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一、为什么选折化学工程与工艺专业
化学工程与工艺专业作为我们学习的专业,不禁会对自己的未来产生思考,之后的篇幅便是介绍本专业的未来发展路线:技术型路线、销售型路线及复合型路线。通过对三者的一一描述,产生纵向的说明展望及横向的对比思考。全篇从对化工专业的了解开始,止于对个人发展的归纳展望,展现化学工程与工艺专业的巨大潜能及良好的未来发展态势。化工科学体系庞大,其包括材料化学、材料物理、化学工程与工艺、环境工程、精细化工、生物工程等近二十个专业。而有调查显示,目前企业需求最大的三个抓也中,化学工程与工艺以19%的比例占据第一,其次是均为14%的高分子材料与工程和精细化工专业。由此可见,化学工程与工艺专业人才的市场需求大,就业前景好,对社会的贡献也大。选择化学工程与工艺专业的我们,也必将在祖国的建设中大展拳脚。
二、如何更好学习化学工程与工艺专业知识
学习化学工程与工艺专业的知识,我们可获得多方面的知识及能力。首先,我们可以掌握化学工程、化学工艺及应用化本文由收集整理学等学科的基础理论知识,掌握化工装置工艺与设备设计方法,掌握化工过程模拟优化的方法;其次,我们还可以熟悉国家对于化工生产、设计、研究与开发、环境保护等方面的方针,政策和法规,了解化学工程学的理论前沿,了解新工艺、新技术、新技术与新设备的发展动态;最重要的是,我们学会了文献检索、资料查询的基本方法,具有一定得科学研究和实际工作能力,具有创新的意识及独立获取新知识的能力。
三、应该学会用所学知识解决实际问题
化学工程是研究化学工业和其他过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程共同规律的一门工程学科。其一重要的任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应,特别是在放大的效应。以解决关于过程开发、装置设计和操作理论和方法等问题。它以物理学、化学和教学的原理为基础,广泛应用各种实验手段,与化学工艺相配合,去解决工业生产问题。
化学工程包括单元操作、化学反应工程、化工热力学、化学系统工程、过程动态学及控制等方面,其研究对象通常是非常复杂的,主要表现在过程本身的复杂,物理的复杂及物系流动时边界的复杂性。而化学工程的研究范围也包括装置的大型化和新产品、新工艺工业化的问题,且化学工程在国民经济中的重要作用也是非常明显的。同时,化学工程也向着两个方向发展:一方面随着学科的成熟,不断向学科深度发展,另一方面是不断向新的领域渗透,研究和解决新领域的新问题。
化学工艺即化工技术或化学生产技术,指将原料物主要经过化学反应转变为产品的方法和过程,包括实现这一转变的全部措施。化学生产过程一般地可概括为三个主要步骤:1原料处理;2化学反应;3产品精制。而以上的三步骤都需要在特定的设备中,在一定的操作条件下完成所要求的化学和物理得转变。而化学生产技术一般是对一定的产品或原料提出的,所以,它具有个
别生产的特殊性,但其内容所涉及的方面一般有:原料和生产方法的则用,流程组织;所用设备的作用,结构和操作;催化剂及其它物料的影响,操作条件的确定,生产控制,产品规格及副产品的分离和利用,以及安全技术和技术经济等问题。
现代化学生产的实现,应用了基础科学理论(化学、物理和数学等),化学工程原理和方法以及其他有关的工程学科的知识及技术。而现代化学生产技术的主要发展趋势是:基础化学生产的大型化,原料和副产品的充分利用,新原料路线和新催化剂的采用,能源消耗的降低;环境污染的防止,生产控制自动化,生产的最优化等。
1.技术型路线:技术员-工程师-总工程师(或创业)
