基于应用型人才培养模式下的化工综合实验教学研究

田青梅，热则耶·热合米图力，刘舜，沈蓉，许孝玲*，刘艳升,2

[1. 中国石油大学（北京）克拉玛依校区，新疆克拉玛依 834000；2. 中国石油大学（北京），北京 102249]

2015年中国石油大学（北京）克拉玛依校区成立后，化学工程与工艺专业成为校区重点建设专业、自治区创新创业重点专业。化学工程与工艺专业在近7 a的办学过程中，以工程创新能力兼顾化学化工基础科学创新能力以及工程技术能力两方面能力培养为目标，立足于“丝绸之路经济带”建设，依托克拉玛依强大的石油石化企业支撑的实习实训体系，以解决实际问题为抓手，强化知识应用能力、工程和设计创新能力、技术创新能力，注重工程经验和国家设计标准，注重应用专业软件工具解决工程问题，人才培养成效显著，升学（学术能力）和就业表现（工程能力）两方面都十分突出。2020年首届毕业生就业率高达92%，其中在新疆就业的达到36.5%，深造率为33.8%。就业第一年，全部同学通过岗位考核，4位同学获得独山子石化公司（以下简称独石化）优秀实习生；2位同学已升任装置副主操。学校人才培养成效获得企业好评。

化工综合实验课程是在基础实验课程的基础上开设的，目的是进一步培养学生的科学思维能力、训练科研能力。到目前为止，国内的很多高校都已经开始重视并探讨化工综合实验的教学改革，例如哈尔滨石油学院的董维[1]提出化工综合实验的教学改革，不仅是传统教学模式的改革，同时实验项目的设置要更加科学，以此提高学生的学习积极性。内蒙古科技大学的周晨亮等人[2]针对化工专业综合实验的教学特点和教学过程中发现的实际问题，制定了教学方法和考核制度，让学生主动参与到教学考核过程中，极大地提高了学生的学习主动性。

目前，化工与环境系为化学工程与工艺专业的本科生开设的实验课程有无机与分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验I、物理化学实验Ⅱ、化工原理实验I、化工原理实验Ⅱ、石油加工实验、化学反应工程实验、现代仪器分析与实验，以上课程均是根据相应的理论课程开设，并且大多数是验证性实验，不利于学生思考能力和实践能力的提升。除此之外，实验教学过程中存在实验仪器与设备满足不了实验项目多且实验时间集中的情况，导致大部分学生没有足够的时间预习实验内容，实验前只是按照讲义上的内容进行简单抄写[3]。在实验过程中，按照教师讲解的步骤做实验，没有深度参与实验设计与分析，因此实验课程的教学效果不理想。为了进一步提升学生的实践能力和动手能力，以刘艳升教授为核心的教学团队提出了“对实验教学内容进行升级改造，充分利用现有教学和科研实验室的各类仪器设备，加强综合性和探索研究性训练，促进学生综合能力提升”的教学改革思路，将应用教学和科研实验室各类仪器设备组合，设计了10类化工综合实验。化工综合实验在第七学期开设，学生可依据现有的仪器设备及实验条件自主设计研究内容，为后续毕业论文的开展奠定良好的基础。

1 教学设计

在综合实验课程的教学设计过程中以“兴趣激发”为导向，充分调动学生的学习积极性，让学生深度参与到实验中来。设计教学内容时充分考虑了学校特色，结合现有的实验条件，提出了如表1所示的实验项目。

表1 化工综合实验教学内容

1）综合性实验：教师仅提出研究背景和指导方向，不对实验步骤进行详细介绍，给学生充分的时间和空间进行思考；学生通过文献调研了解所选实验项目的研究背景，结合现有的实验条件制定合理的实验方案，与指导教师沟通确认后独立开展相关实验。

2）设计性实验：在前期科研训练的基础上，学生应能将所学知识快速运用到新的实验项目中，通过不断地探索拓宽知识面，进而提高自身的科研能力。学生可依据大学生创新实验室的研究方向及学院教师的科研课题，在上述实验项目的基础上自主设计实验项目，自主探索，培养独立解决问题的能力。

