工程教育背景下有机化学基础课程改革论文

化学毕业论文 时间:2018-09-03 我要投稿

  摘要:结合四川理工学院《有机化学》课程改革的现状,总结和探讨了在创新工程教育人才培养模式、深化工程教育改革背景下,化工类工程专业的《有机化学》基础课程的改革思路、初步经验和心得。通过引入CDIO教学理念、改进教学模式和优化课程内容,提升教学质量,激发学生的学习兴趣,提高学生的能力和综合素质,使《有机化学》课程更好的服务于高素质工程人才的培养。

  关键词:工程教育;有机化学;课程改革

  20世纪90年代初,以波音公司为首的大型跨国公司对各工程专业毕业生提出了一系列新的要求,促使欧美大学改革工程教育观念和模式。麻省理工学院(MIT)等大学经过探索研究,创立了CDIO工程教育模式[1]。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程,继承和发展了欧美20多年来工程教育改革的理念,是近年来国际工程教育改革的最新成果[2]。2008年中国CDIO工程教育模式研讨会上,与会专家指出:CDIO作为一种指导工程教育人才培养模式改革的教育思想观念和课程设计的框架体系,符合现代工程技术人才培养的一般规律,具有良好的发展前景和推广价值。CDIO的核心在于根据工程链环节的工程、岗位、职业、行业的学生知识、能力和素质的要求,以工程设计为导向,以项目训练为载体,来重新设置课程和教学模式[3]。因此,应积极推广CDIO的经验和做法,努力促进我国工程教育改革和人才培养模式改革。在教育部的发起和组织下,我国于2006年正式开展了工程教育专业认证的试点工作。2011年教育部提出实施“实施卓越工程师教育培养计划”,是改革和创新工程教育人才培养模式,提高工程教育质量的战略举措。作为教育部第二批参与“卓越工程师教育培养计划”的高校之一,四川理工学院在卓越工程师培养方面正在进行积极的探索与实践,提出建立“立足地方、面向行业、构建具有工程精神的应用型人才”培养体系,实施以能力为导向的工程教育课程体系改革,按照课程内容进行整合、重构,建立了通用能力、专业能力、综合能力等三大课程模块,创新多元化人才培养模式[4]。但笔者团队认为:提升工程教育质量的工程教育改革,并不是单纯的培养方案和课程体系的调整,而应该是一个系统工程,其中心和核心的任务是培养高素质应用型人才。这就要求培养方案中的每门课程都要树立培养应用型人才的理念,围绕应用型人才培养的中心任务进行课程体系和结构调整,进行教学方式和模式的改革。《有机化学》课程作为材料、化工、生工、轻化等本科专业群的核心专业基础课程,对后续专业课程的学习和专业知识体系的构建具有重要的作用。但现阶段,《有机化学》课程存在自成体系、自我封闭的问题,很少与后续专业课程挂钩,也很少考虑到课程的理论知识在实际工程问题上的应用,这些都不利于高素质应用型专业人才的培养。为此,笔者团队几年来一直尝试和探索在化工类工程专业的《有机化学》基础课程的教学中,融入工程教育理念,调整知识结构体系,改革教学模式,提升《有机化学》基础课在工程教育和应用型人才培养中的作用和地位,更好的服务于应用型人才培养。