化工行业是个讲究资历和积累的行业,很少有“一飞冲天”的特别机遇,初毕业的我们可以做些技术类的工作,踏踏实实,一步步积累技术资本和经验,然后到了一定程度后,便能获得比较好的机遇和地位。化学工程与工艺工作,一般需要一个相当长的时间来让自己的理论和实践得以充分的结合后,才能谋取个人职业的发展基础。所以,若要走技术路线,对于刚毕业的我们,必须在寂寞与微薄的薪水中提升自己,技术和经验是化学工程师的资本,基本可以替代金融资本进行创业,这也是工作最开始几年的寂寞和低收入换来的回报。有技术在手,想有高薪或者是创业,都不是问题。
2.销售型路线:业务员-销售主管-区域经理-销售总监
化工原材料的辨别必须是建立在扎实的专业基础之上,否则无法向客户解释产品的优劣。所以,化工贸易人才基本都需要是化工专业出身,同时熟知外贸规则和单位业务,还必须具备贸易人才的耐心细致,语言表达能力强,开朗乐观,能吃苦耐劳等素质,若你具备以上的素质,那便在你涉足该行业做销售时,努力地工作。工作的前两年是收入和职业发展的关键期,因为,销售过程中最重要的渠道(人脉)和技巧在两年内基本定型。好的销售人才永远都不用发愁企业或行业的不景气,因为销售技能的通用性,跳槽转行都是非常轻松的。
从广义上说,分离强化首先是对设备的强化,然后是对生产工艺的强化,综合起来说就是只要能将设备变小、将能量转化效率提高的技术都是化工分离技术强化的结果,有利于实现可持续发展,这也是化工分离技术的主要趋势之一。古老的化工分离技术原理:利用沸点的不同,将不同的组分从分离塔里分离出来。随着科技的发展及国内外的分工合作共同研究除了大量新的分离技术,具有广阔的发展前景,但是这些在应用中同样也存在着很多问题,那就是:此项研究对相关分子蒸馏的基础理论探究比较少,没有在理论上充分说明和指导,对设计刮膜式分子蒸馏器也没有深入的研究。随着信息技术的不断进步,分离技术也不断得到改善,取得了长足的进步,逐渐信息技术引入到分离技术的研究与开发上,例如在研究热力学和传递的性质、多相流等方面,这些都是信息技术发生功效的主要分离技术,再如分子模拟大大提高了预测热力学平衡和传递性质的水平。对分子的设计加速了可以加速分离,因此对研究和开发新的高效的分离剂有深远的意义。信息技术的引进有利于新的分离过程的深入,提高工作效率。
一、传热过程的一些新的研究进展和方向
1.微细尺度传热学研究进展
微细尺度是从空间尺度和时间尺度微细的探讨和研究传热学规律,现在在传热学中已经自成一个分支,发展前景广阔。当物体的特征尺寸远大于载体粒子的平均尺寸即连续介质时假定依然会成立,但是由于尺度的微细,原来的假设的影响因素也会相对的发生变化,这就导致了流动和传入规律发生着惟妙惟肖的变化。目前,微米、纳米科学已经取得长足的进步,受到人们的广泛关注,诸多领域都是围绕微细尺度传热学进行研究的。其中高集成度电子设备、微型热管、多空介质流动传热等多项研究都是微热尺度传热学研究取得的丰硕成果。
2.传热设备研究进展
通过近十年的研究,利用翅片可以达到促进和增强传热的效果
3.强化传热过程的研究进展
这项研究主要是从改进换热器设备的形式入手,提高传热的效率,并想办法改进设备使其持续对外放热,这种改进包括发明新的传热材料和改进生产工艺,将过去的设计进行优化等方法。
4.传热理论研究进展
近年来,传热研究者一直都致力于滴状冷凝在工业生产上的应用,但至今仍未能很好的实现,主要问题是如何获得实现滴状冷凝,并且使其冷凝表面寿命延长。改变冷凝界面的性质,将滴状冷凝应用到工业上进行传热改造是传播热学研究的主要热点之一。沸腾的传热方式不仅在机械、动力和石油化工等传统的工业之中广泛使用,而且在航空航天技术等高科技领域也广泛的应用着。长期以来,人们都在对液体发生核态沸腾的原因和具有高换热强度的机理进行着深入的探究。由于沸腾的现象是复杂和多变的,这些都导致了我们不能利用常规的计算方法来计算出沸腾所能传输的热量。到现在为止,加热器表面受到水沸腾时产生的气泡的影响,这一问题是最需要得到解决的,也是研究的重点所在,对沸腾传热进行计算大都采用机理模型,这种方法存在严重的缺陷就是计算的准确率很低,而且需要大量的实验做基础,所以目前应用的范围较窄,目前没有能较准确计算沸腾传热的计算式,因此我们有另辟蹊径,从新的角度来探究和研究问题,从基本理论出发,提出新的理论与计算方法或研究出新的模型,将数学与之相结合计算出沸腾所传出的热量,这将成为今后研究的重中之重。
