工程教育背景下有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)課程改革

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摘要:結(jié)合四川理工學(xué)院《有機(jī)化學(xué)》課程改革的現(xiàn)狀，總結(jié)和探討了在創(chuàng)新工程教育人才培養(yǎng)模式、深化工程教育改革背景下，化工類工程專業(yè)的《有機(jī)化學(xué)》基礎(chǔ)課程的改革思路、初步經(jīng)驗和心得。通過引入CDIO教學(xué)理念、改進(jìn)教學(xué)模式和優(yōu)化課程內(nèi)容，提升教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的能力和綜合素質(zhì)，使《有機(jī)化學(xué)》課程更好的服務(wù)于高素質(zhì)工程人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞:工程教育;有機(jī)化學(xué);課程改革

20世紀(jì)90年代初，以波音公司為首的大型跨國公司對各工程專業(yè)畢業(yè)生提出了一系列新的要求，促使歐美大學(xué)改革工程教育觀念和模式。麻省理工學(xué)院(MIT)等大學(xué)經(jīng)過探索研究，創(chuàng)立了CDIO工程教育模式［1］。CDIO代表構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(Design)、實現(xiàn)(Implement)和運作(Operate)，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，是近年來國際工程教育改革的最新成果［2］。2008年中國CDIO工程教育模式研討會上，與會專家指出:CDIO作為一種指導(dǎo)工程教育人才培養(yǎng)模式改革的教育思想觀念和課程設(shè)計的框架體系，符合現(xiàn)代工程技術(shù)人才培養(yǎng)的一般規(guī)律，具有良好的發(fā)展前景和推廣價值。CDIO的核心在于根據(jù)工程鏈環(huán)節(jié)的工程、崗位、職業(yè)、行業(yè)的學(xué)生知識、能力和素質(zhì)的要求，以工程設(shè)計為導(dǎo)向，以項目訓(xùn)練為載體，來重新設(shè)置課程和教學(xué)模式［3］。因此，應(yīng)積極推廣CDIO的經(jīng)驗和做法，努力促進(jìn)我國工程教育改革和人才培養(yǎng)模式改革。在教育部的發(fā)起和組織下，我國于2006年正式開展了工程教育專業(yè)認(rèn)證的試點工作。2011年教育部提出實施“實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，是改革和創(chuàng)新工程教育人才培養(yǎng)模式，提高工程教育質(zhì)量的戰(zhàn)略舉措。作為教育部第二批參與“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的高校之一，四川理工學(xué)院在卓越工程師培養(yǎng)方面正在進(jìn)行積極的探索與實踐，提出建立“立足地方、面向行業(yè)、構(gòu)建具有工程精神的應(yīng)用型人才”培養(yǎng)體系，實施以能力為導(dǎo)向的工程教育課程體系改革，按照課程內(nèi)容進(jìn)行整合、重構(gòu)，建立了通用能力、專業(yè)能力、綜合能力等三大課程模塊，創(chuàng)新多元化人才培養(yǎng)模式［4］。但筆者團(tuán)隊認(rèn)為:提升工程教育質(zhì)量的工程教育改革，并不是單純的培養(yǎng)方案和課程體系的調(diào)整，而應(yīng)該是一個系統(tǒng)工程，其中心和核心的任務(wù)是培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才。這就要求培養(yǎng)方案中的每門課程都要樹立培養(yǎng)應(yīng)用型人才的理念，圍繞應(yīng)用型人才培養(yǎng)的中心任務(wù)進(jìn)行課程體系和結(jié)構(gòu)調(diào)整，進(jìn)行教學(xué)方式和模式的改革。《有機(jī)化學(xué)》課程作為材料、化工、生工、輕化等本科專業(yè)群的核心專業(yè)基礎(chǔ)課程，對后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)和專業(yè)知識體系的構(gòu)建具有重要的作用。但現(xiàn)階段，《有機(jī)化學(xué)》課程存在自成體系、自我封閉的問題，很少與后續(xù)專業(yè)課程掛鉤，也很少考慮到課程的理論知識在實際工程問題上的應(yīng)用，這些都不利于高素質(zhì)應(yīng)用型專業(yè)人才的培養(yǎng)。為此，筆者團(tuán)隊幾年來一直嘗試和探索在化工類工程專業(yè)的《有機(jī)化學(xué)》基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，融入工程教育理念，調(diào)整知識結(jié)構(gòu)體系，改革教學(xué)模式，提升《有機(jī)化學(xué)》基礎(chǔ)課在工程教育和應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用和地位，更好的服務(wù)于應(yīng)用型人才培養(yǎng)。

