地方高校化工类本科专业实验教学改革的思考与实践

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  摘要:为加快实验教学的改革与创新,根据当前实验教学现状,构建了“六模块、三层次、一开放”实验教学体系,建立开放性实验,完善实验技能考核制度等一系列改革措施,从而实现高素质应用型人才的培养目标。
  关键词:实验教学;应用性人才;技能考核;开放实验
  作者简介:王锋(1978-),男,湖南常德人,湖南城市学院化学与环境工程学院,讲师;龙立平(1963-),男,湖南益阳人,湖南城市学院化学与环境工程学院,教授。(湖南益阳413000)
  基金项目:本文系湖南城市学院校级教改项目“化工类本科应用型人才综合实验技能培养体系改革研究与实践”的研究成果。
  中图分类号:G642.423     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2012)11-0091-02
  
  随着我国经济的快速发展,企业对人才的需求不但在层次上逐渐提高,而且对人才的应用能力、实际操作能力和创新能力也提出了更高的要求。[1]化工类学科作为一门实验性很强的学科,实验教学是实现高素质人才培养和提高教学质量的重要环节。对于以培养应用性人才为目的的地方本科院校来说,也要紧跟企业对化工类人才高要求的步伐,将实验技能培养体系进行改革,合理设置实验课程、实验项目以及强化实验教学,以培养社会需要的高级应用型化工类专业人才。因此,如何切实加强实验教学体系建构,改进实验教学方法,培养社会需要的优秀应用型人才,是地方高校面临的重要课题。
  一、化工类专业实验教学现状分析
  目前,地方高校化工类专业实验教学普遍存在的问题集中表现在学生综合素质与用人单位的实际需求之间的矛盾。学生对实验教学环节不够重视,重理论轻实验;许多地方高校限于条件,实验教学往往偏重于基础验证型实验,这样无法激发学生探索知识的兴趣,实验时也是草草了事,使得实验教学效果与教学目标难以一致;此外,学校仪器设备的控制和测量技术还停留在20世纪90年代水平,而企业中设备较之要先进,因此学生在就业之前未能掌握先进设备的使用方法,造成应届毕业生的实际应用能力达不到用人单位要求,导致本科毕业生在就业初期捉襟见肘。究其原因,主要是传统的实验教学存在一些缺陷。[2-3]
  1.实验教学内容缺乏先进性和趣味性
  虽然近年来化工类专业实验教材层出不穷,而且版本也在不断更新,但其内容大同小异,几乎无创新和改革,而且内容没有随着实验技术手段的进步而进行改进,比如很多《化工原理实验》教材在干燥实验中还使用20年前教材中的洞道式干燥器作为实验装置,同时实验内容设置上不贴近生活,缺乏趣味性。
  2.实验教学内容缺乏综合性
  传统的化工类实验侧重于对学生单项技能和知识的验证,而且内容的设置也局限在这方面。如做有机实验就是合成产品而不管产品的纯度;做分析实验只分析样品结果而不清楚样品的来源与生产方法等等。缺乏将各学科内有关联的多个知识点串联起来进行实验培训,缺乏让学生进行系统学习、综合运用所学知识与技能的实验体系。[1]
  3.教学模式、教学手段和教学方法缺乏时代性
  目前,虽然各高校教师在实验教学改革方面投入了大量的精力,但其教学方法和流程却大同小异:要求学生先做预习,写好预习报告;实验前教师检查学生的预习报告,再讲解实验原理、实验设备、实验步骤、注意事项、数据处理等,然后让学生进行操作,完成整个实验过程,学生自然地养成了对教师的依赖性,从而影响了他们积极思考问题、解决问题的主动性。这样的教学模式虽可使学生掌握一些基本的分析方法和操作技能,培养学生严谨、认真和实事求是的科学态度,但这种传统式教学难以提高学生的动手能力、分析和解决问题的能力,对学生思维能力、创新能力的培养和提高也存在一定的局限性。[4]
