改革专业实验教学内容,提高工科学生创新实践能力

1 传统工科专业实验教学内容存在的弊端

1.1 实验内容陈旧

现代科学技术正在迅猛发展, 知识更新和老化的周期越来越短, 新技术、新知识不断涌现, 实验的内容也应当随之更新。然而, 实验的内容并没有得到及时的更新, 再加上工科学生的专业必修课很多,教材内容庞杂, 实验内容陈旧, 部分实验项目的设计与生产实际脱节, 严重阻碍了一些新技术、新方法的及时讲授, 不能达到注重实践和提高学生素质教育的目标。

1.2 验证性实验与综合性、设计探索性实验内容的比例不当

照方抓药 式的验证性和低层次的重复性实验偏多, 培养学生能力、个性和创造能力的综合性和设计探索性实验过少。传统的实验教学内容大部分都是验证性的, 学生按照实验指导教材 按部就班 地操作。课程的设计性、实践性很难得到体现, 这种课程实验教学内容如果比例过大, 显然不利于学生实践能力和创新能力的培养。

有学者做了学生对几种实验类型的兴趣的问卷调查, 学生对几种实验类型的兴趣以设计探索型最高, 占57%;综合型次之, 占38%;简单验证型最低, 占5 %。可见, 陈旧的验证性实验内容并不受大部分工科学生的欢迎, 这在很大程度上抑止了工科学生实践能力的提高和创新意识的培养。

1.3 实验教学内容按课程门类划分过细

在传统的教学模式中, 实验教学在工科专业的教学计划中没有独立的教学地位, 而是依附于各门理论课。同时, 实验课程门类划分过细, 没有体现实验教学内容本身的整体性和系统性。并且这种单一课程附设实验, 造成实验内容缺乏相互联系和协调,以及内容重叠而又有遗漏, 学生实验素质和能力训练零星而不系统, 实验内容单调而不丰富, 考核办法与标准不规范的弊端。通常各任课教师根据理论课的讲课内容提出实验项目, 并根据理论课的讲课进度来安排实验上课时间。近年来, 由于教学改革和教学计划的调整, 在修订教学计划, 削减总学时的同时, 实验时数和实验项目也在减少。这种相对分散而未独立设课的实验教学内容, 对于学生实践能力的提高也是极其不利的。

2 改革实验内容的一些措施

2.1 实验课独立设课

实验独立设课是指把实验课从原属某一门或几门理论课的实验部分分离出来形成或组合成一门在教学计划和教务管理上单列的课程, 这种课的学时数一般超过30 学时。由于独立设课, 实验教学由附属于理论教学的从属地位转变为相对独立的地位,可以形成自己体系、教学大纲和教学要求, 可以有自己的考核标准和办法。从而可以按照对学生进行完整、系统的实验理论、方法和技能训练的要求, 对实验课各实验教学内容进行整体优化设计、组合, 使实验教学内容达到最佳[3] 。从2004 年起, 我校轻化工程专业先后将2 门传统的实验课《植物纤维化学实验》《制浆造纸实验》进行独立设课的教学改革, 其中将《植物纤维化学实验》更名为《植物纤维化学实验技术》, 由原来的8 个实验项目调整修改为5 个, 其中新增综合设计性实验项目1 个, 内含1 个全校开放性实验, 突出锻炼实验者的实践动手和综合分析能力, 同时, 加深对有关基础理论课的理解。近2 年的实践表明, 这有效的调动教师和学生双方的积极性, 有利于实验室和实验队伍建设, 有利于实验教学与科学研究的结合, 更有利于整个实验教学的改革与发展。

2.2 优化实验内容设计

2.2.1 适当减小验证性内容的实验比例

对于简单重复实验、单纯验证实验、模仿操作实验, 应尽量减少重复, 注重实验质量, 适当减少实验个数。针对 植物纤维化学实验技术 独立设课时,我们对实验大纲进行了较大的修改, 对于 纤维原料中灰分的测定 等共计24 个学时的原验证性的实验内容进行必要的合并和调整, 减少了所占的比例, 增设了综合性实验的内容, 并在一年前就进行了有关尝试, 明显提高了学生的实验兴趣。需要指出的是,验证性实验的比例并非越少越好, 对于一些着重体现基础概念和锻炼基本专业试验技能的验证性实验, 例如 植物纤维原料细胞结构的观察 这一验证性实验, 我们在实践中不仅坚决保留, 而且利用现代实验手段, 通过多媒体教学形式帮助学生深入认识植物细胞结构与造纸性能的影响, 并鼓励学生运用配置数码相机的显微镜对植物纤维原料的细胞结构进行照相, 并进行实验小组之间的比较, 帮助学生牢牢掌握显微镜的使用技巧, 通过这些手段修改已保留的经典验证性实验, 确保学生的基本功得到有效的训练, 基础实践技能得到加强。

