2009年第8期 第36卷总第196期 广东 化工 275 www.gdchem.com 化工专业实验教学的改革与实践 毕强,郭莹娟 (西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055) 【摘要】文章介绍了实验教学在培养化工专业学生工程实践能力的作用,分析了目前国内多数高校的化工专业实验教学中存在的各种问题, 并提出了相应的建议。 【关键词】化工专业;实验教学;教学改革 [中囤分类号lG4 【文献标识码】B 【文章编号J1oo7—1865(2009)08-0275一O1 Reform and Practice on Experiment Teaching of Chemical Specialty Bi Qiang,Guo Yingjuan (School ofMetallurgical Engineering,Xi’an University ofArchitecture and Technology,Xi’an 710055,China) Abstract:The function of experimental teaching in training the capacity of engineering practice of chemical specialty students was firstly introduced in this article,then view of reform for experimental teaching was put forward based on the analysis&the shortage ofexperimental teaching in most colleges. Keywords:chemical specialty;experiment teaching;teaching reform 化学工程与工艺专业是一门实践性很强的学科,其重点在 于培养学生的工程实践能力。近年来,随着学科交叉发展及就 业趋势的变化,对化工专业学生的培养模式和培养质量提出了 更高的要求,要求学生除了有扎实的理论基础外,更需具备开 拓创新、解决实际问题的综合能力。 实践教学是高校培养学生工程意识和实践能力的重要环 节。对化工专业而言,实验教学是实践教学中最基础、比重最 大的组成部分,也是最容易控制和实现的环节,所以化工专业 的实验教学对培养学生的动手能力、综合素质及科研能力是理 论教学无法替代的。 近年来,国内各工科院校已意识到实验教学的作用,更加 重视实验教学环节的实施,并从教学内容到教学方法上都进行 了不同程度的改革,取得了一定的效果,但离培养学生工程实 践能力的目标还有一定的距离。我们在实验教学的实践中,通 过了解调查目前国内高校实验教学的实施情况及其存在的问 题,结合本校专业特点,对化工实验教学体系的完善做了较深 入的思考,提出几条建议,以期完善、加快实验教学的成效。 主的基础实验较少,需要学生开拓创新的开放性实验相对更 少,全面锻炼学生解决实际问题的研究性和综合性实验几乎没 有,实验层次不明确、结构不合理、内容不完善,不能全方位 培养学生创新和解决问题的工程实践能力。我校已经通过其他 专业课程实验及综合性实验不断优化实验层次,但距形成结构 合理、层次分明的实验体系的目标还较远。 1。3实验课程的教与学过程存在问题 包括我校在内的多数高校化工专业的实验教学改革都滞 后于学科专业的发展,实验教学方法和手段不能与时俱进,没 有采取有效的手段及时把生产实际中的新技术新方法合理引 入实验教学中。实验教学多数采用填鸭式被动教学,缺乏对学 生自主创新能力的培养,实验中也较少锻炼学生对工程实际问 题的判断和解决能力。由于实验内容缺少新颖性和趣味性,学 生对实验课缺乏兴趣,操作过程中也很少动脑思考,实验课的 目的很难实现。同时实验课程的考核制度存在缺陷,学生多数 抱着应付差事的态度完成实验,对实验课程没有足够的重视。 教和学双方面存在的缺陷,使实验教学目的无法完全实现。 1目前普通高校化工专业实验教学存在的问 题 1.1实验数量偏少,实验室使用效率较低 由于长期传统教学理念及实验室自身条件等因素的, 多数高校化工专业实验室仅承担化工原理实验教学Il。】