尹成杰,胡勁松,楊 萍,李亞男,李 智

(安徽理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院,安徽 淮南 232001)

0 引言

目前,中國的化學(xué)工業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展和轉(zhuǎn)型期,年總經(jīng)濟(jì)量占全國規(guī)模工業(yè)的13%,特別是化工新材料、精細(xì)化學(xué)品、新能源配套材料等保持快速增長.新時代對化學(xué)工業(yè)發(fā)展的新要求是原料專用化、材料功能化、功能復(fù)合化、產(chǎn)品綠色化、過程低碳化、生產(chǎn)智能化、技術(shù)創(chuàng)新化[1,2].習(xí)近平在中國共產(chǎn)黨第二十次全國代表大會上明確指示,加快建設(shè)國家戰(zhàn)略人才力量,努力培養(yǎng)造就更多大師、戰(zhàn)略科學(xué)家、一流科技領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團(tuán)隊、青年科技人才、卓越工程師、大國工匠、高技能人才[3].化工產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型及國家科技創(chuàng)新強(qiáng)國戰(zhàn)略成功實現(xiàn)的關(guān)鍵是高端人才培養(yǎng),而人才培養(yǎng)依靠全方位系統(tǒng)的化學(xué)人才培養(yǎng)體系.應(yīng)用化學(xué)是中國普通高等學(xué)校本科專業(yè),屬于理學(xué)大類下的化學(xué)類,基本修業(yè)年限為四年[4].安徽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)是安徽省重點(diǎn)學(xué)科,以培養(yǎng)理工兼?zhèn)?、?yīng)用型復(fù)合人才為特色,培養(yǎng)具備扎實的高分子化學(xué)及有機(jī)合成化學(xué)基本理論、基本實驗技能和現(xiàn)代實驗技術(shù),擁有一定的工程基礎(chǔ)知識和計算機(jī)基礎(chǔ)知識,熟悉學(xué)科的現(xiàn)狀、前沿及其在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用,能在涉及高分子材料合成、改性及加工成型、精細(xì)化學(xué)品特別是藥物中間體合成、工業(yè)催化、能源及環(huán)境保護(hù)等相關(guān)領(lǐng)域從事研發(fā)與管理等工作的高級專門技術(shù)人才.學(xué)生除了學(xué)習(xí)無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、有機(jī)合成反應(yīng)、高等有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理、功能高分子、復(fù)合材料、化工原理、催化原理、現(xiàn)代儀器分析等基礎(chǔ)理論課程外,還需要進(jìn)行專業(yè)實驗、綜合實驗等課程的訓(xùn)練.

高等教育包含公平和可持續(xù)地享有高等教育,為學(xué)生提供更全面的學(xué)習(xí)體驗,推動跨學(xué)科、超學(xué)科的開放與交流,提供滿足青年人和成年人終身學(xué)習(xí)需求的途徑,構(gòu)建內(nèi)容多樣、方式靈活的綜合學(xué)習(xí)體系,技術(shù)賦能高效的教學(xué)與研究六大變革方向[5].目前,大學(xué)生教育以專業(yè)素質(zhì)能力培養(yǎng)為主,但對創(chuàng)新能力、評價體系及評價指標(biāo)構(gòu)建的研究并不深入.本文基于安徽理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)特點(diǎn)、培養(yǎng)目標(biāo)及培養(yǎng)定位,以綜合實驗為載體,研究并構(gòu)建大學(xué)生專業(yè)綜合素質(zhì)、科研創(chuàng)新能力評價體系,旨在為學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的雙一流建設(shè)提供參考和支撐,同時也為學(xué)生的繼續(xù)深造打下良好基礎(chǔ).

