新工科背景下应用化学专业实践教学体系构建与实践

张东霞 , 张永明 , 贺泽民 , 赵玉真

(西京学院 电子信息学院 , 陕西 西安 710123)

新工科建设是应对新一轮技术革命和支撑“中国制造2025”等一系列国家战略的重要抉择。为推进新工科建设,培养具有综合素质且工程能力强的“新工科”卓越人才,2017年2月以来,教育部先后发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》,助力高等教育强国建设。 与化学专业相比,应用化学专业注重学生将理论知识转化为实践能力的培养,在教学上更多的是要联系与专业技术问题和行业发展方面工程实践知识。因此,实践教学作为应用化学专业教学的重要组成部分,在培养学生具有扎实基本实验技能和工程实践应用能力方面起着关键性作用。 为满足“新工科”背景下,高校培养工程实践能力较强、理论知识扎实、能够胜任行业发展需求的高素质应用型人才方面的迫切要求,西京学院应用化学专业对标“新工科”建设要求和一流专业建设目标,立足陕西,面向服务西部,创新教育理念,贯彻“厚基础、高素质、强能力”的教育理念,从对学生实验技能、自主创新、就业创业三个层次的能力培养出发,构建应用化学专业实践教学新模式,实施以学生为主体,虚实互补、线上线下融合的实践教学模式[1-2]。

1 “一体化、三层次”实践教学体系构建

通过石油、煤等能源行业及食品医疗、材料化工等行业的调研分析,发展以产业需求导向的工程人才培养理念,把握行业人才需求结构、方向,凝练专业特色,明确基于产学研合作的人才培养模式,规范学生在大学四年不同阶段、不同层级的实践项目选择和设置,灵活推进实践教学,着重解决如何培养学生的创新意识、创新精神和创新能力的问题。在实践教学各环节突显思政育人的引领作用,充分突出化学实践教学在创新人才培养中的主导作用,构建应用化学专业“一体化、三层次”的实践教学体系,如图1所示。

图1 应用化学专业“一体化、三层次”的实践教学体系

2 “一体化、三层次”实践教学体系实践

2.1 发挥课程德育功能,加强学生思想道德教育

落实立德树人的根本任务、实现全程全方位育人。在化学实验教学中进行辩证思维能力的培养是提升学生综合素质和培养学生创新精神的有效途径。建立化学实验课程的思政元素元素案例库。例如,践行“原子经性”,进行实验项目的绿色化设计;将滴定分析等基本实验操作教学与化验师等职业相结合,引导学生树立良好的职业态度,在训练其基本操作能力的同时,培养其认真细致的工作作风和求真务实的职业态度;在化学电池与防腐的实验中引入我国能源利用效率方面,新能源产业全球领先地位的事例。在实验结果与讨论环节中,通过分析实验现象、处理实验数据,培养学生严谨的科研态度和严密的逻辑思维。

2.2 构建“分类推进、虚实互补”实验教学体系,强化学生实验技能训练

2.2.1实验课程分类推进

将新工科建设作为实践教学改革的重要抓手,主动适应国家发展战略需要,注重学科之间的交叉,创新教育理念,培养学生的创造性思维,提升其实践能力和创业就业能力。在实验课程的设置上,既要训练学生的基本技能,训练学生设计实验的能力,还要求学生会进行化工计算与设计。因此,在原有基础化学实验、技能综合实验和专业实验三大类实验课程的基础上,增加强调基础理论与工程实践相结合的《化工原理实验》和《化工厂设计》两门实验课,培养学生的工程制造和工程设计能力。在实践教学中强化思维能力的训练,通过开设材料方向的项目化实验,拓展学生的科研思路,培养其科学素养。

基础化学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、高分子化学实验和仪器分析实验,主要进行基本操作技能训练及基础和综合性实验。为满足学生在不同时间段的能力培养要求,四年不断线、循序渐进开设系列技能综合和专业实验。具体在第2、3、4、5、6、7学期分别设置专业设计实验、实验技能实训、化工厂设计、专业方向实验、专业创新实验和专业综合实验,以增强学生对化学研究的兴趣,培养其理论联系实际的能力。

2.2.2实验课程虚实互补

利用现有实验室的条件进行优化组合,将实验教学与微课、慕课、虚拟仿真等信息技术深度融合,开设不受空间、时间限制的线上学堂、云学习课堂,与线下实践教学有机结合。例如,将实验项目关键操作步骤的微视频以预习作业的形式发布给学生,便于学生提前了解操作要点;为弥补实验条件或实验学时不足,开发透射电子显微镜测试二氧化硅形貌虚拟仿真实验,学生可反复学习演练且安全性高,成本低。将实验步骤与工厂工艺流程相结合,强调系统设计、分析综合和判断创新。例如在水硬度的测定中,教学内容延伸自来水厂水质检测报告单上各分析物检测方法的实施工艺路线,帮助学生建立“知一叶而读懂整颗树”的宏观概念。