2.2.2 适当增加综合性实验和设计探索性内容的实验比例

综合性实验可以根据实验研究方法和实验技术手段的共性特点, 以及相互有联系的实验重新整合成几项综合性实验, 使几门学科的实验构成一个有机系列的结合, 使几门学科的知识在一个实验中有系统连贯的体现。同时, 既可减少重复、压缩学时,也可节省实验耗材, 有利于学生综合能力的提高, 也有利于实验教学的独立设课。

设计探索性类实验能够很好的培养学生创新能力、实践能力和综合应用知识能力。这类实验的特点是:内容新颖, 有利于开发智力, 应用性强, 还可使学生接触到某些精密仪器和先进的实验手段, 开阔学生眼界, 提高了学生分析问题和解决问题的能力,更重要的是这些需要创新, 这就从内容上保证了发挥学生的独立性和主体性。

不仅如此, 结合学校推行的创新实践学分, 我们开展的创新实践一年导师制的尝试, 学生在教师的指导下独立完成从自行立题、查阅资料开始到设计实验、动手操作, 以及结果总结分析和成文汇报的全过程, 亲身体会到设计探索性实验, 给学生发挥自身的创造性和能动性提供了广阔的空间, 激发学生的创新兴趣, 强化了学生创新设计能力和基本操作技能, 培养了学生初步掌握科学研究的思维方式和科研工作的方法, 为进行科研设计打下了良好的基础。

2.3 不断更新实验教学内容

更新实验教学内容要根据教学与生产的需要及时调整实验内容, 使内容紧跟科技的发展步伐, 让学生及时了解国内外的最新科研动向, 要使学生在知识系统上与现代的、前沿的科学理论及实践对接, 学会从专业视角广泛接触和摄取新知识, 新信息。本专业新增的 造纸湿部化学实验分析与系统优化 ,立足于通过与现代实验方法技术、现代分析检测手段、现代生产技术和现实生活等紧密联系, 采用先进的胶体化学分析手段对目前复杂的造纸湿部化学系统进行分析, 并在此基础上提出优化的方案, 并针对具体情况、具体问题进行相应的改进和调整, 有效的激发了学生的实验兴趣, 锻炼了学生应对实际问题的分析能力和处置方法。

2.4 加强实验内容和科研的衔接

实验教学是科学研究与教学相结合的特定形式, 是高校中科学研究纳入教学过程的具体体现。通过科研活动, 提高了学生实验技能和手脑并用的能力把科研项目有意识地纳入实验教学, 可以丰富和更新教学内容, 不仅对提高教学质量, 促进教学效果有重要意义, 而且对活跃学生思维, 扩大学生视野, 培养学生的创造能力, 提高学生实践能力, 都起到了重要作用。

不仅如此, 作为西部地区的地方性高校, 广西大学的办学经费依然相当紧张, 而且增长缓慢, 严重制约着学科(专业)的建设和发展。在市场经济条件下, 企业是注重经济效益和回报的, 没有回报的捐资助学行为往往难以持久。如果高等学校能对投资者的生产经营作出贡献, 把无回报的捐赠变为有回报的互助互利, 那么企业将乐于向高校再投资。笔者所在的轻化工程专业通过积极开展科研活动, 组织教师和优秀本科学生参与广西柳江造纸厂、广西贺达纸业有限公司等大型国有骨干企业的科技攻关和技术创新活动中, 并将部分企业课题纳入学生开放性试验中, 如柳江造纸厂的 高速新闻纸机湿部化学系统优化 , 南宁糖业集团公司的 蔗渣浆生产高档纸杯原纸 等科技攻关项目中, 均有我专业教师和学生活跃的身影。通过加强与企业的横向科技合作,协同攻关, 取得了多项科研成果, 帮助企业提高了产品质量, 提高了环保科技水平。良好的产学研合作给相关企业带来了可观的经济效益, 企业也慷慨的设立相应的扶贫助困奖学助学金, 主动投入与学校共建长期稳定的教学实习基地, 在双方互利互惠的情况下, 广西大学轻化工程专业已分别在广西柳江造纸厂、湖南岳阳造纸集团公司、南宁糖业股份有限责任公司等5 家大型企业设立了教学实习基地。同时, 通过科研活动获得的经费, 可以解决办学经费不足的部分困难, 教研室利用部分经费改善教学环境、更新教学手段, 并鼓励教师进行教学改革的尝试。此外, 通过争取企业的支持和投入, 再加上利用教师科研经费添置的实验设备, 合作建立高水平的、开放性的实验室或技术开发中心, 不仅企业获得了良好的研发条件, 实验教学条件和学生动手能力都有较大程度的提高。

