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能源化学工程专业是研究利用化学与化工的理论和技术来解决能量转换、能量储存及能量传输问题的战略性专业。能源的高效、清洁利用将是21世纪化学科学与工程的前沿性课题,也是当前社会急需的具有广泛发展前景的新兴产业。我国于2010年开始设置了能源化学工程战略新型专业,并于2011年进行试点招生。目前针对能源化学工程专业并结合学校实际情况,对能源化学工程专业的培养模式进行了有益的探索。例如:
(1)东北石油大学对能源化学工程专业课程体系进行了构建,专业按照“通识教育+学科专业基础+专业教育+实践教学”四个层面对课程体系进行了设置[1];
(2)沈阳工程学院对能源化学工程专业学生的实践能力的培养进行了教学探讨,制定了一系列实践教学的相关规章制度,如《实验室开放制度》《实验室守则》《校内外实习管理办法》《课程设计、毕业设计管理办法》等实践教学的规章制度[2];
(3)北京化工大学对能源化学工程专业人才的培养注重学科发展的国际化交流与合作。每年邀请国际上著名的学者到能源化学工程实验室进行访问和交流,通过学术报告和互动交流,拓宽学生的国际化视野。并与多所国际著名大学建立了密切的科研合作关系和联合培养学生机制,为学生搭建了国际交流平台[3];
(4)哈尔滨工业大学能源化学工程专业教学主要侧重于学科研究方向的改革,主要包括太阳能电池材料的制备及性能研究,功能晶体材料的制备,生物质能源的开发,生物质能源与化工原料的转化研究,多晶硅高效回收新技术,发光二极管(LED)用荧光粉的研制,LED新型散热器材料的合成及LED封装材料等研究方向[4]。菏泽学院是一个应用型的地方本科院校,2012年菏泽学院化学化工系紧扣菏泽市煤炭石油资源丰富和能源化工基地建设的需要,成功地申请了能源化学工程专业,并于2013年开始招生。构建一个适应社会发展需求、具有地方特色的人才培养模式,是能源化学工程专业健康发展的基础。在高等教育大众化的背景下,应用型本科人才成为高等教育的重要对象,并占据了主导地位[5]。近年来,菏泽学院根据地方资源特点、经济发展需求和学校的师资结构特点对应用型本科能源化工专业的人才培养模式进行了构建。主要从人才培养规格、理论课程体系构建、教学方式方法革新、实践教学和学生科技创新体系的完善、考核评价方式的改进、师资队伍建设等方面进行了探索。
1人才培养规格的建构
人才培养规格是教学的前提和基础。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》明确提出:要遵循教育规律和人才成长规律,深化教育教学改革,创新教育教学方法,探索多种培养方式,形成各类人才辈出、拔尖创新人才不断涌现的局面[6]。为此应构建以学生为主体、以创新应用人才为核心,以学生全面发展为中心的多规格本科人才培养模式。为制定切合实际的应用型人才培养规格,我系深入菏泽市及周边地市各个能源化工企业进行调研,与人力资源招聘部门进行接触、对已毕业的学生进行调查反馈等,多方收集相关信息,并结合菏泽学院化学化工系师资结构特点,对我们的人才培养规格进行了定位。在调查过程中,我们发现:社会对能源化工专业的人才需求有三种类型:科研创新性,动手操作技术性和管理经营性人才。考虑到我系师资力量和学校发展目标,我们把能源化学工程的人才培养目标定为培养动手操作技术性和能源化工企业管理经营性人才。采用“一个专业两个方向”进行培养,实行“5+3”分流培养方式,即前5个学期在一起上通识课和专业基础课,后3个学期按照学生的意愿进行分开培养,主要开设专业课。同时对经营管理型的学生聘请经济系的老师开设经济管理型方面的课程。
2课程培养体系的构建
课程体系直接关系到培养人才的质量。能源化学工程是一门内容丰富而又广泛的科学,是涵盖能源、化工、环境和材料的交叉学科。课程体系按照“通识教育+学科专业基础+专业教育+实践课”四个模块设置,注意学科前沿和知识体系的完整性,构建具有地方特色的厚基础、宽口径、重视学科交叉的课程体系。应用型人才培养必须重视实践课的建设。在课程体系构建中,我们十分重视实践课的比例,规定不少于总课时的20%。课程除了基础课程实验、专业课程实验、暑假实习、毕业实习、生产实习,毕业论文设计外,还应增加大学生挑战杯竞赛、大学生科研基金项目、大学生创业计划项目、开放实验室等项目。教学是基础,是传授知识;科研是创造知识,是教学的延伸和发展[7]。组织学生积极参加全国大学生化工设计竞赛、数学建模竞赛、机械设计竞赛、结构设计竞赛、大学生挑战杯赛等竞赛项目。其目的是以竞赛为载体,把探索精神、创新技能、动手能力、合作能力、针对具体实际问题提出解决方案的能力作为培养目标。这些竞赛对于培养我国本科生的科研实践能力和创新精神起到了积极作用[18],加强了学生应用型能力的培养。
3教学方式方法的革新
紧密结合人才培养目标,构建全方位的教学改革模式。在教学方法上,根据“多元智力理论”和应用创新型人才成长规律,进行教学方式的改革,结合企业生产实例,采用范例教学改革模式,使学生在实践体验中感受应用创新型人才成长的过程,倡导“做中学”,使学生在小组合作比赛中体会自己的成长。在教学实践中可采用“项目活动法”,在项目设计过程中,教师仅起指导作用,学生可以自主查阅资料并开展与项目有关的研究性活动和合作学习。
4实践教学和科技创新体系的完善
实践教学和学生科技创新是培养应用创新型人才的重要环节。构建多层次的包括校内实验、实训、课程设计、参加科技创新竞赛、毕业设计,校外工厂见习、项目合作导师制、校外实习的“双导师”制以及校企合作协同培养制度,切实加强学生实践能力和科技创新能力的培养[9]。“双导师”制是指学生的实习过程中,由学校教师和企业老师共同指导,使学生对工厂实际生产的流程和工艺有一个全面清楚的认识,培养学生运用所学知识分析工程问题和工程实践应用能力。现在我们已与菏泽市的玉皇化工集团、洪业化工集团、多友科技等企业合作建立了10多处校外实习基地。双导师制的实行,加强了校企结合,有力地培养了学生解决工程问题的能力,避免了学生“所学”和企业“所需”脱节的问题,实现了学校培养和企业所需人才的对接。
5考核评价方式的改进
评价是学科教学的指挥棒。在能源化学工程专业课程评价过程中,采用过程评价与终结性评价相结合的评价方式[8]。对于通识课和专业基础课程,采取以闭卷考试(70%)和平时成绩(作业、小论文、实践报告)相结合为主;对于专业课,可采用闭卷考试、开卷考试和设计(论文)相结合的方式进行考核;对于选修课,采取教师自主考核与院系抽查相结合的方式;对于实习和实践课程,结合“双导师制”,采用化学化工系与企业共同考核的方式;对于实践课程,采取小组提交实践报告并答辩的方式进行评价。变单一评价为多元评价,从而调动学生的学习积极性。
6“双师型”师资队伍的建设
教师的“复合”能力(高深的专业理论和丰富的工业实践操作技能)是培养学生应用创新能力的前提和基础。为培养学生的实践创新能力,结合专业发展实际,构建“外引+内培+实践锻炼”相结合多渠道的“双师型”教师的培养方式,加强与高校、科研院所和企业的联系,切实提高教师的业务水平。近三年来,我系派出4位教师到能源化工企业进行业界锻炼,培养教师的工程实践能力,使教师明确企业对人才规格的需求,同时加强与企业之间的科研合作。我们还聘请企业的业务骨干为我们的兼职教师,不定期地给学生开设讲座和实践课。同时,我们鼓励年轻教师考取化工安全评价师、化工工程师、设备设计工程师等相关专业的职业资格证书。这些措施有力地培养了教师的工程实践应用能力,加强了“双师型”师资队伍的建设。总之,根据社会发展对能源化学工程人才的需求和菏泽学院建设应用型地方特色明显建设的目标,化学化工系根据师资结构特点,对能源化工人才培养模式进行了探索和改革,目前取得了一定的经验。而对如何更高效的进行校企合作,建设产学研联合协同创新体系,打造有能源化学工程专业特色的培养模式和体系,是我们继续努力和探索的目标。
参考文献
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[5]邵波.论应用型本科人才[J].中国大学教学,2014(5):30-34.
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[7]任成龙.论科研实践与大学生创新能力的提高[J].南京工程学院学报(社会科学版),2010,10(1):48-51.
