基于生产型探索性实验的高职化工人才培养新途径

张韬顺，林宏亮，林志华，蔡延朗，翁宫浩，张恬恬，林草丹



基于生产型探索性实验的高职化工人才培养新途径

张韬顺，林宏亮，林志华，蔡延朗，翁宫浩，张恬恬，林草丹

（漳州职业技术学院 食品与生物工程系，福建 漳州 363000）

针对当前高职高专化工实验教学中，学生迁移能力不足，以肥皂的制作实验为例，提出了运用生产型探索性实验，通过摸索期、拓展期、攻坚期三个阶段培养化工类学生探索本质、应对变化的能力。

高职高专；化工；生产型探索性实验

实验对高职高专化工类学生的动手能力影响是最明显的，学生做了三年实验，动手能力确实能适用于相应生产领域，但在技能往生产的更高端领域发展方面并未得到更高的评价。一个原因在于在当前的实验课中，学生往往每个实验方案只做一次，而且实验方案的各项实验指标已经都规定好了，只要执行实验方案，就能得到较好的结果。一旦实验条件稍有变化，学生就一脸茫然不知如何处置。而从学校的角度来说，纯粹的探索性实验耗时耗材耗精力，成果不确定，失败率较高。所以如何在有限条件下开展探索性实验就成为了主要问题。

若能融合验证性实验和探索性实验的优点，则能为高职学生顺利过渡到实际项目研发提供帮助。考虑到高职高专的实训设备大多与实际生产相吻合，适合模拟实际生产，也适合于配方与工艺的组合，为此提出了生产型探索性实验，即通过将一些跟生产相关的小制作扩展为小型综合性实验项目，在一定的条件下基于生产过程进行实验室低强度开发，让学生运用“合成实验—分析实验—分析现象数据—调整合成方案”四个步骤的连续循环，进行优化配方和工艺参数，从最基础合成反应起步，最终开发出具有一定可用性的产品，从而在教学和生产的结合地带进行探索，带动师生从验证性实验进入探索性实验领域。

生产型探索性实验的第一目标是“验证”，验证已公开化的知识，让师生积累生产过程中的经验；第二目标是“探索”，突破理论和实际间的差距，探索出一条类似于实际生产的实验室合成路线，获得产品质量的提升，并获得对实际生产各步骤的内在关系的洞察力。生产型探索性实验从实质上说就是“限定难度的应用型项目研发”，其意义就是为师生的实际能力跨越提供一个良好的孵化器。实验的重点在合成实验的设计和实施上，让学生学会发掘问题实质、调整合成方案、创造性地解决问题，才是实验培养学生的着力点。生产型探索性实验的更高目标则是“应用”，为师生从限定难度的产品开发过渡到实际应用型项目研发打好基础。

一、生产型探索性实验对高职教学的意义

1、摸索师生间相互激发、相扶成长的新培养模式

生产型探索性实验改变了从教师到学生的单向灌输知识的培养模式，并在较短时期内，从教学和应用型项目研发的边缘地带摸索出师生间相互激发、相扶成长的新培养模式。受益于小组内讨论，教师的思路可以得到学生的激发、碰撞、拓宽，往往学生的激发能提供一个全新的视角，角度越新越能让教师改变思维定势、更深入的思考问题。这种小组内讨论实现了由“教师单向灌输知识”转向“在讨论中确定行动方向和计划的双向知识流动”。从这一点来说学生的实验水平、思考水平与教师的研发水平成正比。研发小组先提高学生的研发能力，后从培养人才中获得实验成果。几轮循环下来，学生必定动手能力增强，教师也将具有较强的项目指导能力。

2、打破课程体系间壁垒，转变学生角色

这种实验能聚集各学科知识来指导行动，将课程与项目研发合为一体，创造条件让学生以实践带动理论学习，最终实现课程的实质性转变。通过这种综合开发实验，学生能将各学科的技能、知识整合到一个综合实验中，提高学生综合能力。课程是不会自己打破体系间壁垒的，是因为学生在思考实验的核心问题中，运用了各门课程的精髓，把握问题实质，才最终打破了各课程间壁垒。这个打破课程体系间壁垒的过程，就是学生由纯粹的书面理论被动学习者转变为以一线生产为研究对象的主动研究者的过程。

二、实验的设计和实施

（一）实验设计的要求

1、限定目标

要把目标限定于允许的实验条件下，在指定时间段内集中精力开发能达到的水平，而不能无限追求成果“高大全”。

2、控制难度

合成实验的主要反应要简单，合成实验涉及的反应原料种类要少。至少在试验初期，基础反应尽量不要超过两种原料。

选择成熟的行业。成熟行业的特征就是网络资料和图文资料齐全完备。

在目标行业中尽可能找到校企合作企业。

（二）生产型探索性实验的三个阶段

以“肥皂的制作”这个实验为例，虽然师生均无洗涤用品行业的实践经验，但是我们选择这个课题首先考虑的是生产肥皂有比较成熟的工艺。其次，书本理论和实际问题总是有差距，因此具有一定的挑战性。并且其中会涉及到企业核心的“方案的调整和工艺的优化过程”，查找相关资料有一定难度。最后，学生通过整合检测和合成，可以锻炼动手和动脑能力。

