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突出应用特色的化学类开放创新实验课程项目式教学创新模式

2024-09-19 43 上传者：管理员

摘要：以开放创新实验课程为载体，深入改进项目式教学法并融入传统教学过程，在充分把握国家重大战略及区域经济发展方向的基础上，深入对接区域企业技术研发需求和生产需求，在校内导师和企业导师共同指导下，将传统的项目式教学进行充分创新，形成了一个校企深度融合的创新项目式教学案例库。以“聚酰亚胺薄膜的制备及性能表征”为项目案例，对创新项目式教学实施及评价过程进行描述与分析，为以高素质、应用型为人才培养目标的应用型本科高校人才培养提供了有效参考。

关键词：
创新项目式教学案例库
区域经济
聚酰亚胺薄膜
评价方案
项目式教学
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学习的方式和方法对于学生的学习效果有直接影响，项目式学习法(Project-Based Learning, 简称PBL)是一种基于学生参与实际项目的学习方法。美国教育学家威廉·赫德·克伯屈(William Heard Kilpatrick)于1981年发表的《项目设计教学法：在教育过程中有目的活动的应用》[1-2]中，首次提出了项目式学习的概念。北师大学者杨明全[3]则将项目式学习定义为一种建构性的教与学方式，教师将学生的学习任务项目化，指导学生基于真实情境提出问题，并利用相关知识与信息资料开展研究、设计和实践操作，最终解决问题并展示和分析项目成果。与传统教学相比，项目式教学法通常以一个具体的问题或挑战为起点，学生通过项目实施过程中问题的解决，来学习理论和应用知识。

项目式教学法早在20世纪初期就被提出，一些教育家试图通过项目式教学法来提高学生的学习兴趣和参与度，但当时的教学模式仍然以传统的课堂教学为主，项目式教学法并未成为主流。20世纪70年代初，项目式教学法开始受到更多的关注，美国教育学家杰罗姆·布鲁纳(Jerome Bruner)等提出了“发现性学习”的概念，强调学生通过自主探究和项目实践来实现知识体系的构建，并同时提升学生的学术成绩和综合素养[4-5]。20世纪90年代，在认知心理学兴起和发展的背景下，项目式教学法得到了更进一步的发展。认知学派的理论认为，学习是一种主动的、构建性的过程，这一理念与项目式教学法的理念十分契合。同时，诸如约翰·杜威(John Dewey)等学者的教育哲学认为，知识仅能作为一种参考，无法套用在任何一种情境之内，这种思想的产生，要求知识学习必须与现实情境紧密结合，也对项目式教学法产生了深远的影响[6-7]。直至21世纪，全球化和STEM(科学、技术、工程、数学)教育的兴起，推动了项目式教学法在全球范围内的应用，教育更注重于培养学生的综合素养和解决问题的能力[8],而项目式教学法则成为实现这一目标的重要手段。

本文通过深入分析和借鉴各同类高校在项目式教学方面的先进经验，在项目库构建、项目具体实施和项目评价等方面进行了深入的探索与研究，为同类院校在应用型人才培养方面提供了有效借鉴。

1、创新项目式教学法的实施背景

山东石油化工学院地处我国重要的石油化工生产加工基地——山东东营，是以石油化工为特色的应用型本科高校，以高素质应用型人才为主要培养目标。本校化学类专业具有悠久的发展历史，在20余年的发展过程中，依托胜利油田和东营市重点产业，以精细石油化工为主要特色，以新能源、新材料为重点发展方向。

在“碳达峰·碳中和”和“黄河流域生态保护和高质量发展”两大国家重大战略推动下，本校化学类专业围绕东营及周边地区重点产业，依托重质油全国重点实验室碳中和联合研究院、山东省高校碳中和绿色能源技术工程研究中心以及山东省首批碳中和现代产业学院，在高素质应用型人才培养方面进行了深入的实践与探索。特别是在人才培养模式探索方面，本校化学类专业以开放创新实验为课程平台，通过项目式教学法的深入应用和不断改进，使专业所培养学生的应用能力、创新能力和理论联系实际能力得到有效提升，为周边行业企业输送了大量高素质应用型人才，为国家重大战略的实施和区域经济可持续发展提供了强有力的人才支撑和智力支持。