哈尔滨工业大学电化学工程专业成立于1962年,是国内最早建立的电化学工程专业之一。1999年我国大学本科专业目录调整,原多个化工类专业(含电化学工程)统一合并为“化学工程与工艺”专业,但各大学中的该专业侧重方向与特色不同。我校保留了原来的“电化学工程”方向与特色,并被教育部认定为第三批高等学校特色专业建设点。在特色专业的建设过程中,面对宽口径的“化学工程与工艺”专业,既要开设核心化工课程又要保持电化学工程专业方向的课程。2008年修订培养方案时,我们将化学工程与工艺专业分为“化学工艺”与“电化学工程”两个专业方向进行课程设置。对“化学工艺”专业方向的学生按“化学工程与工艺”专业规范要求构建化工课程体系进行培养;而对于“电化学工程”方向,探索以满足专业规范中核心知识要求为前提,依据专业特色的需要,通过以知识点为标准(不拘泥于课程名称)协调专业规范要求与专业方向的关系,构建彰显专业特色的课程体系。2012年修订培养方案时,我们在系统地分析总结前期实践效果的基础上,形成了新培养方案。本文重点介绍了我们构建与“电化学工程”专业方向对应的课程体系的一些做法,以期达到抛砖引玉之作用。
一、面向国家需求的专业特色定位与培养目标
专业特色是特色专业的灵魂,特色定位准确与否直接决定了特色专业建设的成败。首先,专业特色的定位要以长期形成的办学理念以及在人才培养方面的积累为基础。哈尔滨工业大学化学工程与工艺专业的“电化学工程”方向经过半个多世纪的深厚积累,培养了大批我国电化学工程领域的中坚力量。20世纪80年代,本专业王纪三教授的“发泡镍电极”技术,带动了我国电池行业的技术进步,胡信国教授的“一步法无氰电镀铜”工艺引领了电镀行业降低污染的技术革命,因此获得了国家发明奖。当前,传统石化类资源的日趋紧张及环境污染压力,已成为限制我国经济发展的一大瓶颈,研发新型能源与电镀清洁生产新工艺,是国家能源、环境的重大战略需求,特色专业责无旁贷要担当起此方面人才培养的重任。我们认为,特色定位不能脱离化工领域及化工学科,要根据国家对人才需求现状和发展趋势,充分发挥自己已经积累的特色基础和教学资源优势,有效利用外部环境中的有利因素和发展机遇进行定位。基于此,哈工大“化学工程与工艺”专业特色方向确定为化学电源和电化学表面处理,与电池及电镀行业对应。
本专业毕业的学生应具有以下几方面的知识和能力:(1)具有坚实的自然科学基础,较好的人文、艺术和社会科学基础知识及较高的科学素养;(2)具有较强的计算机和外语应用能力;(3)较系统地掌握本专业领域的理论基础知识,了解学科前沿及最新的发展动态;(4)具有创新意识和独立获取知识的能力;(5)具有较强的分析解决问题的能力及实践技能,具有从事与本专业有关的产品研究、设计、开发以及组织管理的能力;(6)熟悉本专业领域相关的发展方针、政策和法规。
二、基于专业特色的内涵和建设目标,明确课程设置的原则
专业特色是指充分体现学校办学定位,经过长期办学实践逐步积淀形成,优于其他学校相关专业的独特、稳定和具有鲜明个性特点并为社会所承认的专业风格。开展专业特色建设,旨在促进高等学校人才培养工作与社会需求的紧密联系,满足国家经济社会发展对多样化、多类型和紧缺型人才的需求。通过专业特色建设,探索专业建设实践,丰富专业建设理论,形成专业建设、人才培养与经济社会发展紧密结合的专业建设思路与人才培养方案,形成该专业建设内容的相关参考规范,对国内同类型专业建设起到示范和带动作用。
人才培养方案的制订与优化是专业特色建设的核心内容,而课程体系的设计是实现培养目标的基础,是完成特色型人才培养的保证。课程体系构建要根据人才培养目标要求应具备的知识、能力、素质,明确其应具有的知识结构进而设置相应课程,形成结构合理能满足专业特色需要的课程体系。我们认为满足专业特色的课程设置应遵循如下原则:
1.通识教育和专业教育相结合的原则。课程设置上要处理好宽基础与专业特色的关系,注重理学基础教育,既要满足特色的要求,又要为学生未来可持续发展和继续学习打好基础。通识教育和专业教育课程的有机结合,拓宽学生知识和视野,使学生在科学基础、人文素养、专业素质和能力等方面同步提升,促进学生的全面发展。
2.坚持在满足“化学工程与工艺”专业规范要求前提下彰显专业特色的原则。依据专业特色的需要,以知识点为标准,构建融会贯通、有机联系的课程体系。应以学生为本,不但要有与专业特色要求知识结构对应的课程体系,还要通过增加选修课的方式,构建与专业规范完全对应的课程体系,以满足本专业方向学生的自主选修。同时注意设置反映行业与产业形成的新知识、新成果、新技术和学科发展的课程。
3.加强实践教学与创新能力培养的原则。单独设置与实践教学及创新意识培养对应的课程,注重理论课与实验课的衔接与相互补充。增加实验教学比重,及时将教师的相关研究成果转化为实验教学内容,使我校的强势科研力量转化为优质教学资源。并通过设置产学结合与创新类课程等,培养学生运用所学知识解决实际问题的能力及创新意识。
4.促进本科教育国际化的原则。保证学生四年外语不断线。在通识教育阶段基础上,参照国外同类专业课程体系,设置和建设系列化专业教育双语课程,培养学生跨文化交流能力,提高学生的国际竞争力。
三、以满足专业规范基本要求为前提,构建彰显专业特色的课程体系
高等教育大众化的显著特征之一是多样化,但多样化不是随意化,不能没有基本的人才培养质量标准。专业规范就是专业人才培养的总体框架与规定,我们不能背离专业规范中的基本要求去追求所谓的专业特色,遵循专业规范而不拘泥于规范的专业特色才能日益彰显。专业特色总体上呈现多样性特征,而专业规范体现了统一性的特征,专业规范中的人才培养基本规格,核心知识领域等质量要求标准是统一的,这是专业本身具有的特征。要协调好专业规范的统一性与专业特色多样性的关系,以满足专业规范基本要求为前提来彰显专业特色。我们以“化学工程与工艺”专业规范中要求的知识点为标准,围绕“电化学工程”知识结构的需要构建课程体系。基本做法如下:
1.在通识教育方面,强化数理基础,数学类课程278学时、物理课程177学时,人文与社会科学基础课177学时,公共外语课200学时(前两学年完成公共外语课后,大三开设双语课有“化工热力学”、“电化学测量”等,大四开设“表面工程”、“新型化学电源”、“电动车能源系统”双语课,保证四年外语不断线),还设有文化素质讲座、全校任选课等;针对行业、学科发展的需求,在通识教育的基础上,通过知识点不重复介绍来压缩相应课程的学时,设置与电化学工程知识结构对应的学科基础课、专业核心课、专业选修课。为拓宽专业基础,将“工程制图基础”、“化工传递与单元操作”、“化工热力学”、“化工综合实验”、“专业导论课”、“化工安全概论”、“理论力学”、“材料力学”、“电工与电子技术”、“电工与电子技术综合实验”、“高分子材料”、“新能源概论”、“无机材料制备方法”等定为学科基础课。按教学目标重组突出专业特色的主干课程体系,把“无机化学”、“有机化学”、“分析化学”、“物理化学”、“化工传递与单元操作”、“化工热力学”、“电化学原理”、“电化学测量”、“化学电源工艺学”、“电镀工艺学”10门课程作为专业主干课。
2.以知识点为标准,通过必修与限选课来满足专业规范的基本要求。“电镀车间设计”、“化学电源设计”为实践类必修课,同时设有“化工机械与设备”专业选修课,以此涵盖化工设计的知识点;“化学反应工程”与“电化学反应工程”2门课限定为至少二选一,另外在10门专业主干课程中,包含了电极过程动力学、催化、反应器等内容,满足了反应工程知识点的要求。我们增加了选修课门数,并以知识点不重复介绍为原则压缩每门课程的学时,具体分为三类:第一类是设置了“结构化学”、“化工设计”、“化工仪表及自动化”、“化工分离工程”等化学、化工类课程及“材料分析测试方法”课程,使学生具备专业规范要求的化工知识体系,为有志于在化工行业就业及出国、考取外校研究生的学生打好基础;第二类是设置了“新型化学电源”、“固体电化学基础”、“电动车能源系统”、“绿色能源”、“电极材料结构表征”等课程,供希望从事电池行业的学生选修;第三类是设置了“化工设备腐蚀与防护”、“表面工程”、“电化学加工技术”、“涂装技术”等课程,供准备从事电镀行业的学生选修。从知识点看,既满足了“化学工程与工艺”专业规范的要求,又构建了适合专业特色的电化学工程知识结构体系。同时,不但满足了学生的就业要求,还为学生职业发展和继续学习奠定了基础。
四、发挥学科优势,设置加强实践教学与创新能力培养的课程
本专业依托的哈工大化学工程与技术学科,具有一级学科博士学位授予权,并建有化学工程与技术博士后流动工作站,2012年哈工大的化学工程与技术学科排名进入全国评估前八名。多年来面向国家、国防重大需求,形成了本学科的优势特色。在应用电化学方向上,产学研特色突出,多项原创性成果为企业创造了显著的效益。与本专业建立长期稳定的科研、教学合作关系的企业有十几家,为产学结合的学生培养奠定了良好的基础。我校化工学科在“211工程”、“985工程”的支持下,形成了科研、教学硬件大平台,为学生的科研训练、课程设计、毕业论文(设计)等提供良好的实践平台。在软硬件方面,对电化学工程的专业特色方向建设起到了保障和促进作用。另外,本专业正在逐步加大科研设备和科研实验室等资源向学生开放的力度,创造条件让学生能够较早进入实验室,参与教师的科研工作,在具体的科研活动中培养实践、创新能力。在专业实验内容上,鼓励教师将适合于实验教学的科研成果转化、更新为课程教学内容,有利于将最新的学科知识、技能传授给学生。
在实践教学与创新意识培养方面,对于基本技能、方法类实验,与四大化学相关的实验课为132学时、与化工基础相关实验72学时,与专业方向对应的实验课100学时。特色专业是面向行业培养人才,在产学结合上,设置“国内外专家讲学”学科基础课,还要求讲授专业课的教师要理论联系实际,注重启发科研思路。专业定期从合作企业中邀请高级工程技术人员来校为学生进行课堂教学或讲座,聘请具有教学经验的高级工程师参与本科教学活动;在创新能力培养方面,设置了“大一年度项目”、“创新创业训练计划”、“创新实验课”、“创新研修课”,要求学生在校期间至少完成2个学分,可通过选修创新研修课、创新实验课、参加大一年度项目、大学生创新创业训练计划、学科知识竞赛、发表研究论文、申请专利等方式获得。
自1999年本科专业目录调整后,我们围绕协调专业规范的统一性与专业特色多样性的关系上,进行了各方面的努力与探索,构建了面向国家需求的化学工程与工艺特色专业课程体系。作为特色专业建设,我们今后要为实现培养具有前瞻性、综合素质高、创新能力强和具有国际竞争力的行业人才的目标而继续努力。
参考文献:
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[4] 徐定华,关勤,楼盛华. 论高校专业规范与专业特色的内涵及关系[J]. 中国高等教育,2010(8):57-58.