1《有機(jī)化學(xué)》課程改革思路

相對于化工類工程專業(yè)的核心專業(yè)課程，如化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程、化學(xué)工藝學(xué)和化工設(shè)計等課程，《有機(jī)化學(xué)》課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論性強(qiáng)且自成理論體系，基本可歸屬于理論課程的范疇。其教學(xué)的重點主要集中于系統(tǒng)講授各類有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系及其相互轉(zhuǎn)化的方法，介紹有機(jī)化學(xué)反應(yīng)原理和影響因素、有機(jī)化合物的立體化學(xué)、分離鑒定和結(jié)構(gòu)表征等內(nèi)容。因此課程的授課教師普遍認(rèn)為《有機(jī)化學(xué)》只是一門理論課程，其任務(wù)就是為學(xué)生后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定相應(yīng)的理論基礎(chǔ)，在課程的教學(xué)中難以實施工程教育理念和“做中學(xué)”的教學(xué)方式。同時，由于課程的理論性較強(qiáng)，多數(shù)學(xué)生們認(rèn)為本課程學(xué)習(xí)與將來所從事的工作不會產(chǎn)生多大聯(lián)系，學(xué)習(xí)興趣不高和學(xué)習(xí)動力不足。因此，要在工程教育背景下，首先必須解決課程的改革思路問題，如在《有機(jī)化學(xué)》在教學(xué)中融入工程教育理念的可能性和現(xiàn)實性。美國麻省理工學(xué)院教授、國際CDIO創(chuàng)始人EdwardF.Crawley在關(guān)于工程教育改革的主題報告中指出，基于產(chǎn)品、過程、系統(tǒng)的生命周期的開發(fā)和部署(product，process，anddevelopmentanddeploymentofsyctemlifecycle)的工程實踐環(huán)境下的工程教育更為有效，CDIO只是基于該工程教育理念的模式之一;對于無實體產(chǎn)品的工程專業(yè)，MIT的教育者提出了4M(Measure－Model－Manipulate－Make)教育模式;無論CDIO模式還是4M模式，工程教育的核心基礎(chǔ)是情景教育(ContextualLearning)［5］。即學(xué)生在學(xué)習(xí)與工程職業(yè)相關(guān)的知識和技能并知道如何有意義的應(yīng)用所學(xué)知識和技能時，學(xué)習(xí)更為積極主動和有效率。另外，工程教育是培養(yǎng)學(xué)生的工程理念，賦予學(xué)生今后從事相關(guān)工程職業(yè)的綜合能力，除了具有綜合運用所學(xué)科學(xué)理論和技術(shù)手段分析并解決工程問題的基本能力外，還需要具有團(tuán)隊協(xié)作能力、批判性思考能力和綜合思考、解決問題的意識屬于綜合素質(zhì)和能力，這些能力在很大程度上需要通過基礎(chǔ)課程教學(xué)來培養(yǎng)。綜上，只要教師在《有機(jī)化學(xué)》課程教學(xué)中，牢固樹立工程教育理念，實施工程背景的情景教育，理論聯(lián)系實際，使學(xué)生在工程教育的氛圍中學(xué)習(xí)，受到工程教育的熏陶;同時注重學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作能力、批判性思考能力和綜合思考、解決問題的意識屬于綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)，就可以使《有機(jī)化學(xué)》課程更好的融入化工類工程專業(yè)的工程教育體系，服務(wù)于學(xué)生的“大工程觀”的培養(yǎng)，滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證對專業(yè)基礎(chǔ)理論課程的要求。

2《有機(jī)化學(xué)》課程改革措施

2.1構(gòu)建面向不同專業(yè)需求的差異化

《有機(jī)化學(xué)》課程體系在《有機(jī)化學(xué)》課程教學(xué)中，改革現(xiàn)有的同質(zhì)化的課程教學(xué)模式，在保證課程的基本理論知識體系的前提下，針對每一個化工類工程專業(yè)對課程的不同需求，設(shè)計差異化和針對性的課程知識體系。如安全工程專業(yè)，注重引導(dǎo)學(xué)生對危險有機(jī)化學(xué)品安全知識學(xué)習(xí)，養(yǎng)成查閱典型常見有機(jī)化合物的MSDS的習(xí)慣，引導(dǎo)學(xué)生通過解讀化合物閃點、爆炸極限、危險特性、危害等信息認(rèn)識其危險性和毒性，了解其防護(hù)措施和泄漏處理等化工安全的專業(yè)知識。對化學(xué)工程與工藝專業(yè)，則側(cè)重安排有機(jī)化學(xué)副反應(yīng)控制、后處理分離純化的可能性和方法手段等知識。因雜環(huán)、甾族、生物堿是藥物的基本結(jié)構(gòu)和功能單元，藥物在體內(nèi)代謝和藥理作用又涉及與碳水化合物、蛋白質(zhì)和核酸等類化合物的作用，因此其他化工專業(yè)較少涉及的內(nèi)容，又成為制藥工程專業(yè)必需的基本知識。