1 應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實驗課程的現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 綜合實驗課程的現(xiàn)狀分析

應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實驗是一門獨(dú)立的綜合性實驗課程,學(xué)生在已掌握四大化學(xué)(無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué))、高分子化學(xué)、高分子物理等基本理論、基本知識及基本實驗技能的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步掌握有關(guān)材料的制備及性能等方面的實驗原理和實驗技能.通過本課程的學(xué)習(xí)和實踐,熟悉和掌握各種方法的要點(diǎn)和關(guān)鍵實驗技能,培養(yǎng)學(xué)生動手能力、設(shè)計能力及創(chuàng)新能力,使學(xué)生具有初步的科學(xué)研究能力.課程的培養(yǎng)目標(biāo)主要有: (1)掌握材料的制備及性能等方面的實驗原理和實驗技能,為后繼的專業(yè)學(xué)習(xí)及工作奠定良好的基礎(chǔ);(2)初步具備材料合成和復(fù)合材料制備等能力;能根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)和組成的設(shè)計及選擇特定的表征方法和性能檢測方法;(3)培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的工作作風(fēng),初步具備綜合運(yùn)用應(yīng)用化學(xué)理論分析、解決實際問題的能力[6～8].在內(nèi)容上設(shè)置: 交聯(lián)羧甲基纖維素制備、結(jié)構(gòu)表征及吸附染料MB 性能檢測,甲基丙烯酸甲酯(苯乙烯)的微乳液聚合及聚合物熱分解,γ-Al2O3的制備及其表面酸性的測定,四羧基鋅酞菁的制備、表征及其對飲料、白酒中乙醇含量的測定,TiO2光催化劑的制備及其催化性能測試,磁性金屬摻雜ZnO 納米材料的制備、結(jié)構(gòu)表征及光學(xué)、磁性能檢測,檸檬酸碳源碳點(diǎn)的制備、光學(xué)表征及電化學(xué)性能測試,水性膠粘劑的制備與性能測試等實驗.

1.2 存在的問題

隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展方向、能源戰(zhàn)略部署對人才需求的改變,目前的實驗教學(xué)已無法滿足人才培養(yǎng)需求,大部分內(nèi)容與四大化學(xué)的基礎(chǔ)實驗相似,都是驗證性實驗,內(nèi)容上已無法滿足學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo).因此需要按照教育部對于化學(xué)人才的培養(yǎng)要求和國家的戰(zhàn)略需求,重新對內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃和編排.近年來,安徽理工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)系有不少教師退休,同時也補(bǔ)充了一些新鮮血液,教師隊伍發(fā)生了較大調(diào)整,而教師的科研方向不同,因此需要根據(jù)新進(jìn)教師的科研方向調(diào)整教學(xué)內(nèi)容.另外,教學(xué)效果評價過于單一,無法支撐畢業(yè)培養(yǎng)目標(biāo).目前對學(xué)生的考核主要由實驗預(yù)習(xí)報告、實驗操作、實驗報告三部分組成,達(dá)不到對學(xué)生的客觀評價.綜合實驗教學(xué)方式和基礎(chǔ)實驗的過程一致,以教師講解為主,然后學(xué)生動手操作,學(xué)生無法主動思考,造成被動學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)興趣不高等現(xiàn)象.每個實驗的教學(xué)課時過于固定且課時偏少,這樣雖然有利于教師教學(xué),但是不利于培養(yǎng)學(xué)生的興趣、創(chuàng)新性等,學(xué)生無法及時驗證自己的科研思路[9～11].基于此,以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)為試點(diǎn),從實驗教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、評價方式等方面進(jìn)行改革,希望能夠探索出具有特色的實驗教學(xué)創(chuàng)新模式.

2 項目式課程教學(xué)改革

2.1 研究對象

研究對象為安徽理工大學(xué) 2020—2023 學(xué)年主修課程的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)大三本科生.

納入標(biāo)準(zhǔn): (1)大學(xué)三年級;(2)已學(xué)完物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、儀器分析、科技文獻(xiàn)檢索與論文寫作等化學(xué)基礎(chǔ)課程.

排除標(biāo)準(zhǔn): (1)重修應(yīng)化綜合實驗課程;(2)缺課1 周以上;(3)留級人員等.