2.5 建设与现代工程发展相适应的工科专业实验室

以往, 高等学校的工科专业实验室, 大都是按照满足各门专业课程所需开出的教学实验来建设的,各门课程的实验各自按课程体系进行教学, 而且不少以验证理论为目的, 没有形成完整的专业实验教学体系, 不利于全面培养学生的专业实验技能和创新能力, 也难以发挥实验室在人才培养、科学研究与社会服务的整体功能效应。现代实践教育必须与现代企业发展相适应, 实验教学只有与生产实际相结合, 才能充分体现其教育价值。随着现代工程的科学性、创新性、先进性、实践性与社会性等特点的日益突出, 必须改革传统的实验室建设模式, 寻找科学、先进、实用、经济的建设模式, 今天所进行的产品开发、生产工艺、试验研究、使用维修、改进创新等工作, 就是学生明天将要从事的工作。

为此, 我们根据工科专业特色, 结合地方性高校的特点和本行业发展趋势, 在校实验设备处的指导下, 对实验教学内容、实验设备配置、实验环境改造进行了优化, 在强调产学研的同时, 坚持 有所为, 有所不为 , 使其在实验硬件和教学内容上都与现代企业相适应, 在满足主流配置的情况下, 突出进行 制浆造纸中试实验室 的建设, 建成了全国惟一的纸质全降解餐饮具与工业包装材料中试生产线, 以此为平台不仅大幅度的增加了综合性、创造性实验项目,学生可在实验室进行产品性能提高试验、专题研究试验、产品开发试验等工程实验的全面训练, 而且为开展科学研究与技术服务提供了良好的条件, 充分发挥其在人才培养、科学研究与技术服务的多功能效应。

3 实践效果

3.1 人才培养质量不断提高

通过独立设课, 积极开展创新实验和开放性实验, 不断更新实验项目, 是培养学生创新能力的重要途径。在教师的指导下, 让学生组成创新实验小组,结合生产实际, 开展创新实践教学, 取得了较好的效果, 近三年来, 轻化工程本科学生在国内核心期刊上发表的论文有十多篇, 占毕业生人数的5%, 有效地提高了人才培养质量。有的学生凭着自己的创新项目找到了理想的工作, 有的学生拿着在校研究的初步成果, 应用到企业的产品性能提高上, 许多学生已成为行业骨干企业的产品试验研究与新产品开发能手, 轻化工程专业近5 年毕业生一次性就业率达均为100%。2005 年底, 本专业实验室成为 广西高校人才小高地 可再生资源综合利用与环境保护 创新团队的主要物质平台, 标志着试验教学改革迎来了新的契机和挑战。

3.2 科研工作硕果累累

通过加强实验内容和科研的衔接, 近5 年来, 利用实验教改, 在构建的实验平台上, 轻化工程专业教师和本科生已先后承担包括国家科技攻关、国家自然科学基金项目、广西区自然基金项目及各类攻关项目、横向项目近60 项, 在研项目13 项(含国家科技攻关项目、国家自然科学基金项目、教育部骨干教__师资助项目), 科研经费近300 万元, 已鉴定科研成果9 项, 获广西科技进步二三等奖4 项, 共发表论文100 多篇, 其中三大索引收录24 篇。

3.3 服务社会和行业经济有了新起色

在培养学生实践能力和创新意识上, 实验教学改革尤其注重 产学研 结合, 着重培养学生利用特色原料生产高品质产品的应用研究和成果转化。先后围绕蔗渣综合利用, 开展蔗渣浆生产高档生活用纸和纸制品的应用开发, 以高配比蔗渣浆为原料, 研发的 高配比蔗渣浆生产高档文化纸新技术 , 结合独特的湿部化学工艺生产的高档双胶纸、纸杯原纸已取得明显突破, 并实现产业化, 成功地应用于广西南宁糖业股份公司等多家造纸企业, 竹浆生产纸杯原纸技术 成功应用于广西贺纸公司, 替代了进口木浆纸杯原纸, 深受用户好评, 经济效益和环境效益显著;研究开发的 全蔗渣浆生产可降解纸质餐饮具系列产品 成功实现产业化, 仅在广西就形成了1 .6 亿只的生产规模, 并获广西科技进步三等奖;研究开发的 蔗渣膨化制浆抄造高强瓦楞纸技术 已实现产业化, 该技术改变传统的化学制浆方法, 具有得率高、污染少、能替代化学木浆等优点, 这些研究成果进一步为广西地方经济建设和推动行业科技创新上作出贡献。