種小組內(nèi)討論實現(xiàn)了由“教師單向灌輸知識”轉(zhuǎn)向“在討論中確定行動方向和計劃的雙向知識流動”。從這一點來說學(xué)生的實驗水平、思考水平與教師的研發(fā)水平成正比。研發(fā)小組先提高學(xué)生的研發(fā)能力，后從培養(yǎng)人才中獲得實驗成果。幾輪循環(huán)下來，學(xué)生必定動手能力增強(qiáng)，教師也將具有較強(qiáng)的項目指導(dǎo)能力。

2、打破課程體系間壁壘，轉(zhuǎn)變學(xué)生角色

這種實驗?zāi)芫奂鲗W(xué)科知識來指導(dǎo)行動，將課程與項目研發(fā)合為一體，創(chuàng)造條件讓學(xué)生以實踐帶動理論學(xué)習(xí)，最終實現(xiàn)課程的實質(zhì)性轉(zhuǎn)變。通過這種綜合開發(fā)實驗，學(xué)生能將各學(xué)科的技能、知識整合到一個綜合實驗中，提高學(xué)生綜合能力。課程是不會自己打破體系間壁壘的，是因為學(xué)生在思考實驗的核心問題中，運用了各門課程的精髓，把握問題實質(zhì)，才最終打破了各課程間壁壘。這個打破課程體系間壁壘的過程，就是學(xué)生由純粹的書面理論被動學(xué)習(xí)者轉(zhuǎn)變?yōu)橐砸痪€生產(chǎn)為研究對象的主動研究者的過程。

二、實驗的設(shè)計和實施

（一）實驗設(shè)計的要求

1、限定目標(biāo)

要把目標(biāo)限定于允許的實驗條件下，在指定時間段內(nèi)集中精力開發(fā)能達(dá)到的水平，而不能無限追求成果“高大全”。

2、控制難度

合成實驗的主要反應(yīng)要簡單，合成實驗涉及的反應(yīng)原料種類要少。至少在試驗初期，基礎(chǔ)反應(yīng)盡量不要超過兩種原料。

選擇成熟的行業(yè)。成熟行業(yè)的特征就是網(wǎng)絡(luò)資料和圖文資料齊全完備。

在目標(biāo)行業(yè)中盡可能找到校企合作企業(yè)。

（二）生產(chǎn)型探索性實驗的三個階段

以“肥皂的制作”這個實驗為例，雖然師生均無洗滌用品行業(yè)的實踐經(jīng)驗，但是我們選擇這個課題首先考慮的是生產(chǎn)肥皂有比較成熟的工藝。其次，書本理論和實際問題總是有差距，因此具有一定的挑戰(zhàn)性。并且其中會涉及到企業(yè)核心的“方案的調(diào)整和工藝的優(yōu)化過程”，查找相關(guān)資料有一定難度。最后，學(xué)生通過整合檢測和合成，可以鍛煉動手和動腦能力。

第一階段——摸索期。這個階段的主要任務(wù)是通過預(yù)實驗和正交實驗，驗證資料真實度，確定各因素的影響程度，通過抓住核心因素制定合成的目標(biāo)和路線。這個階段要通過查資料提出一個初步合成方案作為摸索期切入點，方案的質(zhì)量對后續(xù)試驗有較大影響。初步合成方案應(yīng)該抓住基本合成反應(yīng)，不能單純模仿工業(yè)生產(chǎn)的復(fù)配配方。我們是從油堿反應(yīng)開始設(shè)計初步合成方案，經(jīng)過討論確定了“以工業(yè)洗衣皂指標(biāo)為標(biāo)桿合成肥皂”的路線和預(yù)實驗的合成方案。預(yù)實驗中的反應(yīng)證明油和堿確實可以直接反應(yīng)合成肥皂。接下來通過三因素三水平的正交實驗發(fā)現(xiàn)決定肥皂制作的主要因素是油堿比例，由此制定肥皂合成的第一目標(biāo)是探索油堿準(zhǔn)確比例和相關(guān)合成條件，確定以總游離堿值的測定為檢測方案，以合成無添加劑的肥皂為總目標(biāo)。

學(xué)生能力在此階段能力的提高體現(xiàn)在對實驗方案的創(chuàng)新和不斷改進(jìn)。這個階段的學(xué)生積極性體現(xiàn)在會下意識地對實驗過程進(jìn)行不斷的改進(jìn)和完善，使實驗結(jié)果更準(zhǔn)確可靠，包括改進(jìn)操作方式方法、創(chuàng)建實驗的原則等。比如“不要在首次嘗試的檢測試驗中直接使用自制產(chǎn)品，而要用工業(yè)品培養(yǎng)實驗經(jīng)驗”，就是學(xué)生在實驗中總結(jié)出的原則。但學(xué)生自己還沒有充分意識到這種變化的重要性，有問題大多會問教師，還處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)。在這一階段教師要通過引導(dǎo)學(xué)生在第一線不斷尋找問題，思考下一步實驗方向，強(qiáng)化學(xué)生改善意識、現(xiàn)場意識。問題在現(xiàn)場，答案也在現(xiàn)場[1]。要想提高技能和思考水平就要不斷改善，而改善的起點就在實驗現(xiàn)場。學(xué)生操作正確程度和熟練度對初期實驗結(jié)果有實質(zhì)性影響。學(xué)生要詳細(xì)記錄現(xiàn)象和操作方式方法，以便在“實驗操作——觀察現(xiàn)象——數(shù)據(jù)分析”之間建立反饋。教師要觀察學(xué)生的行動，糾正學(xué)生的操作方式，旁聽學(xué)生討論，理清學(xué)生思路，檢查學(xué)生對所查資料的消化情況，鼓勵學(xué)生大膽提問，發(fā)掘有價值線索，敢于嘗試自擬方案，往往是失敗告訴了我們事物的很多重要信息。