2.2 教學(xué)方案

改變傳統(tǒng)教學(xué)模式,將教學(xué)貫穿大學(xué)四年及后繼教育,由“教學(xué)生ABC 等理論,然后用學(xué)過的知識去設(shè)計及解決問題”,轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖o他們一個項目要求,然后思考在項目實施過程中哪些地方會用到A、B、C等理論”.項目式教學(xué)能讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)更多的問題,引發(fā)主動思考、活躍課堂、培養(yǎng)創(chuàng)新思維,知識的掌握最終落腳于解決具體問題,打破理論和實踐的隔閡[12].連續(xù)性培養(yǎng)方式構(gòu)建的主要思路: (1)以學(xué)生為教學(xué)主體,大一開始設(shè)置課程內(nèi)項目以培養(yǎng)學(xué)生的興趣及化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理等理論基礎(chǔ);(2)大學(xué)二年級主要結(jié)合課內(nèi)項目訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的溝通能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、工程設(shè)計能力等;(3)大三主要結(jié)合學(xué)生的科研訓(xùn)練及綜合實驗課程,培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、科技文獻(xiàn)檢索能力、論文閱讀與寫作能力、創(chuàng)新意識、數(shù)據(jù)問題的分析判斷力等,將初步構(gòu)建的項目式教學(xué)體系應(yīng)用于實踐中并進(jìn)行檢驗和修訂;(4)大四主要依托科研訓(xùn)練及本科畢業(yè)論文教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力、思維的系統(tǒng)性和創(chuàng)新能力,進(jìn)而形成完整的項目式實踐教學(xué)體系(圖1).通過大學(xué)本科四年的貫穿式培養(yǎng),可以培養(yǎng)學(xué)生實踐的綜合素養(yǎng)及創(chuàng)新能力[13].在大三的綜合實驗開展中采用時間靈活的教學(xué)方式,實驗室在上班時間隨時為學(xué)生進(jìn)行實驗做好準(zhǔn)備.

圖1 項目式綜合實驗教學(xué)培養(yǎng)安排

2.3 教學(xué)內(nèi)容的更替

根據(jù)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)對人才創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求及國家科技強(qiáng)國戰(zhàn)略的要求,以設(shè)計理工學(xué)科交叉、科學(xué)研究與基礎(chǔ)教學(xué)相結(jié)合、綜合性強(qiáng)的實驗內(nèi)容為目標(biāo),建立應(yīng)用化學(xué)綜合實驗項目式教學(xué)體系.通過實踐教學(xué)從四個方面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力(即創(chuàng)新意識: 很強(qiáng)的求新、求變的理想和偏好;創(chuàng)新思維: 思維具有自主性、變通性、獨(dú)特性、流暢性、統(tǒng)攝性;創(chuàng)新技能: 文化修養(yǎng)深厚、知識廣博專精、表達(dá)簡潔明快、信息加工能力超群、操控能力強(qiáng);創(chuàng)新品格: 積極的價值取向、強(qiáng)烈的成就動機(jī)、意志堅強(qiáng)、實事求是,具有質(zhì)疑精神、開放的意識和合作精神,抗干擾能力強(qiáng)),最終構(gòu)建創(chuàng)新人才能力培養(yǎng)教學(xué)體系[14].在現(xiàn)有80 學(xué)時的教學(xué)計劃下,應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實驗課程主要基于基礎(chǔ)練習(xí)型、綜合設(shè)計型、研究探索型三個類型,設(shè)計了丁苯橡膠的制備、交聯(lián)及性能測試,新型吸波材料的制備及應(yīng)用改性,新能源電池電極材料的制備、器件組裝與電化學(xué)性能評價,有機(jī)藥物阿司匹林的制備、物理表征及藥效分析等項目式實驗.實驗特色為: 引入課程思政元素,有利于培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷、職業(yè)道德規(guī)范、社會責(zé)任感等,每個實驗項目都包含利用實驗技術(shù)方法認(rèn)識概念和原理,利用概念和原理解決問題,應(yīng)用所學(xué)知識探索產(chǎn)生新知識.通過實驗掌握文獻(xiàn)的調(diào)研、閱讀和實驗基本技能,培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)與解決問題的能力和科研創(chuàng)新思維,學(xué)會各種儀器分析表征與數(shù)據(jù)處理分析,最終構(gòu)建全方位的人才能力培養(yǎng)模式.

