应用型人才培养背景下课题层次渐进模式建立与探索——以丙烯酰胺聚合为例

李沅，曹亚峰，谭凤芝，刘兆丽，蔡伟杰

（大连工业大学轻工与化学工程学院，辽宁 大连 116034）

随着我国社会与经济的飞速发展，高等教育已经迈入普及化发展的新阶段，时代对高等教育改革提出新的要求。习近平总书记在全国教育大会上的讲话中指出，高校要“着重培养创新型、复合型、应用型人才”，把应用型人才培养提到了突出的位置。全国高校在人才培养体系及模型构建[1-2]、课程设置[3]、实践教学体系[4]、拔尖人才培养[5]等方面相继开展了研究和探索工作。地方普通本科院校作为高等教育的主力军，如何培养高质量的应用型技能人才，服务于国家与地方经济发展已成为其亟需攻克的重大课题。大连工业大学应用化学专业是辽宁省第一批应用型转型的本科专业，也是辽宁省一流专业建设单位。通过对应用化学专业人才培养方案的重新修订，确定了专业综合实验-专业创新实训（专业创业实训）-毕业设计（与专业创新实训对接）和毕业论文（与专业创业实训对接）的模式，通过提升学生的科研能力、工程能力，完成应用型人才的培养。在专业综合实验-专业创新实训-毕业设计的模式上，通过选择具有层次递进可能的课题，在专业综合实验中打下基础，在专业创新实训中拓展思路，在毕业设计中与实践衔接。通过对相应课题从理论到实验、从表象到实质、从研究到生产的认知过程，实现对课题进行由表及里、由浅入深、由点向面的拓展。本文以丙烯酰胺在水相中均聚—淀粉接枝丙烯酰胺共聚反应引发体系—年产2 000吨反相乳液体系中淀粉基共聚物的生产车间设计为例，对以课题为主线的层次递进式培养应用型人才的工作进行论述。

1 专业综合实验的基础作用

“丙烯酰胺聚合及聚丙烯酰胺性质测定”是大连工业大学应用化学专业的专业综合实验项目，是为配合本科生三年级开设的“高分子化学与物理”的学习而设置的。表1 为该实验的具体实验内容、实验重点要求、实验涉及的课程以及通过实验训练期望实现的具体能力目标的相关内容。

表1 丙烯酰胺聚合反应实验的实验内容、要求重点、涉及课程及具体能力目标

从表1 可以看出，作为专业基础实验的“丙烯酰胺聚合及聚丙烯酰胺性质测定”，涉及到了高分子化学与物理、有机化学、分析化学、环境保护概论等多门课程的相关知识。在具体实验过程中，通过教师的引导和严格要求，也实现了对学生问题分析、实验操作能力的培养，将聚丙烯酰胺用于工业及生活污水处理，使学生初步建立了环境和可持续发展的意识。基于该实验的能力培养目标，指导教师在布置学生进行实验预习时设置了4个讨论型问题：①丙烯酰胺的自由基聚合机理是什么？可以采用什么样的聚合方法来制备聚丙烯酰胺？这些聚合方法的优缺点是什么？②如何进行聚合过程的控制？在合成实验中需要注意哪些关键点？影响分子量与分子量分布的因素有哪些[6]？③聚丙烯酰胺的应用领域有哪些？对其分子结构及分子量有何要求？④丙烯酰胺与聚丙烯酰胺的安全性如何？其差别的原因何在？在实验过程中需要如何做好防范？学生在前期的实验预习可以过程中带着问题去学习，不仅可以拓宽学生的思路，同时可以培养他们文献检索与深入分析问题的能力。在课上讲解自由基聚合的机理与方法一节中，学生很难通过听课来直观理解和观测到从机理到应用的全过程[7]。但在实验过程中，让同学们依据自己所检索的文献资料，设置不同的实验条件（引发剂体系、引发剂用量、反应温度、反应时间等）[8]，认真观察实验现象（是否出现抱轴现象，体系是否变得黏稠，得到的产品颜色与质量等），并在组与组之间进行横向对比，并将这些讨论写入到实验报告进行分析，培养学生们运用所学知识来分析实验现象及解决实验问题的能力。