一、优化课程结本文由收集整理构
创新能力来源于宽厚的基础知识和良好的素质,仅仅掌握单一的专业知识是很难做到的。因此,加强学生专业基础教育的内涵更新和外延拓展及构建合理的课程体系非常重要。首先要优化课程结构,按照“少而精”的原则设置必修课,增加选修课比重,允许学生跨系跨专业选修课程。还要提高学生获得信息的手段,使学生有机会接触各学科发展前沿,了解科技发展的趋势,掌握未来变化的规律。
二、优化课堂教学形式
课堂教学是教学的基本组成形式,学生的创新精神和创新能力的培养也必须渗透到各科教学过程中。教师既是知识的传授者,也是创新教育的实施者。要结合学生的认知水平和生活体验,创设新的教学情景导入新课,营造一个鼓励学生创新的课堂氛围。采用多样的课堂教学形式,鼓励学生提出不同的见解。加强各学科的相互渗透和交叉综合,有利于学生整体素质的提高;注意融合学科前沿知识和高新科技,激发学生的创新精神。
三、探索开放式实验教学体系
充分利用我院省级化学工程实验教学示范中心的仪器设备和师资力量,探索和完善实施开放式实验教学的方法及其在课堂教学、实验技能竞赛、创新实验设计竞赛、新能源设计竞赛、数学建模竞赛、本科生毕业设计(论文)中的应用,改革和完善实验课程成绩的科学评价体系,改革实验室管理运行机制,探索开放实验室的管理方式和体制,探索保障实验仪器设备不断更新以跟上学科发展的途径,完善实验仪器设备、实验经费和实验耗材的实验室管理体制。
四、完善学生科技创新体系,建立校内外创新实践基地
实行学生研究训练计划,引导学生在教师的指导下进行科研训练;鼓励学生参加教师的科研课题,与教师合作进行科学研究;实行学生科研立项制度,从政策和经费上鼓励学生进行科技创新;聘请国内外著名专家学者为学生作学术报告等形式,使学生了解能源化工专业发展的学术前沿;鼓励学生申报国家创新实验项目,省、校级挑战杯项目等,提高学生的科学素质,培养学生的科学精神。发挥区域经济优势,签约合作企业,并对创新设计实验室进行重点投入建设,本专业已建成国家级石油化工工程实践教育中心和大庆炼化公司的创新实践基地,为学生创新实践提供了保障。
五、完善评价体系,建立创新激励机制
评价是教育管理中实施控制的特殊手段,是教育管理的重要环节。传统培养体系不利于培养创新人才的弊病反映在评价体系上采用简单划一的方式,未能反映出学生的真实全面的水平和能力。对学生的评价不仅要重视知识的全面性考查,更要重视创新能力的考查。考试方式多样化,考试时间自主化。同时建立对学生的创新意识、创新能力、创新成果积极的激励机制,即对学生的各种创新行为和成果给予正面的激励和奖励。建立专门制度,从政策导向上鼓励和支持教师在传授知识过程中,积极探索创新思维能力培养的方法并付诸实践。
六、实践成果
1.丰富和完善了教育教学研究的改革和实践。项目在能源化工专业2009级中进行了三年的应用,收到了良好效果,极大地推动了其他化工专业类拔尖人才和创新人才的培养和实践,对促进石油化工类拔尖创新本科人才培养质量的提高发挥了积极的作用。2010年以来,石油化工类专业承担省级教改项目3项。发表教学研究论文9篇,主编教材3部;完成了《分离工程》等省级精品课程的建设,《化工热力学》、《化学反应工程》、《工业催化》3门重点课程建设。
2.促进了石油化工专学科建设。石油化工创新拔尖人才培养的改革促进了以化学工程与工艺为主的石油化工类学科建设。目前在学科建设方面已有1个国家级特色专业—化学工艺,1个国家级战略性新兴产业相关专业—能源化学工程,1个省重点(特色)专业—化学工程。已有1个国家级实践教育平台—国家级石油化工工程实践教育中心,1个轻烃加工与利用部级重点实验室,1个石油与天然气化工省重点实验室和1个省级石油化工技术研发中心,已成为黑龙江省石油化工工程技术人才培养和培训基地。
根据现代化学工业的特征及社会对化工人才需求的趋势,应用型高校化学工程与工艺专业的目标是培养化学化工理论基础扎实,实践动手能力、自主学习能力、创新能力及外语与计算机应用能力较强,适应化工、冶金、能源、轻工、医药、环保等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理等方面工作的应用型高级工程技术人才[2]。为了实现上述目标,化学工程与工艺专业应用型本科人才应具备的基本素质与专业能力包括7个方面:①树立正确的世界观,具有良好的人文精神、科学素养,能处理好人与环境、人与社会的关系;②掌握化学工程与工艺的基本理论和基本知识;③掌握化学装置工艺与设备设计方法,掌握化工过程模拟优化方法;④具有对新工艺、新产品、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力;⑤了解化学工程的理论前沿,了解新工艺、新技术与新设备的发展动态;⑥掌握文献检索的基本方法,具有一定的科学研究和实际工作能力;⑦具有创新意识和独立获取新知识的能力[2]。因此,根据现代科技和生产的发展需要,以服务地方经济社会发展为目标,把握高等教育规律和化学工程与工艺专业特征,制定化学工程与工艺专业应用型人才培养方案,具体如图1所示。在人才培养方案制定的过程中,合肥学院借鉴德国应用科学大学培养应用型人才成功经验,非常重视企业的作用,将企业要求与学生的培养相结合,构建理论教学与实践教学相学体系,确定了以“面向企业、立足岗位、注重素质、强化应用、突出能力”为指导思想的“应用型”人才培养模式。理论教学体系体现“三个服务”原则:基础理论教学要为专业技术课教学服务,理论教学为提高学生综合素质服务,把素质教育贯穿于教学全程,为培养学生具有独立分析和解决实际问题的能力服务,注重培养学生对技术成果的吸纳和综合应用能力。建立与培养目标相适应的实践教学体系,形成基础实训、专业实训及校内、外实训教学相结合的综合实训教学一体化,完成实训教学。促进学生掌握专业技能,实施“四年九学期制”,提高学生就业竞争能力。
1.2化学工程与工艺专业人才要求
化学工程与工艺专业是为了适应新世纪化学工业的发展而设置的,是由原来的化学工程、有机化工、无机化工、高分子化工、精细化工、煤化工、工业催化等专业合并而成的宽口径专业,覆盖面宽、涉及领域广[3]。该专业具有两大特色:一是覆盖面广。研究领域涉及无机化工、有机化工、精细化工、材料化工、能源化工、生物化工、医药化工、微电子化工等诸多领域;二是工程特色显着。该专业以化学工程与化学工艺为两大支撑点,化学工程主要研究化工过程及设备的开发、设计、优化和管理。化学工艺则研究以石油、煤、天然气、矿物、动植物等自然资源为原料,通过化学反应和分离加工技术制取各种化工产品。化学工程与工艺专业涉及的工程放大技术、系统优化技术和产品开发技术,不仅在化工领域,而且在医药、材料、食品、生工等众多相关领域均大有用武之地。因此,化学工程与工艺专业培养的学生应有较强的工程能力和工作适应性,需掌握化工生产技术的基本原理、专业技能与研究方法,具有从事化工生产控制、化工产品和过程的研究开发、化工装置设计与放大的初步能力[4]。
1.3应用型化工人才实践教学体系构建
高等工程教育强调综合素质的基础作用和工程素质的定型作用。培养应用型化工特色人才,核心就是培养实践能力强的应用型人才。以培养应用型人才为目标,以科学发展观为指导,遵循教育教学基本规律,坚持育人为本,教学为纲,根据学生需要,围绕学生能力拓展和知识结构构建实践教学体系。该体系由基本技能、专业能力、综合能力三层次训练组成,将课外创新活动和社会实践有机融合。借鉴德国成功的经验,培养学生工程设计能力、项目实现能力及创新能力,构建工程化的实践教学体系如图2所示。实践教学根据能力要求可分为3个层次:基础实践层、专业实践层、综合和创新实践层。基础实践层以强化“三基”,培养基础能力为目的,将基础化学实验分为3个层次和5个模块,构成一个彼此相连,逐层提高的体系[5]。通过化学专题研究训练,强化了知识和技能的综合性;认知实习在实践教学体系中处于承上启下阶段。学生在与自己相近或相关的岗位上经过认知实习,了解专业所需要的专业知识、能力、素质,有利于他们结合自己的兴趣,规划未来发展,在专业方向的选择、课程模块的选择上会更加理性。2周金工实习和1周电工电子实习,实现基础能力培养目标;专业实践层是在理论教学和基础能力培养的基础上,通过专业基础实验、课程设计、工程实训等实践教学的环节实现专业能力培养;综合和创新能力是对技术基础知识、运用专业知识解决实际问题能力和知识迁移能力的综合体现,反映学生整体素质。通过毕业实习、毕业设计(论文)等实践教学环节,配合第二课堂科技活动,达到培养专业技术应用能力的目的。总之,各层实践教学活动层层递进、相互渗透,达到培养目标规定的专业技术应用能力的要求。
2围绕工程能力培养,实施实践教学改革
2.1突出强化实践锻炼,提高教师实践教学水平
教师是实践教学体系的主导者,也是实践教学体系的实践者。要培养高质量应用型人才,必须要有高水平的教师队伍。按照这一思路,为所有的实验室配备了具有硕士学位的专职实验教师,采取走出去、请进来的办法培养教师的实践能力,派合肥学院高学位高职称的教师到企业去锻炼6~12个月,增加教师的工程意识和实践能力。根据学院要求成立了实验技术教研室,这不仅是名称和内涵的改变,更重要的是教育理念的转变,建立实验技术教研室,由教授、博士担任主任,具有研究生学历的教师为成员,研究实践教学内容、方法和手段,进行实验教学、实验课程内容和方法改革等工作。目前,和化学工程与工艺专业实验实践教学有关的合肥学院院级教研立项6项,安徽省教育厅立项3项,获得教学成果奖合肥学院二等奖一项、三等奖一项;安徽省三等奖一项。聘请企业和设计院等单位人员担任教师,让学生参与解决实际工作问题,提高实践能力。
2.2加强实践教学条件建设,提供实践教学载体
实验室和实习基地是完成实践教学内容所必需的保障平台。在实验室建设方面,加强以无机化学、有机化学、物理化学、分析化学课程为支撑的基础化学实验室建设,和以化工原理为支撑的化工基础实验室。专业实验作为一门最能反映专业特色,与专业科学技术发展关系最为密切的实践性课程,必须跳出原有的框架,重新构建一个能够全面反映化学工程学科发展方向、适合按专业大类组织实验教学、有利于培养学生工程实践能力和创新能力的新框架。根据化学工程与工艺核心课程化工热力学、传递过程原理、化学反应工程、分离工程和技术化工工艺学作为构架,遵循以下原则:紧扣化工过程研究与开发的方法论;充分考虑工程学与工艺学实验的适当平衡;具有典型性、力求先进性、增加综合性;实验内容既符合化学工程与工艺学科发展规律,又具有鲜明的先进性和特色,建立了化工热力学实验室等专业实验室。根据专业和学生发展需要,在专业方向上设立分离工程和精细化工2个化工专业方向,并建立精细化工和分离技术2个实验室,建立膜材料和膜过程院级重点实验室1个。校外实习是强化专业知识、增加学生的感性认识和创新能力的重要综合性教学环节,校外实习基地是培养学生实践能力和创新精神的重要场所,是学生接触社会、了解社会的纽带[6]。以校企互利双赢为机制,开展产学合作,和中盐四方集团等14家企业建立良好的合作关系,与企业合作共建实验室2个。每年由校内和企业教师共同指导学生进行实习,并在毕业论文(设计)环节,由企业提出课题,真题真做,学生将所学知识和生产实际相结合,取得在书本上得不到的收获。中盐四方集团、东华集团工程技术人员指导学生设计多次获合肥学院优秀毕业设计(论文)奖。
