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新工科背景下化工基础实验教学改革与探索


新工科建设不仅要发展新兴工科专业,还要推动现有工科专业的改革创新。化工基础实验是以处理工程问题的实验研究方法为特色的专业基础实践课程,在大力推进发展新工科的背景下,必须积极进行化工基础实验教学改革,强化学生工程实践能力和创新能力。本文针对目前化工基础实验教学所暴露的问题,对新工科背景下该课程的教学改革进行了初步的探讨和研究。
1、化工基础实验教学现状
化工基础实验作为一门集专业性、工程性和实践性于一体的专业实践课程,对于培养化工类人才具有不可替代的作用,对整个专业人才的教育培养也有着意义深远的影响。然而,目前化工基础实验的教学,无论是从“教”还是“学”的角度,都存在诸多亟需改革的问题。
1.1学生方面存在的问题
新工科背景下学生方面存在的问题包括外界对学生的影响及学生自身的问题。受诸多因素的影响,当下许多学生沉迷网络、游戏、小说等无关学习的事情,根本无心学习,他们没有足够的时间来进行化工基础实验的预习和探究。还有部分学生只是心系考研,因而只意识到化工原理理论知识的重要性,只会做题解题,认为化工基础实验根本不重要,从而被动地去完成课程任务。此外,化工基础实验一般耗时较长,需要大量的时间等待仪器、仪表的稳定,在实验等待的阶段,不少学生无所事事,闲聊、玩手机、浏览信息等成为常态,这些都是学习主动性不高的表现。
还有部分学生因未能掌握学习化工基础实验的方法而导致学习效果不佳。例如,尽管教师大多要求学生实验前必须充分预习,但大部分学生仅能完成基本的预习任务,无法深入地去研究将要进行的实验。此外,化工基础实验报告的数据处理、实验分析、实验讨论和思考题的解答等经常会出现大面积雷同的情况,有的甚至连错别字都完全一样。
1.2教学方面存在的问题
化工基础实验基本上囊括了化工原理教材和化工生产过程中的所有单元操作。由于实验场地和实验设备等条件限制,学生通常以小组为单位合作完成一次实验,这就不可避免地带来许多问题]。小组合作虽然可以给学生之间的交流提供诸多便利,但也给浑水摸鱼、滥竽充数的同学提供了掩护。此外,教学方法和体系不适应新工科背景也是一个较为突出的问题。例如化工基础实验的验证性实验设置过多,而设计性实验和综合性实验偏少,这不利于充分调动学生的能动性,也不利于学生对化工基础实验知识的深入探索和拓展。又如部分教师按照传统的教学模式来进行教学,把整个教学过程分为讲解、演示部分操作、布置实验任务和课下批改实验报告。按部就班的流程造成部分学生以敷衍的态度对待这门课程,加剧了抄袭现象的发生,难以使学生借助这门课程提高工程实践能力。
此外,化工原理理论教学与化工基础实验教学联系不够紧密。例如,由于目前的实验教学不能与理论教学完全同步、学生的前期基础掌握不等,导致化工基础实验的开展很难达到巩固知识,理论联系实际的目的。而将化工原理和化工基础实验这两门课程有机结合起来,可发挥“1+1>2”的协同教学作用。例如学生在整理离心泵性能实验和传热实验数据的过程中,促进了对化工原理相关知识的理解,对公式中的各种参数有了深刻的理解。
1.3考核方式方面存在的问题
化工基础实验的考核方式一般是通过实验报告成绩和书面考核成绩的形式确定学生的最终成绩,实验报告成绩和书面考核成绩各占一半。由于实验报告数据往往在课后处理,因此出现不少抄袭现象。而实验课程考试也大多数是简答题,难以客观反映学生的知识综合应用能力、工程素养和创新能力。我院化工基础实验教学团队在多年的实践教学过程中积累了一些经验,通过灵活运用多种教学方法,采用以教师和学生为双重主体的教学模式,在化工基础实验“教”与“学”的相互促进方面进行了一些有益的探索。但是,随着新工科发展的迫切需要,原有的教学模式及考核方法已经很难满足培养高素质工程技术人才的需求。因此,如何抓住化工基础实验课程的精髓,指导学生真正理解和掌握基本概念,培养学生整体意识、全局观念,促使学生树立工程思想,成为化工基础实验改革中的重点。
2、新工科背景下教学改革的思考
