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实验教学方案

经过几十年实验教学的不断改革、发展与积淀,中心逐渐形成了“学生为本,立足工程、协同企业、跟踪科技”的实验教学理念,“三统一、三阶段、三层次、开放式”的组织教学模式,以化工基础、化工工艺、特色化工等“三平台“为主线的实验教学体系和独特的实验教学方法,取得了一定的成果。结合学生在不同阶段成长的需求组织实验教学内容,如化工原理、高分子、化工模拟仿真等化工基础实验立足基本技能掌握,注重规范养成;精细化工、高分子化工、制药化工、生物化工、污染物控制等化工工艺实验注重综合性、设计性、创新性实验项目,培养学生分析和解决问题的能力;超重力化工和火炸药化工等特色实验,培养学生创新意识和能力。

1.创新实验教学理念,构建立体化实验课程体系

实验中心坚持“学生为本,立足工程、协同企业、跟踪科技”的实验教学理念,按照“三统一、三阶段、三层次、开放式”的组织模式,形成了以化工基础、化工工艺和特色化工为主线的实验教学体系。

“三统一”:中心实验课统一规划、统一管理、统一安排,打破传统学科及专业的分工,实现学科交叉融合。

“三阶段”:基础阶段(化工基础实验、高分子化学和物理、化工模拟仿真和实训)、提高阶段(化工工艺平台)、创新阶段(如超重力化工过程强化、火炸药化工等特色实验)。基础阶段以验证性、综合性实验为主,主要加深学生对相关理论和实验方法的理解,重点培养学生熟悉实验规程、理解实验步骤、观察实验现象、分析实验本质及完成实验操作的素养和能力,如化工原理实验中的“精馏实验”、“流体综合性实验”、“洞道干燥及计算机控制与数据采集实验”、“离心泵特性曲线模拟仿真”等实验,主要加深学生对化工原理的基本理论和规律的理解,培养实验能力,启发学生的创新思维。

提高阶段以各个化工工艺综合实验为主,对应重点培养学生独立思考、设计以及分析和解决问题的能力,如“奥克托今的合成”、“聚醋酸乙烯酯及其下游产品的合成”、“直接硝化法制备RDX”、“天然活性物提取”等实验项目。

创新阶段借助于超重力化工、火药化工等特色实验室,以教师科研成果、企业难题和学生自拟题目为主,主要是启迪创新思维、开发创新潜能、培养创新能力和工程能力。将教师科研成果和工程化实例转化为实验项目,尽早让学生接触学科前沿技术与发展动态,感受科研为社会的发展所做的贡献,激发学生的科研热情。如“超重力传质实验”、“超重力-湿式烟气脱硫实验”、“超重力强化O3/H2O2降解硝基苯废水”、“高聚物/金属含能材料的设计与制备研究”、“炸药晶体形貌预测和控制技术研究”等。实验中心建有“向日葵盘提取果胶”中试实训平台,引导学生树立从原料到产品的完整的工程化理念。培养学生的工程实践能力、创新能力,极大的提高了学生参与实验的积极性、动手能力,扩展了学生的知识面,提高了分析问题和解决问题的能力。

“三层次”:验证性、综合设计性、创新性。验证性实验,按教学专题设置实验项目和安排教学内容,实验学时较短,强调基础知识理解和能力训练、规范化训练,统一安排,分组完成;综合设计性实验项目强调综合能力及综合素质的提高,设置实验项目综合较多的知识点,安排综合实验内容、学时较大,统一安排,单独完成;创新实验主要是结合教师科学研究、大学生各类竞赛,利用实验中心的条件,由学生自主完成一些实验课题。

“开放式”:为了培养学生自主创新和研发的能力,中心大部分实验室实行开放式管理。

2.根据专业需求,精心修订实验大纲,独立开设实验课程

根据专业需求,实验中心精心修订了实验教学大纲,在有限的学时数内,优化实验项目,开设了19门独立实验课程,服务于11个本科专业。

化工基础平台的化工原理实验室开设了面向化学工程与工艺专业、制药工程等专业的48学时化工原理实验课,面向环境工程、应用化学、特种能源技术与工程、生物工程等专业的32学时化工原理实验课和面向过程装备与控制工程等专业的16学时化工原理实验课。高分子实验室开设了面向高分子材料与工程、复合材料与工程专业的40学时的高分子实验课,面向化学工程与工艺专业的40学时(化工实验班)、24学时的高分子化学实验课和面向特种能源技术与工程的24学时高分子物理实验。化工工艺平台和特色化工平台下的实验室分别开设了制药化工实验(64学时),精细化工实验(32学时),高分子合成与表征实验(32学时),火炸药化工实验(64学时),生物分离工程实验(24学时),生物化学实验技术(32学时),基因工程实验(16学时),分子生物学实验(16学时),环境化工实验(32学时),超重力化工过程强化实验(24学时),火炸药成型与传爆性能测试实验(24学时),安全工程实验(24学时)等。

