分离与富集技术课程教学改革措施

王和平，孟现星，李亚萍，袁光辉

(安康学院化学化工学院，陕西 安康 725000)

0 引言

分离科学是依据物质理化性质差异进行分离、富集和纯化的一门学科。从几千年前的炼铜冶铁到如今的石油核能，从工业上的能源材料到生活中的酿酒制糖，分离技术在生产生活中的实践应用可谓是历史悠久、范围广泛。现代工业中，能源、材料、环境、食品、医药等各领域均离不开分离工艺，随着行业要求的提升与革新，对分离科学提出了更高的理论和技术要求，因此，为满足不断上升的专业需求，国内多数化学化工类院校相继开设了相关课程。

分离与富集技术是我院一门重要的专业基础课，教学大纲中要求的教学内容包括沉淀分离法、萃取分离法、色谱分离法、离子交换分离法、电泳分离法、泡沫浮选分离法和膜分离法等，共计32 学时。分离与富集技术课程在化学学科中占据重要地位，几乎所有的化学类实验实训项目均需用到上述分离操作，而且此类专业基础课程在理论与实践间的认知过渡和知识衔接中的作用更是不可替代的。通过本课程的学习，要求学生系统地掌握常见分离富集技术的基础理论和实验方法，为新产品提纯或样品前处理中分离方法的选择提供理论指导和实践支持。

课程教学改革不能一概而论，更不可能一蹴而就。在应用型人才培养模式下，各式各样新的教学方法、教学模式层出不穷，而当具体到某一课程时，仅依照一种模式全盘照收或象征性的移植只会造成新方法新模式的水土不服，不可能达到预期效果。课堂教学是一个艺术性互动过程，从内容制订到教学设计再到组织实施，需要依据课程特点因地而制宜，依据学情特点因材而施教，依据课堂实况因势而利导。课程改革也必定是一个实践出真知的过程，择善而从，不善而改。在近几年的教学实践中，发现了一些分离与富集技术课程教学改革中存在的问题和困难，并采取了一些相应的尝试性措施，取得了一定成效，学生反馈良好，现和大家一起分享探讨。

1 问题与困难

1.1 课程内容

其一，课程内容繁杂。分离与富集技术应用涉及面广，几乎涵盖化学行业所有领域，并涉及多数相关行业，加之大量新技术的不断出现，使得课程内容过于繁杂。此外，行业背景的差异使得对分离技术的要求与侧重不同，又易造成授课重难点安排的冲突。其二，课程内容重叠交叉严重。分离与富集技术作为衔接课程，先导课程主要包括无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等基础课，后续课程常见有食品分析、药物分析、中药制药工艺学等专业方向课。课程内容中不可避免地与前述课程存在知识点上的交叉重叠，易导致教学内容把握不准，出现知识点的重复与空白。其三，学科知识体系尚不健全。分离科学作为技术基石，虽然在其他学科中都可以看到它的影子，但作为新兴的技术性实践性学科，其成长与独立仍需较长时间。

1.2 学情特点

专业课程的学习往往是无趣的，分离与富集技术亦是如此。该课程开设在三年级第一学期，本学期中，各种方向性理论课、实践课纷至沓来，让人应接不暇，导致学生兴趣泛泛，学习耐性和效率逐渐衰减。此外，知识专业刻板、学习枯燥乏味是理论性专业课程教学上的通症[1]。教学实施中，一门课程绪论部分的设计是最引人入胜的，但往往不足以维持学生整个学期的持续兴趣和热情。在以学生为中心的教学模式下，发掘专业知识的趣味性，洞悉学生的心理和行为特点，在每个课程单元中发掘能引发学生好奇与关注的教学元素，变被动应付为主动参与，提高知识留存率变得尤为重要。

1.3 考核方式

单一固化的考核方式也是专业课程学习的一大问题。以往的“一卷定天下”忽略了学科知识外的能力考核，无法就学生真正的学业成就进行全面评价，也造成了以往“平时不学习，考前大突击”的怪象。此外，导向错误的评价方式甚至可能导致学生心理失衡。在新课改背景下，评价方式的改革甚至比教学方法的改革更为重要，考核评价的范围不再局限于课堂之内，形式不再局限于作业测试。为实现基于学习全过程、结果和过程并重的课程考核模式，目前我校各课程的期末卷面成绩占比为60%，平时成绩占比为40%，其中平时成绩的来源主要包括考勤、作业、课堂讨论、阶段测试等。然而，如何确定平时成绩的分项组成和具体占比，才能真正全面地考察学生在本学科的综合素养及伴随而来的情感、思维成长，仍是一个需要长期探索和实践的过程。

