实验教学体系与内容-青岛科技大学化工过程实验教学中心
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实验教学体系与内容
2007-10-18 08:59  

实验教学体系建设
     中心以培养学生的综合工程能力和创新意识为核心,借鉴国内外先进的教学理念和我校的实际情况,从培养学生的动手能力、观察能力、综合判断能力为切入点,实施了“一体式、多层次、模块化、重开放” 的实验教学新体系。
                        
实验教学新体系
 
一体式:是主任负责制、全院一盘棋,统一调度使用全院教学资源的管理方式。
多层次、模块化:即四个层次,12个教学模块
第一层次为生化基础实验模块。生化基础实验包括有机化学、物理化学和生物化学实验。在这里,大量的实验项目和课时保障对学生实施基本理论的体会教育和实验室基本技能的训练。
第二层次:由化工技术基础实验模块新型单元操作模块组成。
化工技术基础实验模块  主要包括流体输送、传热、吸收、蒸馏、干燥和萃取等传统的单元操作组成;与化工原理课程一起,使全校近1/2的学生从这里开始接受工程教育,使学生初步获得工程设计能力。化工技术基础实验模块以课内计划教学为主,只接受部分研究型数据测试开放实验和学生补做实验。
新型单元操作模块  由吸附、超临界萃取、造粒、压片、制浆、涂布、 离心、粉碎、发酵、电泳、层析、分子蒸馏等12种新型操作单元组成;用这些小型工业化设备,使学生通观各专业的典型工业过程,获得实际操作体验;同时可以用这些小型工业设备,使学生通观各专业的典型工业过程,获得实际操作体验,同时可以进行放大实验,获取最佳工艺操作条件和工业设计数据。新型单元操作模块目前以开放管理为主,各专业教师、学生可以登记使用这些设备,接受教师带领学生利用这些设备开展小试成果的放大研究,通过这些扩大实验,教师们将科研成果整理成工业设计数据,推进研究成果产业化。近几年,本中心获取的纵横向科研项目经费每年递增50%左右,与该模块的建设有密切关系。学生研究小组利用这些设备和研究成果,参加学校乃至全国的科技创新大赛,也取得突出成绩。
第三层次:是针对目前的专业设置进行整合的化工药物生物造纸环境计算测试七个专业模块,这些模块中的实验内容一部分是专业领域内的基本物性测试,另一部分属于跨课程、由科研活动转化的综合实验;各模块与各专业密切联系但又不隶属于某个专业,学生可以完整地完成某一模块的训练,也可以选学两个以上的专业模块。针对化工专业开设的化工数据测定、催化剂制造、典型产品工艺过程等实验,是典型的研究创新型实验。
第四层次由化工分离过程和化学反应过程两个模块组成,是利用科研中试装置和生产装置转化而成的校内实训基地,每年接收大量学生进行16学时的生产实训,弥补了校外实习不能动手操作的缺憾,保证了本院学生的工程素养得到提高。学生实训基地拥有较完善的化工操作单元:100-500L反应釜、连续精馏系统、干燥、结晶设备。可以连续运转,亦可以间歇单独运转。实验室公用条件如:循环水,真空、冷冻、加热系统一应俱全。能以百公斤/日级的规模生产相应的化工产品。装置建成以来,已先后进行了净水剂、二羟甲基丙酸、丁酸乙酯、丙酸乙酯的中试规模的生产。在为学生实训提供一个良好场所的同时,也为科研成果的中试放大提供了一个方便的实验平台。
由于打开专业壁垒,按功能块进行建设,避免重复建设,加大开放力度,使实验设备利用率得到大幅度提高。实验教学和科研训练相结合为主线贯穿整个实验教学全过程,对化工类专业学生的综合素质培养有强烈的影响作用,对类似学科群的实验室建设和学生创新能力培养,也有一定的引导示范作用。
 实验教学内容
目前化工过程实验教学中心的教学工作覆盖23专业,每年开出22实验教学课程,共有138实验项目,实验开出率100%。实验项目分三种类型。
第一、基础型实验:即基本技能训练实验,是学生必须完成和掌握的基本实验原理、基本实验技术、基本实验的方法,主要以演示验证操作性实验为主。这一阶段主要是培养学生严肃认真、实事求是的科学态度;对学生进行双基训练。要求学生熟练掌握有机化学、物理化学、化工原理和生物基础实验的方法步骤和技能,熟悉常规化学仪器的使用和简单工业装置安装和操作。在教师指导下较熟练的独立完成各项实验,并掌握数字处理的方法和完成实验报告。在基本技能训练实验中,以“指导”为主,要求学生根据实验指导书或实验讲义,查阅参考资料,撰写预习报告。教师在实验前,将实验中容易忽视的问题及学生在预习中还没有解决的问题提出来,引导学生讨论,帮助学生分析,使学生更好地巩固基本实验原理、基本实验方法和基本实验技能(即三基)。当学生遇到问题时,教师指导他们分析问题,寻找解决问题的途径和方法,而不是直接将答案告诉给学生。
