孫 丹 聶龍輝 王 薇 周寶晗 黃征青 趙春玲
(湖北工業(yè)大學(xué) 材料與化學(xué)工程學(xué)院,湖北 武漢 430068)
化學(xué)是高等工科院?;?、材料、生工、制藥等專業(yè)的一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的重要課程,化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要任務(wù)是通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生掌握基本技能和拓展技能兩種技能[1];同時(shí)還要進(jìn)行科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng),包括求真求實(shí)的科學(xué)態(tài)度,開拓創(chuàng)新的科學(xué)品德,以及實(shí)驗(yàn)中保持干凈整潔、有條不紊的良好習(xí)慣,培養(yǎng)學(xué)生具有“科學(xué)家的元素組成C3H3——Clear Head、Clever Hands、Clear Habit”[2,3]。隨著社會(huì)發(fā)展,激發(fā)和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能素質(zhì)成為各高校的共同目標(biāo),大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑之一[4-6]。
我?;A(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)覆蓋面廣,但學(xué)時(shí)非常有限,其中無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)和物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)化工和生工專業(yè)分別開設(shè)32學(xué)時(shí),材料專業(yè)24學(xué)時(shí);有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)上下學(xué)期共開設(shè)48學(xué)時(shí)。在學(xué)時(shí)有限的情況下,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已落后于時(shí)代的發(fā)展[7],亦跟不上社會(huì)對(duì)人才需求的變化,存在諸多不足,主要體現(xiàn)在以下幾方面。
實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容是否有趣、是否與專業(yè)相關(guān),對(duì)于大一和大二的學(xué)生來說至關(guān)重要,關(guān)系到學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握,會(huì)影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容陳舊、驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)過多、綜合性創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)偏少;專業(yè)針對(duì)性不強(qiáng),同一個(gè)實(shí)驗(yàn)面向所有專業(yè)開設(shè),存在一些不合理的地方。
我校主要面向湖北省內(nèi)招生,目前湖北省高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)開課率普遍較低,調(diào)研顯示,我校2020 級(jí)化工類專業(yè)學(xué)生在高中階段進(jìn)行3次以上實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練的占比不到 20%,大多數(shù)學(xué)生只是通過觀看教師演示實(shí)驗(yàn)來感知實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象[8]。學(xué)生在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)過程中存在重理論輕實(shí)踐、重操作輕設(shè)計(jì)、重低階輕高階等情況,導(dǎo)致學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰η啡?創(chuàng)新能力不足。
教師在多年的教學(xué)中也偏向以教師為中心,忽略學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,重教書輕育人,教學(xué)模式較為單一,這種傳統(tǒng)的教學(xué)模式已跟不上時(shí)代的變化和以00后為主的學(xué)生特點(diǎn),教師要與時(shí)俱進(jìn),改變教學(xué)理念,以學(xué)生為中心,了解學(xué)生心理特點(diǎn)、學(xué)習(xí)方式和溝通方式,關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)生發(fā)展,全面提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。
考核評(píng)價(jià)機(jī)制在檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的同時(shí),也客觀評(píng)價(jià)了高校本身的教學(xué)成果。由于教學(xué)的理念、內(nèi)容、方式和手段的改革與考評(píng)機(jī)制是密不可分的,它在實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)和衡量著改革的效果[9]。
目前,對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的評(píng)價(jià)機(jī)制我校仍然采用實(shí)驗(yàn)操作考試成績(占40%)和平時(shí)成績(占60%)相結(jié)合的方法對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)定,考核形式過于簡單。平時(shí)成績主要是實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績;操作考試成績主要是以實(shí)驗(yàn)教材上的基本實(shí)驗(yàn)操作或某個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為主要考試內(nèi)容。學(xué)生為了應(yīng)付考試,多表現(xiàn)為考前花大量的時(shí)間去背誦操作要點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)原理,“為考試而學(xué),為60分而學(xué)”,操作考試成績不理想,并沒有達(dá)到開設(shè)這門課程的教學(xué)目的??梢?目前的考核形式,實(shí)質(zhì)上并不能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和知識(shí)的綜合運(yùn)用能力[10]。