2、项目库构建模式

项目库的构建是项目式教学法能否有效开展的关键，项目领域、运行模式、项目内容、水平层次和实施过程等都对项目式教学法的人才培养质量有着深入的影响。本研究在项目库构建过程中，围绕上述5个方面，以国家重大战略为导向，通过学校各类平台和区域知名企业的深度参与，形成了“五位一体”的项目库构建模式(图1),并形成了一个校企深度融合的创新项目式教学案例库(表1),为项目式教学的深入开展提供了有效的保障。

图1“五位一体”项目库构建模式

2.1 项目领域：契合国家重大战略和区域经济发展需求

在项目库构建过程中，需要深入把握国家发展战略、政策导向以及重大战略举措，充分考虑区域经济产业结构特点和需求，并正确把握当地产业发展水平和技术创新方向，使项目库的构建能够充分契合国家重大战略和区域经济发展需求。本课题研究在项目库构建方面，以东营市“5+2+2”产业体系为指导，主要聚焦新能源、新材料等战略新兴产业，强调学科的交叉融合，旨在培养契合国家重大战略和区域经济发展需求的高素质应用型人才。

2.2 运行模式：优化创新项目式教学与传统教学的融入模式

如何将创新项目式教学法与传统理论教学进行深度融合是能否实现创新项目式教学目标的关键因素。由于合作企业众多，项目建设十分冗杂，单纯在现有理论、实验及实践教学环节内，引入针对特定项目的教学内容及教学环节的可实现性不强[9]。因此，本校化学类专业在教学大纲中加入了开放创新实验这一课程，该课程共包含16个学时，课程内容主要来自于校企合作建设的项目库。本课程为创新项目式教学和传统的理论教学提供了切实可行的结合平台，使创新项目式教学能够做深做实。

2.3 项目内容：围绕专业核心课程和知识进行构建

本研究以不同专业核心课程知识要求和能力培养目标为主要依据，通过项目库的构建，将学科核心知识置于项目情境当中，实现学生主干核心知识体系的有效串联[10]。以本校化学类专业为例，其专业核心课程为无机及分析化学、物理化学、有机化学等基础化学类课程和仪器分析、实用材料研究技术、有机合成方法与技术等专业必修及选修课程。在项目库构建过程中，通过辨识合适的项目案例，将各门课程的知识进行有效串联和融合，将学科基础知识的教育充分融入到项目实施过程中，使学生了解其学习知识的真实应用场景，全面提升学生的应用能力和创新能力，同时提升学生学习的获得感，让学生真正体会到学有所用。

2.4 水平层次：以学生接受度和多元化为主要标准

项目库构建过程中，在关注前沿交叉学科及研究领域的同时，优先选择具有实际应用价值及真实应用场景的项目，并充分考虑学生水平与层次、学生对项目内容的接受度以及项目可操作性等因素[11-12]。同时，在本科教学偏重学科基础知识、内容较为宽泛的情况下，需要保证项目库构建的多元化，以满足不同学生学习的兴趣点。

2.5 实施过程：遴选优秀校内导师和企业导师，实现企业全程参与

指导教师在项目实施过程中扮演着重要的角色。创新项目式教学法主要针对本科学生，其自主学习能力和对专业知识的整合能力仍然存在较大欠缺。因此，指导教师的学术水平、行业经验对项目的实施起关键性甚至是决定性的作用[13-14]。在项目实施的过程中，遴选具有扎实理论基础和丰富实践经验的校内导师与合作企业中工程经验丰富的企业导师共同参与项目指导，全面提升企业在项目运行过程中的参与度。在具体实施过程中，将4～5名学生分为一组，同时配备一名校内导师和一名企业导师，校内导师主要负责对学生进行基本理论知识的讲解和具体实验实施的指导；企业导师则着重于向学生普及相关行业知识、质量标准和企业节能降耗及安全生产等方面的知识。通过不同类型教师的深入配合，实现企业的全程参与。

