張 偉，張亞昆，原平方，陳可可，賈若凌

(新鄉(xiāng)學院化學化工學院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

2019年4月29日，教育部、中央政法委等13個部門在天津聯(lián)合召開“六卓越一拔尖”計劃2.0啟動大會，推動全面實施“六卓越一拔尖”計劃2.0，發(fā)展新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科，拉開了全國高?！百|(zhì)量革命”的序幕。這是自2017年，教育部形成“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》、《關(guān)于推進新工科研究與實踐項目的通知》之后，積極推進新工科建設(shè)的又一重要有力舉措[1]。

化工產(chǎn)業(yè)為“國之重器”。近年來，我國化學工業(yè)發(fā)展成就顯著，化工高等教育也取得了蓬勃發(fā)展，專業(yè)辦學點達到了383個，在校學生13萬余人。但目前中國化工高等教育普遍存在學生工程實踐能力不足、團隊精神訓練不夠、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力偏弱等問題，化工高等教育改革發(fā)展、提高質(zhì)量迫在眉睫[2]。實踐教學是培養(yǎng)學生工程能力、工程素養(yǎng)、創(chuàng)新能力、團隊精神的有效途徑，因此探索并實踐新工科背景下化學工程與工藝專業(yè)工程實踐教學模式，構(gòu)建與國際工程教育相接軌的化學工程與工藝專業(yè)的實踐教學體系，使本專業(yè)學生更好地適應(yīng)新時代經(jīng)濟發(fā)展和全球化的需求具有重要的意義和價值[3]。

新鄉(xiāng)學院化學工程與工藝專業(yè)是我校第1批升本的專業(yè)，通過12年的建設(shè)與發(fā)展，逐步形成了自己的辦學特色和優(yōu)勢，2010年該專業(yè)被評為“河南省高等學校特色專業(yè)建設(shè)點”，2012年確立為“河南省高等學校專業(yè)綜合改革試點”；2013年化工實驗教學中心被評為“河南省高等學校實驗教學示范中心建設(shè)單位”；結(jié)合特色專業(yè)建設(shè)和實驗教學示范中心建設(shè)工作中的思考，我們認為化學工程與工業(yè)專業(yè)的培養(yǎng)應(yīng)特別突出該專業(yè)工程能力和工程素養(yǎng)的培養(yǎng)，凸顯人才培養(yǎng)的“實踐性”，為此我們在國家教育部提出的新工科背景下，對化學工程與工藝專業(yè)工程實踐教學模式進行了探索與實踐。

1 構(gòu)建內(nèi)容完整、系統(tǒng)化的實踐課程教學體系

全面修訂2016級化學工程與工藝專業(yè)人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建了由“實驗+實訓+實習”三位一體的實踐教學體系。實踐教學的開展通過3條主線，即實驗、實訓、實習來安排一系列的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，完成學生由認知性訓練到基本技能、專業(yè)綜合能力、工程實踐能力，最終創(chuàng)新能力訓練的階梯化成長，使學生實踐能力逐級提高，實現(xiàn)培養(yǎng)目標的要求[4]。新的實踐課程體系共計31學分，與原來相比，增加了實訓環(huán)節(jié)，包括化工單元操作仿真實訓、化工工藝過程仿真實訓、化工裝備基礎(chǔ)拓展實訓、新型膜材料制備工藝實訓，使學生在學習過相關(guān)的課程之后，可以馬上在實驗室進行相關(guān)的設(shè)備拆裝和工藝操作訓練，有效的鞏固了所學的專業(yè)知識，提高了動手能力，達到《化學工程與工藝專業(yè)教學質(zhì)量國家標準》和《工程教育專業(yè)認證標準》中的要求。