2.4 教學(xué)過程實施

項目的具體實施過程如圖2 所示.首先是課堂基礎(chǔ)知識講授,介紹基礎(chǔ)知識,學(xué)生進(jìn)行分組、選題及開題準(zhǔn)備;然后學(xué)生自由組隊,激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力,鍛煉實踐能力與創(chuàng)新精神;最后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、歸納總結(jié),提高交流表達(dá)的能力.一個實驗項目的成功實施,需要從文獻(xiàn)調(diào)研、隊伍組建、實驗方案設(shè)計優(yōu)化、實驗驗證、材料表征、數(shù)據(jù)處理分析、結(jié)果討論,到最終的實驗項目書的撰寫等均由學(xué)生獨(dú)立完成.任課教師只負(fù)責(zé)項目確定、實驗進(jìn)度安排、答疑解惑.充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和自主創(chuàng)新性,讓學(xué)生做實驗就像參與企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)過程一樣,每個人合理分工,都能得到不同方面的鍛煉[15].針對學(xué)生的考核,摒棄傳統(tǒng)的以實驗報告為單一依據(jù)的考核方式,突出過程評價機(jī)制.學(xué)生的最終成績主要由前期文獻(xiàn)調(diào)研、實驗方案的設(shè)計及團(tuán)隊組建(20 分),實驗項目實施過程中的表現(xiàn)(40 分),實驗數(shù)據(jù)處理分析、實驗報告撰寫(20 分),項目成果PPT 匯報(10 分)及對教學(xué)合理化建議(10 分)組成.該考核方式促使每個學(xué)生都要全身心投入實驗,調(diào)動每個學(xué)生的積極性、參與度,提高學(xué)生交流匯報、團(tuán)隊協(xié)作等能力.另外通過學(xué)生對教師教學(xué)的合理化反饋,不僅可以體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)過程中是否真的用心,也能培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題、勇于質(zhì)疑的批判精神,還能對教師的教學(xué)起到良好的促進(jìn)作用.

圖2 項目式綜合實驗教學(xué)實施過程

3 項目式綜合實驗改革成效

項目式綜合實驗的教學(xué)效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)以學(xué)生為教學(xué)主體,學(xué)生為主,教師為輔,極大提高了學(xué)生的主觀能動性,培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)問題并解決問題.改變了以往實驗學(xué)生參與度低、教師講解然后學(xué)生驗證的傳統(tǒng)機(jī)械模式.項目式的內(nèi)容可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從實踐中學(xué)習(xí)知識,做到理論與實踐的有機(jī)結(jié)合.

(2)有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維.讓學(xué)生參與從文獻(xiàn)調(diào)研到項目方案確定、修改等過程,訓(xùn)練其主動創(chuàng)新思維,能夠取得舉一反三的教學(xué)效果.

(3)顯著提高學(xué)生的專業(yè)技能和解決實際問題的能力.教師提出項目要求規(guī)劃,學(xué)生自己去尋找解決方案,通過實驗驗證方案的可行性,并反饋修改優(yōu)化,可以將實踐、理論、思維、動手能力、分析解決問題能力進(jìn)行融合.

(4)培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作與表達(dá)交流的能力.在整個項目的實施過程中,需要每個成員的分工合作,通過PPT展示自己的思路、方案和研究成果,可以鍛煉學(xué)生的文字表達(dá)和口頭表達(dá)能力.

4 結(jié)束語

本文以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合專業(yè)技能為目標(biāo),構(gòu)建了應(yīng)用化學(xué)綜合實驗的項目式教學(xué)體系,明確了教學(xué)內(nèi)容、項目實施過程與評價體系等.通過項目式教學(xué)的實施,將理論與實踐進(jìn)行有機(jī)融合,通過以學(xué)生為中心的教學(xué)站位,可以有效培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新思維和專業(yè)綜合技能.同時也體現(xiàn)了教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”之間的反饋優(yōu)化,為教師的教學(xué)改革提供有力參考,為學(xué)生未來可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展打下良好基礎(chǔ),也為實驗教學(xué)的人才培養(yǎng)提供了一定的教學(xué)思路和方向.