化学工程与工艺专业“四层次”实验教学体系改革研究

林存辉，范生皓，王 丽，曾兴业，张战军

（广东石油化工学院，广东茂名 525000）

广东石油化工学院化学工程与工艺专业为国家级特色专业、教育部“卓越计划”试点专业，2019年入选省一流本科专业、2021年入选国家一流本科专业，2016年、2019年两次通过中国工程教育专业认证。化学工程与工艺专业的实验教学是高等理工科院校实验教学工作的重要组成部分，是高校培养高水平理工科应用型人才创新能力、技术能力、专业素养的重要途径。针对教育部工程教育专业认证面向产出的要求以及毕业要求指标点“具有良好的创新精神、思维方式、学习方法，身心健康，具备不断学习和适应社会、职业发展的能力”中对创新精神的要求，对化学工程与工艺专业实验教学体系的改革势在必行，必须持续改进以满足下一轮专业认证要求，这也是我校加入广东省高水平理工科大学后对国办发〔2015〕36号《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》的积极响应。

1 传统实验教学体系的局限性

《高等教育法》明确指出，高等教育的任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。对于地方高校化工学科，实验教学在创新人才培养和素质教育中起着非常重要的作用。然而，传统的化工实验教学越来越显现出诸多弊端。例如，重理论、轻实践，重知识、轻能力的教学模式，使培养出来的大多数学生缺乏创造性、缺乏分析问题和解决问题的能力。在传统的实验教学中，学生的实验只是按标准的程序验证原理和定律，实验教材对所需的仪器设备、操作步骤、观察内容、乃至实验结果等均已详细说明，这样的实验，很难达到培养动手能力、分析与解决问题能力的目的，创新意识的培养更是无从谈起。再如，传统的实验教学依附于理论课程，四大化学（无机化学，有机化学，分析化学和物理化学）各自设置实验，实验又依附于理论课程的教学体系，这种传统的实验课仅是对理论的简单验证，因此，为了紧跟时代步伐和适应形势发展的要求，提出打破现有化工学科传统实验课程教学体系，根据我校性质和专业特点，研究符合本校实际的新的实验课程教学模式并更新实验内容，使之适应创新人才的培养。这对于学生综合素质的提高和创新能力的培养，对于我校本科教学水平和学科建设上新台阶都具有十分重要的意义。同时，对于推动我省地方高校化工专业实验课程体系的改革与创新也具有积极的促进作用。

根据我校化学工程学院所开设化学工程与工艺专业的实际情况，打破传统的实验教学模式，构建了“四层次”教学实验体系，即基础实验、专业实验、设计实验及研究实验。

2 第一层次——基础实验

基础实验包括无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验、大学物理实验、电工电子技术实验等。精炼实验内容，使其与理论知识同步，以验证性实验为主，小综合实验为辅，既加深理论知识的理解，又培养实验基础技能与应用，为专业实验准备条件、打好基础。

在多数高校的实验教学体系中，无机化学实验、分析化学实验等实验课程没有独立授课，课内实验学时数较少，学生很难得到深入的学习锻炼，因而本层次的实验教学还可以通过大学生化学实验技能竞赛加强学生对基础实验尤其是化学类实验基本操作技能的训练，培养学生正确操作实验仪器、正确记录实验数据和表达实验结果、认真观察实验现象进而得出结论的能力和优良实验素养，实现“以赛促改、以赛促教、以赛促建、以赛促学”。

3 第二层次——专业实验

专业实验包含化工原理、化工热力学、化学反应工程、化工分离工程等专业基础课和所有专业课的综合实验，及具有鲜明石油化工特色的油品分析实验和工程实训。专业实验以教学单元组合式开设，这种教学的优势是在有限教学学时内合理分配实验时间，不让实验过于单调泛味，把几个知识点有机结合在一起，满足综合型实验要求。

本层次实验对应着本科化工类专业核心课程，是理论教学的实践延伸，通过建设双师型教师队伍，使得理论教学与实验教学协调融合。我校是一所石油化工特色鲜明的理工科院校，作为我校的龙头专业，化学工程与工艺专业也是国内为数不多的“油味”十足的化工专业，专业实验包括了石油产品馏程、密度、蒸气压、闪点、酸值、黏度、残炭、灰分等性质的测定及原油实沸点蒸馏实验在内的油品分析实验。工程实训则包括了延迟焦化工程实训（在校内“延迟焦化-蒸馏”一体化中试装置上进行）、乙烯裂解工程实训（在国内高校唯一的乙烯裂解中试装置上进行）、化工管路拆装实训（利用化工生产管线阀门为实物供学生拆装训练）等，体现了工程实践能力培养的石油化工特色。这些特色实验和实训有力推动了高等学校化工类专业“新工科”建设，提高了本科化工类专业核心课程教学质量，加强了大学生综合素质与能力培养，提升了教育服务石油和化工行业发展的水平，有利于培养满足新时代社会需求的复合型高技能化工人才。