5.与计算机技术相结合
计算机技术的进步使化学中大量的计算问题和数据采集分析的问题得到了解决,同时解决了人力物力和财力,也增加了数据的准确度与精确度,主要表现在计算机技术对计算流体力学和数值传热学上的主要贡献,其主要的研究方法是数值模拟法。这种方法的特点是需要大量的数据计算,而且需要大量的实验作为补充,采用计算机进行分析和计算,有利于将数据直观的表现出来,方式更加灵活多变,费用更加低廉,并且得出结论的周期比较短,对于应对此类问题计算机技术是最好的选择。
二、化学工程学科未来的发展动态
1.将化工过程与系统过程研究相结合
化学变化是一个复杂的过程,这是因为性质决定的,其非对称性和不平衡性打破了人们的惯性思维,使其控制因素增多,结构尺度变多,其中结构是对过程工程研究的中心问题,主要解决办法是简化其结构,使复杂的结构变得简单,更具有使用价值;首先研究特殊系统,然后推理出一般性的结论,进而推而广之,这些都为解决结构问题打下了良好的基础,解决了复杂系统不容易被分析的问题,采用整体法和还原法研究复杂的系统有利于把握系统的主要变换方向,多尺度的思考问题的方式可以将过程问题转换成平时的时间和空间问题,对研究化学工程的复杂结构有好处。化学工程的这一转变趋势预示着化学正在向着应用领域进行扩张,更加注重其实用性和价值性,而非学科本身理论的研究。这也在化学课堂上出现了明显的改革,从只有实验和理论两个过程的化学转换成有实验、有计算最后才产生结论的过程,这就需要化学与数学物理等相结合,甚至与计算机技术相结合,进而实现化学过程的更好研究。
2.将化学工程与材料科学研究相结合
科学的进步使大量新的技术和产品能源不断涌现,并且在先进技术的引导下得到了广泛的应用,这就为化学工程的研究提出了新的问题那就是如何为新的产业的形成和发展提供良好的服务并不断形成新的完整的理论,化学工程的发展就此进入老人一个新的发展阶段。在学科研究的方法上更多的注重学科的交叉,更多的研究材料其中包括信息和化学、生物与化学、能源与化学、环境与化学相结合的工程学科,这些都为化学工程的发展提出了新的发展方向和研究课题,为化学的发展做了良好的铺垫。
3.将化学工程与信息工程研究相结合
化学工程技术的热点是将化学工程与信息工程研究相结合,随着信息技术的发展,信息技术已经深入各行各业,通过计算机技术可以收集大量信息,并对此进行精细的计算,随着大量的数据的统计和分析,可以得出很多重要的规律和结论,这些规律可以用来作为提高效率和生产效益的理论依据,同时可以预见,将化学工程和材料科学结合起来进行分析必将是化学工程领域的重点研究课题,必将成为引领化学研究的主要方向。
本文提出的工程实践教学新模式以工程设计和实践创新能力培养为核心,旨在通过课程体系的建设以强化知识创新能力;通过实习基地和教育内容的拓展以培养专业兴趣;通过化工专业实验室的建设以培养基本技能;通过特色班的强化训练以培养专业特长;通过学科竞赛和毕业论文/设计环节的训练以培养创新能力和科研能力,从而全面提高本专业学生的工程实践能力、创新能力与就业能力。
(一)以课程体系建设为根本,培养学生的知识创新能力
浙江大学化学工程与工艺专业十分重视学生的实践能力训练和培养,建有完备的实践课程教学体系,主要包括化工实验(7.5学分,含大学化学实验、过程工程原理实验、化工专业实验)、化工设计(4学分)、认识和生产实习(3学分)、SRTP等科技创新与社会实践活动的第二课堂(4学分以上),共计18.5学分,达到了《工程教育专业认证标准》中化学工程与工艺专业的要求。本专业十分重视化工设计课程的建设和教学,定位为学科工程设计技能训练课程,已在2010年成功获批国家级精品课程。课堂教学与实践教学的学时分配为1∶2,学生通过面向应用能力培养和面向设计项目的实践学习过程,学习现代(化工专业)设计方法与设计工具的使用方法,了解计算机辅助化工过程设计的基本步骤,实践从单元过程到完整流程设计的全过程,初步掌握运用Aspen Engineering Suit软件进行化工过程设计的技能,使用AutoCAD绘制化工流程图、塔设备图、车间布置图、工厂总平面图的方法,了解化工设计工作程序、工作内容、设计文档编制方法,从整体上实践学习化工设计的全过程,培育综合运用化学、热力学、单元操作、化学工艺学、化学反应工程、化机与设备、仪表与自控等化工专业基础理论解决具体工程问题的能力,强化工程设计能力和创新思维的培养。