2.3第一课堂与第二课堂相结合,着力培养学生创新能力
作者简介:孟广波(1961-),男,辽宁新宾人,沈阳工程学院机械学院,教授;毕孝国(1962-),男,吉林辽源人,沈阳工程学院能源与动力学院,教授。(辽宁 沈阳 110136)
基金项目:本文系沈阳工程学院2012年度校级教育教学研究重点项目(项目编号:Z1209)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)03-0145-02
能源是现代文明的动力,人类社会的进步无不以能源的利用为基础。[1]能源化学工程专业要求学生掌握能源化学工程基础理论和技能,是一个综合性、实践性很强的专业,实践教学已经成为该专业人才培养特色的重要标志,更是该专业人才培养质量的基础保证。因此构建有效、可行的实践教学体系对培养高质量的应用型人才、突出该专业教育特色和提升办学成效,实现“卓越工程师教育培养计划”具有十分重要的意义。
能源化学专业实践教学体系包括社会实践、校内外实验、实训、课程设计、毕业实习、毕业设计等环节,基于目前我校能源化学专业的实践教学状况,我们从以下几个方面入手优化实践教学体系,改善实践教学效果。
一、以培养目标为依据,科学制定实践教学体系
培养目标的设定直接决定着人才培养方案的编制、教学方法和措施的运用以及人才培养的质量要求。我校能源化学工程专业人才培养目标是:培养适应社会主义现代化需要的德、智、体、美全面发展,掌握能源化学工程基础理论和技能,面向电力、供热、化工、环保、煤炭等能源转化领域,从事污染控制和减排工艺的设计、运行及生产过程控制、相关产品研制与开发等工作,具有创新精神和能力的高级工程技术人才。
根据我院的人才培养目标,要想满足人才培养要求一定要改变“重理论,轻实践”的教学方法,转变教育思路,更新教育理念,着重培养学生的实践动手能力和创新精神。充分认识实践教学环节在人才培养过程中的重要性,使课堂教学和实践教学环节相辅相成,互相促进。毕业生在就业岗位上的执业能力是衡量学校办学质量和办学水平的重要指标。学生具有较强的实践能力和专业技能就会在用人市场形成良好的口碑,对提高学校和专业的声誉与知名度大有益处。能源化学专业培养目标和定位制定得是否科学、准确对建立合理的实践教学体系至关重要。由于能源化学专业学生面对的是电力、供热、化工、环保、煤炭等能源转化领域相关的岗位群,专业口径宜适当放宽而不宜过窄。为此要突出应用性特点,在人才培养过程中注意突出高素质应用型专门人才的岗位要求,培养适应企业要求的高素质应用型专门人才,突出实践能力的培养,突出实践教学的目标要求。为达到以上目标,我校能源化学工程专业的人才培养方案中除理论课的课内实验外还安排了42周的集中实践教学环节。其中包括社会实践、校内外实验、实训、课程设计、毕业实习、毕业设计等环节。
二、以培养技术应用能力为基础,完善实践教学体系的各个环节
根据能源化学工程专业的特点,针对课程实验、校内实训、校外实习、课程设计、毕业设计、社会实践活动等六个环节,从教学目标、内容和教学方法进行界定,使它们不仅各具特色,而且相互联系,系统地为培养具备高素质的能源化学工程专业人才服务。
1.校内实验、实训
校内实验、实训在实践教学环节中非常重要。要想进一步培养学生的动手能力,提高实验、实训效果,一方面要加强校内实验室和实训基地的建设,加大资金投入力度,增加设备台套数。实行实验室开放制度,提高设备利用率。除课内安排的实验外,学生可利用课余时间到实验室,在遵守实验室开放制度的前提下,综合已学到的理论知识,针对自己感兴趣的项目,设计实验方案,研究分析实验数据和结果。培养学生的创新意识,锻炼学生独立分析问题和解决问题的能力。另一方面要大力改进实验、实训方法和内容,减少验证型实验项目,增开设计型、综合型实验项目,锻炼学生的创新能力。改变以前以教师为主的实验教学模式,让学生成为实验课堂的主角。教师只需提供实验任务书和必要的实验设备、器材,在实验过程中给予必要的指导。学生可根据自己对实验任务书的理解,设计实验方案,制定实验步骤,独立分析处理实验数据。让学生在实验中充分发挥想象力和创造性。在不断探索和实践中享受成功的喜悦,领悟科学的真谛,真正体现“以学生为本”的理念。
2.校外实习教学
校外实习教学可培养学生综合应用知识能力、分析问题解决问题能力、团结协作精神以及社会责任感。能源化学工程专业的学生,四年中有两次校外实习,即认识实习和毕业实习。实习的主要目的是熟悉与专业相关主要设备的结构和基本原理,了解工厂生产过程。目前两次实习均安排在生产工厂,由于安全等因素,学生根本看不到设备的具体结构,学生被安排跟班运行,但无法亲手操作,只能了解一点外观现象,无法了解设备的结构及事故处理操作。为改善实习效果,在去现场实习前,利用学校的多媒体设备和虚拟实验室,让学生观看和动手操作,发现问题,到现场后可有的放矢地带着问题学习,起到了事半功倍的作用。
3.课程设计
课程设计教学则是对学生工程设计能力的训练,也是工科学生必备的职业技能。现有的课程设计大都是对所学课程相应部分的验证,注重计算,缺少将所学知识综合起来应用于解决实际问题的环节,因此,在课程设计的选题上还有待于进一步探索。
4.毕业设计
毕业设计则是一次对所学知识的综合运用过程。从选题、开题、教师指导到学生毕业论文答辩等一系列工作都要注意收集本专业的最新信息和资料,注意培养学生的工程意识。在选题上尽量做到结合现场实际,真题真做,提高学生的学习兴趣,真正达到毕业设计的目的,以便学生在走向工作岗位后尽快进入角色。
5.课外实践活动
学生在学好有关专业知识、提高专业实践技能的同时,要注重综合素质的提升。经常开展课外实践活动,积极参加各种学科知识竞赛,开展大学生科技创新活动,利用寒暑假时间进行社会调查活动,积极参与社会公益活动,引导学生了解社会、了解国情,增强责任心和使命感,树立正确人生观、世界观和价值观。
三、以“双师型”师资队伍建设为重点,满足应用型专门人才培养的需要
实践教学环节能否达到培养目标要求,实践教学效果如何取决于诸多因素,但具有一支年龄结构、专业结构、知识结构合理、敬业爱岗、教学能力突出的师资队伍是非常重要的因素之一。
目前能源化学工程专业的教师大多来自全国重点大学,并具有硕士、博士学位,专业理论知识水平较高,并具备基本课堂教学能力,但实践教学能力和综合应用知识能力还有待加强,而应用型人才培养恰恰强调培养学生动手能力和知识的综合应用能力。要求教师在具备深厚的学科专业理论知识的同时,还要深入企业,了解生产现场的设备结构、系统组成,将实践教学要求与企业要求紧密结合,实现由传统高等教育师资队伍向应用型教师队伍的转换。
为尽快适应应用型人才的培养要求,我们采取两方面措施:一方面加强教师的实践能力培养,鼓励教师结合现场实际,开展科学研究,既解决现场生产难题也丰富自身的实践能力。理论教师兼任实验课程并参与各种实践教学环节和企业的实际工作,建立一支“双师”型实践教学队伍。另一方面从企业聘请有一定的实践技能、熟悉现场工作流程的校外兼职教师参与学校实践教学的各个环节。
四、以加强实践性教学设施建设为依托,实现产学研的有机结合
实践性教学必须借助一定的设施、设备条件进行。这就要求我们进一步完善和加强实验室建设,努力改善实验设施和环境。要充分利用现代化教育手段,制作仿真、动画等多媒体课件,大力建设虚拟实验室,以此作为实验、实习课程的辅助教学手段。高校培养的学生不能只会理论研究,更应该为社会服务,本科生教育的质量最终要由市场和用人单位来检验。[2]所以在完善校内实验、实习基地的同时,要加强校外实习基地的建设,首先向企业提供人才培养方案,协同企业一道按人才培养方案中对实践性教学环节的要求共同建设校外实习基地。厂校双方要本着互利互惠、共同促进的原则建立长期、稳定的合作关系,并在资金投入、甲乙双方职责等问题认真磋商,达成一致。在此基础上签订厂校合作协议,挂牌确定实践基地,真正实现“产、学、研”一体化。
五、以规范管理、完善评价为保障,确保实践教学质量
根据能源化学工程专业的特点,规范实践教学管理,制定实践教学的相关规章制度,如《实验室开放制度》、《实验室守则》、《校内外实习管理办法》、《课程设计、毕业设计管理办法》等实践教学的规章制度,完善各实践教学环节的教学大纲及指导书、任务书等教学文件,使实践教学制度化、科学化、规范化。成立实践教学督导小组,监控实验、实习、设计等实践环节的整个教学过程,使实践教学平稳、有序、高质、高效地运行。
为不断提高实践教学质量,应多角度收集评价意见,如学生评价、教师评价、实习接收单位评价、系(分院)自评,专家评价等信息,真正做到以评促建。学生评价主要是从自身的学习感受来评价学习过程的效果。教师评价主要是评价学生的学习质量、学习态度以及实习接收单位的接待情况。实习接收单位评价主要是从学生的综合素质、专业知识技能、实习纪律、校方的实习计划的科学性合理性等方面进行评价。专家评价是针对实习情况对学生、教师、实习接收单位进行综合评价,提出建设性意见,指导改进实习效果。
六、结束语
实践教学是人才培养方案的重要组成部分,是实现人才培养目标的重要途径,有利于培养学生动手能力和创新意识。学生在学好基础理论知识的同时,必须具备扎实的实践技能,才能满足用人市场的需求。特别是能源化学工程专业就业渠道是面向电力、供热、化工、环保、煤炭等工业企业,只有培养学生的工程意识,加强实践教学环节,完善实践教学体系,才能在竞争激烈的人才需求市场中立于不败之地。
参考文献:
(一)以课程体系建设为根本,培养学生的知识创新能力
浙江大学化学工程与工艺专业十分重视学生的实践能力训练和培养,建有完备的实践课程教学体系,主要包括化工实验(7.5学分,含大学化学实验、过程工程原理实验、化工专业实验)、化工设计(4学分)、认识和生产实习(3学分)、SRTP等科技创新与社会实践活动的第二课堂(4学分以上),共计18.5学分,达到了《工程教育专业认证标准》中化学工程与工艺专业的要求。本专业十分重视化工设计课程的建设和教学,定位为学科工程设计技能训练课程,已在2010年成功获批国家级精品课程。课堂教学与实践教学的学时分配为1∶2,学生通过面向应用能力培养和面向设计项目的实践学习过程,学习现代(化工专业)设计方法与设计工具的使用方法,了解计算机辅助化工过程设计的基本步骤,实践从单元过程到完整流程设计的全过程,初步掌握运用Aspen Engineering Suit软件进行化工过程设计的技能,使用AutoCAD绘制化工流程图、塔设备图、车间布置图、工厂总平面图的方法,了解化工设计工作程序、工作内容、设计文档编制方法,从整体上实践学习化工设计的全过程,培育综合运用化学、热力学、单元操作、化学工艺学、化学反应工程、化机与设备、仪表与自控等化工专业基础理论解决具体工程问题的能力,强化工程设计能力和创新思维的培养。
