工程化观念在化工原理实验教学中培养学生综合素质及创新能力的研究与实践

孙 德 李 然 杜长海

(长春工业大学化工学院,吉林长春130012)

工程化观念在化工原理实验教学中培养学生综合素质及创新能力的研究与实践

孙 德 李 然 杜长海

(长春工业大学化工学院,吉林长春130012)

本文就培养学生综合素质及创新能力的问题,提出工程化观念在化工原理实验教学体系中的作用,系统地阐述了在实验装置、实验运作模式及实验教学模式等方面工程化的做法。

工程化;实验教学;综合素质;创新能力

为了适应“高层次、多样化、创造性”的人才培养目标新要求、新标准,近几年来,我们一直在深化教育教学改革,积极探索培养学生的综合素质及创新能力的有效途径。化学工程与工艺专业属于技术性、综合性、通用性很强的专业,主要培养从事化工类型过程和设备的生产、研究、开发、设计等工作的高级工程技术人才。加强实验教学,不仅能巩固已学到的理论知识,而且能够培养学生理论联系实际的能力和分析问题解决问题的能力,对于活跃思维、开阔思路、提高创新能力起着积极的作用。

工程化教育是一种教育理念,其内涵是在培养高级工程人才的全过程中,从培养目标、业务规格设计到教学环节安排、教学内容选择、教学方法选用,从教育决策到教育实施,到教育模式,充分考虑工程的本质、工程工作的要求,体现工程教育的工程特色。核心是理论联系实际、教学联系工程实践培养创新精神和实践能力,提高大学生工程素质,提高毕业生工程工作的适应能力。我们充分利用这一特点,坚持工程化观念在化工原理实验教学中从实验教学体系到教学内容和方式的改革。

一、实验室建设的工程化

2004年我院化工基础实验教学中心被吉林省教育厅评为省化工示范基础实验教学中心,并在2006年获中地共建项目支持共获得300余万元资金资助。在实施过程中,我们要求实验装置不仅在学科内容上涵盖“三传”过程中典型的单元操作,而且从规模上力求工程化、类型上力求多样化,即验证型实验与综合型、研究型实验并存;传统实验与体现新技术或科研新成果的实验并存;体现基本原理的传统仪器仪表与现代测试手段及先进的控制并存。几年来,我们对化工原理实验装置进行了全面规划:保留典型的验证型实验,对原有旧装置进行改造、扩展;研制或引进新的研究型、综合型实验装置等。这既为学生实验实践拓展更多的空间,也为相应的实验教学内容和方法的改革提供必要的硬件条件。

我们在新实验装置的引进和研发中除了考虑其工程性、可操作性外,还特别注重强调实验装置教学研究性及先进性。[1]就是装置既可用于本科生教学,又可用于科研和本科生做毕业论文。先进性一是指采用先进的二次仪表和测试、控制手段;二是指将新的科研成果引入实验教学。如我们正在引进的膜综合实验装置既可以做膜渗透气化实验又可以做反渗透、纳滤实验;研制的传热综合实验装置传热管可以任意角度放置,而且装置可以同时对不同种传热管进行实验研究。

在实验室的建设过程中,我们鼓励学生的积极参与。对学生很多建设性的意见予以采纳,比如实验室的布局要强化工程的观念,学生们组织起来自行设计,并且画了图纸,综合考虑了操作、安全、环保等各种因素;研制的传热综合实验装置的部分研制工作就是由学生来完成的。

二、工程化开放式实验运作模式

改变过去以教师为中心的实验教学模式,实施开放式以学生为主实验运作模式,制定了《开放实验室管理制度》并强化工程观念。具体做法是:1.每学期开学学生要进行室前教育。要求学生熟悉实验室的各种规章制度,对学生进行安全教育,各实验指导教师与学生见面并对实验报告等事项作出具体的要求。2.将每学期开放的实验项目发给学生,学生通过网上选课系统进行选课。3.预习。预习的手段有教材、网上多媒体课件、化工原理实验室机房及现场。4.学生须通过指导老师关于基本理论、操作法及安全等方面的考核后获得《上岗证》,方可进入现场实验。5.实验进行过程中,教师要在现场进行必要的指导并提出问题。6.实验后学生要在教师组织参与下对实验结果进行讨论。