  1《有机化学》课程改革思路

  相对于化工类工程专业的核心专业课程,如化工原理、化学反应工程、分离工程、化学工艺学和化工设计等课程,《有机化学》课程作为专业基础课程,理论性强且自成理论体系,基本可归属于理论课程的范畴。其教学的重点主要集中于系统讲授各类有机化合物的结构和性质的关系及其相互转化的方法,介绍有机化学反应原理和影响因素、有机化合物的立体化学、分离鉴定和结构表征等内容。因此课程的授课教师普遍认为《有机化学》只是一门理论课程,其任务就是为学生后续专业课程的学习奠定相应的理论基础,在课程的教学中难以实施工程教育理念和“做中学”的教学方式。同时,由于课程的理论性较强,多数学生们认为本课程学习与将来所从事的工作不会产生多大联系,学习兴趣不高和学习动力不足。因此,要在工程教育背景下,首先必须解决课程的改革思路问题,如在《有机化学》在教学中融入工程教育理念的可能性和现实性。美国麻省理工学院教授、国际CDIO创始人EdwardF.Crawley在关于工程教育改革的主题报告中指出,基于产品、过程、系统的生命周期的开发和部署(product,process,anddevelopmentanddeploymentofsyctemlifecycle)的工程实践环境下的工程教育更为有效,CDIO只是基于该工程教育理念的模式之一;对于无实体产品的工程专业,MIT的教育者提出了4M(Measure-Model-Manipulate-Make)教育模式;无论CDIO模式还是4M模式,工程教育的核心基础是情景教育(ContextualLearning)[5]。即学生在学习与工程职业相关的知识和技能并知道如何有意义的应用所学知识和技能时,学习更为积极主动和有效率。另外,工程教育是培养学生的工程理念,赋予学生今后从事相关工程职业的综合能力,除了具有综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决工程问题的基本能力外,还需要具有团队协作能力、批判性思考能力和综合思考、解决问题的意识属于综合素质和能力,这些能力在很大程度上需要通过基础课程教学来培养。综上,只要教师在《有机化学》课程教学中,牢固树立工程教育理念,实施工程背景的情景教育,理论联系实际,使学生在工程教育的氛围中学习,受到工程教育的熏陶;同时注重学生团队协作能力、批判性思考能力和综合思考、解决问题的意识属于综合素质和能力的培养,就可以使《有机化学》课程更好的融入化工类工程专业的工程教育体系,服务于学生的“大工程观”的培养,满足工程教育专业认证对专业基础理论课程的要求。

  2《有机化学》课程改革措施

  2.1构建面向不同专业需求的差异化

  《有机化学》课程体系在《有机化学》课程教学中,改革现有的同质化的课程教学模式,在保证课程的基本理论知识体系的前提下,针对每一个化工类工程专业对课程的不同需求,设计差异化和针对性的课程知识体系。如安全工程专业,注重引导学生对危险有机化学品安全知识学习,养成查阅典型常见有机化合物的MSDS的习惯,引导学生通过解读化合物闪点、爆炸极限、危险特性、危害等信息认识其危险性和毒性,了解其防护措施和泄漏处理等化工安全的专业知识。对化学工程与工艺专业,则侧重安排有机化学副反应控制、后处理分离纯化的可能性和方法手段等知识。因杂环、甾族、生物碱是药物的基本结构和功能单元,药物在体内代谢和药理作用又涉及与碳水化合物、蛋白质和核酸等类化合物的作用,因此其他化工专业较少涉及的内容,又成为制药工程专业必需的基本知识。

  2.2尝试《有机化学》课程的情景教育

  《有机化学》虽然只是一门理论基础课程,但课程涉及的有机化合物在日常生活和化工生产具有广泛的应用;有机化学反应的产物,大多是化工、医药产品或中间体。因此在学生掌握了一些基础理论知识后,在课程后半程教学中,通过合理设计课堂教学内容,采用IDG(inspiration,guidance,anddiscussion)教学模式[6]和“以研究为本,解决一个实际问题”的单元模块式教学模式,尽可能实施情景教育,开展研究型和创新型教学,让学生在学习过程中思考如何将基础的理论知识应用于产品开发实例的分析、处理和设计上,打通基础课程和专业课程的联系。在每一章节引入2~3个应用和产品开发实例,通过引导学生思考相关的原料选择、成本控制、反应实施(副反应控制)、后处理分离等问题,达到对学生实施工程观的培养和一定意义上的工程情景教育的目的。例如对于格氏试剂这部分内容的教学,常规的教学方式是介绍格氏试剂的制备、性质和反应;对于格氏试剂这类在有机合成和精细化学品生产上具有广泛应用的重要有机试剂,单纯作为一个重要知识点进行教学,无法激起学生的学习兴趣,对格氏试剂的应用也没有感性的认识,完全背离了工程教育的理念。笔者团队通过录制、剪辑实验室小试规模和车间中试规模制备、使用格氏试剂的视频,结合视频简要介绍格氏试剂制备及反应时溶剂处理、镁屑处理、实际操作过程无水无氧条件的达成、反应引发等过程的操作细节及注意事项;在使学生掌握教学内容的同时,也让学生了解在研究和生产环节实际实现一个书面反应需要注意和考虑的问题,了解实验室和车间规模完成一个反应的区别,培养学生综合思考和解决问题的能力,从而达到工程观的培养和情景教学的目的。同时通过介绍未按操作规程对乙醚/四氢呋喃溶剂进行无水处理、制备格氏试剂时反应条件控制不好导致反应釜冲料引起火灾和爆炸事故的实例,给予学生以警示和培养学生的安全意识。