(二)以实习基地和教育内容拓展为助力,培养学生的专业兴趣
实习是高等工科院校实践教学中的重要环节,其中认识实习主要起专业启蒙教育的作用。通过认识实习,学生了解了本专业的基本生产工艺及专业的前景与发展方向,对所学专业有了一定的感性认识,并为后继课程的学习打下良好的基础。但目前的认识实多存在基地单一、时间很短的缺陷,难以保证实习的质量和效果。结合特色专业建设,本专业提出建立民营、国有、跨国企业及化工园区的三位一体认识实习基地,使学生通过民营企业的实习,深入理解化工企业的创业、发展与壮大过程,接受创业教育;通过传统的国有大企业实习,系统了解大型化工企业的流程、规模,各化工单元设备与装置的特点等,接受就业教育;通过世界化工巨头在中国公司基地的实习,认识跨国企业的规模、设计、布局及管理理念,培养国际视野,接受创新教育;通过化工园区的实习,切身感受科学规划化工园区重要性、环境保护和循环经济中化工知识的重要性,接受生态教育。因此,三位一体实践基地的认识实习将有效提高学生学习专业知识的兴趣,增强学生专业知识实际应用的感观认识,培养学生的创新创业精神与国际视野。
(三)以化工专业实验室建设为阵地,培养学生的基本技能
专业实验室是高等学校实验室的一个重要组成部分,对人才培养和学科建设有着直接的影响。专业实验教学作为培养学生动手能力、科研能力、创新能力的有效手段和必要途径,是理论教学无法替代的。为了提高教学质量,实行实验室和教学过程的统一管理,本专业于2008年对原先分属不同研究所的专业实验教学模式进行了改革,建成了集中的化工专业实验室。建设过程中,更新了所有的老旧实验设备,对原开设的实验进行了梳理,停开了部分质量有待提高的实验,保留了八个基础实验,并增加了四个综合创新实验和两个远程实验。其中综合创新实验是专业实验的升华,要求学生将基础课、技术基础理论和专业课的理论知识以及实验理论、实验技能融会贯通并应用到实验中去检验。这样既总结和巩固了前期实验教学的成果,又锻炼了学生的综合实验能力和运用实验解决工程实际问题的能力。远程实验则帮助学生实现了异地实验,实验时间不受限制,实验效率大为提高,并丰富了实验手段和创新能力的培养。
(四)以特色学科竞赛为载体,培养学生的创新能力
学科竞赛是培养创新人才、促进高校教育教学改革行之有效的途径。学生可以通过参加学科竞赛,进一步提高专业学习的兴趣和理论联系实际的能力,激发实践创新的活力。为了更好地培养学生的创新能力,我们已连续多年组织开展“三井化学杯全国大学生化工设计邀请赛”和“过程工程实验技能创新竞赛”两大学科竞赛活动。其中前者主要是化工设计课程的教学拓展,迄今浙江省大学生化工设计竞赛、“三井化学杯全国大学生化工设计邀请赛”已举办了四届。大学生化工设计竞赛活动有力地推动了化工设计课程的全国普及性,提升了其影响力,促进了国内高校化工设计课程的改革和发展,对高等化学工程教育的深化改革起到了实质性的推动作用。同时,本专业还针对“过程工程原理”课程的特点,创办了“过程工程实验技能创新竞赛”,创建了过程工程实验技能创新实践基地。该竞赛为浙江大学校内唯一一个以实验为主的校级竞赛,每年本专业有30%的学生参加该竞赛活动,学生的实践动手能力和创新意识得到了有效的训练。
(五)以特色班强化培训为手段,培养学生的专业特长
依据沈阳化工大学"面向地方,服务辽宁,面向行业,服务全国,化工特色,应用特色,培养品德高尚、专业过硬、情商出众、强于实践、勇于创新的高素质应用型人才"的基本定位。能源化学工程专业的定位确定为满足国家战略性新兴产业发展和辽宁省老工业基地经济发展的需求,依据学校以OBE成果导向为目标和CDIO为人才培养的教育理念,突出化工特色和应用特色,培养具备能源化学工程相关专业知识,具有较强工程实践能力和创新意识的工程技术应用型人才。本文针对能源化学工程专业人才培养模式进行了改革创新与实践。
1注重学生综合素质培养
面向全体学生,坚持德育为先、坚持能力为重、坚持全面发展。把社会主义核心价值观融入教育教学全过程,全面加强和改进德育、智育、体育、美育,促进四育有机融合,着力提高学生综合素质,培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人。
2完善能源化学工程专业应用型人才培养方案及培养模式,加强学生工程实践能力
培养方案的完善主要涉及到培养目标及要求、课程体系及课程修读要求、所含专业方向及特色、学时学分调整、专业课程体系设置等方面,每4年一次,由学校统一安排。人才培养方案体现了工程知识、工程素质和工程能力培养的综合特征。特别在实践教学环节的设计上,应与工程实际紧密结合。
3以工程能力培养为主线,构建课程体系,形成特色鲜明的专业核心课程群
(1)加强通识基础课教育,拓宽学生的学识基础,强化学生的素质教育。融合各门基础课、专业基础课以及专业课的授课内容,注重各门课程之间知识点的衔接,避免授课内容的重复,减少授课的理论学时数,确定简要但不失去知识点的授课方案;专业理论课授课提前,让学生尽早接触专业知识,增加对专业的认识;增加选修课的学时数,扩大选修课的内容、门类,使学生了解与化工相关学科的知识,拓宽知识面,适应社会的需求;采用案例教学的方式传授政治、人文素质等人文素质课程,激发学生的学习兴趣,在案例教学中培养学生的政治素质、人文素质、道德素质;改革狭窄的专业教育思想,强调对学生进行综合性和整体性的素质教育,增强学生对社会的适应能力。
(2)随着社会的发展,借鉴国内外先进课程的教学经验,及时调整课程体系,构建特色鲜明的专业核心课程群。根据社会的需求及时调整、补充授课内容;优化教学资源,增加专业选修课的开设的门数;按照课程内容的内在联系,将化工基础课中相关课程的教学内容重新进行整合、归并,形成若干新的课程体系,以优化智育结构,提高总体教学效率。
(3)充分发挥省级精品课的带头作用,健全课程管理制度,加大网络教育资源建设。以精品课程建设的经验和模式,全面、大力推进其他课程的改革,使各门课程适应学生能力的培养;进一步加强课程小组的建设,完善课程负责制的管理制度;加强网络教育资源开发和共享平台建设,加快专业课程的网络资源建设,为广大教师和学生提供免费享用的优质教育资源,完善服务终身学习的支持服务体系。
(4)选编结合,加快教材建设。根据新的课程体系内容,与企业的密切合作,以提高化工类专业自编教材的质量和水平为重点,大刀阔斧地摒弃陈旧的、脱离实际的课程和教材,开发、修订和编写出适应我校专业教育事业发展与改革需要的具有综合性、实践性、创新性和先进性的系列配套教材;同时要大力提高省部级以上优秀教材与重点教材的选用率,保证高质量教材进入课堂,建成具有鲜明特色的教材新体系;积极编写相应的专业教材。
4转变教学理念,改革教学方式,深化改革教学方法
(1)转变教学理念,增强“育才”的教学观念。把单纯传授知识、传授技能的思想转为“育才”的观念,因材施教,提供多种教育形式与机会;采用灵活的教学方式传授政治、人文素质等人文素质课程,减少课内学时,加强实践环节,在社会实践中培养学生的政治素质、人文素质、道德素质。
(2)以学生为中心,推行研究性学习。采用启发式、研讨式教学方式,教师根据确定的教学目标和教学要求,基于项目、课题或主题,通过问题探究形式,使学生在研究过程中主动地获取知识、运用知识解决问题的能力;减少课内授课学时,充分调动和发挥学生的主动性和积极性,引导学生自学,使学生具备创造思维、自我开拓、获取知识与技能的能力;完善各类课程的网络教学平台资源建设,为学生自主学习提供保障;充分利用多媒体教学的直观性,鼓励教师开发高质量的多媒体课件;提倡和鼓励教师采用双语教学,将专业课程的教学与专业英语的教学结合起来。
(3)进一步加强课内实践环节教育,全面提升学生的工程能力、动手能力、沟通能力。通过举办校内化工技能竞赛、化工设计竞赛、演讲、外语大赛等多种形式,增强学生的工程实践能力、表达能力、沟通能力;激励教师将科研内容转化为教学内容,鼓励教师指导大学生科技创新、创业计划等科技活动;在第7学期安排学生毕业论文、毕业设计的内容,使学生早进课题、早进实验室、早进团队。
5强化实践教学改革与实践基地建设
稳定和拓展基于企业的学生实践基地,拓宽学生的校外实践渠道。完善并实践适合应用型人才培养的实习与实践计划,积极与企业合作,建立良好的合作机制,以产学研互促共赢为目标,共同建设体现行业发展的实践教学环境,共同培养工程型教师,共同搭建人才培养平台,并建立明确的责任分担和成果共享制度。
6以各类大学生创新/创业竞赛活动为契机,大力开展大学生创新能力培养
以课外教学环节为突破口,充分利用国家、省市的各类大学生创新/创业竞赛,不断推进课外素质教育专项活动,将课内教学与课外教学相结合、创业教育与专业教育相融合,促进学生自主学习,锻炼学生综合能力。特别是近几年,我们针对高年级的学生具备一定专业知识基础的情况下,积极鼓励学生参加辽宁省、国家挑战杯大学生创新/创业竞赛、辽宁省化工设计大赛等活动,将大学生创业活动作为课外专业实践的延伸,逐步渗透创新教育理念,探索创新教育的有效形式,研究创新教育与专业教育融合的最佳模式,全面提升学生综合能力,实现应用型、创新型人才培养目标。综上,能源化工专业开展"教学理念教学改革",转变教育观念,改革现有的教学模式,培养适应社会需求的合格毕业生,是能源化工专业发展的关键。
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东华理工大学化学生物与材料科学学院2002年获得“应用化学”二级学科工学硕士点授予权,2005年获得“化学工艺”二级学科工学硕士点授予权,2008年获得化学工程领域工程硕士授予权,2010年获得“化学工程与技术”一级学科工学硕士点授予权。该学科拥有先进的实验平台,雄厚的科研开发实力。“化学工程与技术”硕士点拥有一支知识和年龄结构均较合理的师资队伍。
产学合作是一种学校理论学习与企业工程实践相结合的教育模式,相对于其他类型的人才培养,产学合作对化学工程领域人才的培养更为重要,丰富的实习实践训练、扎实的研究训练对提高研究生就业竞争力有很大帮助。与19世纪研究生教育产生时所处的社会环境不同,现代社会更加强调产、学、研的一体化。我校“化学工程”领域一直高度重视产学合作教育对化工人才培养的重要作用,对“产学研”与“创新创业创意”结合培养化学工程领域高级人才进行了一些探索和实践,取得了成效。
一、“产”为先、引导创业意识