(二)以实习基地和教育内容拓展为助力,培养学生的专业兴趣
实习是高等工科院校实践教学中的重要环节,其中认识实习主要起专业启蒙教育的作用。通过认识实习,学生了解了本专业的基本生产工艺及专业的前景与发展方向,对所学专业有了一定的感性认识,并为后继课程的学习打下良好的基础。但目前的认识实多存在基地单一、时间很短的缺陷,难以保证实习的质量和效果。结合特色专业建设,本专业提出建立民营、国有、跨国企业及化工园区的三位一体认识实习基地,使学生通过民营企业的实习,深入理解化工企业的创业、发展与壮大过程,接受创业教育;通过传统的国有大企业实习,系统了解大型化工企业的流程、规模,各化工单元设备与装置的特点等,接受就业教育;通过世界化工巨头在中国公司基地的实习,认识跨国企业的规模、设计、布局及管理理念,培养国际视野,接受创新教育;通过化工园区的实习,切身感受科学规划化工园区重要性、环境保护和循环经济中化工知识的重要性,接受生态教育。因此,三位一体实践基地的认识实习将有效提高学生学习专业知识的兴趣,增强学生专业知识实际应用的感观认识,培养学生的创新创业精神与国际视野。
(三)以化工专业实验室建设为阵地,培养学生的基本技能
专业实验室是高等学校实验室的一个重要组成部分,对人才培养和学科建设有着直接的影响。专业实验教学作为培养学生动手能力、科研能力、创新能力的有效手段和必要途径,是理论教学无法替代的。为了提高教学质量,实行实验室和教学过程的统一管理,本专业于2008年对原先分属不同研究所的专业实验教学模式进行了改革,建成了集中的化工专业实验室。建设过程中,更新了所有的老旧实验设备,对原开设的实验进行了梳理,停开了部分质量有待提高的实验,保留了八个基础实验,并增加了四个综合创新实验和两个远程实验。其中综合创新实验是专业实验的升华,要求学生将基础课、技术基础理论和专业课的理论知识以及实验理论、实验技能融会贯通并应用到实验中去检验。这样既总结和巩固了前期实验教学的成果,又锻炼了学生的综合实验能力和运用实验解决工程实际问题的能力。远程实验则帮助学生实现了异地实验,实验时间不受限制,实验效率大为提高,并丰富了实验手段和创新能力的培养。
(四)以特色学科竞赛为载体,培养学生的创新能力
学科竞赛是培养创新人才、促进高校教育教学改革行之有效的途径。学生可以通过参加学科竞赛,进一步提高专业学习的兴趣和理论联系实际的能力,激发实践创新的活力。为了更好地培养学生的创新能力,我们已连续多年组织开展“三井化学杯全国大学生化工设计邀请赛”和“过程工程实验技能创新竞赛”两大学科竞赛活动。其中前者主要是化工设计课程的教学拓展,迄今浙江省大学生化工设计竞赛、“三井化学杯全国大学生化工设计邀请赛”已举办了四届。大学生化工设计竞赛活动有力地推动了化工设计课程的全国普及性,提升了其影响力,促进了国内高校化工设计课程的改革和发展,对高等化学工程教育的深化改革起到了实质性的推动作用。同时,本专业还针对“过程工程原理”课程的特点,创办了“过程工程实验技能创新竞赛”,创建了过程工程实验技能创新实践基地。该竞赛为浙江大学校内唯一一个以实验为主的校级竞赛,每年本专业有30%的学生参加该竞赛活动,学生的实践动手能力和创新意识得到了有效的训练。
(五)以特色班强化培训为手段,培养学生的专业特长
为了加深学生对专业知识的理解和运用,培养学生的专业特长,提升学生的就业和深造能力,本专业在大三后依据学生兴趣,提供了不同类型特色班的强化培训:1.工程实践班,主要目的是强化工程设计能力的训练;2.能源化工班,目的是强化化工知识在能源领域的应用;3.产品工程班,重点突出高分子工程、精细化工;4.安全与工业生态班,主要强化化工过程安全、环境友好及化工园区规划;5.国际交流班,目的是强化外语授课与国际交流能力,拓展学生的国际视野。