通过以上两类实验的训练，实现以下三个教学目标：①通过实验课程的学习，学生应加深对理论知识的理解，深入理解理论与实践的交互作用，学会从实验中总结和提炼规律；②部分实验项目是依据实际问题提炼和设计的研究性实验，教师仅提出研究背景和指导方向，学生应能通过查阅文献自主设计实验方案，独立开展相关实验并对实验结果进行分析和讨论，完成校内科技创新和科研训练，以培养自身的文献调研能力，提高创新意识和创新能力，为后续毕业论文的开展奠定基础；③培养学生严谨、认真的学习态度，提高学生的团队合作意识。

2 实验安排及要求

化工综合实验课程为32学时，具体安排如下：

1）查找资料、制定实验方案（8学时）：实验前2～3周学生以小组为单位根据所选实验项目进行文献调研，了解所选实验项目的研究背景，拟定详细的实验方案，确定实验过程中需要的实验药品及实验设备；每周选取固定时间进行PPT汇报。教师针对学生所选实验项目，通过提问考查学生对研究背景、研究内容、实验方法等的了解程度。PPT汇报时要求注明分工，小组内每位学生都要参与进来；负责PPT汇报的学生依次轮流，不能固定某一位。

2）调试设备、进行实验（24学时）：化工综合实验在第七学期开设，大部分学生忙于考研和找工作，空闲时间不固定，不适合参考常规实验课程的实验安排（如石油加工实验，每周固定时间开设实验课程），故实验教学实行网上预约制[4-5]，学生可以根据自己的时间提前一天与指导教师预约，并提交相应的实验方案，经指导教师同意后独立开展相关实验并对实验结果进行记录。

3）整理数据，撰写实验报告。

3 实验报告形式

化工综合实验报告不再按照基础实验课程的报告要求书写实验目的（要求）、实验原理（概要）、实验操作过程概述、实验过程记录、实验结果分析等内容[6]，综合实验更加注重研究思路及相应的研究过程。实验报告的形式应严格按照我校本科生毕业论文的相关要求，具体内容包括中英文摘要、中英文关键词、文献综述、实验方案、结果讨论与分析、参考文献六个部分，这样不仅可以降低学生之间互相抄袭实验报告的概率，还可以进一步提高学生文献查阅及科技论文写作的能力。

4 成绩评价体系

成绩评价体系不能只以实验报告的好坏为依据，应结合学生的综合表现进行评分，具体可从实验前的提问、实验预习报告、实验过程表现和实验报告四个方面进行[7]，多维度考察更有利于学生实验积极性及学习主动性的提高。

1）实验前的提问：实验开始前针对学生所选实验项目，通过提问考查学生对研究背景、研究内容、实验方法等的掌握情况，结合PPT汇报时的综合表现打分，共10分。

2）实验预习报告：主要考查学生能否根据实验要求，以专业理论知识为基础，通过文献调研，选择可行的研究路线，并制定合理的实验方案，共20分。

3）实验过程表现：实验过程表现包括操作能力和团队组织协作两部分。操作能力是对学生实验操作能力的考核，观察学生在实验过程中的相关操作是否规范，一旦发现问题要及时纠正，避免后续实验过程中出现同样的错误。团队组织协作是指在整个实验过程中要善于倾听其他组员的意见，遇到问题及时进行沟通，互帮互助共同完成实验。其中：操作能力占50%，团队协作占25%，团队组织占25%，共20分。

4）实验报告：考查学生是否按毕业论文的相关要求撰写实验报告、能否根据实验方案的执行情况对实验结果进行深入分析和讨论、能否根据所得实验数据进行总结和提炼，共50分。

