简析构建应用化学专业创新型人才的实践教学体系
应用化学是指化学渗透到其他自然科学、技术及其他领域而形成的一类应用科学,它是介于理科化学专业与工科化学工艺、化学工程专业之间的一个应用理科专业,主要培养理工结合的应用化学人才。与化学专业相比,要求应用化学专业学生接受更多的应用性、实践性的知识教育。应用化学专业的培养目标是掌握本专业的基础理论、基础知识和较强实验技能,受到基础研究和应用基础方面的科学思维和科学实验的训练,具有较好的科学素养,具备运用所学知识和实验技能进行应用研究、技术开发和科学管理的应用化学专业人才。
我院应用化学专业于1993年建立,2007年获得区级十一五优质专业,以林产化工、冶金工艺、工业分析、精细化工、材料化学等为专业方向。学科点所设的研究方向有特色有优势,适应西部大开发的需要,特别是对广西丰富天然资源的开发利用和化学化工产品的生产具有重大的价值和意义。2007开始招应用化学专业硕士研究生。应用化学学科是列入自治区教育厅学科建设与发展规划的重点建设学科点,近几年来自治区教育厅和广西民族大学给予了重点支持,加强了学科建设,在教学科研上取得了较好效果。
实践教学作为高校教学系统的重要组成部分,是培养学生实践能力、全面提高学生素质的重要教学环节。因此,加强实践性教学环节,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,提高创新意识。应用化学专业的实践性教学环节,包括三个方面:实验教学、实习和毕业论文(设计)。
实践教学对于提高学生的综合素质、培养学生的创新精神与实践能力具有特殊作用。如何构建我校应用化学专业实践教学体系,培养出理工结合的能适应社会发展所需要的创新型人才?学院近几年来,采取了一系列有效措施,根据我校应用化学专业培养的目标,依据广西经济和西部经济大开发的需要,对应用化学专业实践教学体系进行不断研究,取得了一定成效。
一、创建应用化学专业实验教学体系,培养学生的创新意识和创新能力
应用化学专业实验教学是加强对学生综合能力的培养,实现培养目标的重要环节,是专业知识深化和升华的重要过程。为了培养学生的创新意识和创新能力,改革现行的实验方法,探索如何开设设计性和创新性实验,让学生根据自己的兴趣和能力选择和设计有实际意义的实验项目,增加学生的学习主动性,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,进而培养学生的创新意识,是实验教学改革的紧迫任务。
我校应用化学专业的实验教学体系,由三个层次构成。即基础化学实验(第一层次)、专业实验(第二层次)、专业特色实验和创新实验(第三层次)。
第一,基础化学实验,目的是为了加深学生对化学课程中基本原理的理解,较系统地掌握基础化学实验及仪器分析的原理和方法,较全面地进行实验基本操作训练,并学会正确使用基础化学实验中的常用仪器和光学及色谱学等现代分析仪器,掌握常用仪器分析方法,初步具备应用此类方法解决相应问题的能力。在实验内容方面更加注重复杂实际样品的分析。通过实验,可以培养学生观察实验现象、分析推理判断、处理数据和撰写实验报告的能力。通过设置一些综合设计型实验,可以训练学生综合运用所学知识的能力,培养其创新意识与创新能力。教育学生树立辩证唯物主义的世界观,养成严格的科学态度,实事求是的工作作风和整洁有序的工作习惯。
基础化学实验包含无机化学实验、分析化学(含仪器分析)实验、有机化学实验、物理化学(含结构化学)实验、化学工程基础实验等,共提供300学时的必做实验内容,在5个学期内完成。无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验,即所谓的四大化学实验按照内容优化整合,统一安排、统一要求、严格考核;按照循序渐近、突出技能训练、创新发展的原则,组织教学。实验各课程按16-20人标准班教学,在保留必要的验证性试验的基础上,增加综合性和设计性试验,每门课程至少开出一个综合实验或研究设计实验,使学生在得到基本技能训练的基础上,能够综合运用各化学学科的基础理论知识进行化学科学研究的能力得到训练和发展。
第二,专业实验是在基础化学实验基础上的再提高,因此在实验的设置选择上,既要考虑拓展知识面,又要考虑有适当的操作难度,突出综合实验和研究设计实验,着重培养学生的动手实践能力,以及分析和解决问题的能力。