  4.教学设备短缺,难以保证实验教学质量
  目前,大部分地方高校实验设备经费困难,实验教学过程中存在教学设备短缺的问题。特别是大型精密仪器(红外、色谱、质谱、原子吸收等)由于经费紧张,实验台件数少,在强调实验时间与课程进度衔接的前提下,实验任务安排与落实困难,造成实验安排在时间上相对集中实验过程让学生参与动手的机会少等问题,实验教学对于大部分学生来说就是参观,当然考核也名存实亡。而大型精密仪器相对来说比较先进,学生在化工企业工作过程中一般都会使用到。
  5.实验成绩评价方案缺乏科学性
  虽然很多高校在实验教学改革过程中实行了一系列有效的管理措施,但在实验考试中没有一套详细的成绩评定方案,还是按照传统方法,给实验分时就是按照实验报告并结合学生实验课时的表现来给分,这样的成绩并不能真实反映学生实际的操作能力、创新能力以及对知识的运用能力。按照此评分原则,很多学生只要把实验报告写得“漂亮”点、上课“规矩”点就能获得高分,这会严重影响学生对实验的兴趣,通过实验提高的学生综合能力也就无从谈起。因此,建立行之有效、科学合理的实验成绩评价体系势在必行。
  二、高校化工类专业实验教学改革的构想
  针对上述高校化工类专业实验教学存在的问题,我们提出了“六模块、三层次、一开放”实验教学体系的改革方案。
  1.构建“六模块、三层次、一开放”的教学体系
  六模块、三层次、一开放的主体思想见图1。
  依照培养化工类高素质应用性人才所遵循的认知规律,构建化工类本科实验教学六大实验模块,设置物质性质和基本操作实验模块、化工制备实验教学模块、物质分析与应用实验教学模块、化工原理实验教学模块、化学反应工程实验教学模块和化工仿真实验模块。按实验课程教学要求和人才培养规格,从三个层次对学生实验能力进行分层次培养。即:基本实验技能层次、综合设计实验能力层次和专业应用实验能力层次。为加强学生综合能力培养,使学生通过实验获得分析问题和解决实际问题能力,各实验模块均可设有相应的开放实验项目,综合性、设计性、创新性实验教学任务在教师指导下,学生相对独立地在开放实验室完成。为了让学生具备较强创新能力、专业知识应用能力和实际操作能力,初步实现开放式实验教学,开放的基本原则是“项目开放、时间开放、资源开放”,并制订具体的开放实验室管理制度,保证开放实验的安全、有序、高效进行。开放实验分为必做和选做两部分,必做实验是教学计划内学生必须完成的实验内容,学生在完成必做实验后可根据自己的专业、兴趣、结合地方经济建设自由选择实验项目,实现因材施教和个性化培养,充分发挥学生的主动性,培养学生的创新意识和创新能力。
  2.调整和优化实验课程教学内容,不断增加“三性”实验比重及实验项目的“趣味性”
  所开设的各门实验课程既相互独立又相互关联,在确保各门实验课程完整的实验教学内容体系的同时,根据各实验课程的特点和人才培养要求,对各门实验课程内容进行整合和优化,所有实验课程统一设计实验项目,减少不必要的重复;坚持进行实验教学内容改革,不断修订和完善实验课程教学大纲,并根据不同专业教学计划和专业特点确定培养目标,合理选取实验内容;及时更新实验教学内容,减少验证性实验项目,不断增加设计性、综合型实验项目,实验项目主要围绕综合性、设计性和专业应用性实验而开设。此外,在有机实验及化工原理实验中增加一些与日常生活有关的药品或食品的制备、检测、分析等方面的实验,让学生有“学以致用”的深刻体会,以提高学生对实验的兴趣和积极性。
  3.加强实验教学手段、方式和方法改革