2 创新实训中拓展并延伸思路

大连工业大学应用化学专业设置“创新实训”环节，结合本校应用化学专业的特色，从学生运用现有的知识出发，以学生科研创新能力提升为目标，设定了6 周的研究时间，实训内容包括课题设定与讨论、开题报告、课题探索、开展研究、撰写研究报告、答辩等环节。“创新实训”既是对以前课程的综合与总结，检验学生三年基础课程的学习成果，又是后续“毕业论文（设计）”的培训环节。与前述的专业综合实验不同，在这个环节中，学生一人一题，所有内容均需独立完成。当创新实训的课题内容是专业综合实验的拓展和延伸时，通过将一个课题学深学透，使得实训过程既有前期基础，又有拓展空间；既能延伸学生的思路，又给学生以创新启迪，以此实现学生科研创新能力的培养。为此，我们将丙烯酰胺聚合拓展为淀粉接枝丙烯酰胺聚合体系，将实训的课题设定为“淀粉接枝丙烯酰胺共聚反应引发体系研究”，要求学生在前期专业实验的基础上，进一步掌握淀粉接枝丙烯酰胺的合成与化学修饰方法（重点在引发体系的选择、体系组成及配比等参数的确定），让学生利用红外光谱鉴定接枝聚合物的结构，利用紫外-可见分光光度计检测废水处理前后的样品中的吸光度，探讨如何分离接枝物与共聚物[9]；将获得的产物用于处理印染废水时，进一步了解絮凝剂的絮凝原理并评价产物的絮凝能力。在课题中，表2 为分别从教师和学生角度对创新实训的具体分解。

表2 创新实训构成及内容

在“创新实训”的整个过程中，注重利用分析化学、有机化学、物理化学、高分子化学与物理、生物化学、环境保护概论等课程的相关知识，分析解决课题中无氧环境的形成及保持、淀粉基材引发反应机理、引发过程是否实现、单体转化率的测定、接枝率的测定方法及计算、产品用于污水处理的原理及方法、絮凝效果及评价等具体问题。学生通过实训，建立了具有个人特点的对课题的探索、对比、发现并分析解决问题的模式，学生的思辨能力、观察能力、实验操作技能、数据整理、误差分析、规律总结、科研报告（论文）的写作、表达等方面的能力都得到了锻炼和提高。

3 毕业设计完成实践转化

作为本科教学的重要环节，毕业设计在培养学生工程实践能力、创新能力、创业精神中具有举足轻重的地位[10-11]。对于应用型本科院校的毕业生来说，毕业设计是本科教学计划中最大时长的实践环节，也是学生进一步拓展和深化所学理论知识的综合训练过程[12]。在以往的教学过程中，本科生的毕业设计课题多与前期的实验、实训内容并不相关，导致实验、实习、实训与毕业环节四部分内容割裂，难以形成体系。为改善这一情况，结合“创新实训”的具体内容，将其继续扩展，使聚合体系转移到反相乳液体系中，把学生的毕业设计题目设定为“反相乳液体系中年产2 000 吨淀粉接枝丙烯酰胺絮凝剂生产车间设计”。在毕业设计中，将专业综合实习和创新实训中的课题研究内容向生产实践转化。通过聚合反应体系解析、工艺流程设计、生产操作规程、工艺计算、车间布置设计、非工艺条件设定等环节（表3），将“丙烯酰胺聚合”做深做透，完成典型课题引领的、渐深渐广的应用型人才培养过程。在前期的“创新实训”中，本科生已经充分了解了科学研究的基本程序与基本方法[11]，初步具备了利用专业知识解决工程实践问题的基本能力，而且，完成毕业设计的基本技能如工艺方案的设计、科研文章摘要的撰写、数据的总结与整理、Origin 软件的使用及绘图等已在“创新实训”中得到训练，为后续的毕业设计环节顺利完成奠定了坚实的基础。

表3 毕业设计课题分解及能力目标

4 结束语

在普通高校向应用转型的过程中，大连工业大学应用化学专业通过将专业综合实验-创新实训-毕业设计贯通的方法，将“创新实训”课题在研究中深入，在实践中拓宽，使学生的工程能力和科研能力同时得到提高，为应用型人才的培养探索了一条行之有效的途径。