东华理工大学(原华东地质学院)是江西省人民政府与工业和信息化部国防科技工业局(原国防科工委)共建的一所具有地学优势和核科学特色的高等院校,我校“化学工程”领域长期以来一直为核化学化工行业培养高级人才,一直与核化工企业保持良好的合作关系。
我校建校以来,长期受部委管辖,与当地化工企业联系很少。自从学校下放江西省人民政府管理以来,经过多方努力,积极与地方企业联系,义务为地方企业提供技术咨询和服务,增进了双方的了解和相互信任,局部弥补了企业领军人物和专业人才比例偏低的不足。目前已与江西省内十多家化工企业建立了广泛的产学研合作,如江西抚州添光化工有限公司、江西抚州三和医药化工有限公司、江西赣亮医药原料有限公司、江西抚州苍源生物科技有限公司、江西抚州市临川之信生物科技有限公司、江西省永方电源有限公司。通过不同层次层面的合作,形成了校企长期稳定的产学研关系,促进了企业通过加快引进高校技术成果来提升企业的科技竞争力,形成了产学相结合的化工初中高级人才培养基地和产学研结合的教学科研创新基地,又是企业破解行业技术问题和研究生培养的共同体。
产学研合作是指企业、科研院所和高等学校之间的合作方式,产学研合作是一个系统工程,其功能和作用都是双向的。导师鼓励研究生走出“象牙塔”,向社会学习,向基层学习,向实践学习,注重就业创业引导,努力使专业学习与创业教育紧密结合,专业实践与创业实践有效衔接,让研究生在“做中学”,进一步增强研究生创业理念,促进研究生创新创业能力,提高就业率和就业质量。企业的收获在于教学培养的人才和科研成果最终流向企业,通过一年实践学习,对实习企业有一定了解的化学工程领域研究生毕业后选择回实习企业就业,这些研究生对企业工艺流程有比较深刻的了解,不需要经过培训,很容易上岗;企业的技术骨干也可以到我校通过攻读化学工程硕士学位提高理论水平。
二、“学”为主、培养创新能力
学校不必建立一个比真实化工厂的工程实践环境更好的化学工业实验室,通过多层面、全方位的产学研合作,学校既可有效地解决化学工业实验室建设所需要的经费不足和场地缺乏等问题,同时能够解决实践教学指导环节中化工专任教师“弱工程化”的问题,增加接触化工企业的机会,增强工程实践能力,以提高化工专业课程教师工程素质和培养“双师型”教师。
另外我校“化学工程与技术”学科教师在承担各级纵向科研课题的同时,也通过与化工企业广泛合作,承担大小横向研发项目,在促进自身科研水平提升的同时,也为教学质量的提高奠定了基础。所有这些纵向横向项目的开展都为研究生的毕业论文和毕业设计环节提供了充足的题目来源和经费支撑,为研究生工程实践能力和创新能力的培养奠定了必备基础。
创新是在一定范围内、时间内做别人没有做过的事,提出别人没有提出过的东西的一种活动过程及其结果。进入化工企业的专业型研
三、“研”为线、点燃创意火花
化工企业所取得的科研成果由校企双方共享,校企双方以互惠互利、共同可持续发展为原则。通过产学研用结合,可进一步提高我校化学工程领域研究生群体的社会贡献率,优化研究生的知识结构和 能力骨架,增强研究生分析问题及解决实际问题的能力,同时促进合作单位研究开发能力、科技创新能力和综合竞争实力的不断提高。[6]
高校应充分发挥教书育人、科学研究及服务社会三大职能。“化学工程与技术”学科教师穿梭于学校和生产企业之间,能及时了解什么是社会急需的技术和适用的技术,密切关注科技成果应用价值来提高科技成果转化率,根本上解决经济科技“两张皮”,摆脱长期以来科研成果在实验室“睡大觉”现象,切实充当产、学、研的纽带和桥梁,让彼此从原来的松散联盟变成紧密合作体。目前“化学工程与技术”学科多名知名教授被化工企业聘请为省级科技特派员或承担省级产学研课题。2010年抚州三和医药化工有限公司科研项目“雷贝拉唑羟基物盐酸盐”先后获得抚州市科学技术奖一等奖和江西省科技进步奖三等奖,2011年抚州三和医药化工有限公司科研项目“奥美拉唑氯化物”又先后获得抚州市科学技术奖一等奖和江西省科技进步奖三等奖,2012年抚州三和医药化工有限公司“医药中间体技术创新团队”被认定省级技术创新团队,这些科研成果里也凝聚了我校“化学工程与技术”学科教师和研究生的心血和汗水。研究生在企业实践期间体会到比别人拥有更多的信息就会有更多的创意,也观察到如何将好创意应用到商业,从而实现自己的创业梦想。
大力开展产学研深度合作,大力倡导创新创业创意理念,培养高素质的化学工程领域研究生,是我们今后将继续探索和实践的目标。
参考文献:
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我国高等教育进入大众化阶段后,研究生招生规模不断扩大,培养结构也进行了调整。2010年,国务院学位委员会通过了新增专业学位及培养类别,之后我国专业学位研究生培养迅速发展[1]。专业学位教育主要是根据行业发展需要,定向提升学生的实践能力和职业技能,以使其毕业后迅速适应行业发展的需要[2]。在专业学位硕士研究生培养过程中,实践教学是核心培养方式和重要环节[3-4]。实践基地是实践教学活动的重要平台,有助于提高学生的创新实践能力及工程实践环节的质量。作为河南省化学工程专业学位研究生的主要培养单位之一,郑州大学化学工程专业学位研究生的录取比例逐年增加,已占研究生录取总人数的60%以上。根据专业学位教育指导委员会的主要指导思想,工程专业学位研究生培养应以实践能力培养为主线,积极创新人才培养模式和机制,不断探索新的培养模式。为此,学校以河南省内主要化工企业为依托,整合校企的优势,主动面向区域经济社会发展需求,促进研究生培养与产学研紧密结合,成立了一批化学工程专业学位研究生联合培养实践基地。本文以“河南能源化工集团煤气化公司”实践基地为例,介绍了该基地整合校企双方学术队伍、项目技术、科研平台、实验设备及装置等方面的优势,不断推进研究生培养机制改革与创新,并通过引入案例教学提升基地研究生培养水平的具体举措。
一、实践基地的建立
煤化工产业是河南省重点培育发展的新兴支柱产业之一,对拉动全省经济增长、促进工业结构调整发挥着重要作用。煤气化技术是煤炭转化的关键技术,深入研究煤炭的转化及深度利用意义重大。围绕煤气化技术发展的重大需求,学校和河南能源化工集团煤气化公司共建了实践基地。该基地是校企双方开展协同创新的重要载体和平台,为推进对中原经济区科技带动作用强的资源与材料产业的规模化和转型发展起到了引领和示范作用,获批河南省研究生教育实践基地。校企双方围绕人才培养、引进、使用及评价环节,针对教学中存在的重课堂教学轻实践教学、重理论知识灌输轻实践能力培养等问题,对人才培养方式进行了调整。实践基地充分发挥校企双方的资源优势,形成了一批结构优化、优势互补的优秀创新团队,构建了知识创新机制,以期强化研究生的创新意识和能力,提高学生的学术水平和科研能力。
二、实践基地的运行机制
针对化学工程专业学位研究生的培养目标和需要,校企双方构建了实践基地的运行机制,涉及管理体制、经费筹措、指导教师、培养计划、招生就业等方面。
(一)管理体制校企双方与研究生教育创新培养基地管理委员会一起负责实践基地的日常管理,并积极完善各项管理制度,形成了完整、有效的研究生创新激励制度,强化研究生创新意识和创新能力的培养。基地建立了创新项目研究平台,采用了能有效发挥研究生自主创新能力和学术研究能力的管理模式。基地的省部级重点实验室、国家和省级重点学科实验室、省级工程中心及各实验中心等对进入创新基地的研究生开放,以实现优质教育资源的开放和共享,促进研究生科研创新能力和培养质量的不断提高。
(二)经费筹措实践校企人员共同研究和解决工程技术和科研难题,围绕煤气化过程系统集成、煤气化下游高附加值产品开展联合研发,并联合申请省级或国家级课题;利用学院的科研经费与企业的科技创新经费设立创新人才培养基金,支持基地建设;同时争取河南省研究生教育创新培养基地建设经费的支持。
(三)指导教师实践基地结合建设实际,遴选企业的优秀人才作为校外导师,并配备校内导师,实行“双导师制”。校内和校外导师共同参与创新基地建设,共同制定创新基地研究生的培养方案。基地通过完善相应规章制度,明确校内和校外导师的职责,涉及学术、思想、技术保密、安全等方面,并规定学生所在基地导师为主要负责人。
(四)培养计划校企双方根据所承担的任务,共同进行研究生培养方案和培养计划的修订工作,对进入基地学习的研究生实施联合培养;同时组织并指导研究生的科研和学位论文工作。校企双方还联合成立了学术委员会,对研究生申请的创新项目进行立项审核。基地导师则组织项目实施,并对项目进行检查和统筹管理。进入创新基地的研究生在导师的指导下,可以结合企业研发项目和个人研究方向,自主设计研究课题,进行申报、立项和研究,并在规定时间内完成预定任务,提交科研成果。基地鼓励研究生选择难度大、有风险但创新性强的研究课题,并从经费、政策上重点支持优秀研究生从事对学科发展有重要影响的原创性学术研究或极具应用前景的重大工程或技术创新研究,以此激励研究生获得重要创新成果。
(五)招生就业学校加大了招生宣传力度,提供研究生入学奖学金,适当提高研究生助学和助研奖学金,以吸引优质生源进入创新基地。企业实质性地参与人才培养全过程,助力实现工程人才的“近距离培养、零距离就业”。
(六)其他方面基地在人才培训、咨询服务、信息交流、生产服务等方面对企业优先提供服务;委派学术水平高的教师为企业员工讲授专业知识并参与企业的管理及研发工作。
三、案例教学的实施
1.校内实验、实训校内实验、实训在实践教学环节中非常重要。要想进一步培养学生的动手能力,提高实验、实训效果,一方面要加强校内实验室和实训基地的建设,加大资金投入力度,增加设备台套数。实行实验室开放制度,提高设备利用率。除课内安排的实验外,学生可利用课余时间到实验室,在遵守实验室开放制度的前提下,综合已学到的理论知识,针对自己感兴趣的项目,设计实验方案,研究分析实验数据和结果。培养学生的创新意识,锻炼学生独立分析问题和解决问题的能力。另一方面要大力改进实验、实训方法和内容,减少验证型实验项目,增开设计型、综合型实验项目,锻炼学生的创新能力。改变以前以教师为主的实验教学模式,让学生成为实验课堂的主角。教师只需提供实验任务书和必要的实验设备、器材,在实验过程中给予必要的指导。学生可根据自己对实验任务书的理解,设计实验方案,制定实验步骤,独立分析处理实验数据。让学生在实验中充分发挥想象力和创造性。在不断探索和实践中享受成功的喜悦,领悟科学的真谛,真正体现“以学生为本”的理念。
2.校外实习教学校外实习教学可培养学生综合应用知识能力、分析问题解决问题能力、团结协作精神以及社会责任感。能源化学工程专业的学生,四年中有两次校外实习,即认识实习和毕业实习。实习的主要目的是熟悉与专业相关主要设备的结构和基本原理,了解工厂生产过程。目前两次实习均安排在生产工厂,由于安全等因素,学生根本看不到设备的具体结构,学生被安排跟班运行,但无法亲手操作,只能了解一点外观现象,无法了解设备的结构及事故处理操作。为改善实习效果,在去现场实习前,利用学校的多媒体设备和虚拟实验室,让学生观看和动手操作,发现问题,到现场后可有的放矢地带着问题学习,起到了事半功倍的作用。