,实验 总量相对较少。大部分实验室仅用于安装大型化工原理实验装 置,导致设计、创新等综合性实验室不足。由于实验装置功能 的单一,各个实验室之间缺少互补,不能形成有机整体,实验 室使用效率较低,总体上不利于学校实现对化工专业学生工程 实践能力的培养。为加强化工专业实验教学的作用,我校购买 了一套完整化工原理仿真实验装置,并添加了反应工程及化工 热力学等课程的实验,还开设了两个专业综合实验,实验总数 达到1 1个,实验种类及数量明显增多,实验室使用效率有所 提高,但仍然偏低。 2实验教学改革的设想 2.1单独设立实验课程,从思想上引起学生重视 把现有的及准备添加的实验课程整合起来,设立一门 于理论课程之外的实验课程【qj。改变以往实验课程隶属理论课 程的现象,打破像化工原理实验在理论课程讲授结束后,让学 生在实验室通过实验设备对所学知识进行验证,仅加强学生对 理论知识的理解的这种教学模式。给学生充分的时间准备和完 成一系列结构合理、层次分明的化工专业实验,让实验课 正起到培养学生工程实践能力的作用。把实验课程与其他理论 课程放在同等位置,设置相应的学分,使学生从思想上重视实 验课程。这方面我校化工专业已经在试行,学生积极性明显提 高,也收到很好的教学效果。在今后的实验教学中我们将不断 充实实验课程内容,并将一直坚持和完善这种设课的教学 模式。 1-2实验内容结构单一、层次不分明 目前国内化工实验教学中,以化工原理的单元操作为主, 其他课程的实验很少,基本是把化工原理实验作为专业基础实 验对待了,反应工程和化工热力学等其他专业课程的实验课由 各高校根据自身情况开设,多数高校开设较少或空白,导致整 个专业的实验结构过于单一,且多数实验属于只要按章操作就 能完成的验证基本理论的验证性实验,以锻炼实验操作技能为 [收稿日期]2009.03.20 2-2增加实验数量,调整实验结构层次 合理规划实验教学内容,不断扩充其他专业课程如反应工 程、化工热力学、有机化工等实验数量,使整个实验课程的内 容更加丰富、结构更加合理。在增加实验总数的同时减少传统 的验证性实验,加大开放性、设计性、研究性等综合实验的比 重,使实验层次分明 。通过结构合理和层次分明的实验内容 (下转第289页) [作者简介】毕强(1979-),男,山东青岛人,硕士,助工,主要从事化工实验教学工作。 2009年第8期 第36卷总第196期 rww.gdchem.tom ‘289 C:= … 、l I(20) 不 难推 知 , 当 ,>【 一z)(,?一‘,) 、 ( 一f)( 一/)=ij时,显色剂浓度有最小值,高于该值, 吸光值将不再变化;而当( 一 )( 一 )>/j时。显色剂A 和显色剂B均有一个浓度区间,高于或低于浓度区间吸光值 均会降低。 -1glBI =-5.18 (22) 因Tiron各级加质子常数对数值分别为12.7和7.7,有: 日fH、=6.01 (23) 将武(2 3)代入式(20)并取对数有Tiron最小浓度对数值为 4.40,这与文献[1]的实验结果相符。 需说明的是,文章中的公式是在未考虑金属离子与OH 和显色剂形成三元配合物的条件下推导出来的,当该三元配合 物稳定常数较大时,可能会使显色剂出现最大浓度或最大浓度 降低。对此,暂不做详细探讨。 2公式的应用 以 ”和EDTA(用A表示)及4,5-羟基苯一1,3-二磺酸 (Tiron,用B表示)形成1:1:1三元配合物荧光光度法测定7移 体系为例说明公式的使用方法。 , 文献【1]在4.6l X l0 mol/L乃H和8.0 X 10 mol/L EDTA,pH=l2.0的溶液中逐渐增大Tiron的浓度,发现当Tiron 的浓度大于5.53 X 10-3 mol/L时(对数值为一4.26),荧光值最 大且保持不变. 乃”与EDTA、Tiron分别形成1:1的二元配合物,稳 定常数对数值分别为17.29和14.14,三元配合物稳定常数对 参考文献 [1]Lyle.S J,Za’tar N A.spectr0nuorimetric determination of Terbium as its ternary complex with EDTA and Tiron[J】.Ana1.Chim.Acta.,1 984,1 62: 305—3l3: 数值为24.47。