針對(duì)社會(huì)和相關(guān)行業(yè)對(duì)化學(xué)化工類專業(yè)人才的需求,立足我校培養(yǎng)高素質(zhì)工程技術(shù)人才的辦學(xué)方針,圍繞實(shí)踐教學(xué)改革,提出了“創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)貫穿人才培養(yǎng)全過程”理念,構(gòu)建了“多”相融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新體系。
綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生勤于思考-善于思考-創(chuàng)新思維的培養(yǎng)具有很好的作用[11-14],按照OBE工程教育認(rèn)證理念,從多個(gè)維度重構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,依據(jù)專業(yè)類別(化工、材料、生工、制藥、生食等)、實(shí)驗(yàn)條件、學(xué)生年級(jí),調(diào)整和補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及實(shí)驗(yàn)類型與比例分配。按學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)程,逐漸減少基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)比重,加大綜合型、設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)比重。其中大一學(xué)生設(shè)有基本操作型和驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)(70%)、設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)(20%)及創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)(10%);大二學(xué)生設(shè)有驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)(40%)、綜合型實(shí)驗(yàn)(40%)及創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)(20%);大三學(xué)生驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)比重降至20%、設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)占40%、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)提高至40%。
我校物理化學(xué)課程組的聶龍輝教授牽頭研究并制定了基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?biāo)準(zhǔn)體系,該體系包括5個(gè)基本技能和7個(gè)拓展技能(見圖1),具體含12個(gè)一級(jí)能力指標(biāo)和39個(gè)二級(jí)能力指標(biāo),并給出二級(jí)能力指標(biāo)的內(nèi)涵[1]。構(gòu)建了更科學(xué)更合理的實(shí)踐能力標(biāo)準(zhǔn)新體系,即基本技能、綜合技能和創(chuàng)新技能。低年級(jí)學(xué)生重在培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)踐操作技能:認(rèn)識(shí)常見的化學(xué)儀器并了解其用途及工作原理、熟練掌握基本操作及常見儀器的使用注意事項(xiàng)、會(huì)通過實(shí)踐來驗(yàn)證教材上的理論及原理并加深對(duì)理論的理解;大二、大三的學(xué)生要求在基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步加大對(duì)綜合能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),能夠運(yùn)用已掌握的實(shí)驗(yàn)基本技能分析化學(xué)和化工生產(chǎn)中的一些工程問題,進(jìn)而在科研創(chuàng)新上有所突破。
基礎(chǔ)化學(xué)課題組主要承擔(dān)了普通高校大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競賽的培訓(xùn)、全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽的指導(dǎo),并積極推薦學(xué)生參加化學(xué)化工創(chuàng)新成果報(bào)告會(huì)和全國大學(xué)生制藥工程設(shè)計(jì)大賽等,包括化工專業(yè)、制藥專業(yè)和機(jī)械能源專業(yè)等實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科的交叉培訓(xùn),極大地提高了學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。
高校實(shí)驗(yàn)室的安全管理工作對(duì)教學(xué)和科研順利進(jìn)行起著至關(guān)重要的作用,實(shí)驗(yàn)室的安全不僅關(guān)系到國家財(cái)產(chǎn)的安全,也關(guān)系到師生科研成果的安全[15,16]。我校有機(jī)化學(xué)課程組的周寶晗副教授牽頭前往挪威等國際高校學(xué)習(xí)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室管理方法,進(jìn)行了“規(guī)范化、精細(xì)化、微型化和綠色化”的改革與實(shí)踐,制定出相應(yīng)的管理方法與措施,引導(dǎo)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)朝“多樣化”方向發(fā)展,有效減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的廢液與污染等突出問題,提高學(xué)生的環(huán)保與安全意識(shí),強(qiáng)化綠色概念。
傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)考核重終結(jié)性評(píng)價(jià)輕過程性評(píng)價(jià)、重教師評(píng)價(jià)輕學(xué)生評(píng)價(jià)、重書面評(píng)價(jià)輕創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)評(píng)價(jià)。在多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中逐步落實(shí)“課前預(yù)習(xí)-課中表現(xiàn)-課后反思”多環(huán)節(jié)的考核評(píng)價(jià)方式(見圖2),即課前,教師提前發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、分享視頻資源、創(chuàng)建在線答疑討論;課中,分小組協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)、教師根據(jù)學(xué)生課堂表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果給予評(píng)價(jià);課后,學(xué)生進(jìn)行總結(jié)與反思,完成課后小測(cè)驗(yàn)、答疑討論、拓展思考題等。將課前、課中和課后全過程聯(lián)系起來,將 OBE 理念貫穿教學(xué)全過程,引導(dǎo)學(xué)生思考和分析,有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。這種多環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)考核評(píng)價(jià)方式更全面、更綜合、更客觀、更公正。
經(jīng)過幾年的探索與實(shí)踐,緊緊圍繞工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心理念和學(xué)校辦學(xué)方針,針對(duì)如何培養(yǎng)高素質(zhì)工程應(yīng)用型人才,從轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念、強(qiáng)化課程建設(shè)、狠抓科技競賽、強(qiáng)化綠色理念等多方面,綜合實(shí)施了如下舉措。
更新傳統(tǒng)的“以教師為中心”的教學(xué)理念,根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求,教學(xué)活動(dòng)以學(xué)生為中心展開,構(gòu)建“立德樹人,課上課下一體式”教學(xué)模式,一是以學(xué)生的發(fā)展為主體,著重培養(yǎng)學(xué)生的能力并堅(jiān)持實(shí)施全員育人、全程育人與全方位育人的“三全”教育,不僅傳授學(xué)生知識(shí)與技能,更要培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)秀的道德品質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生與人良好的溝通交流能力及對(duì)社會(huì)的適應(yīng)性與貢獻(xiàn)力。二是指學(xué)生的培養(yǎng)模式以課上為主,課下為輔,選用多種培養(yǎng)方式取得了培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的效果。
圍繞現(xiàn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足,物理化學(xué)課程組開展了“BOPPS教學(xué)模式下成果導(dǎo)向型物理化學(xué)‘金課’的構(gòu)建”,無機(jī)及分析化學(xué)課程組開展了“TRIZ創(chuàng)新理論在分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究”“慕課環(huán)境下的大學(xué)普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究”“新工科背景下,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力的新對(duì)策研究”等省級(jí)和校級(jí)教學(xué)研究項(xiàng)目的研究,加強(qiáng)創(chuàng)新教學(xué)理論改革研究。增加研討型課程,強(qiáng)化綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),將知識(shí)傳授與能力培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合,前沿研究成果融入基礎(chǔ)課程,消除基礎(chǔ)知識(shí)與前沿研究之間的鴻溝,逐步提升學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。
本專業(yè)高度重視學(xué)科競賽,組建專業(yè)教師指導(dǎo)團(tuán)隊(duì),每年組織學(xué)生積極參加全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生化工實(shí)驗(yàn)大賽、全國大學(xué)生節(jié)能減排大賽、湖北省大學(xué)生化學(xué)化工創(chuàng)新成果報(bào)告會(huì)、湖北省大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競賽等課外科技競賽。學(xué)科競賽的全面化和交叉化培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力,提升了學(xué)生-導(dǎo)師-企業(yè)的循環(huán)互動(dòng),專利-論文-成果轉(zhuǎn)化的良性結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了專業(yè)特色與科技創(chuàng)新相契合的目標(biāo),成為學(xué)生科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的良好實(shí)踐平臺(tái)。同時(shí)教師通過各類競賽反饋的信息和問題,及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、改進(jìn)教學(xué)方法,不斷提升教師教學(xué)水平,達(dá)到了真正意義上的教學(xué)相長。