广西有非常丰富的森林资源,从事林产化工的企业也非常多,有色金属作为自治区重点发展的千亿元产业,对地方经济的贡献很大,因此对这两方面的人才需求量也大。目前我院应用化学专业已开设了林产化工和冶金工艺的本科生培养方向,以我校拥有广西林产化学品开发与应用自治区重点实验室和松香新产品开发教育厅人才小高地为基础,通过对现有应用化学专业实验室进行整合,以建立建全林产化工和冶金工艺两个应用化学专业人才培养的工程训练专业实验体系。可开出综合性和设计性实验,共90个学时,有9个实验项目,多数项目都是老师的科研成果。例如:综合实验松香大孔树脂的合成;功能基聚氧化松香二元醇酯的制备;聚松香乙二醇酯丙烯酯及其氧化物的合成;设计实验聚松香苯甲酯的合成与结构表征;湿法冶金工艺实验;材料工艺实验;萃取实验钴和镍的萃取分配比测定;镍锌铁氧体共沉粉的制备,等等。
第三,增设专业特色实验和创新实验。以自治区重点实验室绿色化学与技术实验室和化学与生物转化过程实验室为平台,增设绿色化学与技术实验(30个学时)、化学与生物转化过程实验(30个学时)。这些专业特色实验着重于综合设计性。绿色化学与技术实验:如羟醛缩合固相反应;无溶剂合成肉桂酸;微波辐射合成正溴丁烷;碳酸钠催化微波合成阿司匹林;微波辐射合成苯并咪唑-2-硫;芳基亚甲基丙二腈的绿色合成等。化学与生物转化过程实验:如正交试验在过滤研究实验中的应用;羟丙基淀粉制备;反应精馏制乙酸乙酯;固体催化剂性能实验;果葡糖浆发酵制备甘露醇等。
通过开放实验室,让本科的学生进入各课题组参与教师科研工作,进行创新研究活动。创新实验的目的,以培养和提高学生的创造性、激发学生的潜能、发展和完善学生的个性为核心,以主动参与、协同合作、自主发展为特征,以做课题、查文献、做实验、写论文、作报告等实践活动为途径,以现代化学理论知识和综合实验技能为基础,通过切实可行的教师引导和帮助机制,最终达到培养学生创新意识、创新精神和创新能力。
在低年级学生中,通过学生自愿申请,教师的课题组考察选择或学院立项的方式,安排学生在课余和假期进行科学研究。在高年级学生中,安排学生进行创新实验,由教师分组指导,并总结撰写研究论文;这项工作每年举办一次,在我院已成为一项常规工作,为了使这项工作有序开展,我院制定了相关文件和一系列保障措施,取得了很好的成果。如学生参与的松香改性树脂、荧光材料制备和应用及中草药有效成分提取、分离等有机化学研究领域,撰写了一批研究论文。经过几年的实践表明,创新实验大大激发了学生的专业热情,提高了动手操作能力,培养了创新思想和创新能力,巩固了学生的绿色化学理念。我院鼓励和支持学生积极参与课外科技活动和各种实践活动,不定期开展学生科技活动月、科技文化服务等各种社会实践活动。
二、加强校企合作,建立长期稳定的校外实习基地,提高应用化学专业生产实习的教学质量
我院通过横向科研合作、为企业培训技术人才等途径,先后与梧州日成林产化工公司、广西强强碳素有限责任公司和中亚石化科技有限公司等企业合作,搭建了产、学、研培养能力型学生的合作平台,为同学们充分运用理论知识体系,以产业为龙头,研究开发新技术提供了坚实的基础,并把这些公司、企业建设成长期的稳定的校企合作型校外实习基地。我们在建立稳定的实习基地后,进一步抓实习教学文件建设。根据应用化学专业教学计划,并与企业一道重新修订了实习大纲和实习指导书,建立健全了各项规章制度,使实习有章可依,聘请生产现场有丰富经验的技术骨干作为兼职实习指导教师,采取学校与企业联合指导实习的做法,提高实习带教水平,取得了较好的效果。
金工实习是一门实践性的技术基础课,是高等院校工科学生学习机械制造的基本工艺方法和技术,完成工程基本训练的重要必修课,是应用化学专业教学计划中主要的实践教学环节之一。它不仅可以让学生获得机械制造的基础知识,了解机械制造的一般操作,提高自己的操作技能和动手能力,同时熟悉各种设备和工具的安全操作使用方法;了解新工艺和新技术在机械制造中的使用;培养学生认识图纸、加工符号及了解技术条件的能力。而且加强了理论联系实际的锻炼,提高了工程实践能力,培养了工程素质。学习工艺知识、增强实践能力、培养良好的思想和作风,这是金工实习的目的,也是金工实习的三项基本要求。金工实习为一周,在第六学期开设。
