新工科背景下民族院校应用化学专业实践教学探索

赵轶男，那立艳，邹 雷，张树彪

(大连民族大学 生命科学学院，辽宁 大连 116605)

21世纪以来，新一轮科技革命和产业变革引发了全球经济结构的重组，提出了“德国工业4.0”“一带一路”“中国制造2025”等理论与倡议，驱使在以新产业、新技术、新业态和新模式为特征的新经济背景下，对具备较强工程意识、敬业精神、创新思维、实践能力和较宽国际视野的高素质实践工程人才有较大的需求[1-3]。2016年，中国工程教育加入《华盛顿协议》，得到国际社会的认可，实现了中国高等工程教育与国际接轨[4]。化学化工行业无论在过去、现在还是将来都是国家经济发展的支柱产业之一，行业包括航空航天、生物医药、日用化学品和能源等领域。特别是疫情以来，国家对化学化工创新应用人才的战略需求非常大。应用化学专业是培养既具有扎实的化工理论知识，又具有较强工程实践能力的工科复合型人才的学科。在高等民族院校中，化学学科常常处于弱势学科，在“新工科”背景下，应用化学学科的发展面临着新的机遇和挑战[5,6]。

面对“新工科”人才培养要求，各高校应用化学专业面临诸多挑战，如人才培养与国家需求脱节、专业实践课程中前沿技术的支撑不足、能够产教结合的师资队伍不健全等。各高校都在探索并实践“新工科”背景下应用化学专业的教学改革，使本专业学生更好地适应新时代经济发展和全球化的需求[7-10]。大连民族大学应用化学专业也面临相同处境，例如在新型冠状病毒爆发并迅速扩散以来，由于疫苗的研发生产，很多疫苗生产企业需要大量应用化学专业毕业生，学校应用化学专业毕业生仅有部分同学通过面试，人才培养与市场需求脱节。因此，基于学校应用化学专业人才培养的目标和发展特点，以“新工科”理念为指导，从专业实验教学、创新训练实践和实习基地建设三方面探索应用化学专业实践教学课程改革及人才培养模式。通过实践教学改革，提高应用化学专业人才培养质量，实现学生理论知识、工程实践能力和整体素质全面提高的培养目标。

大连民族大学是国家唯一设在东北和沿海地区的民族院校，应用化学专业秉承“立足沿海、服务民族”的办学理念和应用型定位，培养适应国家发展战略，且具有扎实理论基础和较强实践能力，可在精细化学品、化学生物材料、新材料和生物医药等领域从事技术开发、科学研究、生产管理和技术服务的高素质工程技术人才。与“新工科”专业相对应，学院现有应用化学专业为传统专业，教学改革以“两融合一服务”为思路，在满足传统产业需求的基础上，充分利用学院应用化学、生物工程和制药工程等多学科融合发展优势，开设生物相关课程，突出化学与生物的交叉融合。构筑以应用化学与生物相融合为特色、产业需求为导向、重实践、强理论的实践教学体系。学科融合创新教学体系如图1。

图1 学科融合创新教学体系

实践教学是应用化学专业人才培养的重要途径，随着科学技术的发展和产业变革，尤其在“新工科”教育理念指导下，加强学生实践能力和创新思维是专业教学改革中的重要内容。从培养目标出发，学校实践教学体系主要包括专业实验、创新训练和应用实践三个模块，“实验-创新-实践”互相渗透的实践教学体系如图2。

图2 “实验-创新-实践”互相渗透的实践教学体系

构建“实验-创新-实践”互相渗透、互相支撑的课程教学模式，完善和丰富实验教学内容，建设化工与生物交叉融合的专业实验训练平台；
基于教师科研项目及国家级、省部级等各学科竞赛，开展实践创新训练，培养学生创新能力及团队合作精神；
聚焦国家及民族区域对应用化学创新应用人才的战略需求，搭建“校内+校外”实践平台，建设符合国家战略发展方向的生物化工类企业产学研培养基地。形成“科教融合、竞赛引领、校地联动”的实践教学人才培养模式。

随着工程教育认证工作的不断开展，在成果导向教育理念(Outcome-based Education，OBE)的指导下[8,11]，结合校内基础实验教学资源情况，对专业实验课进行了创新和改革。将培养方案全面修订并持续改进，以学生毕业要求为导向，针对学生的学习水平和能力差异，构建“分阶段、多层次、模块化”的实验课程体系。建立符合专业特色发展、化学和生物学科交叉的实验课程。将实验课程进行删减整合。例如，聚焦国家战略重要研究领域(如新材料、生物医药)的前沿和研究热点，将应用化学专业实验课由原有的“应用化学实验”拆分为“生物材料制备与分析实验”和“化学药物制备与分析实验”，新增“专业融合实验”。