2 方法与措施

2.1 精挑细选好案例

依照当前的学情特点，课程教学内容在保证专业知识系统性、逻辑性和完整性的同时，趣味性显得尤为重要[2]，其中案例式教学是专业课最常用的教学模式[3]。在问题导入阶段，首选一些生活中“看得到”、“听得到”的实例为第一层次案例，该类案例最能引起学生的兴趣。例如在沉淀分离法中，选择安康市镇坪县“神仙豆腐”的制作工艺作为凝聚技术的对应案例，分析其中草木灰的作用，对比发现凝聚技术和絮凝技术的差异所在。在加深学生对知识点理解的同时，亦可推动地方特色文化的传承弘扬，为专业课程的“课程思政”添加育人元素。再例如商超中“蔬菜农残检测公示栏”的数据如何而来，无乳糖牛奶/ 奶粉如何生产，小区内的直饮水机如何工作，以及超临界流体萃取在低咖啡因咖啡生产中的应用，泡沫浮选分离法在金矿石提炼中的应用等，这些易见易得的案例比一般学术性或专业性的例子更直观更具吸引力，更能激发学生一探究竟的兴趣。持续的内源动力可有效中和专业课程理论内容枯燥乏味带来的学习倦怠，提升专业知识获得后的成就感和记忆度。

2.2 百家之长集一言

如前所述，由于分离与富集技术涉及面广，在教学侧重点安排上又是一大难题。在教学团队的组建上，注重授课教师学科背景的协同与互补，集百家之长是保证课程内容科学性和先进性的重要保障。本课程教学团队中，授课教师来自应用化学、化学工程与工艺、制药工程、材料化学等多个专业，每位老师对分离与富集技术在本专业中的应用必定如数家珍，易做到突出课程特色，规避知识点重叠，每位老师只负责自己最擅长的模块，这样才有望真正实现教学过程中的“低耗高效”。团队式合作教学可为学生提供更为丰富的视角和思路，可有效增强师生间及教学团队成员间的互动，对课堂教与学的双边活动都有极大的促进和提升作用。此外，学生对本校教师的研究方向有更多了解，促使部分学生直接参与教师的科研项目研究，或是选择授课教师作为毕业论文指导教师。授课教师可以结合自己的课题内容，将科研项目中涉及的分离与富集技术作为本课程第二层次的应用案例。为激发学生求知欲，该类案例可采用任务驱动式教学，结合授课老师的研究课题，化整为零，拆分为若干小课题，依据教学目标制定预习任务，基于PBL(problem-based learning) 策略[4]，采用TBL(team-based learning) 模式[5]，通过学生查阅资料、课堂讨论等方式自主探究并信息共享，最终合作完成任务，为将来毕业设计中分离富集方法的选择提供可用参考。在此过程中，将教学改革回归到专业问题本身，这样更易达成教学与科研的互促共进与融合[6]。再者，教师的科研实验室可作为第二课堂，由学生直接到现场观摩学习分离富集相关的实验操作。

2.3 行业专家进课堂

各种现代分离技术的不断涌现，对学科教学提出了更多更高的要求。为贯通理论与实践间的沟堑，提高学生在理论学习和实践操作中发现、分析和解决实际问题的能力[7]，开展“双师课程”合作教学，即邀请企事业单位一线工程师参与教学，将行业产业中最新最常用的分离和富集技术引入课堂。将校外教师日常实际工作内容作为本课程第三层次的应用案例，加深学生对各种分离技术基本原理的理解，洞悉行业最前沿的发展动态，增加对分离技术行业现状的认知，有效缩短学校与行业企业间的距离，助力应用型人才的培育，提高学生在本专业相关领域的就业层次[8]。未来在毕业实习或就业实习阶段，由于学生分析、解决实际问题的能力有着明显的增强，因此能迅速适应入职后角色的转变。校外一线工程师100%的真实案例可有效弥补以往纯理论教学远离实践实际需求的短板和不足，对接实现需求导向教育(outcome-based education, OBE)[9]。同时，当前就业形势下，基于产教融合的校企联合培养模式极具现实意义，以提高学生的工程实践能力和综合学科素养为目标，直接对接社会需求和行业需求。毕业设计选题时，部分题目是校企联合指导，通过本课程的行业专家进课堂，有助于学生提前了解企业导师研究方向，为后期选题提前做准备。此外，在对接单位设立分课堂，依托其生产车间、检测实验室的硬件设施，开展案例式课堂教学，可作为本课程实践教学的第二课堂。通过上述多人参与和校企合作教学，组建一支专业性强、理论实践兼通兼长的课程团队。