第一阶段——摸索期。这个阶段的主要任务是通过预实验和正交实验，验证资料真实度，确定各因素的影响程度，通过抓住核心因素制定合成的目标和路线。这个阶段要通过查资料提出一个初步合成方案作为摸索期切入点，方案的质量对后续试验有较大影响。初步合成方案应该抓住基本合成反应，不能单纯模仿工业生产的复配配方。我们是从油碱反应开始设计初步合成方案，经过讨论确定了“以工业洗衣皂指标为标杆合成肥皂”的路线和预实验的合成方案。预实验中的反应证明油和碱确实可以直接反应合成肥皂。接下来通过三因素三水平的正交实验发现决定肥皂制作的主要因素是油碱比例，由此制定肥皂合成的第一目标是探索油碱准确比例和相关合成条件，确定以总游离碱值的测定为检测方案，以合成无添加剂的肥皂为总目标。

学生能力在此阶段能力的提高体现在对实验方案的创新和不断改进。这个阶段的学生积极性体现在会下意识地对实验过程进行不断的改进和完善，使实验结果更准确可靠，包括改进操作方式方法、创建实验的原则等。比如“不要在首次尝试的检测试验中直接使用自制产品，而要用工业品培养实验经验”，就是学生在实验中总结出的原则。但学生自己还没有充分意识到这种变化的重要性，有问题大多会问教师，还处于被动学习状态。在这一阶段教师要通过引导学生在第一线不断寻找问题，思考下一步实验方向，强化学生改善意识、现场意识。问题在现场，答案也在现场[1]。要想提高技能和思考水平就要不断改善，而改善的起点就在实验现场。学生操作正确程度和熟练度对初期实验结果有实质性影响。学生要详细记录现象和操作方式方法，以便在“实验操作——观察现象——数据分析”之间建立反馈。教师要观察学生的行动，纠正学生的操作方式，旁听学生讨论，理清学生思路，检查学生对所查资料的消化情况，鼓励学生大胆提问，发掘有价值线索，敢于尝试自拟方案，往往是失败告诉了我们事物的很多重要信息。

第二阶段——拓展期。这阶段的主要任务是参考生产的步骤，拟定合成路线，确定一个可靠且比例准确的基本合成方案。在这个阶段首先要根据实验室条件选定适宜工艺路线；其次，确定首要影响因素，大胆修改第一阶段合成方案；最后，实验者可以尝试多种方向，仔细验证效果，拓展检测指标和产品性能。这个阶段以配方的调整为主，以工艺的形成为辅。

小组根据实验条件，选择模仿大锅皂化法为开发路线。经过第一阶段的正交实验，小组讨论发现：第一，自制产品的每克猪油所耗的氢氧化钠量大大高于猪油的皂化值；第二，新资料并未提到工业生产中有添加酒精，而酒精会导致搅拌困难且反应不完全，产品油腻味重；第三，油碱反应需要较高的水浴温度和较长反应时间。综上三点，小组大胆修改了初步合成方案，降低碱的用量，取消了酒精，延长了反应的时间，提高了水浴温度。产品质量出现了第一次质的飞跃：一是肥皂在空气中放置不会出现过多碳酸钠；二是碱的用量下降，但是油碱反应程度却提高了；三是肥皂久置不会有浓重的油腻味。小组意识到这些调整在工业生产上的意义。

随后，小组拓展了不皂化和未皂化物含量检测实验和氯化物检测实验。小组发现在调整后的合成方案下，新产品的不皂化和未皂化物含量不高，不是决定性因素；相反，氯化物的含量高于行业标准。

学生能力在拓展期的质变标志是形成根据现象、数据调整实验方案的能力，并能质疑实验的结果和有些书本理论的错误。学生能熟练地检测产品，合成产品，会意识到现象、检测数据与产品的紧密联系，从而会根据现象、数据修改合成方案，循序渐进改进合成方案。这个阶段后期，学生的主观能动性开始萌发，身上的思维定势开始破除，能对反应结果独立地提出自己的观点。我们还观察到学生在反思检测实验背后的设计原理时，领悟设计的前提对应着产物的种种实质性变化。在这个阶段教师不仅要重视成果，更要重视评价体系的建设。有什么样的评价体系，就有什么样的产品。做实验前，教师要将学生方案提交全组全面评价，探究设计思路合理性，经综合评判后才予以实施。这一切在形成成功实验路线的同时，也形成了一个较为完整的过程和结果评价体系。一个不断自我完善的评价体系的重要意义在于为学生逐步培养起做出判断、提出假说的能力打下良好的基础，并为能力的第三次质变打下基础。

