工程教育背景下有機化學基礎課程改革

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摘要:結合四川理工學院《有機化學》課程改革的現狀，總結和探討了在創新工程教育人才培養模式、深化工程教育改革背景下，化工類工程專業的《有機化學》基礎課程的改革思路、初步經驗和心得。通過引入CDIO教學理念、改進教學模式和優化課程內容，提升教學質量，激發學生的學習興趣，提高學生的能力和綜合素質，使《有機化學》課程更好的服務于高素質工程人才的培養。

關鍵詞:工程教育;有機化學;課程改革

20世紀90年代初，以波音公司為首的大型跨國公司對各工程專業畢業生提出了一系列新的要求，促使歐美大學改革工程教育觀念和模式。麻省理工學院(MIT)等大學經過探索研究，創立了CDIO工程教育模式［1］。CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)，以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程，繼承和發展了歐美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作為一種指導工程教育人才培養模式改革的教育思想觀念和課程設計的框架體系，符合現代工程技術人才培養的一般規律，具有良好的發展前景和推廣價值。CDIO的核心在于根據工程鏈環節的工程、崗位、職業、行業的學生知識、能力和素質的要求，以工程設計為導向，以項目訓練為載體，來重新設置課程和教學模式［3］。因此，應積極推廣CDIO的經驗和做法，努力促進我國工程教育改革和人才培養模式改革。在教育部的發起和組織下，我國于2006年正式開展了工程教育專業認證的試點工作。2011年教育部提出實施“實施卓越工程師教育培養計劃”，是改革和創新工程教育人才培養模式，提高工程教育質量的戰略舉措。作為教育部第二批參與“卓越工程師教育培養計劃”的高校之一，四川理工學院在卓越工程師培養方面正在進行積極的探索與實踐，提出建立“立足地方、面向行業、構建具有工程精神的應用型人才”培養體系，實施以能力為導向的工程教育課程體系改革，按照課程內容進行整合、重構，建立了通用能力、專業能力、綜合能力等三大課程模塊，創新多元化人才培養模式［4］。但筆者團隊認為:提升工程教育質量的工程教育改革，并不是單純的培養方案和課程體系的調整，而應該是一個系統工程，其中心和核心的任務是培養高素質應用型人才。這就要求培養方案中的每門課程都要樹立培養應用型人才的理念，圍繞應用型人才培養的中心任務進行課程體系和結構調整，進行教學方式和模式的改革。《有機化學》課程作為材料、化工、生工、輕化等本科專業群的核心專業基礎課程，對后續專業課程的學習和專業知識體系的構建具有重要的作用。但現階段，《有機化學》課程存在自成體系、自我封閉的問題，很少與后續專業課程掛鉤，也很少考慮到課程的理論知識在實際工程問題上的應用，這些都不利于高素質應用型專業人才的培養。為此，筆者團隊幾年來一直嘗試和探索在化工類工程專業的《有機化學》基礎課程的教學中，融入工程教育理念，調整知識結構體系，改革教學模式，提升《有機化學》基礎課在工程教育和應用型人才培養中的作用和地位，更好的服務于應用型人才培養。

1《有機化學》課程改革思路

相對于化工類工程專業的核心專業課程，如化工原理、化學反應工程、分離工程、化學工藝學和化工設計等課程，《有機化學》課程作為專業基礎課程，理論性強且自成理論體系，基本可歸屬于理論課程的范疇。其教學的重點主要集中于系統講授各類有機化合物的結構和性質的關系及其相互轉化的方法，介紹有機化學反應原理和影響因素、有機化合物的立體化學、分離鑒定和結構表征等內容。因此課程的授課教師普遍認為《有機化學》只是一門理論課程，其任務就是為學生后續專業課程的學習奠定相應的理論基礎，在課程的教學中難以實施工程教育理念和“做中學”的教學方式。同時，由于課程的理論性較強，多數學生們認為本課程學習與將來所從事的工作不會產生多大聯系，學習興趣不高和學習動力不足。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《有機化學》在教學中融入工程教育理念的可能性和現實性。美國麻省理工學院教授、國際CDIO創始人EdwardF.Crawley在關于工程教育改革的主題報告中指出，基于產品、過程、系統的生命周期的開發和部署(product，process，anddevelopmentanddeploymentofsyctemlifecycle)的工程實踐環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;對于無實體產品的工程專業，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是情景教育(ContextualLearning)［5］。即學生在學習與工程職業相關的知識和技能并知道如何有意義的應用所學知識和技能時，學習更為積極主動和有效率。另外，工程教育是培養學生的工程理念，賦予學生今后從事相關工程職業的綜合能力，除了具有綜合運用所學科學理論和技術手段分析并解決工程問題的基本能力外，還需要具有團隊協作能力、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和能力，這些能力在很大程度上需要通過基礎課程教學來培養。綜上，只要教師在《有機化學》課程教學中，牢固樹立工程教育理念，實施工程背景的情景教育，理論聯系實際，使學生在工程教育的氛圍中學習，受到工程教育的熏陶;同時注重學生團隊協作能力、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和能力的培養，就可以使《有機化學》課程更好的融入化工類工程專業的工程教育體系，服務于學生的“大工程觀”的培養，滿足工程教育專業認證對專業基礎理論課程的要求。