2.1 整合实验内容，深挖思政元素

针对学校应用化学专业学科交叉融合的发展特色，停开原有老旧、相对简单的实验项目，按照“分阶段、多层次、模块化”的教学体系，建立由基础性实验、综合设计实验和综合创新性实验项目构成的专业实验课程。大胆调整和改造课程教学内容：“化学药物制备与分析实验”课程以化学药物制备与分析为核心，开设天然产物药物成分的提取、分离和纯化，化学药物有机合成及其结构分析、鉴别等实验内容。

如“阿司匹林合成、表征及性质分析”“盐酸环丙沙星的合成及抑菌性能分析”等实验项目；
“生物材料制备与分析实验”课程开设“药物递送载体脂质体的制备及载药性能分析”“pH敏感型水凝胶的合成及相分离临界pH的测定”等实验项目，突出“绿色化学”理念，体现现代生物材料的绿色制备、分离、分析技术；
“专业融合实验”课程包括生物化工、材料化工和绿色化工等领域，是多学科实验方法和技术手段有效融合的实验技能训练过程，化学与生物交叉融合的实验项目有“植物DNA提取及分子识别功能”“纳米银颗粒的合成及抑菌活性”和“枯草芽孢杆菌α-淀粉酶发酵”。

课程所开设的实验项目兼顾科研引领性、实用性和趣味性，加大了综合性实验和创新设计性实验，体现应用化学专业科研新方向。例如，“药物递送载体脂质体的制备及应用”综合设计性实验项目结合课程团队教师科学研究方向开设，学生分别以不同的脂质材料、不同的组成比例、不同的制备方法制备脂质体，最后通过物化性能分析筛选出最佳制备工艺条件，并将筛选的脂质体作为药物递送载体，进行药物的包封率及药物缓释研究。

化学工程系党支部为百个首批全国高校“双带头人”教师党支部书记工作室，以该工作室为契机，通过党支部的政治理论学习、党员教育管理、党日活动组织、党的政策宣传等活动，提高教师的思想政治觉悟，并将学习体会融入课程教学，实现基层党建和专业思政、课程思政的双促进、双提高。

首先，在课程教学目标中引入思政教学目标。根据学校应用化学专业培养人才的要求，对实验课程目标进行修订。例如，“化学药物制备与分析实验”课程除原有专业教育目标外，增设思政教育目标：培养学生勇于钻研、敢于实践，实事求是、严谨认真的科学态度；
具备良好的人文素养、工程职业道德及中华民族共同体意识，厚植科学发展、绿色发展的家国情怀。

其次，在课程教学内容中引入思政教学内容。在实践教学过程中，深入挖掘体现应用化学专业特色的思政元素。例如：在实验项目“药物递送载体脂质体的制备及应用”中，针对电影《我不是药神》中反映的癌症患者难以负担价格高昂的国外抗癌药的现实问题，将现实存在的问题与国家为此付出的努力进行比较，通过实例告诉学生国家在人民用药的顶层管理中发挥了大国的积极作用。引导学生将个人理想与国家命运紧密联系在一起，激发学生的家国情怀。在实验项目“表面活性剂的制备及性能检测”中，向学生介绍十二烷基苯磺酸钠是安全的洗洁精原料，然而不法商家常常使用工业碱、增白剂或酶制剂生产劣质洗洁精，对人的身体健康造成严重损害，让学生了解精细化学品和人们的生活息息相关，引导学生树立绿色发展、健康发展的意识。

最后，在考核方式中增加课程思政元素。在实验报告考核中，学生除完成实验步骤、实验数据处理与分析讨论等内容，还要在思考题中写出在本次实验课程中的德育体会，占实验报告成绩的5%。

通过专业实验课程项目内容改革及课程思政的融入，融会贯通地培养学生具备终身学习能力和国际化视野，能够在生物材料及化学药物相关领域从事工艺路线设计、产品研发和技术开发等工作。培养学生创新精神和科技兴邦的家国情怀。

2.2 实验教学模式改革

传统实验教学多以教师讲解为主，学生根据实验讲义模仿操作。这种教学模式难以激发学生对实验项目的兴趣，没有激活学生实验的主动性。实验过程中，学生难以感受到发现新现象、新方法的快乐，没有感悟到科学的魅力。为改变上述问题，教学团队将OBE理念融入实验课程教学，以成果需求为导向，以提升学生学习成果、工程意识和实践能力为目的，将实验教学方式改为线上、线下相结合；
教学内容改为两个教学环节：课前预习和课堂完成实验及实验报告；
将线上教学融入线下两个教学环节中，线上线下相结合实验教学模式如图3。

图3 线上线下相结合实验教学模式图

(1)实验课前，学生利用雨课堂学习教师发布的实验资料(文本、视频等)，通过视频让学生了解本次实验的意义，在生产、生活中可有哪些应用，从而激发学生的实验兴趣，同步完成预习学情测试，考核学生课前预习效果。