表1 實踐教學體系課程及學分

新的實踐課程體系還對實習環(huán)節(jié)進行全面調(diào)整，形成了四年不間斷的連續(xù)性實習。大一開展認知見習，使學生了解化學化工基礎(chǔ)知識與化工工程實際的聯(lián)系，提高職業(yè)感性認識；大二開展金工實習與化工單元操作認知實習，樹立學生工程意識，為核心課程《化工原理》的學習打下牢固基礎(chǔ)；大三開展課程認識實習，使學生了解化工生產(chǎn)過程，認識不同反應(yīng)器、化工裝置，為后續(xù)反應(yīng)工程、化工機械設(shè)備基礎(chǔ)、化工儀表等專業(yè)課程的學習打下基礎(chǔ)；大四生產(chǎn)實習，屬于綜合實習，通過對企業(yè)文化、工藝路線、化工典型設(shè)備的全面學習，培養(yǎng)學生知識綜合運用能力，分析和解決實際工程問題能力和創(chuàng)新能力，增強學生的事業(yè)心和責任感，為畢業(yè)后與社會需要接軌奠定堅實的實踐基礎(chǔ)。通過不間斷、由體驗到實踐到全程參與的循序漸進的實習，逐漸培養(yǎng)學生的動手能力、樹立學生的工程意識，進行職業(yè)崗位能力培養(yǎng)。通過實習環(huán)節(jié)，借助地方企業(yè)平臺，有機地將教學內(nèi)容和地方經(jīng)濟相銜接，使學生看到了“真刀真槍”，實現(xiàn)教學內(nèi)容與就業(yè)的無縫對接，有效提高了學生的工程實踐能力，實現(xiàn)真正意義的校企合作教育。

2 改革專業(yè)實驗教學模式

2.1 整合實驗內(nèi)容

打破原有實驗順序和內(nèi)容，對原開設(shè)的實驗進行梳理，停開質(zhì)量不高的實驗，保留必要的基礎(chǔ)實驗，按照“分階段、分層次、模塊化”的思路，遵循由淺入深、由簡單單一實驗到復雜綜合實驗順序、建立由基礎(chǔ)性實驗、綜合性設(shè)計性實驗、綜合創(chuàng)新性實驗構(gòu)成的專業(yè)實驗教學體系。

綜合設(shè)計性實驗是綜合利用所學基礎(chǔ)知識，自行進行實驗設(shè)計，測定某些生產(chǎn)參數(shù)或者確定生產(chǎn)條件的實驗。例如，將原有精餾實驗裝置進行改進，將簡單的測定板效率的實驗改為設(shè)計型實驗，學生分別測定不同進料溫度、不同進料位置、不同進料組成、不同回流比、不同進料流量的板效率及靈敏板位置，最后通過分析得出最佳生產(chǎn)工藝條件，并可以通過正交分析法分析不同因素對板效率及靈敏板位置的影響。設(shè)計性實驗的開展能充分發(fā)揮學生學習的主觀能動性，使學生將所學知識活學活用，從而對原有理論知識有了更為深刻的理解，對生產(chǎn)實際問題有了一定的認識，有利于提高學生解決工程實際問題的能力。

綜合創(chuàng)新性實驗是基礎(chǔ)實驗和專業(yè)實驗的進階版，例如原來單一的結(jié)晶實驗，將其和基礎(chǔ)實驗聯(lián)合起來開設(shè)阿司匹林生產(chǎn)綜合實驗。學生以水楊酸為原料，通過?；?、酰洗離心、水洗離心、氣流干燥、旋風分離、壓片一系列工藝流程，最終得到阿司匹林片劑成品。其中涉及到的單元操作有：?；磻?yīng)、攪拌、冷凍結(jié)晶、離心、干燥、過濾等。最后學生實驗報告中要提交根據(jù)小型綜合實驗設(shè)計的阿司匹林物料流程圖、帶控制點工藝流程圖、對生產(chǎn)過程中條件控制的分析及經(jīng)濟分析。這樣的專業(yè)實驗改革突破熱力學、傳遞過程、反應(yīng)工程、分離工程、化工工藝等模塊的限制，通過融會貫通、綜合運用基礎(chǔ)課和專業(yè)課的理論知識以及實驗理論及實驗技能，實現(xiàn)了按照“產(chǎn)品”理念系統(tǒng)安排實驗項目。實驗不僅需要完成“原料→反應(yīng)→分離→產(chǎn)品分析測試”的實驗過程，還要求學生結(jié)合化工過程開發(fā)與設(shè)計，完成從市場調(diào)研確定工藝路線到化工過程放大、過程節(jié)能降耗、環(huán)境保護及技術(shù)經(jīng)濟評價等環(huán)節(jié)的報告，讓學生了解化工產(chǎn)品的整個開發(fā)過程[5]。通過這樣的綜合實驗改革，使學生對化工原理、化工制圖、反應(yīng)工程、儀表自動化等課程的內(nèi)容加以更深程度的理解和融合，提高學生的綜合創(chuàng)新能力，既總結(jié)和鞏固前期實驗教學成果，又鍛煉了學生綜合實驗能力和運用實驗解決工程實際問題的能力。