2《有機化學》課程改革措施

2.1構建面向不同專業需求的差異化

《有機化學》課程體系在《有機化學》課程教學中，改革現有的同質化的課程教學模式，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對課程的不同需求，設計差異化和針對性的課程知識體系。如安全工程專業，注重引導學生對危險有機化學品安全知識學習，養成查閱典型常見有機化合物的MSDS的習慣，引導學生通過解讀化合物閃點、爆炸極限、危險特性、危害等信息認識其危險性和毒性，了解其防護措施和泄漏處理等化工安全的專業知識。對化學工程與工藝專業，則側重安排有機化學副反應控制、后處理分離純化的可能性和方法手段等知識。因雜環、甾族、生物堿是藥物的基本結構和功能單元，藥物在體內代謝和藥理作用又涉及與碳水化合物、蛋白質和核酸等類化合物的作用，因此其他化工專業較少涉及的內容，又成為制藥工程專業必需的基本知識。

2.2嘗試《有機化學》課程的情景教育

《有機化學》雖然只是一門理論基礎課程，但課程涉及的有機化合物在日常生活和化工生產具有廣泛的應用;有機化學反應的產物，大多是化工、醫藥產品或中間體。因此在學生掌握了一些基礎理論知識后，在課程后半程教學中，通過合理設計課堂教學內容，采用IDG(inspiration，guidance，anddiscussion)教學模式［6］和“以研究為本，解決一個實際問題”的單元模塊式教學模式，盡可能實施情景教育，開展研究型和創新型教學，讓學生在學習過程中思考如何將基礎的理論知識應用于產品開發實例的分析、處理和設計上，打通基礎課程和專業課程的聯系。在每一章節引入2～3個應用和產品開發實例，通過引導學生思考相關的原料選擇、成本控制、反應實施(副反應控制)、后處理分離等問題，達到對學生實施工程觀的培養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容的教學，常規的教學方式是介紹格氏試劑的制備、性質和反應;對于格氏試劑這類在有機合成和精細化學品生產上具有廣泛應用的重要有機試劑，單純作為一個重要知識點進行教學，無法激起學生的學習興趣，對格氏試劑的應用也沒有感性的認識，完全背離了工程教育的理念。筆者團隊通過錄制、剪輯實驗室小試規模和車間中試規模制備、使用格氏試劑的視頻，結合視頻簡要介紹格氏試劑制備及反應時溶劑處理、鎂屑處理、實際操作過程無水無氧條件的達成、反應引發等過程的操作細節及注意事項;在使學生掌握教學內容的同時，也讓學生了解在研究和生產環節實際實現一個書面反應需要注意和考慮的問題，了解實驗室和車間規模完成一個反應的區別，培養學生綜合思考和解決問題的能力，從而達到工程觀的培養和情景教學的目的。同時通過介紹未按操作規程對乙醚/四氫呋喃溶劑進行無水處理、制備格氏試劑時反應條件控制不好導致反應釜沖料引起火災和爆炸事故的實例，給予學生以警示和培養學生的安全意識。

2.3精心設計習題，培養學生的科學性思維

如精心設計有機化合物合成題，以實際問題代替隨意設定的習題，讓學生在解決問題過程中學會綜合考慮安全、經濟成本、環境保護等實際因素對產品開發和生產的影響。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、目標產物分離的難易程度以及綜合評價成本、安全和對環境的影響等諸方面的因素后，提出可行的和最佳的方案;并組織學生討論，對其他小組的方案進行評價。即使學生受到工程理念的熏陶，也能培養學生的團隊協作和批判性思考等綜合能力。2.4在《有機化學實驗》課程的教學中引入研究型教學模式改革現有實驗課程固定實驗項目的教學模式，在初步完成基本操作和基本技能的訓練后，篩選和安排1～2個綜合性和設計性的創新實驗項目，將資料查閱、實驗方案擬定、合成、分離提純及鑒定表征等環節連成一體，將實驗進化為微型科研項目，讓學生以完成項目的方式進行實驗課程的學習，培養學生的團隊精神和協作精神，提高學生的工程素質和應用能力。

3結語

筆者團隊根植培養應用型人才的理念，根據課程特點，積極探索化工類專業基礎理論課《有機化學》的課程改革。在教學中踐行CDIO工程教育理念，引入情景教學模式，優化課程內容，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《有機化學》課程能更好地服務于高素質工程人才培養的核心任務。當然，本文只是我們在工程教育背景下實施《有機化學》課程改革的初步經驗和心得，尚有諸多不完善之處。另外，基礎理論課程教師普遍缺乏工程背景，制約課程的教學改革，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過程中繼續探索和思考。

參考文獻

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［2］柯清平，唐天地，徐進，等.化學工程與工藝專業CDIO工程教育改革思路探索［J］．學園，2011(9):1－3.

［3］汕頭大學工學院.“2008中國CDIO工程教育模式研討會”會議紀要［J］．中國大學教學，2008(9):95－96.

［4］龔敏，孫山，謝華.地方院校工程教育綜合改革探索與實踐－以四川理工學院為例［J］．重慶科技學院學報(社會科學版)，2012(13):169－171.

［5］EdlwaldF.Crawley，查建中，JohanMalmquist，等.工程教育的環境［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.

作者：李玉龍 鄒立科 吳宇 單位：四川理工學院化學與環境工程學院