基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的 《精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革與實(shí)踐*

鄧瑞雪,高嘉嶼,段文錄,吳云驥,劉 普

（河南科技大學(xué)化工與制藥學(xué)院，河南 洛陽 471023）

綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿于教育教學(xué)的全過程,不僅要使學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識,更重要的使學(xué)生具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力[1-2]。實(shí)踐能力是學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的重要指標(biāo),也是學(xué)生具備自主創(chuàng)新能力的重要基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練中一個非常重要的環(huán)節(jié),也是提升實(shí)踐能力和科技創(chuàng)新能力的主要途徑之一[3]。大量的事實(shí)證明,學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的高低,決定其科技創(chuàng)新水平的高低。通過提高實(shí)驗(yàn)操作技能來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力成為一個重要研究課題[4]。

化工是個以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生的培養(yǎng)中占用非常重要的地位,起到非常重要的作用[5]。在當(dāng)前 “大眾創(chuàng)業(yè),萬眾創(chuàng)新”的背景下,創(chuàng)新能力的培養(yǎng)顯得尤為重要?；谝詣?chuàng)新能力培養(yǎng)為目的而進(jìn)行的 《精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)改革與實(shí)踐是非常必要的,也是必須的。

1 課程現(xiàn)狀和存在的問題

目前,我?；瘜W(xué)工程與工藝為河南省特色專業(yè)。每年招180人左右,是化工與制藥學(xué)院歷史最悠久,實(shí)力最強(qiáng)的專業(yè)?；瘜W(xué)工程與工藝下設(shè)兩個專業(yè)方向,高分子化工和精細(xì)化工,其中精細(xì)化工每年學(xué)生的選課人數(shù)在120人左右。因此,建設(shè)好精細(xì)化工專業(yè)對于化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量的提高具有非常重要的意義[6-7]。

目前,精細(xì)化工方向的專業(yè)實(shí)驗(yàn)分為兩個主要方向:“天然產(chǎn)物化工”和 “精細(xì)化工”,共計(jì)64學(xué)時,設(shè)計(jì)了12個實(shí)驗(yàn),均為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。其中 “天然產(chǎn)物化工”實(shí)驗(yàn)依托專業(yè)課《天然產(chǎn)物化工》,而精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)依托課程 《精細(xì)化工產(chǎn)品及工藝》。目前,精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在如下問題:

(1）設(shè)置的實(shí)驗(yàn)多為已知實(shí)驗(yàn)過程的簡單重復(fù)和已知實(shí)驗(yàn)結(jié)論的驗(yàn)證,要求學(xué)生按照講義規(guī)定的程序操作實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新欲望[8]。(2）兩個專業(yè)方向?qū)嶒?yàn)內(nèi)容存在一定程度的重復(fù)。隨著科學(xué)的發(fā)展,制備天然產(chǎn)物精細(xì)化工產(chǎn)品成為一種趨勢。因此,需要對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化,整合優(yōu)勢資源來建設(shè)好本專業(yè)實(shí)驗(yàn)[9]。(3）在大學(xué)教學(xué)中,教學(xué)與科研是一個具有內(nèi)在聯(lián)系的不可分割的統(tǒng)一體,課程教學(xué)的知識可以轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)研究的思路,科學(xué)研究成果也可以歸納成教學(xué)內(nèi)容[10-11]。目前,科研成果與教學(xué)之間還沒有形成良好的相互促進(jìn)關(guān)系,因此,需要將課題組的部分科研成果融合到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。(4）精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)中會涉及到部分精細(xì)化工產(chǎn)品的分析和結(jié)構(gòu)的表征等內(nèi)容。原來缺少相關(guān)的儀器設(shè)備,涉及到分析和表征的實(shí)驗(yàn)都無法開設(shè)。而大型儀器作為現(xiàn)代研究中一個非常重要的工具,對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力具有重要的作用[12]。因此,充分利用目前學(xué)院購置的大型儀器設(shè)備,結(jié)合精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)開發(fā)一些相關(guān)的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)成為當(dāng)務(wù)之急。

因此,針對以上存在的問題及目前的良好的科研環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件。課題組計(jì)劃在更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、增加綜合性實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式及考核方法等幾個方面進(jìn)行改革,期望能夠進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力,培養(yǎng)出更優(yōu)秀的學(xué)生。

2 具體改革措施

2.1 《精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)內(nèi)容修訂

表1 調(diào)整后實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置Table 1 The arrangement of the experiments

