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1.1应用型本科人才要求
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。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。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
为了达到实验课培养学生应用所学知识解决问题的更高目标,以培养学生实践创新能力为出发点,以学生个性化能力培养为重点,学院制定了《合肥学院学生第二课堂活动学分管理暂行办法》,将第一课堂与第二课堂结合起来,收到明显的效果。化学工程与工艺专业,以化学工程师之家和学生参与教师科研为主要内容开展第二课堂科技活动。化工工程师之家于2007年11月建成运行。以培养“未来的工程师”为目标、以工程设计为核心、以模型制作为基础,通过形式多样的活动培养学生的工程意识;通过加强合作促进团队精神;通过模型制作提高工程应用能力;通过工程设计提高工程素养;通过企业化运作模式培养学生效率意识、责任意识和管理能力。作为第二课堂的重要平台,重点培养学生的工程设计能力、管理能力、协调组织的领导能力和团队精神。通过借鉴企业化管理模式,营造企业氛围,培养学生效率意识、责任意识和管理能力,增强学生对社会的适应能力,提高学生的综合素质。目前,累计培训学生500人以上。化学工程与工艺学生在各种全国性竞赛中取得了一系列好成绩。2010年,在科技部等单位举办的青年科技创新竞赛获得二等奖,“三井化学”杯第四届大学生化工设计竞赛二等奖和华南地区第四届大学生化工设计创业大赛二等奖。近3年来,学生34篇,其中被SCI、EI收录的9篇。
关键词: 制药工程; 实验教学; 改革
【中图分类号】R-4
太原理工大学制药工程专业是根据国务院学位委员会和国家教育部,1998年对高等本科院校专业目录调整之后, 由化学化工学院原《工业分析》和《精细化工》两专业合并而成的一个新的本科专业。其本科教育不仅要求学生具有坚实的制药与生物工程基础和制药与生物工程专业理论,而且还要求学生具有一定的解决工程实际问题的能力和进行科学实验、科学研究和科学创新的能力。
一、改革制药工程专业实验设置
我系前些年来实验教学主要存在的问题是,专业实验依附于各门理论课、实验课没有单独设置,实验内容、方法、实验所用仪器设备与现代化的科技发展相比严重滞后,实验关联性和系统性较差,以验证性为主,几乎没有综合实验和设计实验,实验考核不单独计成绩甚至不计成绩。因此,我们在专业实验教学中对上述问题进行针对性的改革,重点改革了专业实验设置,首先是将专业实验从相关的理论课程中独立出来,将专业实验课程单独设置,单独进行考核。精选具有代表性和先进性的实验内容,在实验中尽量选择能够提供给学生使用现代化仪器设备的机会,多开综合性实验、加大设计性实验的力度、增开创新性实验。
二、改革和创新实验教学内容和实验教学方法
1. 更新和精选实验教学内容
对专业基础和专业课实验,天然药物化学、药物化学、药物合成、药物分析、制药工程、制药工艺学、药物制剂等课程的实验内容,特别是对有毒、易制毒、重复性、演示性、验证性、单一性和陈旧性等实验内容进行更新,选择具有先进性、环保性、代表性、综合性、设计性和创新性的实验教学新内容,把新的实验方法和新的实验技术引入到更新和精选的实验教学内容里,提高学生使用新的实验方法和新的实验技术的能力。
2.调整专业实验课结构