  2.3精心设计习题,培养学生的科学性思维

  如精心设计有机化合物合成题,以实际问题代替随意设定的习题,让学生在解决问题过程中学会综合考虑安全、经济成本、环境保护等实际因素对产品开发和生产的影响。同时选择具有几条合成路线的化合物,给出可能的合成路线,将学生分成几个小组,每个小组在充分查阅资料,综合考虑原料来源和成本、工艺条件、实际收率、目标产物分离的难易程度以及综合评价成本、安全和对环境的影响等诸方面的因素后,提出可行的和最佳的方案;并组织学生讨论,对其他小组的方案进行评价。即使学生受到工程理念的熏陶,也能培养学生的团队协作和批判性思考等综合能力。2.4在《有机化学实验》课程的教学中引入研究型教学模式改革现有实验课程固定实验项目的教学模式,在初步完成基本操作和基本技能的训练后,筛选和安排1~2个综合性和设计性的创新实验项目,将资料查阅、实验方案拟定、合成、分离提纯及鉴定表征等环节连成一体,将实验进化为微型科研项目,让学生以完成项目的方式进行实验课程的学习,培养学生的团队精神和协作精神,提高学生的工程素质和应用能力。

  3结语

  笔者团队根植培养应用型人才的理念,根据课程特点,积极探索化工类专业基础理论课《有机化学》的课程改革。在教学中践行CDIO工程教育理念,引入情景教学模式,优化课程内容,提出了一些具有可操作性的措施和方法,取得了一定的正面成果,使《有机化学》课程能更好地服务于高素质工程人才培养的核心任务。当然,本文只是我们在工程教育背景下实施《有机化学》课程改革的初步经验和心得,尚有诸多不完善之处。另外,基础理论课程教师普遍缺乏工程背景,制约课程的教学改革,难以完全满足工程教育的要求,如何克服这一问题也需要在今后的教学过程中继续探索和思考。

  参考文献

  [1]李曼丽.用历史解读CDIO及其应用前景[J].清华大学教育研究,2008(5):78-87.

  [2]柯清平,唐天地,徐进,等.化学工程与工艺专业CDIO工程教育改革思路探索[J].学园,2011(9):1-3.

  [3]汕头大学工学院.“2008中国CDIO工程教育模式研讨会”会议纪要[J].中国大学教学,2008(9):95-96.

  [4]龚敏,孙山,谢华.地方院校工程教育综合改革探索与实践-以四川理工学院为例[J].重庆科技学院学报(社会科学版),2012(13):169-171.

  [5]EdlwaldF.Crawley,查建中,JohanMalmquist,等.工程教育的环境[J].高等工程教育研究,2008(4):13-21.

  [6]ZhaoF.-Q.,YuY.-F.,RenS.-F.et.al.ImprovingthePracticalEducationofChemicalandPharmaceuticalEngineeringMajorsinChinese

  Universities[J].J.Chem.Educ.,2014,91:211-215.

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