第二階段——拓展期。這階段的主要任務(wù)是參考生產(chǎn)的步驟，擬定合成路線，確定一個可靠且比例準(zhǔn)確的基本合成方案。在這個階段首先要根據(jù)實驗室條件選定適宜工藝路線；其次，確定首要影響因素，大膽修改第一階段合成方案；最后，實驗者可以嘗試多種方向，仔細(xì)驗證效果，拓展檢測指標(biāo)和產(chǎn)品性能。這個階段以配方的調(diào)整為主，以工藝的形成為輔。

小組根據(jù)實驗條件，選擇模仿大鍋皂化法為開發(fā)路線。經(jīng)過第一階段的正交實驗，小組討論發(fā)現(xiàn)：第一，自制產(chǎn)品的每克豬油所耗的氫氧化鈉量大大高于豬油的皂化值；第二，新資料并未提到工業(yè)生產(chǎn)中有添加酒精，而酒精會導(dǎo)致攪拌困難且反應(yīng)不完全，產(chǎn)品油膩味重；第三，油堿反應(yīng)需要較高的水浴溫度和較長反應(yīng)時間。綜上三點，小組大膽修改了初步合成方案，降低堿的用量，取消了酒精，延長了反應(yīng)的時間，提高了水浴溫度。產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)了第一次質(zhì)的飛躍：一是肥皂在空氣中放置不會出現(xiàn)過多碳酸鈉；二是堿的用量下降，但是油堿反應(yīng)程度卻提高了；三是肥皂久置不會有濃重的油膩味。小組意識到這些調(diào)整在工業(yè)生產(chǎn)上的意義。

隨后，小組拓展了不皂化和未皂化物含量檢測實驗和氯化物檢測實驗。小組發(fā)現(xiàn)在調(diào)整后的合成方案下，新產(chǎn)品的不皂化和未皂化物含量不高，不是決定性因素；相反，氯化物的含量高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

學(xué)生能力在拓展期的質(zhì)變標(biāo)志是形成根據(jù)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)調(diào)整實驗方案的能力，并能質(zhì)疑實驗的結(jié)果和有些書本理論的錯誤。學(xué)生能熟練地檢測產(chǎn)品，合成產(chǎn)品，會意識到現(xiàn)象、檢測數(shù)據(jù)與產(chǎn)品的緊密聯(lián)系，從而會根據(jù)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)修改合成方案，循序漸進(jìn)改進(jìn)合成方案。這個階段后期，學(xué)生的主觀能動性開始萌發(fā)，身上的思維定勢開始破除，能對反應(yīng)結(jié)果獨立地提出自己的觀點。我們還觀察到學(xué)生在反思檢測實驗背后的設(shè)計原理時，領(lǐng)悟設(shè)計的前提對應(yīng)著產(chǎn)物的種種實質(zhì)性變化。在這個階段教師不僅要重視成果，更要重視評價體系的建設(shè)。有什么樣的評價體系，就有什么樣的產(chǎn)品。做實驗前，教師要將學(xué)生方案提交全組全面評價，探究設(shè)計思路合理性，經(jīng)綜合評判后才予以實施。這一切在形成成功實驗路線的同時，也形成了一個較為完整的過程和結(jié)果評價體系。一個不斷自我完善的評價體系的重要意義在于為學(xué)生逐步培養(yǎng)起做出判斷、提出假說的能力打下良好的基礎(chǔ)，并為能力的第三次質(zhì)變打下基礎(chǔ)。

第三階段——攻堅期。這階段的主要任務(wù)是識別出品質(zhì)升級的關(guān)鍵性生產(chǎn)工藝，將其轉(zhuǎn)化為實驗室操作步驟或拓展出更好效果的操作步驟，實現(xiàn)產(chǎn)品性能升級。在基本條件確定后，必須解決關(guān)鍵環(huán)節(jié)的難點，才能實現(xiàn)成果品質(zhì)的質(zhì)變。學(xué)生在全面分析相關(guān)文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上，領(lǐng)悟到工業(yè)生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)的本質(zhì)和設(shè)計原因，并將關(guān)鍵環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為實驗室操作步驟。這個階段以工藝的突破為主，配方的調(diào)整為輔。