此外，从绿色环保和实验安全的角度，本层次实验剔除了部分有害、高危险的实验，例如油品分析实验中的石油产品苯胺点测定实验。苯胺（又称氨基苯）对环境有害，可对水体造成污染，且具有中等毒性，实验中若意外导致皮肤吸收或吸入大量苯胺会先出现高铁血红蛋白血症，在中毒4d左右可能会发生溶血性贫血，在中毒后2～7d可能会发生毒性肝病，对人体的伤害具有潜伏性。高危险实验的剔除体现了以生为本、安全第一的育人理念，体现了实验教学的人文 关怀。

4 第三层次——设计实验

设计实验的实验内容以研究性和设计性实验为主，培养学生创新思维、自主实验、初步培养科研能力。本层次实验可以采用一人一机的形式进行，也可由学生自主组队进行，既可以锻炼学生独立自主的分析问题、解决问题的能力，也可以加强学生的沟通交流、团队意识和合作精神。本层次实验提高了学生的主动性，消除了传统实验教学中注入式的教学方法。此外，在传统实验教学中，如果实验失败或实验结果不理想，学生往往不会主动要求重新做实验，而本层次实验则很好地改善了这一情况，实验是由学生自主设计的，学生会通过各种途径包括寻求指导来保障实验的顺利完成，避免了滥竽充数的情况，切实提高学生的能动性和探究能力。

本层次实验有赖于化工实验与实训中心的耗材和仪器设备支持，加大资金投入，通过教学、科研实验室资源共享，打造开放实验室为学生提供公共实验平台和必需实验用品，学生通过预约开展实验。学生根据学过的实验原理，独立或组队设计实验方案，完成实验仪器和实验药品的选择，提高学生的主动性、动手能力和创新能力。由于学生的实验方案难免会存在安全隐患，所以学生设计的实验方案须经实验员老师确认排除安全隐患并做适当操作指导后方可实施。

5 第四层次——研究实验

研究实验的实验内容以科研成果为导向。学生在指导老师指导下，依托相关的科研平台进行创新研究实验，并以一定的科研成果产出为目的，该层次的实验与毕业论文无缝对接，为毕业论文的顺利进行打下坚实的基础。

前面三个层次的实验都存在小组实验的形式，在实际进行过程中，难免会出现一两个同学动手操作，其余同学只记录数据的情况。而本层次实验一般是通过指导老师制定一人一课题的形式进行，确保学生的实践能力得到培养，且实验方案都是开放性的，弥补了验证性实验的不足，极大提高了学生解决问题的能力。

我校化学工程学院为全面贯彻党的教育方针政策，充实完善“全员育人、全程育人、全方位育人”的育人体系，更好发挥教师教书育人的作用，本着以学生为中心理念，体现因材施教和个性化培养，促进学生知识、能力、素质协调发展，切实提高本科教育教学质量，制定了《化学工程与工艺本科生成长导师制实施方案》。本层次实验以“本科生成长导师制”为依托，专业教师作为指导老师按照学校有关规定和专业培养方案要求，积极指导学生开展科学研究和创新创业训练（国家级和省级大学生创新创业训练计划项目、中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛等），安排学生参与科研课题或教学改革课题的研究或辅助性工作，有意识地培养学生科研兴趣、科研能力、创新能力。此外，本层次实验也是我校化学工程学院“良师益友”工作方案的组成部分，指导老师在指导学生开展研究实验的同时，也要了解学生学习生活中所思所想，帮助学生答疑、解惑、解困，加强指导，进一步推进“三全”育人，更好地培养人格健全的石油化工工程应用型人才。

6 结束语

广东石油化工学院不断适应高等教育改革和发展的形势，积极探索高等院校化学工程与工艺专业实验教学规律，始终坚持面向广东省化学化工、医药、食品等行业及进一步深造需求进行创新型、应用型人才培养。打破传统的实验教学模式，在化学工程与技术一级学科平台上构建完整的、贯通的实验课程教学体系，形成“四层次”的实验教学新模式，体现了“基础性、专业性、设计性、研究性”的特点。所形成的专业特色突出、体系独立完整、管理科学、师资雄厚、学生主体地位突出的实验教学体系是一套满足“专业认证”要求的实验教学体系，可以为地方高校进行化工学科的实验课程改革探索一种新模式。