2.2嘗試《有機(jī)化學(xué)》課程的情景教育

《有機(jī)化學(xué)》雖然只是一門理論基礎(chǔ)課程，但課程涉及的有機(jī)化合物在日常生活和化工生產(chǎn)具有廣泛的應(yīng)用;有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，大多是化工、醫(yī)藥產(chǎn)品或中間體。因此在學(xué)生掌握了一些基礎(chǔ)理論知識后，在課程后半程教學(xué)中，通過合理設(shè)計課堂教學(xué)內(nèi)容，采用IDG(inspiration，guidance，anddiscussion)教學(xué)模式［6］和“以研究為本，解決一個實際問題”的單元模塊式教學(xué)模式，盡可能實施情景教育，開展研究型和創(chuàng)新型教學(xué)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中思考如何將基礎(chǔ)的理論知識應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)實例的分析、處理和設(shè)計上，打通基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的聯(lián)系。在每一章節(jié)引入2～3個應(yīng)用和產(chǎn)品開發(fā)實例，通過引導(dǎo)學(xué)生思考相關(guān)的原料選擇、成本控制、反應(yīng)實施(副反應(yīng)控制)、后處理分離等問題，達(dá)到對學(xué)生實施工程觀的培養(yǎng)和一定意義上的工程情景教育的目的。例如對于格氏試劑這部分內(nèi)容的教學(xué)，常規(guī)的教學(xué)方式是介紹格氏試劑的制備、性質(zhì)和反應(yīng);對于格氏試劑這類在有機(jī)合成和精細(xì)化學(xué)品生產(chǎn)上具有廣泛應(yīng)用的重要有機(jī)試劑，單純作為一個重要知識點進(jìn)行教學(xué)，無法激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對格氏試劑的應(yīng)用也沒有感性的認(rèn)識，完全背離了工程教育的理念。筆者團(tuán)隊通過錄制、剪輯實驗室小試規(guī)模和車間中試規(guī)模制備、使用格氏試劑的視頻，結(jié)合視頻簡要介紹格氏試劑制備及反應(yīng)時溶劑處理、鎂屑處理、實際操作過程無水無氧條件的達(dá)成、反應(yīng)引發(fā)等過程的操作細(xì)節(jié)及注意事項;在使學(xué)生掌握教學(xué)內(nèi)容的同時，也讓學(xué)生了解在研究和生產(chǎn)環(huán)節(jié)實際實現(xiàn)一個書面反應(yīng)需要注意和考慮的問題，了解實驗室和車間規(guī)模完成一個反應(yīng)的區(qū)別，培養(yǎng)學(xué)生綜合思考和解決問題的能力，從而達(dá)到工程觀的培養(yǎng)和情景教學(xué)的目的。同時通過介紹未按操作規(guī)程對乙醚/四氫呋喃溶劑進(jìn)行無水處理、制備格氏試劑時反應(yīng)條件控制不好導(dǎo)致反應(yīng)釜沖料引起火災(zāi)和爆炸事故的實例，給予學(xué)生以警示和培養(yǎng)學(xué)生的安全意識。

2.3精心設(shè)計習(xí)題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)性思維

如精心設(shè)計有機(jī)化合物合成題，以實際問題代替隨意設(shè)定的習(xí)題，讓學(xué)生在解決問題過程中學(xué)會綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境保護(hù)等實際因素對產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的影響。同時選擇具有幾條合成路線的化合物，給出可能的合成路線，將學(xué)生分成幾個小組，每個小組在充分查閱資料，綜合考慮原料來源和成本、工藝條件、實際收率、目標(biāo)產(chǎn)物分離的難易程度以及綜合評價成本、安全和對環(huán)境的影響等諸方面的因素后，提出可行的和最佳的方案;并組織學(xué)生討論，對其他小組的方案進(jìn)行評價。即使學(xué)生受到工程理念的熏陶，也能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作和批判性思考等綜合能力。2.4在《有機(jī)化學(xué)實驗》課程的教學(xué)中引入研究型教學(xué)模式改革現(xiàn)有實驗課程固定實驗項目的教學(xué)模式，在初步完成基本操作和基本技能的訓(xùn)練后，篩選和安排1～2個綜合性和設(shè)計性的創(chuàng)新實驗項目，將資料查閱、實驗方案擬定、合成、分離提純及鑒定表征等環(huán)節(jié)連成一體，將實驗進(jìn)化為微型科研項目，讓學(xué)生以完成項目的方式進(jìn)行實驗課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊精神和協(xié)作精神，提高學(xué)生的工程素質(zhì)和應(yīng)用能力。

3結(jié)語

筆者團(tuán)隊根植培養(yǎng)應(yīng)用型人才的理念，根據(jù)課程特點，積極探索化工類專業(yè)基礎(chǔ)理論課《有機(jī)化學(xué)》的課程改革。在教學(xué)中踐行CDIO工程教育理念，引入情景教學(xué)模式，優(yōu)化課程內(nèi)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《有機(jī)化學(xué)》課程能更好地服務(wù)于高素質(zhì)工程人才培養(yǎng)的核心任務(wù)。當(dāng)然，本文只是我們在工程教育背景下實施《有機(jī)化學(xué)》課程改革的初步經(jīng)驗和心得，尚有諸多不完善之處。另外，基礎(chǔ)理論課程教師普遍缺乏工程背景，制約課程的教學(xué)改革，難以完全滿足工程教育的要求，如何克服這一問題也需要在今后的教學(xué)過程中繼續(xù)探索和思考。

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作者：李玉龍 鄒立科 吳宇 單位：四川理工學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院