现在的大学新生年龄以十七、八岁居多,其中大多数都是独生子女,思想上对家长和亲友的百般依赖,生活上的衣食无忧和娇生惯养,往往使他们的思想上缺乏独立性,这无形间给大学生的学习和生活造成了很大的困扰。事实上,在大学新生中,只有一小部分学生能够很快适应新环境,成功完成高中生向大学生的角色转变;而大部分学生进入大学后会处于一定的迷茫期,找不到自己的定位;还有一小部分学生可能确实对自己所选的专业不感兴趣,对大学生活充斥着失望与无奈。因此,在新生入学伊始,及时对大学生进行专业教育是至关重要的,尤其是对于后两种情况的学生,积极的引导能够使处于迷茫期的同学尽快适应大学的生活,那些确实不喜欢本专业的同学及时做好转专业、辅修第二专业等思想准备。
一、《化工导论》课程开设的重要性
1.帮助学生适应环境,尽快完成角色转变。尽管学院在新生入学时了开设了入学教育环节,但是由于课时少,一次性的思想引导并不能有明显的效果,加之学生在入学前对其不了解,没有意识到入学教育的重要性,所以没能达到预期的效果。面对每天所学的课程,大部分学生都处于不知道自己在学什么、怎么学、为什么学的盲目状态,对于一些理论性比较强的专业课,更是容易产生抵触心理。为了帮助大一新生们更好地适应新环境,成功完成从高中生到大学生的角色转变[1],在大学第一学期开设《化工导论》课程是非常必要的。
2.激发专业学习兴趣,奠定深化学习基础。伟大的科学家爱因斯坦说过:兴趣是最好的老师。兴趣的培养可以使一个人主动地去学习和探究。对于刚入学的新生而言,基本上都对自己的专业了解甚微,获得信息的渠道多半来自于自己的理解或者学长的介绍,这些信息通常是片面的或不准确的[2]。开设《化工导论》课程的目的就是激发学生对化工专业的热爱和对专业知识的学习兴趣。通过授课教师引导性地教学,及时调整大一新生的学习方法,使主动学习取代原有的被动学习模式。《化工导论》课程可以帮助大一学生对化工专业形成一个较为全面的认识,为后续高年级的专业课程深入学习奠定基础,能够使学生明确大学四年的学习任务,激发起学生对于化工专业的学习热情和兴趣。
3.指导规划大学生活,开展人生相关思考。通过这两年导论课程的教学效果分析,发现《化工导论》课程的开设确实能够帮助大学新生合理规划大学生活,积极促进学生对大学乃至整个人生以后的发展进行思考。首先,学生们能够基本建立起化工专业课程框架,知晓以后将要学习哪些重要的专业课程,学习这些课程的方法和作用,以及各个专业课程彼此之间的相互联系。其次,学生能够主动思考大学中应该如何储备知识来提升自己的竞争力,能够主动利用图书馆、MOOC(慕课)、TED网易公开课、腾讯课堂、小木虫、知乎等媒介,多方位了解化工行业动态,扎实化工专业知识,同时认识到学习化工常用软件、数理基础、外语等其他综合能力的重要性。最后,学生能够对化工行业建立基本的认识,了解其双面性的特点,开始思考将来想要带领化学工业向着无毒无害绿色化工、清洁能源、环境友好型和高新技术自动化等方向发展。
二、《化工导论》课程教学改革探究
中国石油大学(北京)是一所石油特色鲜明、以工为主、多学科协调发展的高等学府,化学工程学院是以石油炼制、石油化工、能源化工、化工过程机械和环境工程为特色的专业学院。《化工导论》课程作为所有专业课程学习的基石,就像是一盏引路明灯为正在横渡学海的当代大学生指明了学习的方向[3]。为了使新生顺利地完成从高中生到大学生的角色转变,帮助新生们更快地适应大学生活,从2013年起我院对化学工程与工艺专业新生开设了《化工导论》课程[4]。该课程作为化学工程与工艺专业本科生的入学教育课,是为学生了解化工概述及其工程与技术基础的导论性专业教育课程。目前《化工导论》课程的教学仍然在实践中不断探索,寻找更为高效的教学方法,能够真正使学生从中受益,切实提高教学培养质量。
