化工本科专业实验教学中创新能力的培养与探究

摘要：本文综合化学工程专业人才培养的特点和实践体会，通过分层次设计实验，开放实验室管理、合作性学习和实施多层次的实验考核等方式，研究和探讨了化工专业实验教学在创新人才培养中的影响，对提高化工专业实验教学有积极的效果。

关键词：化工；专业实验；创新能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）37-0228-03

进入21世纪，我国的高等教育经历了空前的高速发展，根据中国教育在线的统计，2012年全国高考招生录取率达到了75%，2013年这一比例已超过80%，我国已成为进入高等教育普及化阶段的国家[1]。教育部颁布的普通高等学校本科专业目录和专业介绍设立的化学工程与工艺专业，已成为通用的过程工程专业[2]。化工专业实验教学除了要为化学工程专业学生巩固所学的理论知识外，更重要的是培养他们探索科学的兴趣和科技创新精神，逐步掌握获取知识的方法，促使知识向能力转化。研究和探讨化工专业实验教学与创新能力的培养，对提高我国化工专业的办学水平，培养具有工程素质的化工人才，满足适应国际市场经济的需求具有重要意义。

一、结合专业特色，明确培养目标

科学技术的迅猛发展使多学科交叉融合的趋势日益增强，化学工程与工艺专业本身也从宏观层次发展到介观、亚微观、微观（分子）及大宏观等多层次学科[2]。化工专业的本科培养目标是：掌握化工生产技术的基本原理、专业技能与研究方法；具有从事化工生产的控制与管理、化工产品和过程的研究与开发、化工装置的设计与放大的初步能力，达到具有创新精神和较强动手实践能力[3]。化工专业在应用上的工程特性决定了专业实验教学不能单纯局限在小型实验装置的层次，要树立从工程的角度分析问题，解决问题的观念。因此，在实验教学中应结合专业特点引入计算机仿真实验，作为辅助实验教学、辅助自学，促进学生思维发展，提高教与学效率的手段；另外，通过引入远程专业实验与其相关的理论课的课堂互动，帮助学生了解工业生产装置的内部结构、物料输送方式和自控实现形式等与小型实验装置存在的差异，从工程共性的角度了解“传递”与反应的特性。

二、强化基本技能训练，分层次组织实验教学

化工专业实验是一门独立设课的基础课程，它的主要任务是培养学生基本实验方法和技能，使他们在未来的实际工作中具有较强的适应能力。而基础教学实验室正是培养学生实践能力和开创能力的重要场所。近十年来，高校规模扩张过快，实验资源被相对稀释了，现有的实验条件不能完全满足人才培养需求，很多学生虽然掌握了一定的书本知识，但在动手能力方面远不能满足实际的要求，因而降低了人才培养的质量。我们认为，精选实验内容，加强基本实验技能训练，分层次组织教学，是帮助学生掌握化工专业实验的思想、方法和技巧，逐层加深能力培养，实施因材施教的有效途径。分层次教学即将教学内容分成基础性的必做实验、提高性的选做实验和综合性的设计实验三个阶段组织教学[4]。例如，以膜作为介质分离双组分或多组分物系的膜分离技术是一种新型化工分离方法，它具有占地少，操作简单，易实现自动化，无二次污染和节能等优点，被认为是21世纪最有前景的高新技术之一。膜分离实验也在化工专业实验教学中被广泛开设的一个单元操作实验。膜分离实验设置的内容主要是通过改变实验操作参数来了解膜结构和影响膜分离效果的因素。内容相对单一，没有充分发挥膜分离这一先进技术对学生综合能力的培养。针对这一问题，我们结合学科特色，在实验中增加了膜制备与膜组装等内容，从单纯的分离操作延伸到材料制备和器件加工。修改后的膜分离实验保留了原有项目中了解膜结构及其分离特性的实验内容，又满足了部分学生对进一步深入探索膜分离技术的要求，激发了他们的求知欲望和创新精神。

三、开放实验项目，实行预约和自主实验的教学模式

实验教学，实行预约和自主实验的模式既能利用实验室的空间和资源，又能充分调动和激发学生学习的主动性和积极性，是实验教学改革的具体体现。实验室开放的基本模式包括：①预约开放。实验前，学生首先向主管实验的指导教师申请，提出实验项目及其所需要的设备和试剂，通过实验室网站实验菜单提前预习对应实验项目的内容与安全操作规程，网上通过实验考核后，进入实验室实施预约申请的实验。②定时开放。③全天开放。学生根据自己的知识点和兴趣爱好，结合本专业教师承担的科研课题，鼓励学生自主选择研究课题，课外在开放实验室中完成课题的方案设计和实验内容；也可根据实验室的特点，自拟设计性、综合性实验项目，吸收部分优秀学生进入实验室参加科技创新实验，不受实验时间及实验内容的限制。另外，开放的关键是实验与科研相结合，鼓励承担国家和企业项目的教授和教师的参与和指导，学生通过参与前沿科研项目的研究经历，拓展了科研视野，保证了实验的新颖性和先进性[5]。