调整实验课安排和结构,将原来需要两个、甚至三个学期完成的专业实验课,即药物化学、药物合成反应、药剂学、天然药物化学、制药工程、应用光谱解析、制药工艺学、药用高分子材料、制药分离工程、药物分析和现代仪器分析等实验内容进行精选、归并,适当压缩学时后调整到一个学期完成,重点加强学生基本操作和基本技能的训练,注重培养他们使用现代化仪器的能力。提高和加强学生的科学实验、科学研究、科技创新和解决工程实际问题的综合能力。
3.采用多层次的实验教学方法
利用多层次的实验教学方法,按专业实验、综合实验、设计性实验和创新性实验四个层次组织实验教学。因此,制药工程专业实验教学的改革与创新的重点是如何加强综合性、设计性和创新性实验。根据制药工程专业人才的培养目标,我系重新编写了专业实验教学大纲,组织专家、教授和资深教师编写了普通高等教育“十二五”规划教材《制药工程专业实验》,并于2014年由化学工业出版社出版,该实验教材主要有药物合成、药物制剂、药物分析、天然药物化学、农药合成等数十个实验内容。
三、开设综合性实验、
综合验内容主要涉及药物化学、天然药物化学、药物合成、药物分析、制药工艺学、药物制剂、微制药学、分子制药学、制药工艺学、制药反应工程、制药分离工程、现代仪器分析等理论课程,其特点是各门课程既有相对的独立性,又有紧密的内在联系和系统性,实验课程多、内容广泛,为此,我们必须精选综合实验的内容和优化理论课之间实验项目的组合,选择实验内容的重点是要侧重于综合性和系统性,理论联系实际解决工程实际问题。根据我系制药工程设备基础较好的优势,在综合性实验教学中,重点突出了药物化学、天然药物化学、药物合成、药物分析、药物制剂、制药分离工程和制药工艺等。
四、加大设计性实验的力度
在专业实验和综合性实验的基础上,开设设计性实验,它是培养学生独立设计和培养优秀化学人才的重要途径。为此,我们加大了设计性实验的力度,在实验学时数、实验所用仪器和药品等条件上给予最大限度的保证。同时我们还根据各门专业实验课的特点安排不同的设计性实验内容,采取不同的教学方法。最终创新了新的实验方法,并写出了具有创新性的设计实验研究报告。学生的独立设计实验能力得到了充分的锻炼,为撰写毕业论文打下了坚实基础。
五、增开创新性实验
1.加强实验室现代化建设是开展好创新性实验的基础和条件
专业实验室是开展创新实验,培养研究和创新能力的重要基地 [1] 。因此,我们就必须加快专业实验室现代化建设,为开展好创新性实验创造条件。近年来,制药工程专业实验室先后建立药物化学、药物合成、中药提取、制剂、制药分离工程、制药工艺学、高效液相色谱、气相色谱、光谱分析、制药工程等功能性实验室。
2. 构建开放式的实践教学体系是开展好创新性实验的根本保证
为鼓励大学生开展科技创新, 教育部推出了“大学生创新性实验计划” [2],同时山西省、山西省教育厅、太原理工大学也先后推出了各类学生科技创新课题, 为了确保“大学生创新性实验计划”和科技创新课题的顺利进行,我们制药工程专业对以前传统的封闭式实验教学进行了大胆的改革,开展和实施了一系列全新的实验室开放式运行模式,包括实验室大型仪器与设备、实验时间与空间、实验项目与内容的全面开放,为创新性实验的顺利开展提供了最有效的根本保证。自2007年以来,我们生物与制药工程系先后承担了国家级、山西省、山西省教育厅和太原理工大学大学生创新创业训练计划项目多达几十个创新项目。
实践证明,我们在实验教学内容和方法上采取的改革、创新措施有利于优秀化学人才的素质培养,提高了学生的科学实验和科技创新能力。
参考文献
[1] 教育部,财政部. 高等学校本科教学质量与教学改革工程2008 年度项目申报指南[z]. 教高司函[2008]82 号,附件15, 2008: 57-58.
[2] 牛莉莉,吴良,吴晶.“国家大学生创新性实验项目”的过程管理模式探析[J]. 纺织教育, 2009, 24( 9) 11-13.