1.精选教学内容,注重教学反馈。在制定教学计划时,注重结合学院石油化工专业特色,同时兼顾其他相关化工领域知识拓展,使学生可以全面了解整个化工行业的发展势态和行业前景。《化工导论》课程共16个学时,其中化工概述2学时,化工的科学基础2学时,石油与化工2学时,天然气与化工2学时,煤与化工2学时,其他化工介绍4学时,现代化工发展趋势2学时。从该课程开设以来,在授课内容和方式上不断进行探索和改善,达到很好的教学效果。学生总体反映较好,基本了解了所学专业的特点,明确了大学四年的学习任务,对未来人生发展方向也有了一定的规划[5]。学生们通过《化工导论》课程的学习,认识到了化工行业与日常生活息息相关,化工的知识渗透于生活的方方面面,人们的衣、食、住、行都离不开化工,化工行业对于农业、医药、工业、能源、国防等领域都有着重要的影响,同时化工专业的学科综合性、交叉性较强,学生们也认识到化工行业具有双面性,由此引导学生对化工行业未来出路的进行深入思考。
2.优化师资队伍,借助榜样作用。众所周知,教师在学生的生活和学习中扮演着至关重要的角色,对学生的成长成才也有着举足轻重的影响。在教学过程中,安排了对化工专业了解颇深的知名教授为学生授课。教师们巧妙结合自己在化工行业多年的工作经验和科研心得,详细向学生介绍化工学科的发展历史以及国内外的最新研究成果,帮助学生在较短的时间内系统性地掌握主干专业脉络,使学生们对化工行业的发展有一个基本的认识。与此同时,教师们在授课过程中将自己的人生阅历和生活感悟融入到教学中,教师们像讲故事一样向同学们讲述自己的丰富经历,分享对于人生的感悟,和同学们互动交流,以一种榜样的力量潜移默化的影响着学生的认知,使学生更好地领悟所学知识,在完成教学任务的同时,学生通过了解老师的各种丰富经历,体会到化工学习的重要意义,对学生起到了重要的示范和榜样作用,以教师的辉煌经历为例,鼓舞学生的奋斗激情,促进学生进行人生思考和未来规划。
3.交流方法技巧,培养学习兴趣。高中和大学的学习方法有着本质的区别,尽快掌握大学阶段的学习方法和专业学习技巧对于刚入学的新生是非常重要的。在《化工导论》课程教学中,一方面指导学生学会如何高效率地学习,如何在较短的时间内掌握知识,如何学会主动学习和实践创新,如何利用学校的各类平台和资源为自己服务,以及化工专业的求职方向和就业领域等,帮助学生了解目前的行业信息,拓宽学生视野;另一方面安排优秀的高年级同学向大一新生们分享自己学习上的方法技巧和心得体会,平时是如何合理安排时间,丰富自己的大学生活,在大学各个阶段需要考取的证书,以及在就业中重点看中竞赛经历和荣誉证书,和学生们面对面亲切交谈,及时解决大一新生盲目彷徨的精神状态,能够很好地调动一年级学生的好奇心,激发学生的学习热情,便于学生接受新的思想和新的学习方法。
4.导论贯穿始终,学生终生受益。《化工导论》课程的学习应该贯穿到大学学习生涯的始终。首先,在新生刚入学之际,先系统地向学生讲述整个大学阶段所要接触的专业课知识,给学生们提供一个后续学习的整体框架。而后,在每门专业课程的开始,任课教师会对将要学习的专业课程做一个简要的内容介绍,同学们会自然地联系到《化工导论》课程所讲述的相应内容,授课过程中做到前后呼应,让学生了解每门课程学习在整个化工知识体系的地位和作用,进一步明确学习目标、提高学习效率。最后到大四毕业之前,再将整个大学所学的专业知识进行一个系统的汇总,使学生将大学阶段所学的专业知识有机结合起来,深刻理解各个课程之间并不是孤立的,而是紧密联系在一起的,以一种居高临下的姿态,把所学过的知识重新梳理一遍,这样可以加深学生对所学专业的理解。将《化工导论》课程的教学贯穿于本科教育的始与终,就像是一根强劲的主线,串联着所有的专业课程,培养了学生对化工专业的兴趣,深化了学生对于本专业的理解。