3.“学生为本”,全面改革实验教学模式、方法与手段

(1)实验教学“五结合”模式

为了贯彻落实“学生为本,立足工程、协同企业、跟踪科技”的实验教学理念,中心重视学生的“个性化发展”,全面开放实验室,建立了以学生为中心的开放式、自主式、合作式、研究式的教学机制。即:学生针对“三层次”实验项目,采用不同形式的分组(验证性实验,1人一组,独立操作;综合性和设计性(研究性)实验,学生自主组队,3~4人一组),强调自主设计实验和训练研究式思维。在教学过程中逐渐形成了“五结合”模式,即:实验教学与理论教学结合,使学生的知识体系融合贯通;实验教学与创新活动结合,学以致用,启迪创新思维、开发培养创新能力;实验教学与化工技能大赛结合,通过化工知识和技能的竞赛活动,激发学生的学习兴趣,中心每年组织一次化工知识及技能大赛,还鼓励与指导学生参加全国化工设计大赛。实验教学与科学研究结合,共享资源,实现科研真正为教学服务;实验教学与工程应用、社会实践结合,将工程应用和实践成果及时转化,使教学紧跟社会发展,培养切实有用的人才。例如:中心提供平台,支持本科生创新创业训练等。

(2)实验教学方法多样化、自主化

中心实验教学工作面向5个学院11个专业开展,共开有19门实验课程,189个实验项目。同时,每年为6个专业的近800名学生的毕业论文提供实验条件。另外,本科生教学计划中除了有日常实验教学学分外,还有创新实验学分。因此,不能采用统一的教学方法和形式。针对不同的训练目标,中心采用了多样化、自主化的教学方法。具体体现在:

①培养基本能力的实验项目教学,采取“预习—检查—示范—操作—考评”的方法,强化基本操作、基本能力、基本素质的培养。化工基础实验室配有网络多媒体教学课件,如化工实验基础知识、实验基本操作、仪器设备操作示范等。要求学生预习并编写实验预习报告,实验课前辅导教师检查学生预习情况并现场提问,同时重点讲解和示范操作,针对性解答疑问,在实验过程中及时提示和纠正错误操作。

②综合性实验项目的教学:注重过程训练和创新能力培养,教学方案中增加了一些创新训练环节,让学生改变工艺过程参数,得到不同的实验结果,从而深

刻理解和认识过程的本质,理解工艺参数对结果的影响规律,加强对过程的认识。

③工程应用性实验、开放性实验,部分采用“教师提出要求——学生合作完成——实验报告撰写——集体分析讨论”式教学,部分采用“提纲式”教学,学生按照提纲,查阅文献,设计实验步骤,经指导教师审阅后进行实验,并提交实验报告。

④对创新性实验(学生获得创新学分):学生自主选择参与到教师的科研活动中或自己选定创新性实验项目,经充分调研后提出实验方案及实验步骤,与指导教师讨论并获批准后进行实验,最后提交研究报告或小论文,并作项目研究报告与答辩,通过后可以取得创新学分。

4.提高综合设计性、研究创新性实验项目比例,优化实验教学内容

中心以基础性实验项目的更新及综合设计性实验项目的建设作为实验教学内容的改革重点,整合优化简单的验证性实验,增加化工强化技术方面的实验,结合我校超重力过程强化和火炸药的科研成果,鼓励教师积极将自己的科研成果转化为综合性、设计性实验项目,并引入实验教学过程中。在实验中增加设计性、创新性实验项目,如化学工程与工艺专业实验中增加了陶瓷膜分离性实验、有机膜选择性分离实验和超重力传质性能测试与优化实验等实验,特种能源工程与技术专业实验增加了单基火药制备、推进剂比冲及特征速度测定等实验,提高了综合设计性实验的质量,开设的综合性和设计性实验项目127项,占总实验项目的67.2%。

5.建立以考核学生综合能力为主的实验考核方法

中心依照教育部有关实验教学示范中心建设标准及学校相关规定,评定成绩由实验预习、操作过程和实验报告三个阶段综合考量。其中,实验预习报告针对学生提前预习和设计实验方案、数据记录表格等方面考核;实验操作阶段结合现场提问考核学生实验动手能力,实验步骤、操作规范性、熟练程度,对实验现象和规律的发现、以及现场掌控能力等;实验报告考核学生对实验结果与现象的分析、总结以及对相关知识的应用、实验过程出现的问题的分析与判断能力。总成绩由各实验项目成绩累积得出。实验类型不同,每个实验的考核评定指标所占比例不同。