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新工科化工原理实验体系建设研究

2021-02-20 11:42 来源:体系建设论文 人参与在线咨询

摘要:以新工科和工程教育专业认证为切入点,构建化工原理实验教学体系,开展教学改革及人才培养模式的过程控制研究。通过管理制度、课程模块、教学手段、考核评价及人才培养等方面的改革与实践,以改善教学效果、提高教学质量,强化学生的工程观点。以学生为主体,培养实验技能与创新意识。该体系具有良好的适应性和可操作性,对提高学生分析解决问题的能力具有促进作用。

关键词:化工原理实验;新工科;专业认证

化工原理是工科大化工类专业的一门重要学科基础课,在我校化学工程与工艺、轻化工程、制药工程、生物工程、酿酒工程、高分子材料与工程、材料科学与工程、食品科学与工程等专业中普遍开设。化工原理是连接基础课程到专业课程学习的桥梁,它既是学生工程观念的启蒙课,又为学生的专业课学习奠定基础[1]。化工原理实验是理论联系实际的重要环节,培养学生应用理论知识、组织单元操作实验及分析解决工程问题能力的重要途径。各高校都十分重视实验教学在培养人才过程中的特殊作用,当今包括我校在内的很多高等院校已经将化工原理实验单独设课。近年来,省内外相关高校对提高实验教学质量做了一定的工作,不断强化实验教学环节,加大实验室建设投入,增强对实验教学内容和方法改革的研究与探讨,提出多种改进方法,取得了一定的效果。为应对新一轮科技革命与产业变革,支撑服务创新驱动发展等一系列国家战略,教育部积极推进新工科建设[2]。开展工程教育专业认证是推进我国高校工程专业教育国际化、也是提高和保障工程教育质量的重要措施。有必要在新工科和专业认证背景下,探索和实施新化工原理实验教学环节和评价体系,促进和提高实验教学质量。

1实验教学体系建设的意义

实验教学是实施化工原理课程教学体系的三大组成部分之一。化工原理实验是学生接触的第一门工程类实验课,应注重树立学生工程观念、提高学生动手操作能力、拓展学生创新品质[3]。优化实验教学体系,发挥实验教学对学生知识能力的培养,促进化工原理实验教学质量的提高,更好地培养工科类人才。开展化工原理实验教学内容和方法的改革,有利于提高学生实验预习自觉性、激发学生实验操作兴趣、锻炼学生解决实际问题的能力、促进团队协作、提高学生工程实践和创新能力。在硬件条件不断优化升级的同时,构建具有特色的化工原理实验教学模式、建立科学的实验教学体系,达到改善课程教学效果和提高教学质量的目的。实验教学中注重对学生知识面的拓宽和技能的培训,满足学生自主探索、自主实践和自主创新的需求,在培养能够适应可持续发展需要和有创新能力的复合型人才起到重要作用。此外,最大限度地发挥化工原理实验平台作为本科生研究创新性实验教学基地,与当前具备“知识、能力、素质”三位一体的人才培养目标高度契合和一致[4]。

2实验教学体系建设的实践

2.1优化实验配置,完善实验室管理体系近两年,我校经过分期投入、逐步完善,进行化工原理实验设备更新。目前我校每种典型单元操作实验装置均为8套,确保每组学生3~4人,满足了不同专业、不同单元操作对实验教学的需求。实验设备体现操作的多样性和新的教学模式,实验装置手动状态和自动状态相结合,操作参数既可手动调节、亦可通过计算机输入调控;数据记录和分析处理既可学生自己完成,亦可通过实验配套计算机自动完成。为充分发挥实验室的作用,便于广大师生高效、有序进行实验,确保实验教学质量,在实验教学的各个环节加强管理。针对每个综合性实验项目,制定专门展板,包含实验目的、实验原理、实验设计要求、实验注意事项、装置流程图、操作规程、安全指南。只有严格、科学的实验室管理制度才能保证学生在实验中真正学会操作技能、掌握处理工程问题的实验方法及手段,树立工程观念。另外,化工原理实验教学中学生安全意识的培养必须放在第一位,学生在进入实验室前应进行安全教育和培训。制定实验室安全守则和管理规定,并制作成展板上墙。学生动手操作时,教师在可控范围内对出现的紧急状况进行处理,之后将其作为案例,强调实验操作中安全意识和规范操作的必要性和重要性[5]。教学中可结合新闻报道中的社会重大安全事故实例,对实验室灭火方法、安全事故如触电处理方法、易燃易爆有毒有害化学品泄漏处置方法、实验室水电门窗关闭等知识进行延伸讲解。