通過與挪威等國際高校實(shí)驗(yàn)室管理進(jìn)行比較,進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室安全管理制度、強(qiáng)化綠色化學(xué)概念,探索微型化實(shí)驗(yàn),不僅可以減少污染物的排放,還可以節(jié)約成本,降低實(shí)驗(yàn)消耗,樹立師生的環(huán)保意識(shí),促進(jìn)創(chuàng)新教學(xué)和人才培養(yǎng)的良性循環(huán)。例如:聶龍輝教授在“二元液系相圖實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)”中采用“等量移出添加法”的溶液添加新方式[17],大大減少了毒性較大的環(huán)己烷的消耗量,節(jié)約了成本,取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,符合化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化、精細(xì)化管理的社會(huì)發(fā)展要求。
我校推行短學(xué)期制度,即春季學(xué)期執(zhí)行“18+4”教學(xué)模式(18周教學(xué)+4周短學(xué)期);秋季學(xué)期執(zhí)行“18+2”教學(xué)模式(18周教學(xué)+2周短學(xué)期),利用短學(xué)期開展各類實(shí)習(xí)實(shí)踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、課外科技活動(dòng)和社會(huì)實(shí)踐,充分鍛煉了學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。專業(yè)教師成為短學(xué)期實(shí)踐指導(dǎo)的主力軍,指導(dǎo)包括實(shí)踐過程指導(dǎo)和實(shí)踐答辯指導(dǎo),學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)展以日志、周志等形式在《校友邦》網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)管理。
構(gòu)建的“多”相融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新體系在我?;?、材料、高分子、輕化、環(huán)境、生工、食品、制藥、防水、生技等專業(yè)進(jìn)行了實(shí)踐和改革,同時(shí)還面向我校非化學(xué)相關(guān)專業(yè)如土木工程、機(jī)械工程等專業(yè),以期研究成果與經(jīng)驗(yàn)?zāi)茉谖錆h市鄰近兄弟院校相關(guān)院系的實(shí)踐教學(xué)得以借鑒和推廣。在近幾年的推廣應(yīng)用研究過程中,產(chǎn)生了如下成果(以化學(xué)工程與工藝專業(yè)為例)。
我省每兩年舉行的大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能競賽,重在考查學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立操作和獨(dú)立解決問題的能力。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,我院參加湖北省化學(xué)技能競賽,由2017年只獲得2個(gè)三等獎(jiǎng)到2019年一等獎(jiǎng)1 名、二等獎(jiǎng)1 名,三等獎(jiǎng)1 名的好成績,學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣明顯增強(qiáng),參與度明顯增大。此外,通過實(shí)踐教學(xué)改革,90%學(xué)生能積極進(jìn)入教師科研團(tuán)隊(duì)。積極參加全國大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽,由2017年獲得4個(gè)叁等獎(jiǎng)到2018年獲得1個(gè)二等獎(jiǎng)、3個(gè)三等獎(jiǎng),到2020年獲得1個(gè)一等獎(jiǎng)和1個(gè)二等獎(jiǎng)的好成績,近四年共獲國家級(jí)和省級(jí)競賽獎(jiǎng)勵(lì)近20項(xiàng)。近四年化學(xué)化工專業(yè)學(xué)生參與大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目40項(xiàng),參與發(fā)表論文35篇,其中SCI/EI收錄論文24篇,第一作者7篇,參與申請(qǐng)專利20項(xiàng),其中授權(quán)專利3項(xiàng),詳情見圖3。
圖3 學(xué)生近年競賽及科研成果
通過實(shí)踐教學(xué)改革,學(xué)生對(duì)化工專業(yè)有了更加客觀的認(rèn)識(shí),越來越多的學(xué)生喜歡上了化工專業(yè),近四年,在化工制藥大類分流中第一志愿選擇化學(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生占比逐年升高,每年保持兩個(gè)班,班級(jí)規(guī)模逐漸增大,表1為近四年化工制藥類分流情況;從外院轉(zhuǎn)入到化學(xué)與化工專業(yè)的學(xué)生人數(shù)也非??上?。
表1 近四年化工制藥類分流情況
該實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新體系實(shí)施以來,不斷加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng),本專業(yè)畢業(yè)生以扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和較強(qiáng)的動(dòng)手能力受到廣大用人單位的歡迎和好評(píng),2017—2020年一次性就業(yè)率分別為96.0%,98.4%、97.8%、96.9%,平均為97.3%。
本專業(yè)考研的學(xué)生多進(jìn)入浙江大學(xué)、華中科技大學(xué)、四川大學(xué)、華南理工大學(xué)、中南大學(xué)、北京化工大學(xué)、華東理工大學(xué)、武漢理工大學(xué)等高校進(jìn)行深造,學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力均得到高度評(píng)價(jià)。我?;瘜W(xué)工程與工藝于2021年1月通過中國工程教育專業(yè)認(rèn)證,專業(yè)建設(shè)工作與成果均得到專業(yè)教指委和認(rèn)證協(xié)會(huì)專家的一致認(rèn)可,我院學(xué)生的工程能力和實(shí)踐動(dòng)手能力也受到專家的高度肯定。
“多”相融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新體系的構(gòu)建與改革,在我校已取得初步成果,但是隨著2021年新高考的實(shí)行,生源特殊,學(xué)情特殊,關(guān)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)還有很長一段路要走,道阻且長,我們將在后面的教學(xué)中不斷摸索不斷改革,為培養(yǎng)人才再接再厲!