目前該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容主要包括 “天然產(chǎn)物化工實(shí)驗(yàn)”和“精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)”兩部分,修訂時擬打破課程局限,設(shè)計(jì)成一門課— 《精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)》。通過對實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头桨傅姆治?刪除一些由于理論課教學(xué)內(nèi)容的變更而沒有基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn),如弱酸性染料的染色。增加一些與目前實(shí)際需求相關(guān)的實(shí)驗(yàn),如“天然產(chǎn)物功能因子化妝品的制備及性能測試”；同時依靠我院分析測試儀器平臺,設(shè)計(jì) “從丹皮中提取丹皮酚和單萜苷類化合物方法及產(chǎn)物分析”實(shí)驗(yàn)；另外,針對原來的局限于驗(yàn)證原理和單純地學(xué)習(xí)精細(xì)化工單元操作,缺少與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合的實(shí)驗(yàn),造成學(xué)生綜合運(yùn)用知識能力欠缺等問題,擬依托我院新建的熱模實(shí)訓(xùn)實(shí)踐平臺,開設(shè) “精細(xì)化工產(chǎn)品—乙酸乙酯的合成、中和、精餾及二次精餾中試操作”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,等等。通過修訂,使教學(xué)內(nèi)容設(shè)置更有針對性和合理性,充分利用學(xué)院的現(xiàn)有資源,給學(xué)生提供了更多的實(shí)踐機(jī)會,能夠進(jìn)一步提高學(xué)生的動手能力和分析問題的能力,滿足創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要。

2.2 《精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)》綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上,擬增加3-4個綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),內(nèi)容涵蓋目前的 “精細(xì)化工”和 “天然產(chǎn)物化工”兩部分實(shí)驗(yàn)。如設(shè)計(jì)了 “天然產(chǎn)物功能因子化妝品的制備和性能測試”,通過將從天然產(chǎn)物中提取得到具有美白和抗輻射作用的提取物添加到護(hù)膚品和面膜中來制備天然產(chǎn)物功能因子精細(xì)化工產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及到天然產(chǎn)物化工中的提取分離,以及精細(xì)化工中表面活性劑的性能及在洗滌用品中的應(yīng)用等內(nèi)容。并且制備的產(chǎn)品學(xué)生可以帶回去試用。達(dá)到了調(diào)動學(xué)生的積極性,提高實(shí)驗(yàn)效果的目的。除此之外,設(shè)計(jì)了 “從丹皮中提取丹皮酚和單萜苷類化合物方法及產(chǎn)物分析”,以及 “液體香波制備及其粘度和泡沫性能測定”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

在 “液體香波制備及其劑粘度和泡沫性能測定”實(shí)驗(yàn)中,改變以往采用單一配方讓學(xué)生按照要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法,在實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)表面活性劑的種類及用量的變化設(shè)計(jì)了4個不同的參考配方讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中選擇。同時,在授課過程中明確了配方設(shè)計(jì)原則,提示學(xué)生除了選擇上面的四個配方外,還可以根據(jù)自己檢索文獻(xiàn)的情況,結(jié)合課堂教學(xué)中掌握的不同類型表面活性劑的性質(zhì),自主選擇合適的配方來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室提供了多種不同極性,不同結(jié)構(gòu)特征的表面活性劑及其它助劑等來供學(xué)生選擇。制備得到的香波通過測定黏度和泡沫性能來評價(jià)產(chǎn)品性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,學(xué)生可以將自己配置的香波帶回去使用,通過洗手,洗發(fā)等來感受產(chǎn)品的性質(zhì)。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,大多數(shù)學(xué)生配方選擇了不相同配方,制備香波的黏度和泡沫性能的數(shù)值也不一致。學(xué)生使用后,反映不同配方的產(chǎn)品洗滌效果也不完全一致。在此基礎(chǔ)上,組織學(xué)生對實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行討論,分析配方的差異對產(chǎn)品黏度、泡沫性能及使用性的影響,進(jìn)一步理解精細(xì)化工產(chǎn)品的大量采用復(fù)配技術(shù)的這一特點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)過程分析及結(jié)果討論,學(xué)生對不同配方洗發(fā)香波的性能有了進(jìn)一步掌握,同時也深入理解了配方在精細(xì)化工產(chǎn)品制備中所具有的地位及所起的作用,鞏固了理論知識的學(xué)習(xí)。

這些綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施,能夠進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力和動手能力,更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。同時,學(xué)生的文獻(xiàn)獲取能力、表達(dá)能力和分析問題、解決問題能力等也得到了加強(qiáng)[13-14]。

2.3 科研成果與 《精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)》的有機(jī)結(jié)合