因 一(m一 门一,)=1>0,故该体系属 于式(1O)对应的情形。将相关数据代入式(15)和式(16)可得: (本文文献格式:李可群.三元配合物用于光度分析时显色剂 浓度范围的探讨[J】_广东化工,2009,36(8):272) lg[Al…=一8.33 (上接第275页) (21) 的实验开放预约系统,根据老师研究课题精心设计开放性实验 项目,学生也可自己自行设计题目,通过预约方式来实验室强 化训练,从而更有针对性的提高学生的实践能力。 培养学生良好的专业素质和过硬的创新实践能力。 目前我校化工实验课程的内容设置分为基础实验和专业 实验两大部分,由于前者也多为化工专业实验,为避免概念重 复,在后面的改革中将把实验课程分为基础实验和综合实验两 部分,将会更合理。基础实验阶段主要包括基本技能实验、验 证性实验及化工过程的单元操作实验。实验数量及内容将紧密 结合现代化工的发展趋势,不断更新和扩充。 通过基础实验的训练,使学生掌握化工专业相关的测量仪 器的使用、校准方法及物化参数的测量方法和技术,更要熟练 化工单元过程的基本操作,最终让学生能把这些方法和操作合 理的应用到工程实践中。 综合实验部分主要由学生根据特定的实验项目自己设计 实验方案,通过相应的单元过程制定实验步骤,测定相应的实 验参数并对实验结果进行分析,最终做出完整的实验报告,并 评价自己实验方案的优缺点。实验过程中学生可以充分利用已 掌握的专业知识,运用各种可以实现的手段和技术,从而使学 生真正体会工程实践过程的研究方法和技巧,从而全面提高学 生的专业素质及解决实际问题的能力。 2.4改变考核制度。端正学生对实验课的态度 实验教学单独设课之后,为保证不流于形式,真正达到培 养学生的实验技能,提高工程素质的效果,必须加强对学生的 考核制度,使其从思想上高度重视实验教学。成绩考核采取平 时成绩和课程考核相结合的方法,以平时成绩为主,占总成绩 的70%,期末考核占3O%。平时成绩又包括实验预习、实验 操作、实验报告,以实验操作为主,占平时成绩的60%。参 考其他高校,我们对预习、操作、报告等环节都已经制定了周 密的考核细节,从思想到行动严格要求学生,很好的端正了学 生对实验教学的态度,使学生逐渐养成重视实验课程的习惯, 真正体会实验教学对培养其实践能力的重要性。 2.5加强实验教学与生产实习及毕业设计的联系 工科专业注重培养学生的工程实践能力,生产实习和毕业 设计在实践教学中也占有较大比重。生产实习和毕业设计一般 都设在最后一学年,因为它们必须以扎实的实验技能为基础, 也是前期实验教学效果的综合检测和全面提升,所以实验教学 过程中必须加强与生产实习和毕业设计的联系,在内容和教学 方法的改革中坚持以化工专业四年培养计划的内容为整体,统 筹安排实验教学、生产实习及毕业设计三者之间的互补与联 系,避免实验教学与其它实践教学的脱节与孤立。在实验教学 中要为以后的生产实习和毕业设计做好知识和技能的储备,生 产实习和毕业设计要紧密结合本专业实验内容,使学生已经培 养起来的实验技能在工程实际中得到进一步强化。争取建立一 套以实验教学为主,联合生产实习和毕业设计相辅相成的实践 教学体系,系统的培养学生的工程实践能力。其中,最重要也 是最基础的工作就是完善实验教学体系改革。 2.3加强师资力量,更新实验教学方法及手段 教师是教学过程中的主导,各项教学改革方案的制定及实 施都是由教师实现的。实验教学的改革中,实验室老师的力量 是有限的,需要更多教师的参与,尤其是一线任课的高层次教 师。任课教师在教学第一线,了解最新的专业知识和技术发展 趋势,能及时提出相应的实验教学思想,并制定相关实验方案, 避免实验教学与实际生产技术脱节。实验教学应该由教研室统 规划管理,建立完善的实验制定、讲解、实际操作、考核评 定体系。效仿国外高校,从教研室主任到每一位任课教师都以 顾问、评审、监督、或协助等方式积极参与到实验教学中,从 而加强实验教学的师资力量,只有多层次的人员构成才能使各 项改革措施得到落实,保证实验教学不流于形式而发挥应有的 作用 , , 。 