  各实验课程教学改革传统的实验教学模式,部分实验课程采用了先进的多媒体教学手段,制作了实验课程多媒体课件,使用计算机辅助教学实验,加强了实验教学的直观性和信息量。此外,在实验进行前,改变过去只检查学生预习报告的习惯,在学生查阅与本实验相关的前沿知识的前提下,让学生在实验操作前针对本实验的相关内容进行讨论,并指出目前实验设备、方法、步骤的不足和可改进的地方,这样有利于培养学生的创新能力和思维能力。
  另外,建立化工专业实验网站。学生在网上就能预习实验的相关内容,查看与实验相关的实验设备和实验信息,实现虚拟、仿真实验技术等多元化实验教学手段。利用网络技术、虚拟仿真等现代化的手段,将实验室从时间、内容、空间方面进一步拓展和延伸。
  4.加强实验教学过程管理,实行全过程成绩评定方法
  科学的考核体系对提高实验教学的质量至关重要。因此,我们正尝试改革以往考核模式,努力建立一种有利于高素质人才的发现、培养和提高的新的实验教学评价制度,使之能够综合体现学生的知识、能力和素质水平。例如:分析化学实验、物理化学实验实行实验教学的全过程成绩评定方法。实验课程全过程成绩评定以考查学生对待实验课程的态度、对基本实验操作、实验技能的掌握情况、实验室工作习惯、团结协作精神,特别是创新意识和创新能力等诸多方面为考核目标,结合实践课程的性质、特点和任务,从培养学生的“动手能力、观测能力、查阅能力、记忆能力、思维能力、想象能力和表达能力”等七个方面考虑,确定全过程评定学生实践课程成绩的指标体系。以分析化学实验课程为例,建立一级指标体系8个,确立了40个对应的二级指标体系。其中一级指标体系如下:实验课程前的预习及准备工作;实验课程应掌握的基本操作技能;数据测定与处理的规范性(含实验报告);进行综合性实验的能力;独立完成设计性实验的能力与水平;开展创新性实验的能力;实验课程综合素质(包括协作精神、纪律、卫生等);实验课程考核(含理论和操作)。整体考查学生对该实验课程基本实验方法的了解、实验技能的掌握,特别是运用所学实验技能解决实际问题、开展创新工作能力的情况,培养学生对实验课程的学习兴趣,重视实验课程的学习,从而自觉、积极、主动地搞好实验课程的学习,并根据教师要求进行综合性和设计性实验能力的训练,培养创新能力。[5]
  5.开发实验项目和实验装置,提高实验研究能力
  鼓励实验教师根据应用性人才培养要求自主开发实验项目和实验装置,注重将教学研究、科学研究成果及时转化成实验项目,根据服务地方经济建设需要,研究和开发社会需求实验项目;自行设计实验装置,通过自主开发实验项目和研制实验装置,促进实验教学改革,保障实验教学质量,锻炼实验教学队伍,提高教师的实验研究能力。
  三、化工类专业实验教学改革的作用与初步效果
  通过上述改革,得到一套完整、合理、科学的适用于培养化工类“应用型”人才的实验教学体系,制订出分别适合于化工专业的各类课程实验教学大纲以及“专业实验技能考核”大纲,使学生更好地掌握本专业的实验技能,并且达到设定目标要求。
  1.达到培养应用型、创新型人才的目的
  基本实验技能培养主要包括物质基本性质与基本操作实验、物质制备实验、物质分离与检测实验、物理化学实验方法原理与应用实验、现代分析技术与应用、化工原理实验、化学反应工程实验等实验教学内容。这部分实验内容主要是使学生掌握基础化学、化工实验的特点及化学、化工实验基本知识、实验基本操作、实验基本技能、典型物质的化学性质等。教学方式以现代实验教学模式为主,对学生的实验情况进行全过程评估,在教师指导下,学生进行严格规范的实验操作训练;对物质制备实验项目,将所有涉及到的重要制备操作装置陈列,供学生实验参考。