隨著我院精細(xì)化工專業(yè)方向教師科研能力的增強(qiáng),近年在精細(xì)化工產(chǎn)品制備及天然產(chǎn)物化工研究等方面取得了較好的科研成果。這些成果與 《精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)》的結(jié)合將會對理論和實(shí)踐教學(xué)效果起到很好的促進(jìn)作用。根據(jù)課題組在天然產(chǎn)物化妝品和洗滌用品,以及天然產(chǎn)物提取分離等方面的科研積累,設(shè)計(jì)了 “天然產(chǎn)物功能因子化妝品的制備和性能測試”；根據(jù)天然產(chǎn)物提取分離和結(jié)構(gòu)鑒定方面的科研積累,設(shè)計(jì)了“從丹皮中提取丹皮酚和單萜苷類化合物方法及產(chǎn)物分析”實(shí)驗(yàn)等等。這些專業(yè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)都是建立在教師相關(guān)科研的基礎(chǔ)上,部分難以獲得的樣品和試劑由相關(guān)的教師提供。團(tuán)隊(duì)教師將在科研工作中得到的最新科研成果滲透進(jìn)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,達(dá)到教學(xué)促進(jìn)科研,科研反哺教學(xué),教學(xué)科研互相促進(jìn)的目的。

2.4 《精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)方法和手段

“精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)”主要是針對高年級學(xué)生專業(yè)課而開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程,專業(yè)實(shí)驗(yàn)在原理、流程和操作等方面要更為復(fù)雜,僅僅通過傳統(tǒng)的課堂板書教學(xué)和掛圖等難以生動形象的展示相對復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作流程,以及實(shí)驗(yàn)過程中涉及到的相關(guān)儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理等內(nèi)容,這在一定程度上影響了教學(xué)效果和學(xué)生的聽課積極性?！熬?xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)方式一直是講授法板書教學(xué),由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師講解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、儀器使用及基本操作方法,以及實(shí)驗(yàn)過程中注意事項(xiàng)和要求等等,然后學(xué)生按要求按部就班地做實(shí)驗(yàn)。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法不能充分發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動性和創(chuàng)造性,學(xué)生的個性也難以體現(xiàn)[15]。

因此,教學(xué)實(shí)踐中,在采用講授法的基礎(chǔ)上,穿插討論法和演示法教學(xué),同時借助學(xué)院實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的契機(jī),購置安裝了多媒體觸摸屏作為教學(xué)載體,將授課內(nèi)容以課件、圖片及表格等形式通過多媒體觸摸屏來展示。在教學(xué)過程中,通過多種手段來調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性,學(xué)生能夠真正全身心參與到實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,取得了良好的教學(xué)效果。

2.5 《精細(xì)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)》考核方式改革—注重過程考核

精細(xì)化工實(shí)驗(yàn)是綜合性強(qiáng)的專業(yè)實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識和較好的實(shí)驗(yàn)基本操作能力。以前主要是通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)中出勤及表現(xiàn)情況等傳統(tǒng)的方式評定成績,這并不能真實(shí)反映學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)水平[4]。

在改革過程中,注重實(shí)驗(yàn)過程考核,將學(xué)生是否預(yù)習(xí)及預(yù)習(xí)效果,實(shí)驗(yàn)過程中基本操作的規(guī)范程度,實(shí)驗(yàn)過程中的整體表現(xiàn)等作為考核內(nèi)容[16]。按照預(yù)習(xí)及預(yù)習(xí)效果(20%）,實(shí)驗(yàn)過程中整體表現(xiàn)(40%）和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫及實(shí)驗(yàn)結(jié)果(40%）等三部分來評定實(shí)驗(yàn)成績。由于注重過程考核,學(xué)生通過認(rèn)真預(yù)習(xí)提前熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及基本操作,減少了實(shí)驗(yàn)過程中的盲目性,縮短了實(shí)驗(yàn)時間；同時,學(xué)生將主要精力放在實(shí)驗(yàn)過程中,更加注重實(shí)驗(yàn)過程中基本操作的規(guī)范和遇到問題的處理能力的學(xué)習(xí)。通過上述措施,加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)過程的管理,獲得了很好的效果。

3 結(jié) 語

通過更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、增加綜合性實(shí)驗(yàn)和改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)及考核方式方法等基礎(chǔ)上對化學(xué)工程與工藝專業(yè)精細(xì)化工專業(yè)方向的專業(yè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)。進(jìn)一步調(diào)動了學(xué)生的積極性和主動性,提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。大型儀器的引入,開闊了學(xué)生的視野,鍛煉了學(xué)生的能力,提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和水平。通過一系列的改革措施,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力,提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。