新工科背景下化学工程与工艺专业实验教学体系优化研究

高 芳 李保六 许 萍 郑媛洁

(武汉科技大学 煤转化与新型炭材料重点实验室，湖北 武汉 430081)

随着全球科技产业的不断革新发展，各国间的科技竞争、人才竞争越演越烈，对工程科技人才的培养提出了新的要求。在高校学生多种能力中，实践能力显得尤为重要，实验教学作为实践育人的一部分，发挥着关键的作用[1]。化工行业作为社会经济发展的支柱行业之一，为高校学生提供众多的工作机会，同时由于其自身行业的特殊性，对技术创新要求高，因此高校要重点培养化工创新型人才。化学工程与工艺是化工行业重点专业之一，也应重视专业的发展。“新工科”观点在工科领域不断引入[2]。

大多数高校化学工程与工艺专业现有的实验教学模式存在一些问题，难以培养出各方面全面发展的新型科技人才，同时也无法满足新工科和工程专业认证的需要。高校亟须对现有化学工程与工艺专业的实验模式进行调整，构建更为优化的、适应科技发展的实验教学体系。作者结合当下高校化学工程与工艺专业实验教学的实际情况，重点阐述了实验教学环节存在的一些问题并提出了相应的改革方法。

1 “新工科”的内涵

近年来，随着科技创新的不断发展，“互联网+”“物联网”和“大数据”等产业不断崛起，传统的电子和机械工业已无法满足科技的发展和国家的进步。人工智能技术的出现，也充分说明世界的发展决定于工程科技[3, 4]。伴随着工程教育所面临的机遇与改革，“新工科”应运而生。2017年2月18日，教育部阐述了新工科的内涵，成为新工科建设的首个里程碑。“新工科”的内涵不旨在引入一项新的学科，而是根据现有的学科，把新的想法和要求融入自身的专业，培养新型专业人才，是高校教育发展的战略目标[5]。

2 高校化学工程与工艺专业实验教学存在的问题

2.1 实验教学课程单一、缺少综合性和创新性实验

丰富、专业的实验教学内容才能更好地体现出化工实验教学的特色，但目前化学工程与工艺专业现有的实验教学体系所设置的实验教学内容仍旧沿用先前的一些经典案例，大多为验证性实验，虽具有一定的代表性，但很多实验的操作性不强，与实际应用关联性较弱，仅围绕课堂上某一个知识点开展，缺少新兴学科的技术与观点，难以激发学生的积极性，学生不能高效地参与实验教学。

很多高校在实验课开始前，让学生做好预习，写好预习报告，提醒学生实验过程中的注意事项，实验教师做完演示实验后，学生依葫芦画瓢，过分依赖实验教师，缺乏实践能力的锻炼，只注重完成实验报告的内容。同时，综合性和创新性实验在整个实验教学中占比很小，类似的相关性实验也开展得较少，学生不能将所学的理论知识应用到实验中，背离了科技的发展。这些不利于高校对学生综合能力的培养，难以提升学生的实验技能，也限制了学生以后在企业的发展。

2.2 实验教学设备老旧，资金短缺

目前很多高校重视科研的培养，轻视教学方面的培养。由于没有充足的经费，主要经费都被用于科研建设，造成了教学设备资源的短缺，实验使用的仪器数量少，达不到规定实验开展台套数的要求，实验药品也未能及时补充，学生和教师使用的教学设备都是用了十几年甚至二十多年的，严重影响了教学实验的开展。教学设备数量少、陈旧老化的问题，使得实验课程被安排得非常集中，特别是一些价格高昂的教学设备，很多高校购买的数量较少，甚至没有。对于这些精密的大型设备，一般由专业教师操作，学生和实验教师只能参观，缺乏上机操作的机会，难以掌握相关知识。

2.3 教学成绩评价缺乏科学性

许多高校虽然对化工实验教学体系采取了一系列的改革，但整体的评价体系仍旧不够科学和完善，教师对学生成绩的评价仍然只是固定模板的实验报告、实验操作记录和完成实验数据的处理这几个方面。这导致学生存在浑水摸鱼的情况，认为只需好好完成实验报告就可以获得比较好的分数，实验可以不认真去操作。很多组的实验报告都是重复的数据，对学生的实验成绩无法准确评价，降低了学生参与的积极性，无法提升学生的化工实践能力。由此可见，构建科学完善的实验评价体系是当下高校必须重视的一个环节。

3 “新工科”背景下高校化学工程与工艺专业实验教学体系构建

3.1 改革实验教学内容，增大实践教学环节

在高校构建化工专业实验教学体系时，应改革实验教学内容，提高内容的创新性和专业性。大多数高校化学工程与工艺专业整个大学四年的实践教学包括有机化学实验、无机化学实验、金工实习、生产实习等。虽然实验实践课程开设较多，但有些课程的实践性与理论课程关联性不强，学生重视理论课程，轻视实践学习。重新建设和修订化工实验教材和培养方案是改革实验教学内容、增大实践教学环节的基本途径。在建设和修订的过程中，高校可组织化工专业知识丰富、有经验的教师，引领整个实验内容的走向，提升教学质量。学生通过新的实验教材，进一步了解化工实验课程的性质和要求，对一些教学仪器也可掌握操作方法。