2.2明确课程模块,构建分层次实验教学。我校化工原理课程覆盖了近十个专业,不同专业对于实验课程的重点内容与需求程度不同。针对不同专业的实验学时及实验内容的差异,分别制定相应的实验课程教学模块。同时,化工原理实验分成三个层次:即演示与验证型实验、综合型实验和研究设计型实验。以新工科与专业认证为导向,结合各相关专业人才培养目标,修改完善实验教学大纲,规范教学内容和教学目标。对实验教材进行全面改进和梳理,教材编排注重促进学生独立思考。参照实验目的、原理,实验装置与流程,结合实验步骤,学生理解归纳实验注意事项。根据需要记录的实验参数及组数,学生自己设计实验数据记录表格。特别增加了实验总结与讨论部分,结合具体的实验现象和实验中存在的问题进行总结,实验后自己的收获,遇到的困难及解决的方法等心得体会,对本次实验进一步的想法以及意见和建议等。更新实验报告格式与写法,实验报告分为实验预习、实验操作和实验报告三大部分。实验预习重在对实验目的、原理、装置、流程、步骤及注意事项的理解;实验操作重在过程规范及数据记录;实验报告重在数据处理、分析讨论、思考题等,重点强调培养学生分析讨论、总结归纳的能力[6]。

2.3改革实验教学模式和方法,强化工程观念。传统的实验教学模式是教师将仪器设备准备就绪,学生按照实验指导书中的实验步骤进行实验,然后将实验数据结果记录在实验报告的表格中。实验结束后,很多学生感到就是按照实验指导书中的操作顺序开启了设备、开关了阀门、改变了参数、记录了数据,对具体实验流程,为何这样操作及装置设备并不了解。另一方面,在以往的实验教学中,也只注重验证理论教学知识,学生对实验课程缺乏兴趣,部分学生有轻视实验课的倾向。针对化工原理实验教学特点和目的,有必要在加强工程实践环节的训练中,对教学模式和内容进行改革。化工原理实验属于工程实验,工程实验既要让学生掌握实验过程,又要培养学生运用工程知识去指导实验。在实验教学过程中尝试采用多种教学方式,促进学生综合能力的培养,发挥实验教学方法在实验教学活动过程中的作用。

2.4建立多元化考评模式,科学考核评价。传统的实验考核多以学生的实验报告为依据,这种考评方法成绩来源单一,且存在抄袭现象,容易忽略学生的实操能力、团队协作、创新能力等,未能综合评价学生的整体情况。基于此,为了能够客观、全面地评价学生化工原理实验,应改革原有考评模式,实行多元化综合考核。实验课的成绩考核包含实验教学的整个过程,涉及实验预习、实验过程中的操作表现、实验报告和单元操作考核等四个环节。实验预习成绩包括实验开始前学生预习报告的撰写情况、回答相关实验问题等的考核。实验操作成绩包括学生实验过程中实验操作的规范性、遵守实验纪律、实验中发现问题及解决问题能力等的考核。实验报告成绩包括实验数据的真实性、对实验结果的分析与讨论、实验成败的分析、思考题回答等进行考核。学期末组织开展典型操作单元考核,检验学生实验过程中的操作规范、团队协作、实验结果的记录和处理,详细制定操作考核评分细则。

2.5利用实验平台,促进人才培养。为推动高等学校化工类专业“新工科”建设,提高本科化工类专业核心课程教学质量,激发大学生学习积极性,每年一度的“启航———化工工程师”全国大学生化工实验大赛迄今已成功举办三届[7]。结合近几年全国大学生化工实验大赛的形式,增设研究设计型实验,培养学生综合、灵活地运用各种单元操作的能力及设计和优化工艺流程的能力。同时,通过赛事指导总结经验,更好地实现课程教学内容的应用、丰富和延伸。提高学生参与实验研究的积极性,利用化工原理实验平台,促进学生更好地掌握专业知识,培养实践创新能力,具备专业综合素质,成为“知识、能力、素质”三位一体人才。

3结语

在新工科和专业认证背景下,通过优化实验配置、明确课程模块、改革教学模式、科学考核评价和促进人才培养等手段,通过对化工原理实验教学内容、教学手段和教学形式等探索和实施,培养学生综合运用理论知识、分析解决工程实际问题的能力,强化学生的工程观点和创新能力,改善教学效果、提高教学质量。随着高校实验教学改革的深入进行,需要不断地对化工原理实验教学体系进行补充、完善和创新。化工原理实验室硬件条件的优化升级给实验教学改革提供了契机,通过化工原理实验教学体系优化与建设,使学生能打下工程知识基础,发挥化工原理实验平台在人才培养中的作用。

作者:范明霞 胡兵 谭军军 熊剑 单位:湖北工业大学材料与化学工程学院

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