2.4 “第二课堂”新阵地

课堂学习时间毕竟是有限的，况且“纸上得来终觉浅”，如何让学习延伸在课堂之外，让学生觉得课堂所学有用武之地，“第二课堂”的设立起到了关键作用，成为理论学习与实践探索相结合的重要平台。授课教师的科研实验室可以作为本课程实践教学的“第二课堂”，老师们的科研项目多是前沿性的基础性研究课题，实验中必定包含分离富集的基础操作。如涉及有机合成的实验，监测反应进度时，制板、点板是再基本不过的操作，而对于一些未接触过此类实验的同学来讲，只能在课堂上听到一连串空洞的理论知识点：铺板方式、黏合剂种类、点样方式和展开方式等等。借助教师的科研实验，完全有机会让每位同学都动手完成一次完整的上述操作，结合课题内容，将课堂所学转化为实践能力，这是理论到实践的第一步。下一步是学生进入生产车间，观摩一线工程师现场操作，认识并初步了解分离相关的化工单元操作，如吸附、膜分离和超临界萃取等，借助课堂上的案例式讲解，知其然并知其所以然。这是学生与生产实践的近距离接触，是人才培养能与产业发展紧密结合的基础保障。学科类竞赛如大学生化学实验邀请赛也是课程教学“第二课堂”的主阵地，实验竞赛是提高学生专业实验技能、创新意识和团队意识的重要平台，也是理论知识内化和学习兴趣培养的重要途径[10]。再例如大学生创新创业项目，是理论与实践的初步融合，是一个有意识的创作过程[11]。例如，学生在学习和了解双水相萃取的原理和系统特征之后，提出了将其用于陕南中药材有效成分提取的设想，随后学生通过查阅资料来探讨课题的可行性，总结撰写项目申请书。这是以理论所学来指导实践探索，再以实践探索来消化理论所学。

2.5 实验视频DIY

由于不开设独立的实验课程，在授课过程中，经常需要向学生展示一些实验操作的视频来加深课堂印象，如溶剂萃取、吸附层析操作、薄层板的制作、聚丙烯酰胺凝胶电泳等。之前视频往往从网上收集，多存在分辨率不足或与授课重点不相符的情况。基于2000 年后出生的学生的自媒体人属性，这些视频的录制工作完全可由学生自行完成，从“剧本”设计，到视频录制剪辑，再到配音和字幕制作，学生负责整个过程的规划统筹，教师只负责指导把关。作为课堂展演视频，学生会自觉提高对自己的要求，开始前反复调研验证，容不得一丝疏漏，制作过程中更是反复打磨，精益求精。当一段完整精美的实验视频呈现在课堂上，学生的自豪感和成就感是不言而喻的，无形中增加了学生对行业专业的认可度。通过该方式可直接提高学生实验技能，大幅度规范实验操作，让学生团队意识和专业素养无形中得到提升，其产生的记忆效果远高于传统实验课，有利于变知识识记为知识内化。

2.6 学而时习好习惯

如前所述，分离与富集技术课程背景跨度大，内容又过于庞杂，学习过程中的阶段性总结必不可少。在每种分离富集技术学习完成后，以小组为单位由学生进行知识点总结，理清知识脉络，绘制思维导图，在课堂上进行汇报。不同于传统笔记的线性逻辑，思维导图是聚集思维和发散思维并举的图形思维工具，最接近人脑思维方式，方便学生对知识的“整体”进行把握与展望。虽然内容可能只有一两张图片，汇报时间可能只有短暂的几分钟，也可能学生的总结并不到位，但归纳总结过程对学生学科综合素养的提升有着潜移默化的影响，且该教学设计对学生学习情况的考察也是直接有效的。此外，现阶段期末卷面考核时仍以主观识记内容为主，为减轻学生记忆上的负担，基于雨课堂等智慧教学工具，采用SPOC(small private online course)[12]模式，即每章进行一次线上单元测试，得分按比例计入综合考核成绩，测试内容围绕知识主线展开，题目数量不宜过多。如此对学习内容进行拆分，分模块考核，有助于核心知识点的提取强化，有利于学生对重难点的把握。

3 结语

综上，分离与富集技术课程作为一门内容庞杂的技术性专业基础课程，在教学改革过程中存在着诸多实际困难。在近几年的教学实践中，通过应用案例分层次筛选、多种教学模式方法联用、开展“双师课程”教学、开设“第二课堂”等几项尝试性措施后，有效激发了学生学习内动力，突显了学生主体地位，实现理论实践精准对接，有助于学生学科素养和实践创新能力的培养提升，达成需求导向的应用型人才培养。然而，教学改革是一个长期的持续性优化过程，加之开课时间尚短，分离与富集技术的课程改革仍需在实践中不断地探索完善。