生产实习是应用化学专业实践教学环节的一个重要内容。目的是让学生通过参加化工某一产品实际生产过程的实践操作,使学生巩固、验证、深化和丰富已学过的基础理论和专业知识,掌握化学化工研究方法和专业技能,获得工程师基本素质训练;增加对工程设计背景的感性认识;使学生深入地了解化工某一产品的生产全过程,正确理解和掌握其工艺流程、工艺原理和操作方法,学会从生产现场收集生产实际状况下的数据,找出与其相关的控制点及检测方法;学会从生产实践中发现问题、综合分析生产中出现的各种现象与事故,为将来从事化工产品生产、开发和科研打下良好的基础;培养学生深入实际、调查研究、实事求是的工作作风,提高学生的综合素质。此外使学生的实际操作能力得到锻炼,培养学生全面思考问题能力,具备化工意识和技能、具备独立开展科研工作的能力。
生产实习4周,按实习大纲分为4个阶段进行:(1)实习动员。讲清生产实习的目的和意义,宣布纪律,进行安全教育;(2)有关专家、技术人员讲解。实习生了解化工厂安全知识,接受三级安全教育及入厂教育;了解有关产品的生产工艺和设备,加深对化工厂的感性认识。(3)生产实习阶段。将学生编组安排到不同的部门,进行生产实习并定期轮换岗位。通过到具体生产岗位的实习,了解实习车间装置、技术路线、工艺特点、生产主要设备配备、主要设备结构、原料规格、产品质量标准、产品用途等;学习掌握现代化的化工设备工作原理及工艺流程。(4)总结交流阶段。每个学生要写出自己的实习报告,对实习间所学到的知识系统的进行总结,并在班级里交流。实习成绩由学校指导教师根据学生在实习过程中的表现、实习报告及实习单位的评价等方面进行综合评定。通过工业实习,学生提高了处理、解决问题的能力,增长了知识同时也开阔了眼界,对化学工业的现状与发展有了感性的认识,对现代化工企业的规模及发展前景有了初步的了解。
三、依托创新实验与研究体系,抓好毕业论文(设计)环节,培养学生的科学研究能力
毕业论文是本科生教育的一个综合性科学实践教学环节,是本科生培养计划中的一个重要组成部分。毕业论文是在导师指导下大学本科高年级学生运用大学期间所学的基础理论、专门知识和基本技能,来探讨、分析、研究和解决本学科某一具体科学问题的总结性报告。参加科学实践、进行科学研究、撰写毕业论文是大学生提高科学素质,学习提出问题、分析问题、解决问题的科学研究方法,培养初步的科学研究能力、从事专门技术工作能力和写作能力,为毕业后运用所学知识从事科学研究和专门技术工作打下良好基础的一次综合训练。所以抓好毕业设计是一个不可忽视的关键环节。
近几年来,我院教师承担的包括国家自然科学基金、教育部基金、自治区科技厅、自治区教育厅、南宁市科委在内的各类纵横向科研项目100多项,同时与社会和企业界开展科技开发与合作取得良好的进展。坚持教学、科研工作并重的发展方针,科研活动蓬勃开展,形成了以科研成果服务于教学,以教学促进科研活动的可喜局面。教师的科研平台为本科生的毕业设计提供了极为有利的条件,使学生在研究、探索性的工作中树立创新意识,培养实际工作能力。我们依托创新实验与研究体系,即在第二课堂由科研课题组指导学生创新实验与研究,并与毕业论文(设计)相结合。让高年级学生进入教师各课题组,以科研课题为题目,引导学生参加创新实验与研究。我们将创新实验与研究定位为毕业论文的前期工作,使一些较优秀的创新实验与研究可通过毕业论文来完成。在科研课题组完成创新实验与研究并与毕业论文相结合,具有两个明显的特点:第一,将科研优势转化为实践教学优势,使得创新实验与研究有充足的选题、有宽广的研究范围,并解决了一般实验教学经费不足的问题;第二,与毕业论文结合提升了创新实验与研究的水平,使研究工作保持连续性和完整性,并取得一定的研究成果,学生有成就感。
学生创新能力的培养首先以教师的创新意识及其能力为前提条件,创新能力的培养,必须有不同于传统模式的创新性教学体系来保证。随着教育改革的深入,培养学生创新精神和实践能力已成为大学教学中的主要内容之一。要提高应用化学专业的办学水平,就必须在注重学生的基础知识、基础理论和基本技能的同时,加强实践教学,增强应用意识,培养学生创新精神和实践能力,提高综合素质,真正培养出理工结合型的应用人才。创新性实践教学体系经过多年的实践,使学生较好地接受科研能力和实验操作能力的训练,有效地培养和提高了学生的实践技能和创新能力,取得了很好的效果。