5 加强优质实验教学队伍的建设

建设一支具有丰富经验、良好科研水平、较强责任感的指导教师队伍是化工综合实验课程顺利进行的保障。本科生的知识储备有限，在设定综合性和设计性实验项目的过程中，需要具有一定经验的教师来引导，并且设计实验项目时不仅要考虑学生的实际学习水平，还要结合实验室的具体情况，这就对教师队伍提出了更高的要求。作为化工综合实验的指导教师，应通过良好的科研训练，具备提炼关键科学问题、细化研究内容的能力。除此之外，教师自身的知识储备、逻辑思维及处理问题的方式方法均会对学生产生重要影响。因此，教师综合素质的培养是非常关键的，应如期参与相关培训。指导教师不仅要努力学习专业知识，还要不断提高自身的专业素养。同时，也可以与克拉玛依本地的相关企业联合，定期邀请技术骨干到学校给学生讲技术，讲生产一线的实际案例；学生有疑问可以现场提问，技术骨干从工程实际的角度给予学生一定的指导。

6 本课程的特色与创新点

6.1 实验项目由验证性改为综合性和设计性

我院化学工程与工艺专业目前所开设的实验项目多为验证性实验，大部分学生对实验课程的预习准备工作不重视，实验前只是简单地抄写实验讲义。在实验过程中，按照讲义上规定的步骤进行操作，没有深入地思考实验的本质，学生的收获多限于基本实验操作技能的练习和巩固。改进后的实验项目全部由验证性改为综合性和设计性，这样做的好处是既充分利用了现有教学和科研实验室的各类仪器设备，又锻炼了学生独立查阅文献、结合所学知识解决实际问题的能力，为第八学期毕业论文的开展奠定基础。

6.2 以学生为中心，充分发挥学生的主观能动性

基础实验课程的教学方式主要以教师为中心[8]，实验开始前任课教师根据学生人数提前安排分组，要求学生根据讲义内容进行预习，并完成相应的预习报告。之后教师在课堂上进行对该实验的目的、原理、操作及注意事项等进行讲解。最后任课教师根据学生的实验报告完成情况评定成绩。这样一来，虽然对专业实验的学习进行了形式上的模拟，但是实验教学的实践性没有充分发挥出来，不能提升学生独立思考的能力。改进后的教学方式以学生为中心，指导教师发布多元化的实验项目，学生根据自己的兴趣自由选择实验项目，教师仅提出研究背景和指导方向，不对实验步骤进行详细介绍，给学生留有充分的时间和空间思考。通过文献调研熟悉所选实验项目的研究背景，自行制定实验方案。除此之外，学生可依据现有的仪器设备及实验条件设计自己感兴趣的实验项目。这充分调动了学生的学习积极性，使学生的主动性和创造性得到进一步提高。

6.3 注重学生合作、锻炼协调能力

为了更好地锻炼小组成员之间互相协作的能力，任课教师不再安排分组，学生根据自己的意愿自由组队，4人/组。在文献调研、实验方案设计及实验方案执行的过程中以小组为单位，各成员之间要互相帮助，团结一致，共同完成实验课题。这样不仅可以培养他们的合作协调能力，还可以让他们回归实验的主人翁身份，增强实验的积极性和创造性。

7 结语

在化工综合实验的教学过程中融入了科学研究的思维方式和方法技能，实验项目由验证性改为综合性和设计性，引导学生根据所选实验项目独立地找出问题所在并积极探究解决问题的方法，增加了实验的探索性和研究性，进而提高学生的科研热情和创新意识，是应用型人才培养的关键环节之一。教师通过文献调研、PPT汇报来强化学生的预习环节；实验过程中充分尊重学生的想法，让学生回归实验的主体地位，体验实验的趣味性，培养独立思考和解决问题的能力；对实验报告形式和成绩评价体系进行改革，多维度考查更有利于学生实验积极性及学习主动性的提高。整个实验过程中，小组成员之间互帮互助，分工协作，培养团队合作意识。通过以上教学过程，使学生由被动接受转变为自主探索，学习模式的转变为综合实践能力的提高奠定了基础。