第二、综合设计型实验:学生应该受到的综合性、设计性、应用技能性实验训练。是培养学生独立思考能力和设计能力的主要阶段。实验的方案、步骤和所需的仪器设备的选择完全由学生自己设计,自己选择调配仪器设备。在综合设计型与应用技能训练实验中,教师放手让学生自己拟订方案,动手实验,教师只是在审查时,更好地帮助学生完善实验方案,使学生通过实验过程的体验获得知识和能力。
第三、研究创新型实验:提供给本科层次学生进行深入研究和具有创新意义的实验项目或课题,开设研究创新性选修实验,设置一些难度较大的选修实验项目根据学生的爱好与特长来选做。研究创新型综合技能训练实验中,教学方法以“探讨”为主。鼓励学生运用各方面的知识自行设计实验方案,甚至可以自己选择实际生活中与之有关的课题,自己探索,独立解决问题,遇到困难时,才与教师一起探讨。
其中综合设计和研究创新型实验分别为52个和13,占全部实验项目中47%。根据化工过程工业的发展不断更新实验项目,四年来实验项目的更新11新增实验项目37新增更新率34.7%,实现了实验教学与社会的紧密结合。(见附件10426_2_g.pdf-10.3 2005-2008年新增实验项目和更新实验项目一览表
另外,在每个层次第一个实验项目的预习课上,任科教师都要使用20-30分钟的时间,讲解本实验环节的安全须知,演示必要的安全防护。
实验教学与科研、工程和社会应用结合,推出一批创新性实验项目
中心实验教学依托学院的雄厚科研力量(1个教育部重点实验室,1个省重点实验室、2个省级工程中心、2个山东省强化建设重点学科、2个山东省泰山学者梯队等)、成熟先进的科研平台。在“一体式、多层次、模块化、重开放”的实验教学体系的框架下,全院有25名教授和24副教授(高级实验师)承担本科学生的实验教学和科学研究训练,其中包括全国优秀教师、教育部杰出青年科学基金获得者、泰山学者特聘教授、山东省教学名师以及学校首届教学名师等,他们在承担着国家和省、部级科研项目过程中对学生进行系统的实验技术训练和科学思维培养。
中心鼓励有条件的科研梯队将科研设备转化成学生实验装置,将科研成果转化为创新型实验项目,这一方面增加了教学资源,同时为实验教学注入了科学研究的思维方式,有力地促进了教学思想和实验课内容的更新与进步。目前有23个研究成果转化成教学实验项目,其中有7项是创新型实验项目如:中压氨水系统汽液相平衡测定就是2004年为海化集团研究回收三聚氰胺生产过程中排出废气中选择回收氨气工作的一部分。水性聚氨酯原料二羟甲基丙酸的合成是本中心重大特色项目-聚氨酯生产与应用的一部分。本中心的化工计算机应用技术梯队,研发的计算机模拟计算先进技术,为烟台万华集团改进了进口的MDI(聚氨酯原料)生产装置,使该企业走上国家科技进步一等奖的领奖台。目前本中心正同兵器工业集团合作,投巨资开发高性能聚氨酯的规模化生产技术。
中心逐步加大 科研综合训练开放实验室建设力度,接纳本科生进行自选课题的科研训练。具体做法是:(1)由科研项目组指定有经验的指导教师,将在研的科研课题分解成阶段性任务,让学生自行选择;(2)学生根据自己的兴趣爱好,提出自己的、与教师科研项目完全无关的题目。学生选题之后,自行编制实验方案、并取得指导教师的同意,然后上报实验装备处、团校委等组织,取得“学校开放实验室项目”和大学生科技创新项目经费资助,大多数学生在中心和课题组的资助下完成研究任务,中心无偿提供仪器设备、测试等服务。对有所发现和进步的小组,中心组织他们参加挑战杯等全国范围的科技大赛或申报各种奖励;对没有发现或创新,也给予评价和鼓励。因为活动的主要意义在于训练学生独立思考、查阅文献、自主设计实验的能力。通过自主研究,培养他们实事求是的科学精神和有效的思维方式。中心利用各学位点和科研梯队的实验室,积极推进研究生培养与本科生培养的互动,将最新的科研成果增加到开放的研究型实验中,以实现实验教学与科研攻关、教学与科研的统一。 在已开设的52项综合设计型实验中有1113项创新型实验中有7是由科研成果转化而来。这些实验教学内容,反映了化工过程工程学科的发展前沿,为学生日后的继续进行科学研究工作奠定了坚实的基础。

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