教师在实验内容的设置上多设计一些与工程实践相关的实验，除去传统的经典实验，增加一些创新性和实践性，使整个实验更具综合性和拓展性。例如，开展一些综合性的实验，仅给学生提供一些思路，让学生自主地思考设计实验流程，得到一些创新开放性的结论。同时，多鼓励学生参加各种类型的大学生创新创业项目，以项目的形式进行实践教学活动，学生通过对项目的构思、计划和执行，锻炼查阅、整合文献和解决实际问题的能力。这样既调动了学生在实验教学中的积极性，也培养了高校学生独立思考的能力和创造力。

3.2 建设多维实验室教学平台，开放大型设备共享

加强实验室建设，增加实验设备的投入经费，是提高实验教学水平的基础。很多高校教学设备陈旧，只能开设一些基本实验，通过大量引入智能化、科技化的教学设备，一些创新性和综合性实验才能开展。建设多维度的实验教学平台，开展线上线下、虚实相结合的教学平台。建设化工虚拟仿真平台，将复杂的化工工业知识系统化、信息化，学生通过网络在线学习能更直观地了解化工工艺的原理及工艺流程，同时也具备了该软件的使用能力。为此，我校买入Aspen Plus软件用于“化工过程设计模拟”实验课程，进行换热器单元、精馏单元以及反应器单元等的模拟，为学生今后从事化工相关行业的工作提供有利的条件。

开放大型设备平台，学生可以利用课余时间进入实验室，选择自己感兴趣的大型设备进行选修学习，了解大型设备的使用方法，感受化工实验室的科研氛围。同时，高校应做好大型设备的管理工作，进入实验室的学生要做好登记，负责大型设备的专业教师要对学生做好培训，确保设备的正常运行。此过程中也增加了学生的科学素养，激发了学生的兴趣。

3.3 强化师资队伍建设

在构建实验教学体系的过程中，教师的教学水平对实验教学的成效有着重要影响。高校在引进新教师时要多注重教师的工程实践经历。高校教师也应不断强化自身的专业能力，提升自己。定期举办一些教学方面的研讨会，通过教学经验的相互分享，总结教学方面的薄弱环节，从而提升整个专业的教学水平。高校也应鼓励教师“走出去”，多给教师出国交流和培训的机会，加强与教学水平突出的高校合作，借鉴其他高校先进的教学理念。高校也应多给实验教师机会，鼓励实验教师多与企业合作，深入企业，多了解化学工程与工艺专业的特殊性。工程实践经验的积累更有利于实验教师开展本专业的教学工作，也能提高教师的实践能力。

3.4 实验教学考核体系改革

大多高校对学生的实验考核只关注学生的预习报告、实验结果等，忽视了化工工程教育要求对学生综合能力进行全面的考核。高校应根据不同类型的实验课程，采取不同方式的考核评价体系，形成多元化的考核模式。对于一般的基础化工实验课程，可根据实验预习、实验操作、实验报告结果、实验抽题考试与实验答辩情况等进行考核。在创新性和综合性实验中，可以将实验相关论文、专利和毕业设计完成情况等作为学生成绩评价的相关指标。这样，充分发挥“教”与“学”的作用，学生在实验教学的过程中能积极主动地发现并解决遇到的专业难题。教师的考核也能达到目的，考核成绩也更能反映学生的真正能力，对进一步建设新工科化学工程与工艺专业实验教学体系起到推动作用。

同时，高校也应建立实验教学效果反馈机制，对实验教学质量进行评价。采取校内和校外监督相结合的方式。校内主要是学校教务职能部门督导、多学院互听互评、学生评教等措施。校外主要包括企业和毕业生的反馈。针对校内和校外对实验教学的反馈，组织专业人员进行评价，及时发现实验教学中存在的问题，制定相应的整改措施，并落实到各个责任层面(包含学院层面、教研室层面、课程组层面及教师个人)。同时，把实验教学的评价结果纳入教师及学院的年终考核，加大学校、学院及教师对实验教学的重视，保障实验教学的质量。

4 结语

在“新工科”背景下，改革化学工程与工艺专业实验教学有着一定的现实意义，有利于培养出更多优秀的工程人才。同时，化工实验教学体系的改革是一项系统的工程，需要高校、企业、教师和学生的积极配合。作者对优化化工专业实验教学体制改革提出了初步想法，高校在以后的实验教学环节，要进一步注重科技性、系统性，加强学生实践能力的培养，使学生成为创新型工程科技人才。