就“教学”而言,“教”固然重要,但是它只是一种手段、一种途径,“学”才是其真正的主体,才是提高教学质量和收获成果的关键因素。
2.1注重培养学生兴趣
兴趣是最好的老师,教的再好也不如让学生对实验产生真正的兴趣。培养学生的兴趣,一方面可以将新方法、新技术、新设备引入到化工基础实验课堂中,例如开展超临界二氧化碳萃取实验、反应精馏实验等。另一方面可以鼓励学生参加化工基础实验竞赛,利用竞赛内容的新颖性和活动的竞争性,激发学生不断参与实验的积极性和主动性。例如,在2018年上半年开展化工基础实验本科实验教学前,笔者先告知学生当年全国大学生化工实验大赛华东区赛参赛同学的名单将采取校内竞赛方式选拔出来,因此,开展实验教学时大多数同学学习热情都空前高涨,最终笔者选拔出3组(9名同学)参赛,其中2组同学获得全国大学生化工实验大赛华东区赛一等奖、1组同学获得仿真单项奖,并且一支队伍顺利进入全国总决赛。
由于在平时的化工基础实验课程学习中积累了扎实的基础,加上赛前的辅导和团队协作精神的发挥,在华东理工大学举办的2018年全国大学生化工实验大赛总决赛中,我校参赛的3名同学获得了全国一等奖的好成绩。
2.2教学方法灵活多变
首先,化工基础实验过程中应该多采取引导、启发和探讨等方式,鼓励学生积极讨论实验过程和实验方法、通过深度思考后再处理数据得出结论、独立撰写实验报告。例如,在开展传热实验前几天,笔者告知学生这个实验的讲解将会随机选几名同学主讲,然后老师予以纠正和打分。学生们在实验开始前都能进实验室认真观察装置、并认真学习了老师提供的实验视频,实验开展时几名同学的讲解都很好,学生做实验的效果也有较大地提高。
其次,还要注重实验课程与理论课的有机结合,例如上化工原理课时提前为实验课做准备。一方面,笔者要求学生学习每个单元操作的理论课前先去看一下设备模型、实验室的实验装置,在课堂上会与理论讲解同步播放一些实验过程的视频,使得学生对抽象难懂的概念和装置做到心中有数,因此理论课学习事半功倍。另一方面,笔者对化工基础实验的教学时间进行调整,使得化工原理每个单元操作理论学习完成后能及时开展实验学习,全面提高学生的实验综合素养。
2.3探索新型实验模式
为了解决目前化工基础实验课程中部分项目内容陈旧、缺乏新颖等问题,必须加快建立健全实验内容和条件的更新机制。首先,可以通过对企业的生产现场、人才需求等进行调研,第一时间掌握化工行业最新的技术及发展方向,为人才的培养和实验模式的制定提供方向。其次还可以充分利用虚拟仿真等新技术,将反应条件困难或是危险的实验进行模拟实验。此外,开展实验时,可以先让学生完成基本实验任务,然后提出一些综合性的任务,激发学生学习的积极性。例如吸收实验,一开始让学生完成基本的填料塔流体力学性能试验和基本的吸收实验,然后进行拔高。笔者给定了一个实验室生产任务,让学生根据给定的塔顶、塔底组成等,自己设计适宜的液气比和操作条件,完成实验室生产任务,激发了学生的进取心,实验效果良好。
2.4严格规范考核方式
针对不少实验过程中抱有“浑水摸鱼”想法的同学,笔者改革了实验课的考核模式,改革后课堂表现部分占最终成绩的20%。一方面,加大巡查力度,使得在实验过程中“偷懒”的学生平时成绩会大打折扣。另一方面,加强了实验过程中的考核。例如精馏综合实验,当做完全回流实验后,笔者立即要求每组的每名同学计算最小回流比,下一步实验要根据学生计算的最小回流比确定实际回流比开展部分回流实验。通过课堂考核既能有效减少课后实验报告的抄袭,又能充分体现学生学习的“差距”,激发不努力的同学后面更加努力。对于期末考核,增设了许多工程性、综合性的问题,全面考核学生的工程思想和综合素质。总而言之,教改后的考核方式应能加强学生对实验操作方法和技能的掌握,以及分析问题和解决问题能力的提高。
3、总结
新工科的浪潮下,新型化工专业人才的培养面临着严峻的考验,同时化工基础实验课程作为实践型人才培养的基础,教学改革也势在必行。围绕新工科发展的内涵及意义,针对目前化工基础实验教程中存在的问题,笔者提出了上述几点思考,希望能够让教学改革循序渐进、逐步推进,师生共同取得最终的改革成果。


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