四、注重实验的合作性学习，培养团队合作能力

在日益激烈的社会竞争中，团队合作成为当今社会经济关系中的一种必然趋势。大学阶段通过合作性学习，加强“团队合作”教育，能够全方面培养在校大学生的“团队合作”的意识和能力。合作性学习是以教学目的为导向，以异质小组为基本形式，以团体成绩为奖励的一种教学活动和策略[6]。高等院校应该从培养目标、课程设置、教学方式、评价体系等方面构建培养大学生团队学习的实验教学平台，对培养适应现代社会经济发展的高素质和创新性的综合型人才具有极其重要的意义。团队合作实验的教学目的是将协作与独立有机地结合起来，在无教材预先规定实验步骤约束条件下培养学生的创新能力和自我管理能力[7]。超临界流体萃取植物油是近年来化工专业实验中开设的一个新型分离实验项目。由于超临界萃取设备在化工实验中属于贵重设备，设备体积膨大，操作条件较苛刻，设备配备数量有限。为了适应团队实验教学的需要，我们将超临界萃取实验分成3个模块，模块1为样品预处理，负责样品的粉碎，水分控制；模块2为萃取工艺模块，负责工艺参数对萃取收率的影响；模块3为样品检测模块，负责萃取残渣脂肪含量的测定，植物油脂肪酸含量和色度的测定。由多名学生组成团队，分工负责不同功能模块的实验，最终再组合成整体实验，协同完成超临界萃取实验的要求。从团队教学的初步实施效果来看，制定的实验计划比过去的一个人做，其余人看的效果要好。在合作性学习的过程中，既培养了学习的能力，又有助于青年大学生良好人格的养成。在合作中分享探索成就，在合作中体验协作快乐，在合作中完成学習任务。

五、多元化的实验考核与评价

实验的考核和评价是衡量学生学习效果和教学质量的重要环节，要充分体现考核评价的公正性、客观性和科学性。实验前，考查学生通过文献调研和预习实验指导书后对实验任务与内容的了解，制订详细的实验方案与步骤可行性，保证学生及时有效地掌握实验中各个阶段的实验现象、实验成因和实验完成情况，使学生明确完成实验的具体目标与要求。学生自己思考实验项目，教师对实验质量和安全把关。为鼓励学生参与自主式实验教学，解决学生成绩评定的后顾之忧，实验考核时，应注重实验过程，增加实验动手能力和问题解惑能力的评分权重。另外，为鼓励学生开展多层次、高水平的创新实践活动，应增加在实验中对创新性内容的考核，提高学生发现问题的能力、独立思考能力和创新思维能力[8]。

“百年大计，教育为本；振兴中华，重在振兴教育。”高等教育状况关系到“中国梦”的实现，面对知识经济时代的到来及全球化影响，高等教育要实现向培养具有创新意识的高素质人才教育的转变。化工专业创新人才的培养是一个系统工程，必须强调工程教育的先进性来应对社会需求。化工专业实验要紧紧围绕这一目标不断更新教学内容和教学手段，加强工程能力训练，培养学生的专业兴趣，为社会培养高素质的创新型人才。

参考文献：

[1]2013年全国高考录取率迈入“8时代”[EB/OL].

http：//gaokao.eol.cn/ge_di_gao_kao_2931/20130820/t20130820_

1003622.shtml.

[2]余国琮，李士雨，张凤宝，徐佩若，张泽廷，匡国柱，黄少烈，姚善经，梁斌，余宝乐.“化学工程与工艺”专业创新人才培养方案的制定与实施[J].天津大学学报（社会科学版），2004，6（1）：1-5.

[3]王韵芳，樊彩梅，郝晓刚，刘世斌.化学工程與工艺专业卓越工程师培养计划的构想[J].化工高等教育，2012，（5）：8-11.

[4]李秀军，宁雷，施云海，俆菊美，雷明.化工专业实验课程教学中提高学生动手能力的策略[J].化工高等教育，2013，（4）：35-39.

[5]徐菊美，雷明，张秋华，乐清华.化工专业实验开放式教学模式的探索与实施[J].实验室研究与探索，2009，28（4）：244-247.

[6]刘志国.合作性学习与教学模式的变革研究[J].黑龙江高教研究，2010，（3）：150-152.

[7]余萍，程文清，车辚辚.通信电子电路团队合作实验教学探索[J].实验技术与管理，2012，29（2）：16-19.

[8]汪朝阳，祝凤荣，张向阳，周合兵，黄荔，张德明，冯彬，王辉.实验报告在多元化考核与评价中的功能[J].实验科学与技术，2008，6（5）：119-121.

作者简介：蒋崇文（1968-），湖南娄底人，博士，中南大学化学化工学院副教授。