关键词:天然产物化学实验 教学内容 教学方 教学手段
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)11(b)-0188-02
天然产物化学是运用现代科学理论和技术方法研究天然产物中化学成分的一门学科[1],是化学类专业的一门必修课,在整个化学教育体系中具有十分重要的作用和地位。随着我国药学事业的飞速发展以及崇尚“自然”之风的回归,《天然产物化学》课程显得更加重要。
天然产物实验教学课程是学生在完成了基础化学课程以及有机化学、有机分析化学、精细化工工艺学、化学反应工程等专业基础课和专业课学习及实验基本操作的基础上开设的一门专业实验课,是理论与实践相结合的纽带,是培养学生实验操作技能和应用技术的有效手段,对提高培养质量以及将来学生的就业和从业都起着举足轻重的作用,但由于天然产物实验课时较少,教学当中不可能面面俱到,因此如何选择实验教学内容及采用有效的实验教学手段显的更加关键。为此,我们对天然产物化学实验教学改革进行了探索,取得了一些有益经验,同时还有许多方面有待于进一步深入探索和实践。
1 实验教学内容改革
1.1 时代化
随着科技的快速发展(天然产物产品发展尤为迅速)和学生知识结构的变化,实验内容不能进行及时的调整,一些相关领域的新知识和新技术不能及时引进,不利于激发学生对实验课的主动性和积极性,不利于激发学生的创新性思维,影响了实验教学的质量,同时容易挫伤学生的专业兴趣,为调动学生的积极性,选取一些和日常生活联系密切的综合性实验。如我们在实验内容中开设了大黄中大黄素的提取实验,既让学生了解大黄素在生活中的具体应用,又锻炼了学生的实验技巧,并且通过大黄素的红外鉴定使学生掌握大型仪器的使用,使学生对实验更加感兴趣。
1.2 本土特色化
农林院校天然产物实验课程要以农业为优势和特色开展实验课程教学,一方面体现农学类课程优势;另一方面为学生就业打下特色基础,因此在实验课程的设置上可以适当结合农产品开展天然产物相关实验。比如,紫甘薯是当前流行的甘薯特有品种,其紫甘薯色素是一类用作食用色素的天然花青素类色素[2],对于缓解肝功能障碍、调节血压有显著作用[3]。由于无毒副作用,可用作安全无毒的食品着色剂,是一类极具前途的功能型食品添加剂和保健食品基料,因此在实验中开展紫甘薯色素的提取加强了学生天然产物农学特色化的理念。
2 实验教学方法改革
2.1 多媒体
天然产物化学涉及单体成分的化学结构、提取分离流程、光谱鉴定数据等,传统板书既浪费时间、又容易出错,而经多媒体教学以生动形象的图、文、声、动画等信息来表现教学内容和教学过程,图文并茂,文字清晰,生动直观,便于理解,动态的提取分离过程更利于学生掌握,从多方位刺激学生对知识的理解和接受,显著提高学生的兴趣性和参与性[4~6]。比如说在实验中设计到的一些装置如:浸渍法、渗漉法、煎煮法、回流法等操作技术所需设备仪器、使用溶剂、适用范围和优缺点采用多媒体的形式演示出来,不仅能给学生较深的直观印象,而且动态的演示对于学生后续独立动手操作也有较好的指导作用了,为后期实验教学内容地顺利完成提供保证。
2.2 比较化
传统天然产物实验为流程式操作,具有连续性特点,难以在一次实验课内完成,加之实验学时有限,那么如何在有限的实验学时内充分利用实验室资源,做到既能达到课程标准的基本要求,又能更好地调动学生的积极性,增加其动手、动脑机会,就显得十分重要。因此,我们对传统的单一实验模式进行了改革,建立了同步比较实验模式。该模式是指在同一实验室、同一时间内同步进行2种实验目的相同,但实验方法不同的实验项目。比如在齐墩果酸的提取、分离和鉴定实验中,一半的学生采用索氏提取;另一半的学生采用连续回流提取,并比较两种提取方法在提取效率上的不同,索氏提取效果高的结论不仅是对课堂理论的印证,使学生在比较中形成了科学的思维方法,提高了分析问题的能力;而且扩展了实验范围,同时也使学生对两种操作深有体会,使学生在理论与实践的结合中巩固了所学知识。