3.课程设计课程设计教学则是对学生工程设计能力的训练,也是工科学生必备的职业技能。现有的课程设计大都是对所学课程相应部分的验证,注重计算,缺少将所学知识综合起来应用于解决实际问题的环节,因此,在课程设计的选题上还有待于进一步探索。
4.毕业设计毕业设计则是一次对所学知识的综合运用过程。从选题、开题、教师指导到学生毕业论文答辩等一系列工作都要注意收集本专业的最新信息和资料,注意培养学生的工程意识。在选题上尽量做到结合现场实际,真题真做,提高学生的学习兴趣,真正达到毕业设计的目的,以便学生在走向工作岗位后尽快进入角色。
5.课外实践活动学生在学好有关专业知识、提高专业实践技能的同时,要注重综合素质的提升。经常开展课外实践活动,积极参加各种学科知识竞赛,开展大学生科技创新活动,利用寒暑假时间进行社会调查活动,积极参与社会公益活动,引导学生了解社会、了解国情,增强责任心和使命感,树立正确人生观、世界观和价值观。
二、以“双师型”师资队伍建设为重点,满足应用型专门人才培养的需要
实践教学环节能否达到培养目标要求,实践教学效果如何取决于诸多因素,但具有一支年龄结构、专业结构、知识结构合理、敬业爱岗、教学能力突出的师资队伍是非常重要的因素之一。目前能源化学工程专业的教师大多来自全国重点大学,并具有硕士、博士学位,专业理论知识水平较高,并具备基本课堂教学能力,但实践教学能力和综合应用知识能力还有待加强,而应用型人才培养恰恰强调培养学生动手能力和知识的综合应用能力。要求教师在具备深厚的学科专业理论知识的同时,还要深入企业,了解生产现场的设备结构、系统组成,将实践教学要求与企业要求紧密结合,实现由传统高等教育师资队伍向应用型教师队伍的转换。为尽快适应应用型人才的培养要求,我们采取两方面措施:一方面加强教师的实践能力培养,鼓励教师结合现场实际,开展科学研究,既解决现场生产难题也丰富自身的实践能力。理论教师兼任实验课程并参与各种实践教学环节和企业的实际工作,建立一支“双师”型实践教学队伍。另一方面从企业聘请有一定的实践技能、熟悉现场工作流程的校外兼职教师参与学校实践教学的各个环节。
三、以加强实践性教学设施建设为依托,实现产学研的有机结合
实践性教学必须借助一定的设施、设备条件进行。这就要求我们进一步完善和加强实验室建设,努力改善实验设施和环境。要充分利用现代化教育手段,制作仿真、动画等多媒体课件,大力建设虚拟实验室,以此作为实验、实习课程的辅助教学手段。高校培养的学生不能只会理论研究,更应该为社会服务,本科生教育的质量最终要由市场和用人单位来检验。所以在完善校内实验、实习基地的同时,要加强校外实习基地的建设,首先向企业提供人才培养方案,协同企业一道按人才培养方案中对实践性教学环节的要求共同建设校外实习基地。厂校双方要本着互利互惠、共同促进的原则建立长期、稳定的合作关系,并在资金投入、甲乙双方职责等问题认真磋商,达成一致。在此基础上签订厂校合作协议,挂牌确定实践基地,真正实现“产、学、研”一体化。
四、以规范管理、完善评价为保障,确保实践教学质量
根据能源化学工程专业的特点,规范实践教学管理,制定实践教学的相关规章制度,如《实验室开放制度》、《实验室守则》、《校内外实习管理办法》、《课程设计、毕业设计管理办法》等实践教学的规章制度,完善各实践教学环节的教学大纲及指导书、任务书等教学文件,使实践教学制度化、科学化、规范化。成立实践教学督导小组,监控实验、实习、设计等实践环节的整个教学过程,使实践教学平稳、有序、高质、高效地运行。为不断提高实践教学质量,应多角度收集评价意见,如学生评价、教师评价、实习接收单位评价、系(分院)自评,专家评价等信息,真正做到以评促建。学生评价主要是从自身的学习感受来评价学习过程的效果。教师评价主要是评价学生的学习质量、学习态度以及实习接收单位的接待情况。实习接收单位评价主要是从学生的综合素质、专业知识技能、实习纪律、校方的实习计划的科学性合理性等方面进行评价。专家评价是针对实习情况对学生、教师、实习接收单位进行综合评价,提出建设性意见,指导改进实习效果。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)32-0054-02
化工分离过程是化学工程与工艺专业的学生一门重要的专业课,是理论性和应用性较强的课程,具有鲜明的工程特点。伴随着化学工业及其相关领域的技术进步,新的分离方法、技术不断产生,化工分离技术在石油化工、资源环境、能源、材料、生物医药等诸多领域持续发挥着重要作用,是化学工业实现清洁工艺的重要手段。在“卓越计划”的背景下,以强化学生的工程实践应用能力与创新能力为目标,培养宽口径、厚基础、复合型的化工高级人才,必须根据该课程的特点和时代的要求,构建新的人才培养模式,改革课程教学内容与教学方法[1]。目前,化工专业人才培养方案总体上还是倾向于理论型模式,专业课程教学内容缺少整合性和工程性[2],化工分离过程课程同样存在教学内容老化、教学体系不完善、工程训练与生产现场脱离严重、教学主体的新生代教师对工程教育思想缺乏系统的研究和足够的重视等问题。因此,笔者在化工分离过程的教学中,以大工程观和集成式的课程改革和“卓越计划”的精神为指导,在教学内容、教学方法、教学与实践相结合等方面做了一些尝试工作,取得了较好的效果。
一、精心设计教学方案、优化教学内容
分离工程主要从分离过程的共性出发,讨论化工分离过程的基本概论、本质及其变化规律。从教学内容而言,分离工程是一个学术内容十分丰富的领域,既包括传统分离过程基本理论原理方法的学习,同时各种新型分离技术的不断涌现,要求跟上时代和技术发展的步伐,教学内容必须与时俱进,及时更新与补充教学内容,扩展课程教学环节。
1.合理组织教学课堂。要使课堂教学更具有现实性和新意,充分调动学生的求知欲望,优化教学内容至关重要。在教学过程中,避免课程的割裂与重复,对课程内容进行组织、设计、重塑与整合。教师按学科发展,从基础、原理、特性到应用及发展的顺序进行讲授内容的安排和多媒体课件的制作;按照问题、案例和原理相结合的方式组织教学内容;结合化工企业项目的实际和教师工程实践、科学研究以及学生实习,介绍常见分离技术。
2.积极整合教学内容。教师注意课程与专业基础课如物理化学、化工热力学、化工原理等的衔接和关联;在教学实践中对本课程与“化工热力学”、“化工原理”、“物理化学”等专业基础课程中有关内容进行有机衔接与融合,让学生很自然地完成基础理论到专业知识的过渡与应用;增加新型化工分离技术,如超离子液体技术、膜分离技术、双水相技术等;把企业典型工程案例引入课程教学中,使课堂教学更具有现实性和新意。基本分离方法与化工原理的融合在化工生产中涉及的分离对象几乎都是多组分体系,而目前一般高等院校化工原理教学中因学时有限,大多侧重于双组分的分离问题。这就要求在进行分离过程的教学时要做好与化工原理教学的融合问题。如对化工原理教材中已涉及到的基本原理,教师对双组分精馏、吸附和结晶等不做专门介绍,重点讲解多组分体系的工程计算问题,将有关的基础及计算机应用在耦合与集成过程设计中体现出来;减少与化工原理内容的重复,培养学生利用化工单元操作的基本原理解决实际复杂体系分离问题的能力。
3.有效延伸课程环节。化工分离工程本身具有较强的工程背景的同时还兼有较强的理论性。在“以教师为中心、以课堂为中心、以教材为中心”的传统教学模式中,化工分离工程的教学使学生认为化工分离工程是“一大堆的方程、繁多的数据和大量的计算和循环迭代[3]。为了促进学生对课程的学习,将课堂教学延伸至课外,如实习过程中、课程设计中及其他的化工实践如创新实验、化工竞赛等过程中,布置作业、小组讨论及综合设计等,加深学生对已学的化工分离技术原理的理解,学会进行分离方法的选择优化,以及新型分离技术的拓展。
4.强调选择优秀教材。要在有限的教学时限中,达到良好的教学效果,如何选择教材和教学内容对提高本课程的教学效果就显得十分重要[4]。刘家琪主编的面向21世纪的教材《分离过程》,该教材在内容和体系上体现了创新精神,注重拓宽基础,强调能力培养,并在教学内容上作了重新安排;按教学规律的发展,从基础、原理、特性到应用及发展的顺序分章节;主要章节(如多组分精馏和特殊精馏)中逐一介绍各种精馏方法的特性和应用;选择典型的分离方法展开讲授化学工程的研究方法及其进展。这样安的排结合了两种教材编排方式的优点,思路简洁清楚,学生易于接受,教学效果良好[5]。
二、采取研究性教学模式,改革教学方法
在讲授理论知识的同时,教师要引导学生从社会生活中选择并确定研究专题,主动地投入到课程学习中去,应用所学知识解决实际问题;并在学习讨论中获取知识、发展技能、培养能力,强调学习者的主动探究和亲身体验[6]。这样,改变过去由老师单一讲解的方式,可让学生有问题随时提出、分析和讨论。本人在教学过程中以研究性教学[7]为指导思想,采取多样化的教学方式,初显成效。
1.讨论式教学,调动学生的积极性。为加强化工分离工程与化工原理等基础课的衔接与融合,课前通过小班讨论课,复习回顾掌握已学基础课程的相关内容,并与该课程的内容进行对比分析概括和总结。例如,在讲多组分精馏过程时,教师在介绍完两个极限条件及进料位置的选取之后,让学生讨论简捷的计算方法的步骤和应用,并与二组分精馏进行对比分析,既加深了学生对所学知识的理解和巩固,又加强了学生知识体系的完整性。教学中,结合一些实例,让学生参与讨论,巩固学生对基本概念和原理的理解,开阔学生视野,扩散学生学习思维,让学生感受到该课程对生产实际的指导作用,培养学生的实际应用能力。例如,在特殊精馏教学中引入当地某药企乙腈废水的后处理技术,并结合企业生产情况,考虑能耗和溶剂的实际应用情况进行综合分析讨论。
2.虚拟式仿真,提升学生解决问题能力。以成熟的流程模拟软件为主线引导学生学习实践。在教学中,引入成熟的化工流程模拟软件的应用部分内容,有助于学生越过烦琐复杂的技术细节,用分离工程的思维方法解决实际问题。让学生学会利用成熟的软件解决工业生产中的实际问题,从而提高学生解决实际问题的能力。如学生在对某药企乙腈废水的后处理工艺经过讨论优化,然后通过流程模拟软件如Aspenplus等进行模拟优化,实现现代计算机模拟与实践教学的结合。