对于学生而言,生物学的基础知识在初中和高中阶段已有较多的接触,生物学经典理论的提出和学科发展中重要的科学家的介绍大家耳熟能详。在《生物技术概论》的教学过程中,简单重复以上内容已经不能调动学生的学习积极性。而这些经典的理论知识还需要进行深入学习,这就需要教师转变教学方式。首先,引经据典,对理论的发展历程做详细地讲解,提高学生的学习兴趣。其次,经典的生物学理论大多为西方学者提出,因此在教学过程中,通过引用原始英文文献、利用双语教学的方式,锻炼学生的英语听、写、译能力。例如,1953年,Watson和Crick提出了DNA双螺旋结构模型,开启了分子生物学研究的新时代,二人也因此获得了1962年诺贝尔医学奖,这是高中生物学课程讲授的内容。但在DNA双螺旋结构提出之前,有几位科学家提出了DNA结构的研究方法和结构模型,也正是这些研究成果成就了Watson和Crick的伟大贡献。Wilkins和Franklin提供的DNA晶体X射线衍射图片对二人的研究有很大的帮助,“MOLECULARSTRUC-TUREOFNUCLEICACIDS—AStructureforDeoxyri-boseNucleicAcid”是Watson和Crick于1953年在《Na-ture》发表的通讯文章,第二段有这样的描述:“AstructurefornucleicacidhasalreadybeenproposedbyPaulingandCorey(1).Theykindlymadetheirmanuscriptavailabletousinadvanceofpublication.Theirmodelconsistsofthreeintertwinedchains,withthephosphatesnearthefivreaxis,andthebasesontheout-side.Inouropinion,thisstructureisunsatisfactoryfortworeasons...”意思是说Pauling和Corey在他们之前已建立了核酸的三螺旋结构模型,而Pauling是当时研究蛋白质结构的权威,Watson和Crick的发文是向权威的挑战。当然,这归功于他们认真的实验工作和深厚的科学功底,因此,对于经典理论的阐释,采用双语教学的方法,结合经典文献,一方面能让学生接触一些专业词汇,提高他们的英语水平;另一方面能吸引学生上课的注意力,提高学习兴趣,在教学中起到事半功倍的效果。
二、提问式教学和反馈式教学相结合
(一)提问式教学
提问式教学是指在课堂教学过程中以教师提问为授课主线,通过激发学生的学习兴趣,最终达到课堂教学的目的。提问式教学法的理论基础有主体性教育理论和建构主义教学论[2]。主体性教育的目的是培养被教育者的自主性、能动性和创造性,而建构主义特别强调主体在认知过程中的建构作用,二者的相同点是培养被教育者的主动性和创造性,不同的是,前者教师起主导作用,后者教师起组织者、帮助者或促进者的作用。《生物技术概论》涵盖了生命科学的各个领域,每章内容的侧重点都有较大的区别。因此,在进行提问式教学中,首先要围绕章节的重点提出问题,以检查学生对基本内容的理解,同时,让学生带着问题投入到课程学习中去;其次,在课堂结束前提出问题,一是让学生回顾课堂上学习的内容,理出一条学习的主线,二是让学生在课余时间通过主动式学习解答问题,从而促进学生与课程内容的交互作用。
(二)反馈式教学
反馈式教学与提问式教学相辅相成,其包括课堂反馈式教学和作业反馈式教学等方面的内容。正确实施反馈式教学,可及时发现教学过程中存在的问题,了解学生的学习状态,培养学生的自学能力。课堂反馈式教学是指教师采用一定的教学方法和手段在课堂上获得学生学习状况的反馈,从而根据反馈结果进行教学上的调整[3]。《生物技术概论》课程浓缩了多学科的基础知识,教师在课堂上往往需要在短时间内向学生灌输大量的内容,这就造成学生对知识的理解和掌握不够,从而降低了他们对课程内容的兴趣。因此,在课堂教学中,教师应充分尊重学生的主体地位[4],允许学生随时打断教学、提出问题并展开讨论,增加教师与学生的互动。或者在讲授课程重点的基础上,教师通过反问或其他方式检查学生学习掌握的信息,培养学生对问题的思考能力,并通过信息反馈,对学生不清楚的理论知识做更深入地讲解,改善课堂的授课效果。