3 实验教学手段更新
3.1 开放型实验
所谓“开放性实验”,就是在设计时开始由老师为学生集体命题,由学生从中选题,然后查阅相关资料,独立设计实验方案,计划所需的仪器、试剂,老师组织学生对各种设计方案进行讨论,选择可行性实验方法,并且要求学生在实验报告中对自己所选的工艺路线和实验结果进行讨论分析[7]。如连翘中连翘苷的提取、分离和鉴定,在给定学生命题后由学生自己查阅资料,自行设计提取方案,经教师把关后开展实验。通过方案的设计,学生进一步巩固了理论课堂上的相关内容,切实了解每种试剂的具体作用;通过实验的完成,既锻炼了学生动手能力又锻炼了小组成员间协同工作的能力。开放型实验不仅改变了教师在实验中从实验目的、原理、实验步骤"一包到底"的被动局面,而且是学生对所学知识的一个独立综合应用,是他们由不独立走向独立工作岗位的一个实践平台,因此在一定程度上开展此类实验对于学生的就业是有极大帮助的。
3.2 项目化
传统开设的天然产物实验周中,通常是1个人或者2个人一组,学生的实验方案虽是自己依据参考文献制定,但大都沿用了文献中的数据,依葫芦画瓢的重复一遍,只知其然,不知其所以然,因此对于即将进入大四做毕业论文或者找工作的同学来说进行如何解决实验中问题的训练势在必行。另外学生的合作意识不强,因此为了改变此现象,锻炼学生的解决问题的能力和团队意识,将每个班级的学生分成5个小组,每组6人。分组时不考虑学生的成绩以及相互间关系等因素,只按班级学生名单上的先后顺序依次划分。以大黄中大黄素的提取为例:其中两人负责提取,期间包括提取条件的筛选及提取条件的优化;另外两人负责大黄素的提纯,其中包括纯化方法的选择及条件的筛选;最后两人负责大黄素检测条件的建立。通过分组并摸索实验条件,一方面学生能明白文献或书籍上的实验数据是如何来的,知数据的所以然;另外一方面通过实验的训练也锻炼了他们分析解决的实际操作能力,对大四的论文工作或者与毕业后进入单位进行研究工作都是很有帮助的。另外也可以结合"比较化"实验,使两两大组对同一实验命题,不同方法获得的结果进行横向比较,并作其优缺点及使用范围分析,这样在同一实验内既有统一性(命题的统一),又有差异性(方法的不同),让学生充分发挥实验的主观能动性。
3.3 微型化
微型化学实验是美国的Mayo博士和他的同事们于1982年基于化学实验理论思维上的微型化为减少资源消耗和化学污染而发展起来的一种化学实验的新方法、新技术,为化学实验教学改革开辟一条新的途径[8]。天然产物实验中所用试剂通常属于易挥发、有毒害气体,相对于其它实验而言消耗量大,不仅污染环境,而且在药品回收处理上费时费力。比如在连翘中连翘苷的提取实验中,本来从连翘壳中进行提取分离连翘苷,实验中不仅乙醇等消耗量大,而且富集起来困难,因此我们把实验进行了改革,改成连翘叶中进行提取,在保证收率的情况下50%的减少了试剂的用量。因此在当今大力提倡绿色化学教育的情况下,微型化学实验不仅完全符合绿色化学的教育目标,充分体现了环境友好的原则;而且可降低实验成本,节约实验经费。
实践证明,通过这种从实验教学内容、实验教学方法和实验手段多方面的教学改革,不仅培养了学生的语言表达能力,查阅文献、分析问题及解决问题的能力,而且也培养了学生团队协作能力,此改革有效可行。
参考文献
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[6] 亢临生,田晋平,王玉莲.充分运用现代教育技术手段进行计算机辅助教学[J].高等理科教育,2003,S2:194-196.
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