第三阶段——攻坚期。这阶段的主要任务是识别出品质升级的关键性生产工艺，将其转化为实验室操作步骤或拓展出更好效果的操作步骤，实现产品性能升级。在基本条件确定后，必须解决关键环节的难点，才能实现成果品质的质变。学生在全面分析相关文献资料基础上，领悟到工业生产中各环节的本质和设计原因，并将关键环节转化为实验室操作步骤。这个阶段以工艺的突破为主，配方的调整为辅。

我们在合成方案大致确定的情况下，发现自制肥皂始终呈颗粒状，查找资料后发现是因为氯化钠含量过高。小组发现肥皂的“碱析”工艺能降低氯化钠含量，但是资料未提及具体做法。讨论中学生们获得了灵感，发现这道工序很像是实验室的“重结晶”操作。大家比较了两个工艺的异同点：“碱析”工序以含电解质的水溶液再次煮肥皂，将电解质洗脱到余液中，调整电解质比例；重结晶是用少量溶剂加热溶解过量晶体，让晶体从母液中析出。两者都是让杂质留在余液中，实现固液分离。小组在比较中提出了假说：要是真的是肥皂中氯化物过量，那么用重结晶的办法应该能将氯化物留在余液中。于是用水为溶剂，对干燥后的自制皂重结晶。结果刚析出来的肥皂马上就粘成块了，色泽，性状都与工业品接近，氯化物含量降低，确实可用于一般洗手等用途。产品质量出现了第二次质的飞越。通过对比生产路线和实验室制备路线之间的异同，我们深入了解生产各步骤背后的设计原因，达到以实验直观地学习生产知识。

学生在攻坚期的质变标志是有能力根据现象提出假说，并改进或设计验证方案。这个阶段随着对实验的认识加深，学生已经能独立思考新的实验方向并自行改进或设计实验方案，有一定能力透过现象看本质，开始熟能生“巧”。这个阶段创造性大于模仿性，难度较高，所以教师要将小组内公开讨论作为集中突破的主要方法。我们实验中的几次突破均出现在小组讨论会上。“资讯、计划、决策、实施、检查、评价”中“计划、决策和评价”均在小组讨论中完成[2]。在探讨中，一旦有人提出新的想法后，其他人就会你追我赶、击鼓传花、锦上添花，而自动加速的讨论也会倒逼每个人更深入地参与探寻实验本质。这样的讨论能让学生的学习进度公开化、透明化，也能让教师即时了解学生实验中的收获和对文献资料的消化程度，最大限度地消除学生的怠惰，展现出学生思考力。教师要注意在讨论方向和内容之时，引入新元素，反复组合解决问题的路线，适当延迟得到结论。教师的角色应该是倾听者、质疑者、激发者、指导者。

这三个阶段可以不断循环，在每轮循环中将新的元素纳入实验范围，持续摸索完善方案和工艺。生产型探索性实验结束之时，就是应用型产品研发开启的时间。

经过三个多月的多轮实验，产品已经具有一般可用性。生产型探索性实验既拉近了产业和学校之间的距离，又融合了验证性实验和探索性实验的优点；既能引导学生进入创造高附加值的应用型项目研发领域；也能引导教师进入行业实践中去。应该用这样的实验培养学生的学习能力和学习兴趣，用一线的行业实践生活和学生的职业成长经历来培养双师型教师。

[1] 姜汝祥.有问题,现场解决[M].北京:中信出版社,2010:90-104.

[2] 姜大源.当代德国职业教育主流教学思想研究[M].北京:清华大学出版社,2007:256-258.

The New Way On Training Higher Vocational Talents Of Chemical Engineering Based On The Experiment Of Exploring Production Process Knowledge

ZHANG Tao-shun, LIN Hong-liang, LIN Zhi-hua, CAI Yan-lang, WENG Gong-hao, ZHANG Tian-tian, LIN Cao-dan

(Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou, Fujian, 363000)

In view of the current higher vocational teaching on chemical engineering experiment , the students’ migration ability is insufficient. It is proposed to use the experiment of exploring production process knowledge—soap making experiment will be used here. Through the three phases (exploration period, development period and a crucial period ), it’s supposed to train the students of chemical engineering to form the ability of exploring the essence of matters and responding to changes.

higher vocational; chemical engineering experiment; the experiment of exploring production process knowledge

（责任编辑：季平）

2011－11－20

张韬顺（1979－），男，福建漳州人，讲师，研究方向：高职化工教学研究。

G718.5

A

1673-1417（2012）02-0077-04