以上進行專業(yè)實驗內(nèi)容的改革，符合學生的學習規(guī)律，能使學生主動把專業(yè)知識變成創(chuàng)新問題，帶著問題去學習，有效培養(yǎng)了學生的團隊合作和工程創(chuàng)新能力。

2.2 改變傳統(tǒng)實驗教學模式

傳統(tǒng)實驗教學主要是老師在實驗前到實驗室講解實驗目的、實驗原理及步驟，隨后學生即開始實驗操作，缺少有效的實驗課前預習。實驗前教師講的內(nèi)容過多，時間過長，學生容易有倦怠感，且不利于學生自主學習能力的提高。實驗前教師講的內(nèi)容過少，實驗原理不易講透，實驗儀器設(shè)備不易講清，實驗操作步驟不易講細，使得學生在實驗前理解不透，實驗過程是是而非，只能照方抓藥，完全處于一種被動接受的狀態(tài)。改變以上問題，我們嘗試進行實驗教學模式的改革。我們把整個實驗教學過程分為課前、課中、課后三階段。課前部分教師工作為：進行實驗教學分析與設(shè)計，利用大學MOOC、學習通等教學平臺，給學生推薦或制作合適的實驗預習慕課，制定好自主學習思考題目；學生任務(wù)為先通過學習通接到學習任務(wù)，觀看視頻或者PPT，達到線上課前測評要求的分數(shù)線(包括實驗安全、實驗理論、實驗操作等內(nèi)容)。課中教師工作為進行實驗教學活動的組織、指導學生和解決學生問題、對學生實驗操作水平現(xiàn)場評分；學生任務(wù)為團隊進行分工、合作實驗操作、協(xié)作研究實驗問題等。課后，教師工作為評判實驗報告，對學生實驗成績做出綜合評價和反饋，要求不能簡單的只打?qū)﹀e和成績，必須將問題明確指出；學生任務(wù)為對實驗結(jié)果進行整理和分析，總結(jié)實驗問題，按照實驗要求提交實驗報告或者小組匯報，對教師實驗報告中提出的問題和錯誤進行整理，即“事事有回音”。

在實驗預習環(huán)節(jié)，學生通過使用化工專業(yè)實驗三維虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)，在實驗前可以模擬實驗過程，包括實驗目的、實驗原理和流程、仿真實驗操作，系統(tǒng)可評價和分析學生的操作質(zhì)量，安全測試需達到100分，模擬測驗需達到80分以上方可進入實驗室進行實驗，達到了良好的預習效果。對一些具有代表性的實驗設(shè)備我們研制了虛擬拆裝系統(tǒng)，具有真實的3D效果，學生可以利用電腦、手機APP客戶端進行實驗設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能、原理的學習，并可虛擬拆裝和在線測驗，極大提高了指導信息量，改善了教學效果。

通過實驗教學模式的改革和實踐，我們發(fā)現(xiàn)學生實驗前“忙”了起來，實驗中“動”了起來，實驗后匯報“活”了起來，學生的學習效率提高了，學習效果變好了，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力增強了，自主學習能力提高了。

2.3 實驗考核方式的調(diào)整

原有實驗課程的考核評價只是在期末，教師根據(jù)實驗預習、實驗報告、考勤情況，綜合給學生一個分數(shù)。這種評價方式忽視了對學生實驗過程的考察，只是完全站在教師的角度，給學生一個最終的結(jié)果，學生并不知道自己實驗過程到底做得如何，以及實驗中存在的問題等[6]。因此，此種評價方式缺乏過程性評價，不利于學生綜合能力的提升。

我們將實驗考核改為平時成績和實驗報告考核相結(jié)合的方式，重視過程性評價，平時成績占總成績的60%，實驗報告考核占40%。平時成績又包括實驗預習、實驗衛(wèi)生、實驗操作，以實驗操作為主，占平時成績的60%。預習以實驗仿真成績直接給出(題目包括實驗原理、實驗操作、實驗安全等多個方面，每位學生隨機給題)，以此來使學生養(yǎng)成良好的預習習慣，進入實驗室后實驗不盲目；實驗衛(wèi)生主要考察學生實驗前、后，實驗過程中的儀器、設(shè)備擺放、衛(wèi)生情況及廢液回收等，此項評價是實驗改革后新增加的項目，以此來培養(yǎng)學生在實驗過程中養(yǎng)成清潔實驗、綠色實驗和保護環(huán)境的意識；實驗操作主要考察學生操作的規(guī)范性、小組的團隊配合情況、記錄數(shù)據(jù)的規(guī)范性及正確性等，以此來培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力、設(shè)備操作能力。各環(huán)節(jié)均制定了詳細的考核評分細則，發(fā)放給學生，使學生對實驗的過程有標準、有參照，使學生逐漸自覺養(yǎng)成對實驗課程重視的習慣，真正體驗并理解到實驗教學培養(yǎng)實踐能力的重要性，由“要我學”變成“我要學”。