2.2.3实验内容引入学科前沿知识

对本专业实践课程体系和教学内容进行深入研究的基础上,延续传统、更新内容。建设一套能适用于应用型大学,符合本专业培养目标,反映本专业教育改革方向,满足本专业教学需要,又是相互有机关联、系列化的实践教材。对过去的实验内容陈旧、重复性的实验课程进行整改,实验教材项目融入科学前沿知识、最新的科技成果及专业工程技术问题;分模块编制项目化实验教材,不断更新和拓展实验教学内容。例如,结合西京学院在液晶材料领域的特色与优势,在本科阶段开设新创实验“液晶材料的制备与性能评价”等。

2.3 构建“赛训研学”综合训练实践教学体系,培养学生自主创新素质

2.3.1实施“校内学业导师制”,组建学生课题项目团队

“学业导师制”助力学生学业成长。在大学一年级学生的学业导师由教研室随机分配。到二年级,学生对专业了解足够深入,根据专业老师的科研方向或研究专长,可以自主选择适应自己兴趣的学业导师。依托“学业导师制”,加强了学生在课外实践活动的积极性,在导师的指导下,创造性的开展科研实验,体会与高中时代完全不一样的学习氛围;主动参加各类学科竞赛,与相近研究方向导师的学生组建有自己课题的项目团队。在毕业实习阶段,与企业合作交流,既达到了科研训练的目的,又增强了学生的创新创业能力。

为学生更好地开展实践活动,提升其学科竞赛参与度,应用化学专业组织学生参加各类省级或国家级比赛前,均先举办校级比赛,便于选拔优秀参赛队及成员,更重要的是以此而建立的兴趣小组及以获奖学生参与竞赛组织和培训的“导生制”实践教学模式,引导更多的学生积极参与。这种实践教学模式可以使获奖学生的经验通过自由开放的交流得以传承,还为学生提供了锻炼自身的平台,让获奖学生完成从“学会”到“会学”的转变,使其对所学实践技能有了更深层次的理解。

2.3.2依托实验教学中心,搭建学生创新科研平台

依托应用化学专业实验教学中心,基于两个途径为学生搭建创新科研平台:①以教师为主体申报的各类科研项目,学生作为参与人,教师作为其导师,指导学生进行实验方案的科学设计,由简单的实验内容到用设备进行表征测试,解决实际问题,进行数据处理,学生跟着导师逐步完成科学研究。这种“研究生”式的培养模式,使学生的科研素养和综合能力有质的飞跃。②以学生为主体申报各类大学生创新创业项目,包括挑战杯、“互联网+”大学生创新创业大赛等。团队协作精神、参加比赛的使命感和在化学实践中积累发现问题和解决实际问题的能力,都是使学生的潜力得到较大程度发挥的因素。应用化学专业具有理论和实践并重的特点,通过科研项目和学科竞赛,将理论知识应用于实践的过程“落地”。另外,定期开展专家讲座、博士论坛,增强学生创新能力的培养。

2.4 构建“校企协同育人”实习实践教学体系,提升学生就业创业能力

2.4.1建立校外创新创业教育基地和实践基地

利用“校—院—企”的相互协作,联合建立学生校外创新创业教育基地和实践基地,涵盖第三方检测、材料、精细化学品、医药等行业。为学生的工程训练、专业实习、毕业论文等提供坚实的平台。把企业的技术专家“请进来”,参与专业课程的授课。如在食品分析和仪器分析课程中邀请的主要是从事油品检验、食品检验和中药制剂检验企业技术人员,讲采样过程、讲分析测试手段全部都源自实际案例和真实数据,让书本的理论知识变得生动形象,教学效果好。毕业论文是专业教育学业的最后一个环节,撰写毕业论文的目的是培养学生综合运用所学知识和技能,理论联系实际,独立分析,解决实际问题的能力,使学生得到从事本专业工作和进行相关的基本训练。利用好校企合作实践基地,请学生“走出去”,在企业参与产品开发和科研项目研究等实践工作,并完成本科毕业设计或毕业论文,更好地实现将大学期间所学的理论和实践相结合,同时也使学生毕业后能尽快适合工作角色,以满足用人单位的需求。

2.4.2建立“企业导师制”

以“产学研结合”为契机,借助企业工程师力量,拓展指导教师范围,建立“企业导师制”模式。针对学生实习实践中存在的个性化问题,企业导师因材施教,保证学生在企业中的学习和实训取得良好效果。如有针对性地讲解产品生产过程中的提取、分离、浓缩和干燥等各种操作方法及步骤、质量检验、药品外包装、重要仪器设备的使用和维护等。

2.4.3校企合作共建教学指导委员会

对企业行业发展、招聘岗位的能力要求等方面进行广泛调研的基础上,制定应用化学专业人才培养方案。培养方案明确了学生毕业5年后成为什么样的人才。只有学校的学习和企业实际紧密联系,本专业培养的毕业生才能成为对社会有用的人。因此,请企业的技术专家来学校与本专业的教师共同组建专业教学指导委员会,定期召开人才培养方案专题研讨会,及时调整培养方案和专业课程,将行业发展和市场需要实时融进专业发展和平时教学过程中。

3 结语

“一体化、三层次”的实践教学体系,将实验技能训练、自主创新意识培养和就业创业能力提升三个层次的培养目标作为一个整体,在教学各环节相互融合;依托基础训练平台、综合训练平台和实习实践平台,实践教学从课内延申至课外,最大程度地满足了学生工程实践创新能力的培养。