3.导向型讨论,引导学生自主学习。近十余年来,新型化工分离技术发展迅速,不少技术如各类膜分离技术、超临界萃取技术及新型吸附技术已趋成熟,其应用的体系也已经向医药、食品、生化、环境等领域扩展。但由于新型分离技术涉及面广泛,学生基础及兴趣不一,教学中不能面面俱到。本人在教学中开展导向性的讨论,采取教师引导,学生自学讨论的方法将学生领到学科的最前沿,通过典型研究成果的介绍,让学生掌握相关技术的基础和方法,学会分析创新思路,培养学生创新和应变能力,以适应人才市场的需求。例如,在教学中引导学生开展天然产物分离专题的研究和讨论。在讨论教学中,笔者从天然产物的新型分离方法、特定天然产物的分离研究进展等方面立题,鼓励学生选择自己感兴趣的专题如医药、香精香料等的分离研究进展,撰写小论文进行交流。这样,学生不仅学会了利用图书馆及网络资源查找与所选专题相关的文献资料,并且通过文献整理、综合、归纳和专题论文的撰写,有助于学生拓宽知识面、了解学科发展前沿,学会解决实际问题。
三、理论与实践教学有机结合
卓越工程师培养与传统人才培养模式的显著区别之一就是强调实践。所谓“授之以鱼,不如授之以渔”,实践不仅能使学生增长经验,把学到的知识与工程实践和社会需求对接,而且能够触动学生心灵,使其产生开拓创新的激情与灵感。经过实践历练的学生可以把僵化的书本知识内化成为活的创新能力。在教学中,将教材与实际工业生产相结合,丰富了课堂教学内容,加深了学生对所学的化工分离工程知识的理解,提高了学习的积极性,激发了他们的求知欲和探索精神,有利于培养学生创新思维方法和能力[8]。
1.强调课堂教学理论联系实际。学生学习该课程之前经历了认识实习和生产实习,对化工企业中分离过程的工艺过程及应用已有一些了解,但缺乏利用理论知识分析问题的能力,在课程教学中注重举例,对实习中接触到的分离过程结合分离原理进行详细分析。如在多组分精馏的课堂教学中,结合实习车间橡胶生产溶剂回收工段的理论与工艺进行讲解,既直观,又切合实际;让学生在理解分离方法、分离原理的同时,还学会从经济、能源及生产实际的角度考虑分离工艺的优化。
2.有效延伸课程实践环节。把工程现场转化为实习、实训基地,在知识传授与实践历练的交融中进行。一方面,利用所建立的产学研联合培养平台,让学生通过参与课外实践项目,或参与到教师的科研项目中去,通过工程实践来加深对分离方法原理的理解和认识。另一方面,在认识实习和生产实习中,教师通过布置分析讨论题、撰写小讨论文等方式,让学生学会分析讨论选择生产实际中的分离技术,对实习中接触到的分离过程结合分离原理进行详细分析,对课堂教学有很大帮助。反过来,课堂教学也加深了学生对实际过程的认识,并能举一反三。
3.聘请企业专家参与教学。“卓越工程师教育培养计划”的师资队伍是关键,通过“走出去、引进来”的模式,加强课程教学教师工程教学能力的提升。除了聘请优秀的企业专家参与教学任务外,任课教师还需通过承担或参与企目项目的改造或研发、指导生产实习和毕业实习、指导各类化工创新竞赛等实践教学活动增强自身的工程能力,把工业实际生产的案例同教材中的理论知识联系起来,避免了空洞说教,使课堂教学更具有现实性和生动性。
四、注重教学过程管理,改革考核评价体系
考试是教学过程中的不可缺少的重要环节,涉及到对学生学习效果的综合评判。在课程教学考核评价过程中,主要引导学生从注重“学习成绩”向注重“学习成效”转变,从“注重考试结果”向注重“学习过程”转变。课程考核形式采用期末考试、平时学习与专题讨论结合起来的评判方式,改变过去一份期末考试卷一锤定音方式。成绩由平时成绩(包括平时讨论情况和作业情况)、实践成绩(实习中作业完成情况、小论文写作与讲解)、考试等部分构成。
平时成绩主要包含课堂讨论思维能力、回答问题情况、作业完成情况、学习态度等,小论文主要针对课堂理论知识引导学生系统归纳、掌握某一方面知识,通过论文的完成加深了学生对课堂理论知识系统理解,同时锻炼了学生撰写论文能力。考试的内容分三个层次:识记、理解、应用,涵盖了学科相关的基础知识、基本原理、以及运用所学知识解决问题的综合试题。
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1.1内容广,概念多
材料化学工程是以化学和化工基础,研究、开发、生产和应用金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的工程领域。研修的主要课程包括物理化学、材料科学基础、材料力学、材料工艺、高分子材料、金属材料、无机非金属材料等。在基础课程中概念多、公式多,如在物理化学中的热熔、积分溶解热、积分稀释热等,有些概念相似如果不仔细区分容易混淆。在诸如高分子材料这类介绍性的课程中名称特别多,如聚丙烯、聚氯乙烯、环氧树脂等,这些材料在我们的生活中经常接触。但通过学习很多学生还是不能识别基本的材料,掌握它们的基本制备工艺和用途。
1.2叙述性的内容多
关于三大材料的学习主要是叙述性的内容多,比较抽象。例如,金属加工中热处理的四把火:退火、正火、淬火、回火,退火又分好几个种类,每种钢材根据用途不同,而选择不同的工艺条件。但是只通过课本的叙述,对于很多材料依旧没有直观的认识。虽然很多同学有参加过金工实习课,但是时间不长,很难做到全面深入的了解,对一些材料的性质、加工方法感到陌生,从而逐渐丧失学习兴趣。另外,在材料的合成中,每合成一种材料,需要通过一系列检测看所得物质是否为目标产物。又或者合成一种新的物质,也可以通过检测分析出其结构性能。材料专业的学生都有一门必修课《材料结构表征及应用》详细介绍了材料表征中各种检测手段。但是很多同学拿到检测结果却不会分析。
1.3课程教学与现实联系不够紧密
研究生与本科生最大的不同就在于,在接受系统知识的同时,必须加强研究意识、创新意识和研究能力的培养[1]。材料化学工程是一门应用型学科,与实际应用密不可分。课程安排之前的金工实习,目的是锻炼学生动手能力,对材料的加工有所了解。此外,还有一些实验操作课,但是很多时候由于时间安排不合理又或者设备少学生多,平均几人一台设备,学生动手机会操作不够,有时候老师只能靠演示的方法让学生观摩,学生完全处于一种被动的学习状态。还有部分同学在实习中怕脏、怕累,不愿动手操作。另外,在课程结束后还有参观见习,对材料的加工制作有个直观的认识,但是很多时候由于人员过多,加上工厂环境复杂,很多同学在见习过程中往往走马观花,只停留在看热闹的表面功夫上。
2解决办法
2.1培养学习兴趣
科学家爱因斯坦说过:“兴趣是最好的老师。”老师首先要做的就是激发学生的最大兴趣并使之保持这种热情。材料化学工程与我们的生活密切相关,老师可以在讲授过程中结合我们实际生活中的用途。比如高分子材料中的聚丙烯腈,常与羊毛混纺制成毛织物等,可以制作毛毯、军用帆布、帐篷等。被称为“人造羊毛”。又如我们生活中常见的木制家具,其实很多都是由木塑复合而成:以木材为主要原料,经过处理使其与各种塑料通过不同的工艺复合而成。既保留了木材良好的加工性能,同时具有塑料的耐水、耐腐蚀、使用寿命长等优良性能,还符合环保的大前提。通过这种理论结合实际,能激起学生学习兴趣,鼓励学生自己查阅资料了解更多信息。
2.2疏通知识结构,掌握各学科之间的联系
在材料化学工程形成前,高分子材料、无机非金属材料、金属材料科学都已自成体系,而且他们之间存在着很多相似之处,可以相互借鉴,促进本学科的发展。如马氏体相变本来是金属学提出来的,广泛地用来作为钢材热处理的理论基础。但在氧化锆陶瓷材料中也发现了马氏体相变现象[2],并用来作为陶瓷增韧的有效手段。另外,各类材料的研究设备与生产手段也有很多相似之处。虽然不同类型的材料各有专用测试设备与生产装置,但更多的是相同或相近的,如显微镜、电子显微镜、物理性能测试和力学性能测试设备等。在材料生产中,很多加工装置也是通用的。比如生活中很多塑料用品大多是通过注塑成型加工而成,但其实与粉末冶金工艺中的压坯过程相似。随着科学技术的发展,各学科间已无明显界限,甚至不同材料之间能相互代替。不过凡事都有规律可循,只要掌握规律很多问题便迎刃而解。作为材料的规律就是:组织决定性能,性能决定应用[3]。再根据性质选择材料,依据用途确定工艺路线。抓住这一规律,学习时就不会感到毫无头绪。
2.3传统教学与现代教学方式相结合
传统教学大都采用“填鸭式”方式,学生听课主动性、积极性不高。新的教学改革中应采用启发式、互动式和讨论式等新的教学方式。老师在课前布置问题,分小组完成不同的部分,让学生带着问题去学习,查找资料,每组选择代表在课堂进行发言,然后再各组进行讨论。这样不但发挥了学生的主观能动性,活跃课堂气氛,减轻了老师的授课负担,还锻炼了学生自己分析问题、解决问题的能力,达到事半功倍的效果。相比传统教学,计算机汇集了图像、文字、声音等元素,极大的丰富了教学色彩,调动学生学习积极性,具有直观、生动、形象的元素,可以将抽象的理论知识和工艺方法生动的展现在学生眼前,增加课堂趣味性,提高学生的感性认识,有利于知识点的理解和掌握。同时可以结合一些相关视频比如:注塑成型、挤出成型、模压成型以及金属材料的冷加工热加工等。这些视频网络上都可以找到,如HOWITISMADE、TEDSHOW等。通过相关的视频,既可以活跃课堂气氛,也能调动学生学习积极性,甚至激励学生自己在课外继续学习观看。这种多媒体教学与视频教学相结合的方法,既减轻了老师的负担,同时激发学生学习兴趣,调动积极性,促进教学任务顺利完成。
2.4开设软件分析课程
作为材料化学工程研究生,材料检测分析应该成为一种必备的基础技能。但是很多时候拿到检测结果却不会分析。软件分析课程可以很好的解决这个问题。所有的检测结果都有软件可以分析,比如FTIR、XRD、NMR等,借助这些软件,可以快速地分析所得结果。比如JADE,作为一款分析XRD数据的软件,它可以对物相进行定性定量分析。虽然软件分析不一定完全正确,更多的时候还是根据理论基础来判断,但软件分析可以作为一个辅助手段。这样学生既掌握了一门技能,而且大大提高了学习效率。
2.5课堂教学与实践相结合
俗话说“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”。作为一门应用型学科,课堂所学的最终都是要能应用到实际生产中去。在涉及如注塑成型、挤出成型等高分子材料成型工艺时,可以穿插一些参观实习课。通过参观实习,直观地了解材料加工制备过程,将自己所学知识配合生产。理论上可行的事情,在实际应用中还需要考虑到原材料、工艺条件的控制、销售渠道、成本控制等。如果有可能,可以尽量选择一些大型的工厂基地,接触现代化的机器设备,体会先进生产力的发展,感受到世界一流水平的实力。为学生丰富见闻开阔视野提供机会,这将对培养学生的自信很有帮助,尤其是对于一些非重点名校的学生。另外,通过与企业或者研究单位联合培养,即“产学研结合”。“产学研结合”一般指企业、学校、研究单位之间的相互合作和优势互补。李元元等认为产学研结合是培养工科硕士的最佳途径,学位论文的选题和相关实践应当与工矿企业的工程实际相结合,密切结合其技术改造、革新、引进等技术难题或科研攻关项目。这将有利于从根本上解决学校教育与社会需求脱节的问题。缩小学校人才培养与社会需求脱节之间的差距,增强学生就业竞争力。