實驗報告的考核分為兩類：一類是有數(shù)據(jù)處理的實驗，要求每位學生處理不同的一組數(shù)據(jù)，最后小組進行匯總，完成實驗報告，避免傳統(tǒng)實驗報告同組同學互相抄襲的情況，教師根據(jù)學生提交實驗報告的質(zhì)量給出實驗報告成績，實驗報告的質(zhì)量包括實驗原理的正確性、實驗數(shù)據(jù)處理質(zhì)量和分析討論等；另一類是采取以小論文代替實驗報告的方式，對實驗過程寫出自己的認識和分析，并進行小組匯報，通過自評互評師評等不記名打分模式給出成績，有效避免借用他人實驗數(shù)據(jù)，炮制實驗報告等現(xiàn)象，真正培養(yǎng)學生查閱文獻、撰寫科技論文和實事求是的科學態(tài)度?？己朔绞降母母锸怪笇Ы處煂W生實驗的考核貫穿于實驗的整個過程，全方位考察學生運用知識解決問題能力，有效促進了學習方式的多樣化，促使學生自發(fā)改變學習態(tài)度。

3 構(gòu)建全方位的實習實訓基地

實習是高等工科院校實踐教學中的重要環(huán)節(jié)，但目前的實習大多存在基地較單一、時間較短的問題，工廠常常基于生產(chǎn)安全、學生人身安全和保密等因素的考慮，不允許學生對生產(chǎn)裝置進行實際操作，難以保證實習的質(zhì)量和效果。為此，我們嘗試建立校外化工企業(yè)與校內(nèi)仿真工廠聯(lián)合實習實訓基地，實現(xiàn)校內(nèi)校外雙翼并舉的實習方式。

首先學生通過企業(yè)的實習，深入理解化工企業(yè)的文化，創(chuàng)業(yè)、發(fā)展與壯大歷史，接受創(chuàng)業(yè)教育；系統(tǒng)了解化工企業(yè)的生產(chǎn)流程、各化工單元設(shè)備與裝置的特點、化工園區(qū)的科學規(guī)劃等，接受專業(yè)教育、就業(yè)教育、生態(tài)教育。

同時結(jié)合新鄉(xiāng)市化工、新能源、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)的地方經(jīng)濟特色，以區(qū)域經(jīng)濟社會和就業(yè)需求為導向，加強產(chǎn)學研結(jié)合，加強與企業(yè)的聯(lián)系和合作。與河南心連心化肥有限公司、河南晉開化工有限公司、杭州言實科技有限公司等地方企業(yè)建立聯(lián)合虛擬仿真實驗室，將企業(yè)實際操作技術(shù)轉(zhuǎn)變成仿真實驗教學內(nèi)容，有機地將兩者相銜接、融會貫通，為學生就業(yè)、創(chuàng)業(yè)構(gòu)筑了實踐平臺。通過校內(nèi)仿真工廠實習，學生在基地進行計算機模擬，熟悉工廠環(huán)境和工藝流程，調(diào)節(jié)流量、壓力、溫度等操作參數(shù)，判別生產(chǎn)問題并提出相應(yīng)解決方案，加深對生產(chǎn)過程的理解和認識，從安全培訓，到上崗考核，再到實際操作等學生都可以自己動手嘗試，身臨其境，實現(xiàn)與就業(yè)的無縫對接。此外，學生還可模擬生產(chǎn)情景，根據(jù)扮演的角色不同，進行協(xié)同合作，共同完成生產(chǎn)操作，學習事故處理方法，極大地提高了他們的學習積極性，從而提升了學生的創(chuàng)新能力。

工程實踐教育是工程教育改革中的重要環(huán)節(jié)，面對化工新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟，構(gòu)建與之相匹配的實踐平臺和實踐體系是新工科賦予的重要任務(wù)，是化工高等教育“質(zhì)量”革命的必由之路，也是未來化工專業(yè)教育改革努力的方向。