我們在合成方案大致確定的情況下，發(fā)現(xiàn)自制肥皂始終呈顆粒狀，查找資料后發(fā)現(xiàn)是因為氯化鈉含量過高。小組發(fā)現(xiàn)肥皂的“堿析”工藝能降低氯化鈉含量，但是資料未提及具體做法。討論中學(xué)生們獲得了靈感，發(fā)現(xiàn)這道工序很像是實驗室的“重結(jié)晶”操作。大家比較了兩個工藝的異同點：“堿析”工序以含電解質(zhì)的水溶液再次煮肥皂，將電解質(zhì)洗脫到余液中，調(diào)整電解質(zhì)比例；重結(jié)晶是用少量溶劑加熱溶解過量晶體，讓晶體從母液中析出。兩者都是讓雜質(zhì)留在余液中，實現(xiàn)固液分離。小組在比較中提出了假說：要是真的是肥皂中氯化物過量，那么用重結(jié)晶的辦法應(yīng)該能將氯化物留在余液中。于是用水為溶劑，對干燥后的自制皂重結(jié)晶。結(jié)果剛析出來的肥皂馬上就粘成塊了，色澤，性狀都與工業(yè)品接近，氯化物含量降低，確實可用于一般洗手等用途。產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)了第二次質(zhì)的飛越。通過對比生產(chǎn)路線和實驗室制備路線之間的異同，我們深入了解生產(chǎn)各步驟背后的設(shè)計原因，達(dá)到以實驗直觀地學(xué)習(xí)生產(chǎn)知識。

學(xué)生在攻堅期的質(zhì)變標(biāo)志是有能力根據(jù)現(xiàn)象提出假說，并改進(jìn)或設(shè)計驗證方案。這個階段隨著對實驗的認(rèn)識加深，學(xué)生已經(jīng)能獨立思考新的實驗方向并自行改進(jìn)或設(shè)計實驗方案，有一定能力透過現(xiàn)象看本質(zhì)，開始熟能生“巧”。這個階段創(chuàng)造性大于模仿性，難度較高，所以教師要將小組內(nèi)公開討論作為集中突破的主要方法。我們實驗中的幾次突破均出現(xiàn)在小組討論會上?！百Y訊、計劃、決策、實施、檢查、評價”中“計劃、決策和評價”均在小組討論中完成[2]。在探討中，一旦有人提出新的想法后，其他人就會你追我趕、擊鼓傳花、錦上添花，而自動加速的討論也會倒逼每個人更深入地參與探尋實驗本質(zhì)。這樣的討論能讓學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度公開化、透明化，也能讓教師即時了解學(xué)生實驗中的收獲和對文獻(xiàn)資料的消化程度，最大限度地消除學(xué)生的怠惰，展現(xiàn)出學(xué)生思考力。教師要注意在討論方向和內(nèi)容之時，引入新元素，反復(fù)組合解決問題的路線，適當(dāng)延遲得到結(jié)論。教師的角色應(yīng)該是傾聽者、質(zhì)疑者、激發(fā)者、指導(dǎo)者。

這三個階段可以不斷循環(huán)，在每輪循環(huán)中將新的元素納入實驗范圍，持續(xù)摸索完善方案和工藝。生產(chǎn)型探索性實驗結(jié)束之時，就是應(yīng)用型產(chǎn)品研發(fā)開啟的時間。

經(jīng)過三個多月的多輪實驗，產(chǎn)品已經(jīng)具有一般可用性。生產(chǎn)型探索性實驗既拉近了產(chǎn)業(yè)和學(xué)校之間的距離，又融合了驗證性實驗和探索性實驗的優(yōu)點；既能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入創(chuàng)造高附加值的應(yīng)用型項目研發(fā)領(lǐng)域；也能引導(dǎo)教師進(jìn)入行業(yè)實踐中去。應(yīng)該用這樣的實驗培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣，用一線的行業(yè)實踐生活和學(xué)生的職業(yè)成長經(jīng)歷來培養(yǎng)雙師型教師。

[1] 姜汝祥.有問題,現(xiàn)場解決[M].北京:中信出版社,2010:90-104.

[2] 姜大源.當(dāng)代德國職業(yè)教育主流教學(xué)思想研究[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007:256-258.

The New Way On Training Higher Vocational Talents Of Chemical Engineering Based On The Experiment Of Exploring Production Process Knowledge

ZHANG Tao-shun, LIN Hong-liang, LIN Zhi-hua, CAI Yan-lang, WENG Gong-hao, ZHANG Tian-tian, LIN Cao-dan

(Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou, Fujian, 363000)

In view of the current higher vocational teaching on chemical engineering experiment , the students’ migration ability is insufficient. It is proposed to use the experiment of exploring production process knowledge—soap making experiment will be used here. Through the three phases (exploration period, development period and a crucial period ), it’s supposed to train the students of chemical engineering to form the ability of exploring the essence of matters and responding to changes.

higher vocational; chemical engineering experiment; the experiment of exploring production process knowledge

（責(zé)任編輯：季平）

2011－11－20

張韜順（1979－），男，福建漳州人，講師，研究方向：高職化工教學(xué)研究。

G718.5

A

1673-1417（2012）02-0077-04