实验数量和内容更新以后,教学方法和教学条件也必须及 时地改善和更新。教学方法上应该多采用启发式和讨论式教 学,充分发挥学生的主观能动性;注重实验前的预习,在讲解 过程中以提问形式考察学生对实验目的、实验方案、实验所需 数据及如何处理等问题的掌握情况,并让学生参与讲解过程, 提出自己的观点,激发学生的积极性。教学过程中注重实验环 节及过程,鼓励学生对实验进行创新改进。学生在完成规定实 验任务后,在允许情况下可以在实验室对自带实验项目进行实 一3结束语 综上所述,实验教学是培养学生实践能力和创新能力的重 要环节,教育工作者应继续大力推进化工专业实验教学的改 革,及时地更新实验设备改善教学条件,编写相应的配套实验 教材,不断构建一个适应时代要求,更加科学合理的实验教学 新体系,更高效地培养学生的实践素质和创新精神。 参考文献 [1]杨伯伦,刘永忠,王毅.化工实践性教学环节中创新能力的培养}J1.实 验室研究与探索,2003,22(4):5-7. [2]黄驰,周新花,席美云,等.“化工基础实验”课的初步改革与实践[J】.高 等理科教育,2003,(6):55 57. 验。 在教学手段上,大力开展开放性实验教学。建立一套完善 [3懵秋娥,丁忠涛,杨云峰,等.化学化工实验教学中心的建设与实践Ⅲ.实 广290 东化工 2009年第8期 Ⅵ Vw.gdchem.com 第36卷总第196期 验科学与技术,2008,(8):170—171. [4]郑文芝,陈姚.关于化工基础实验教学模式的思考【JJ.广东化工,2007, 34(5 :107-108. [5]曾文良,王剑秋,张复兴.应用化学专业化工原理实验教学改革与实践 [J].化工高等教育,2007,(2):91—93. [6】杨金田.化学化工专业实验教学新体系的构筑和实施【J].实验技术与管 理,2007,24(12):1 14—1 17. (上接第276页) 理解,也考查学生分析问题、解决问题以及专业英语的书面表 达的能力。一门课程提供三套平行的英文试题,题目重复率不 超过3O%,同时附有参和详细的评分标准。每次考完 都要进行试卷分析,总结经验教训,争取达到题目难易程度适 中,学生成绩符合正态分布。除了试卷以外,笔者还积极利用 网络优势,开发了网上成绩管理系统,并且正在开发网上复习 自测系统和模拟考试系统。 1.4考核方式改革 考试是评价教师教学效果和学生学习效果重要途径之一。 由于双语教学是一种新的教学模式,学生承受着知识与语言的 双重压力,如果仍采用通常的百分制闭卷考试方式,容易导致 “一考定成败”,影响学生学习的积极性。笔者采用的是笔试、 V1试、闭卷、开卷等多种方式相结合的方法,考核内容包括五 项:学生在课堂上的发言情况、用英语进行课堂讨论的积极性、 专业英语阅读任务完成情况、课后作业的完成情况及小测验成 绩,各占20%。笔者的感受是考核方式多样化,能够鼓励学 生用英文思考问题、解决问题,并提高他们的学习兴趣、语言 表达能力及知识掌握程度。 2教学方法的改革 双语教学的教学方法至关重要。如果教学模式组织不好, 教学方法不能与授课对象相适应,不仅不能实现双语教学的目 的,还会使外语成为一个障碍,使学生更难掌握专业知识。对 于无机与分析化学双语教学,教学方法应注意三点:(1)遵循 教学规律,改革传统的教学模式,循序渐进地安排中英文比例; (2)注重实验教学环节,培养学生的专业技能;(3)采用多种教 学方法,增强任课教师与学生之间的互动性。 2.1教学模式的改革 据报道 J,我国大学生中能灵活运用外语的不超过10%, 绝大部分学生的外语水平一般。对于外文基础相对较差的学 生,在双语教学初始阶段更是有一种畏惧心理,缺乏学好这门 课的信心。因此笔者在教学模式设计上,特别注意把握语言搭 配比例,根据课程的内容特点和学生英语水平,遵循“长期坚 持、循序渐进”的原则,逐步增大英语教学的比例。课堂上采 用英语与汉语相结合进行讲授,教材、板书、多媒体课件、学 生作业与小测验全用英文。整个学期中,英语讲授的比例是逐 渐增大的。课程开始阶段以汉语讲授为主,以便学生逐步适应 双语教学;中间阶段,讲课时交替使用中英文,锻炼学生用英 文分析和解决问题的能力;结束阶段,以英语讲授为主,让学 生学会用外语来思考解答问题。