工程化开放式实验运作模式在实验过程当中要求“以学生为本”,由学生自主完成实验,这就要求学生要相互协调,密切配合,培养学生的团队精神。在这方面我们采用工厂的做法,制定了《岗位责任制》,每一组学生共四人,设班长兼安全员一人,负责实验的指挥与协调;主操一人,负责微机操作,记录数据及发出操作命令;现场操作工一人,负责现场操作及设备状况监护;化验工一人,负责取样并化验分析。这样的做法不仅培养了学生的团队精神,顺利完成实验;而且便于学生角色的转变,可以很快地融入工厂生产环境中去。

三、实施分层次、工程化的实验教学模式

培养综合素质高、创新能力强的学生就要对实验内容进行适当的调整,实验内容的单一、枯燥不能满足创造性人才培养的需要,应改变以验证课堂教学内容为宗旨的教法,合理安排工程性实验内容,根据人才培养的要求,我们将实验划分为几大类:[2]

1.基本教学型实验。以传统的验证性实验为主,教学目标重在训练学生基本实验方法、实验技术和实验技能,掌握典型单元操作过程的机理和规律,使学生加深对理论的理解,同时在教学中我们强调单元操作过程的机理和规律在工程实践中的应用,激发学生学习兴趣。

2.提高型实验。包括综合性、设计性、应用性等实验,教学目标包括典型单元操作过程的深入研究及操作优化。实施过程中,我们要求学生根据自己的兴趣自行选择工程实际问题,自拟实验方案,优化操作条件,对实验结果进行技术经济评价等。注重培养学生查阅资料、调查研究、设计实验方案,对实验过程及结果有自己的分析和结论。培养学生综合学科知识,独立自主工作的能力,加深学生对工程问题的认识。

3.研究创新型实验。以扩大知识面,启发创新意识为目的,培养学生创新能力,可供有科研兴趣的同学选作。学生可尽早接触工程或科研实际,参加实验室建设,培养他们灵活运用所学知识解决实际问题的能力。实验装置可直接采用实验室已有装置,或利用组合式实验装置进行搭建,有时则需要自行设计。已做过的专题有“填料吸收塔中的化学吸收与传质系数测定”、“强化冷凝传热实验”、“反应精馏在酯化反应中的应用”、“分子蒸馏”及“超临界二氧化碳萃取”等实验。实践表明,研究创新型实验由于其鲜明的背景及实用性,特别能激发学生的研究兴趣和探索热情。

实验教学内容的分层次、工程化,做到了几个结合:验证化工原理基本理论与培养学生掌握工程实践研究方法,提高分析和解决问题的能力相结合;单一验证性实验与综合性、设计性实验相结合,培养学生综合处理工程实际问题的能力;传统的与现代的实验方法相结合。既注重了基础,又强化了创新;既保证了基本训练,又注重独立分析、解决工程实际问题;既考虑到循序渐进,又激励因材施教。

四、结束语

经过对化学工程与工艺专业实验教学体系四年多的工程化实验教学改革尝试,学生自学能力、分析和独立思考能力、动手能力和创新能力等综合能力都得到了提高,收到了良好的教学效果。学生连续三届参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛中,我们获得了特等奖一项、一等奖两项;连续两届参加“三井杯”全国化工设计大赛并获得国家三等奖的佳绩。毕业生在人才市场的竞争力显著增强,在近几年就业形势严峻的情况下,该专业的毕业生一次就业率均在95%以上。此外,每年都有许多优秀的学生考入天津大学、华东理工大学等国内著名高校的化工专业研究生。我们认为该体系和内容符合实验教学的规律,符合现代高等工科教育的精神,能满足该专业培养学生综合素质及创新能力的要求。

[1]郭庆峰等.在化工原理实验教学中培养学生综合素质及创新能力[J].化工高等教育,2004,(1).

[2]李然等.化工原理实验[M].长春:吉林大学出版社,2002.

孙德(1973-),长春工业大学化工学院化工基础实验教学中心副主任,高级实验师,主要从事化工实验教学研究。