  综合实验能力培养主要是通过开设综合实验和设计性实验达到培养学生实际解决问题和分析问题的能力,使学生构建完整的知识体系。综合性实验主要是跨实验课程,涉及到多个基本实验操作、多个基本理论运用的实验。设计性实验是开放式实验教学和独立实验能力训练相结合的实验教学环节。设计性实验重在独立实验能力的训练和提高,学生在实验教师指导下自选设计实验项目,并自行设计实验方案,完成实验准备,独立完成实验内容。设计性实验在培养学生实验能力与创新能力的同时,使学生通过查阅文献了解学科发展与科技创新的前沿领域,受到良好科研氛围的熏陶。建设仪器设备齐全、管理科学规范、实验条件优良的开放性实验室,建立完善的开放实验室管理制度,做到实验项目开放、实验时间开放、仪器设备开放。通过新的实验教学体系,以达到培养应用型、创新性人才的目的。
  2.立足地方经济,构建专业实验教学平台
  以服务地方产业和适应新型产业结构出发,构建了专业实验教学平台。专业应用实验是一种培养学生运用所学理论知识、所掌握的实验技能进行分析问题、解决问题能力的实验项目,实验教师结合地方经济建设需要,或结合专业应用实际,给学生布置实验项目,学生查阅相关研究文献,设计实验方案,完成实际样品分析表征工作,撰写分析报告,并对学生完成工作情况进行讲评,组织学生进行讨论和交流。
  3.建设和应用网络实践教学平台
  改变传统的实验室分立的观念,建立实验仪器设备共享网络平台,可以对全校大型仪器设备进行网络预约,这样可以提高大型精密仪器设备的利用率,减少人为因素导致的资源匮乏问题。同时建立了实验室网络教学平台,学生可在网络上预习实验,并观看实验的操作过程,这样学生在进实验室之前就对实验已有一定的了解,在具体操作实验时会有更充分的时间来思考实验其他方面的问题。
  通过几年时间的建设,学校在化学化工类专业实验教学的改革取得初步成效。2011年,湖南城市学院化工专业实验教学示范中心顺利通过湖南省教育厅专家组评估,正式成为湖南省普通高校实践教学示范中心。自2009年以来,学校化工类专业学生在全省化学技能大赛、课外创新作品竞赛等多项赛事中均取得优异成绩,共有16人次分别获得一、二、三等奖;此外,近三年学生在国内省级以上刊物发表学术论文30余篇,化学化工类专业的毕业生受到用人单位的好评,应届毕业生初次就业率达到95%以上。
  四、结束语
  地方高校实验教学改革是一个提高教学质量、培养高素质应用型人才的复杂系统工程,而构建“六模块、三层次、一开放”的实验教学体系是地方高校化工类专业实验教学改革的有益尝试。随着改革的进一步深化,其优越性必将越来越显著。通过更新实验教学体系、完善实验教学考核、改革实验教学手段发挥了学生的主体作用,调动了学生学习的主动性和积极性,提高了学生的实验操作技能水平,培养了学生分析问题与解决问题的能力,使学生的综合能力和整体素质全面得到提升,从而满足企业对化工类人才日益增长的能力需求。
  
  参考文献:
  [1]刘宝生,黄军左,付文.高校化工类专业实验教学“一体化、三层次”改革的思考[J].中国电力教育,实践教学,2011,(10):127-129.
  [2]杨玉萍.化学实验教学应面向化工企业对人才的实际需求[J].实验室研究与探索,2007,(11):166-168.
  [3]秦英月,王传虎.关于化工类专业实验教学改革的几点思考[J].宜春学院学报,2010,(12):163-164.
  [4]江银枝,王新平,王为祖,等.我校省级化学实验教学示范中心实验教学改革方略[J].世界华商经济年鉴·高校教育研究,2008,(14):23-24.
  [5]雷存喜,龙立平,曾永林,等.提高化学工程与工艺专业实验教学质量的措施[J].实验室科学,2010,13(2):21-24.
  (责任编辑:王祝萍)
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