对于不同的内容,也可采用灵 活多变的语言分配比例。相对简单的内容(如元素化学部分)基 本都用英语讲解,而对抽象难懂的内容(原子结构、分子结构 等)用汉语讲解。这样做有助于培养学生的自信心,形成听英 语、讲英语、用英语思考的习惯,最终达到通过外语这一工具 来提升专业水平、扩展国际视野的目的。 2.2重视实验教学环节 化学是--f]以实验为基础的学科。无机与分析化学的实验 教学在培养学生动手操作能力、激发学习兴趣、促进创造性思 维的发展等方面起着不可替代的作用。所以笔者提倡让学生多 (上接第277页) 排了化工设计课程,但没有安排相关的实践环节,学生仅仅了 解一些化工设计的原则,缺乏更深刻的认识。在上化工设计理 论课的同时,可以安排2-3周的化工设计实践时间,而且这个 [7】祈燕玲,郝志峰,周立清,等.基础化学与化工实验课程体系的改革与 探索[J].广东化工,2008,35(6):146.149. (本文文献格式:毕强,郭莹娟.化工专业实验教学的改革与 实践【J】_广东化工,2009,36(8):275) 动手,训练实验基本操作技能,并在此基础上引导他们对实验 现象的观察和分析,然后用英语表述一些简单的实验过程。对 于实验中常见药品及仪器,则要求学生熟练掌握其英文名称。 这样不仅能将所学的理论知识和专业英语术语与实际应用结 合起来,而且更有效地提高了学生的动手能力。使无机与分析 化学实验教育满足培养高素质人才的社会需要。 2.3丰富教学方式,营造良好的教学氛围 从笔者从事双语教学的体会来看,采用多种教学方式,营 造良好的教学氛围,能够取得良好的教学效果。比如与中学化 系比较紧密、学生相对比较容易理解的章节,通常采用课 堂讨论的形式,以小组为单位,用英语进行讨论,然后汇集各 小组中学生仍有疑惑的问题,引导全班同学自由发言,教师进 行肯定或纠正错误。由于学生之间的专业英语水平参差不齐, 对部分英语基础较差的学生也可以放宽要求。中文夹杂英文回 答问题。这样不仅能鼓励学生多用英文思考、回答问题,而且 能够括跃的课堂氛围,形成教师与学生之间的良性互动。而对 于抽象难懂的内容(如原子轨道、波函数等),教师除了通过多 媒体课件用动画演示外,在讲解的时候使用中英文对照的方式 加深学生理解。每学期安排一次seminar,提前布置学生查阅 相关的英文文献,做成ppt后在班上进行1Omin以内的讲解。这 样既不会占用学生很多的课余时间,又充分调动了学生的学习 积极性,充分体现了学生为主体,教师为主导的教学理念。 3课后质量监控体系的建立 在无机与分析化学双语教学工作中,加强质量监控是笔者 的着力点之一。主要采取了以下几种措施:第一,邀请专家审 阅双语教学讲义、教案、课件等教学资料是否符合要求;第二, 组织双语教学试讲,从外语口语表达水平、板书设计、课堂气 氛等方面进行评审;第三,定期向学生发放“双语教学课程调 查问卷”,对教学效果进行全面实时的把握,并将存在的问题 及时调整,以保证双语教学的课堂教学质量。 4结语 通过无机与分析化学几年的双语教学改革与实践,山东科 技大学的双语教学课程处在一个良性、持续、健康发展的状态 之中,其中教学模式和教师的授课方法的改革,充分体现了学 生为主体,教师为主导的教学理念,获得了绝大多数学生的肯 定。 参考文献 …1刘卓林.南京理工大学学报:社会科学版,2005,18(4);55—58. 『2]庄琴生,鲍泓.教育教学(高教版),2004(6);352—361. 【3]张国华.双语教育与双语教材的思考fM].上海:上海交通大学出版社 2002:422.441. [4]潘丽萍.高教探索,2007,S1:18-19. f5]宋敏.工会论坛,2007,I3(2):120-121. (本文文献格式:朱林晖,唐尧基.无机与分析化学课程双语 教学的改革与探讨【J】.广东化工。2009,36(8):276) 时间分散在整个授课期间,这样,教师可以选择一个与自己科 研有关的项目,一开始就给出设计目标,在授课的同时,学生 的设计也同步进行。在授课过程中,结合设计项目介绍相关内 容,由于可以学以致用,学生的兴趣更高,教学效果就更好。