(2)实验课中，教师根据学生学习情况了解学生对实验原理的掌握程度，结合学生预习情况与学生进行深入探讨和交流，学生再独立安装和调整反应装置进行相关实验操作，在此过程中，教师时刻引导学生进行正确的操作、仔细的观察，及时发现实验过程出现的问题，并得出实验结论等。

(3)实验课后，学生对实验进行总结，分析实验现象，使用数据处理软件整理实验数据，分析讨论实验结果，撰写实验报告。通过实验报告的撰写，培养学生逻辑归纳能力、综合分析能力、数据处理软件的使用能力和文字表达能力。教师引导学生了解影响实验结果的因素，培养学生实事求是、严谨的科研态度。

(4)教师通过雨课堂发布课后测试，考核学生对本节课的掌握情况，同时使学生深入理解教学内容。

在当今“大众创新、万众创业”的“一流学科”建设背景下，建立一个符合工科学生发展、把握学生发展痛点、增强学生创新实践能力的创新训练实践平台具有重要意义。大连民族大学拥有“生物技术与资源利用教育部重点实验室”“国家民委生物化工重点实验室”“辽宁省生物催化与仿生化学重点实验室”和“辽宁省生物工程下游技术重点实验室”等学科平台。学科平台向学院师生全面开放，以支撑实践教学体系的建设。学生以大学生创新训练项目、国家和省级各学术竞赛等途径融入教师科研团队，以科研小课题申报项目或参加竞赛，从而培养学生实践创新能力。例如，2019级学生通过参加教师的科研课题“药物载体构建及生物相容性研究”，撰写学术论文《碳纳米管-肽脂质递送系统体外酶降解研究》，并参加了“全国药物分析优秀学术论文竞赛”。

对标国家和省级学科竞赛，打造“一系一赛”教学特色，因材施教。教师将课程教学紧密融入学科竞赛，树立教学内容服务于竞赛的理念，实现以赛促教、以赛促学、赛教结合、教学相长的良好教学模式。例如，2021年化学工程系组织了以“筑牢绿色化工之魂，践行创新应用之路”为主题的“大学生工程设计及创新应用创新大赛”。学生以团队参赛，每个团队有2～3名指导教师，参赛团队须在设备成套、工艺流程、原理优化、应用创新、结构(组件)优化和应用开发等方面有一定改进、提高或具有创新性。将学生参与科研项目及学科竞赛融入应用化学专业实践教学体系，对学生实践创新能力的提升和合作精神的培养是十分有利且非常有意义的，也推动了学校人才培养模式和实践教学的改革。

大连民族大学一直以来注重应用实践教学平台的建设，挖掘符合“新工科”发展方向的化工、生物和制药类企业，建立稳定的合作实习基地和仿真训练基地。充分利用校企合作平台，聘任行业企业管理人员和技术人员10～15人为兼职教师，定期来校或在企业为学生授课。授课内容主要以企业实际生产为案例，提出企业在生产中的实际需求和对技术人员的能力要求，培养学生理论联系实际的能力。目前，校外已建各类实习基地十余个，首批选取3～5门课程在产学研基地进行授课，开阔学生“新工科”视野，让学生了解所学专业领域的需求方向和发展前景，为学生职业发展和就业提供机会。

学校已与康龙化成(北京)新药技术有限公司、北京科兴中维生物有限公司、吉林百奥生物科技有限公司等近十家企业签订实习、实践及就业基地。聘请公司人力资源部人员到校进行就业指导课程的讲授，培养学生的职业道德素养、团队合作精神、组织管理能力、交流能力及环境适应能力。例如，北京科兴中维生物有限公司2021年接待应用化学专业大四学生近20人的生产实习，实习结束后，5人签订了就业协议。

循序渐进、多模式协同发展的实习基地建设改革为学生实践能力的培养及就业提供了广阔的空间，2020年以来，学校化工专业和应化专业毕业生中有30余人入职北京科兴中维生物有限公司，20余人入职康龙化成(北京)新药技术有限公司。

2021年以来的教学实践表明，教学改革突出了以学生为中心、学生学习成果为导向，有效提高了学生主动学习的兴趣，提高了学生发现问题、解决问题的能力及创新能力，学生培养满足了国家对应用化学专业“新工科”人才的需求。

在未来的实践教学发展中，还应不断探索改革。一是要加强师资队伍建设，不断完善现有教学制度，规范教学行为，不断提高授课教师教学能力；
二是加强教学资源建设，完善现有校内专业实验讲义，出版实验教材，创建慕课平台，制作实验小视频，完善线上线下混合式教学；
三是充分考虑应用化学专业教学工程实践背景的需求和实习单位工作实际，优化实习过程管理，强化实习导师职责，延长实习实践周期，提升实习效果。面向生命健康等产业，新增实习实践基地或产学研基地，强化实践育人，深化产教融合、校企合作，推动企业及时将最新产业需求转化为教学内容，激发学生专业学习兴趣。

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