作业反馈式教学注重培养学生的自学能力,同时,又可以检测和反馈学生对课堂教学知识的吸收情况。在作业反馈式教学中,应注意以下几方面的问题:首先,作业应围绕课堂讲授的重点内容,结合具体案例或实际设题,减少名词解释等常规问题,避免与教科书章节问题重复。因为结合具体案例或实际设置的题目,往往没有标准答案,这样既可以促进学生认真思考和分析问题,又可以避免学生相互抄袭。其次,作业应作为课程考核的一部分,这样可以引起学生对作业的重视。再次,教师应对学生的作业进行认真批改,一方面能发现学生学习中存在的问题,以便于在后面的教学中进行解释;另一方面,教师的认真批改会影响学生的行为规范,提高他们的综合素质。
三、加强多学科交叉内容教学
(一)提升学生信息技术素养
对学生进行信息技术培养,可以培养学生的信息意识与合作交流能力,但最主要的目的是培养学生的信息获取能力、信息判断能力、信息处理能力及信息利用能力[5]。《生物技术概论》课程介绍了生命科学领域的研究热点,这些热点往往是学生最感兴趣的,但课程教材的内容又不能及时反映热点问题的最新进展,因此,在课堂教学过程中,我们可以通过信息检索的方式跟踪热点问题的最新进展。以清洁能源为例,通过百度、Google或图书馆信息检索等方式,风能、太阳能、生物质能等关键词映入眼帘。与我们生物相关的是生物质能,这些生物质能又包括生物质降解和转化、生物制氢和生物成因气等,每一个关键词背后都有大量的文献和最新报道,这样我们就可以进一步了解自己感兴趣的方向。同时,针对不同章节的研究热点,教师可以设置一些问题,让学生利用信息检索的方式,收集、分析和汇总有价值的网络资源。
(二)加强与工科专业知识的融合
发酵工程是生物技术的重要组成部分,发酵工程的规模化应用离不开化学、化学工程学、电气工程、微电子技术和计算机科学等学科的理论知识。以维生素B2发酵生产为例,湖北广济药业股份有限公司是世界最大的维生素B2生产厂家,公司维生素B2高产菌株工业化大生产技术处于国际领先水平,与之配套的也是先进的仪器设备,因此在产品发酵过程中需要集成不同专业领域的人才,如空压机和发酵罐电机的维护需要具备电气专业基础,发酵过程的控制需要结合微生物学、微电子技术和计算机科学的理论知识,发酵产物的分离纯化又要依据其化学性质并结合化学工程的手段完成。因此,维生素B2的发酵生产是一个大的系统工程,与不同的工科专业结合必不可少。在课堂教学工程中,通过维生素B2发酵工艺介绍和发酵过程中相关仪器设备的图片展示,可以让学生有更加直观地认识和理解,同时,让学生体会到多学科交叉的重要性。
(三)提高对生物知识产权保护的意识
作为一项高新技术,生物技术领域的发明范围十分广泛。生物知识产权包括生物遗传资源知识产权、生物仪器知识产权、生物产品开发工艺知识产权和生物基产品知识产权等四个方面。作为生物技术专业的教师,培养学生借助已有的生物遗传资源,利用生物仪器,研究新的开发工艺,制造新产品的意识,培养他们正确利用和保护生物知识产权,是课程教学的目的之一。以我国生物医药企业知识产权现状为例,据文献报道,生物技术成果的60%~70%应用于生物医药领域,生物医药企业知识产权工作的源头是技术创新,培养自主创新能力是保证企业在市场中具有持续竞争力的重要手段[6]。2010年,我国生物医药大中型企业共有1754家,其中具有研发能力的仅有102家,这说明我国大部分的生物医药企业没有进行研发活动或自主创新[7],使得他们只能花费巨资购买国外生物医药企业的技术和产品专利。2010年,我国生物医药产业技术引进或购买的经费支出为19.92亿元就说明了这一问题。因此,提升我国生物医药产业自主知识产权能力是保证企业核心竞争力的重要体现。我国地广物博,生物资源丰富,必须采取切实有效的措施保护生物遗传资源,建立和完善生物遗传资源知识产权制度;国家生物仪器重大专项的实施也说明了政府对科研院所和企业自主创新的支持。所以,对于生物技术业的学生,在《生物技术概论》课程中熏陶生物知识产权的内容,是课程改革的一个重要方面。
四、增加生物应用案例教学