3、创新项目式教学案例详解

以聚酰亚胺薄膜的制备及其性能表征项目为例(表2),项目共分为项目准备(3学时)、项目实施(10学时)和项目评价(3学时)3个阶段。

在选题方面，本项目围绕东营市“5+2+2”重点产业，聚焦新材料领域，并与东营元维电子科技股份有限公司进行深入合作，围绕电子封装用聚酰亚胺薄膜材料的制备及表征进行立项。项目运行模式方面，以开放创新实验为课程平台，同时配备在有机化学、高分子材料科学与工程专业有相当技术研发和产业开发经历的校内导师和企业导师，为项目的顺利运行提供充分保障。项目内容方面，本项目将应用化学专业有机化学、高分子化学、有机合成方法与技术、实用材料研究技术等课程内容有机嵌入项目实施过程，强化学生理论联系实际能力，让学生充分体会到学有所用。水平层次方面，该项目围绕基础有机合成反应，学生在进行相关课程内容的学习后，其知识储备就可以满足该项目的实施需求。实施过程方面，首先指导学生在实验室完成聚酰亚胺薄膜材料的制备及表征，然后带领学生深入企业现场参观学习，丰富了学生的实践经验，有助于加深对课程知识的理解和应用，并激发学生的学习兴趣。以上内容对高素质应用型人才的培养起到了重要的支撑作用。

表1 创新项目式教学案例库

表2 聚酰亚胺薄膜的制备及其性能表征项目详解

4、教学实施及效果评价

4.1 项目的确立及学生团队的组建

项目内容主要来自于前期构建的项目库，项目库的构建主要依靠校内导师联系相应企业共同确定，而针对项目的具体实施细节(实验方案)则主要由学生进行自主计划与安排。在项目实施之前，需要对项目的内容及所涉及的知识体系进行深入讨论和研究，确保项目内容符合项目库的建设原则。在学生团队组建方面，针对同一项目，组建4～5人的学生团队，并进行明确的项目分工，确保学生能够在项目实施过程中，在理论、实践和应用能力等方面都得到充分的锻炼。

4.2 项目实施的全过程跟踪

项目实施过程中，要求校内导师从项目选题背景及意义讲解、相关基础理论知识的讲授以及实验、实践环节的实施等方面对项目实行全过程跟踪。企业导师则着重根据项目在相关企业的实际应用效果，对项目实施过程(特别是实验、实践方面)全面参与与指导，确保项目所获取的数据及结论真实、可靠。

4.3 项目效果评价

项目效果的评价主要分为以下4个部分。一是项目选题价值方面，校内导师及企业导师根据项目是否能够解决企业实际问题对学生的项目选题价值进行评价。二是学生理论知识学习情况方面，校内导师根据学生在项目准备阶段的理论知识学习情况给出评价。三是项目执行过程方面，校内导师主要考查学生日常实验的开展情况，企业导师主要评价学生在企业进行相关实践学习的效果。最终，在项目效果评价方面，由企业导师结合生产实际，对学生项目整体开展的效果进行考核。项目实施效果评价细则如表3所示。

表3 项目实施效果评价细则

4.4 创新点

与传统的项目式教学相比，本研究在项目参与主体、项目领域、项目构成、项目实施过程以及项目评价等方面都进行了创新，在传统的项目式教学法基础上，围绕各项目对化学类专业基础课程进行了深度整合，具体创新内容如表4所示。特别是在项目构成方面，传统的项目式教学法，如吴艳阳[15]等，以工程项目为主线，对化工原理课程进行深度改革，构建了线上线下混合式教学模式。甘霖[16]等，将项目式教学法应用于特种高分子材料课程，有相关的理论教学及课堂测试，但项目仅局限于“光学特性高分子”一个知识点。罗亚[17]等，将阿司匹林的制备作为大学化学课程教学项目，全面展示了理论教学和实验教学相结合的项目式教学设计以及实施过程，但其主要围绕大学化学这一门课程进行。以上研究在内容的广度上与本文创新项目式教学法有明显区别。

再比如本文所述的创新项目式教学法通过对项目的凝练，实现了不同课程、不同知识点的有效串联，同时通过合作企业的引入，向学生展示了产品的真实生产和应用场景，改善了传统项目式教学法的实施效果，对培养学生的工程思维和应用思维具有重要意义。

表4 创新项目式教学法的创新点

5、结语

本校化学类专业开放创新实验课程自实施创新项目式教学以来，相关毕业生在综合素质及应用能力方面有明显提升。自2021年起，本校化学类专业共向山东国瓷功能材料股份有限公司、山东艾蒙特新材料有限公司、东营金美化工有限公司等相关合作单位输送毕业生100余人，毕业生质量受到用人单位的一致认可。以开放创新实验课程为平台，创新项目式教学法的实施有效促进了学校高素质应用型人才培养目标的达成。

基金资助:山东省本科教学改革研究面上项目(M2022270); 山东石油化工学院校级重大教学改革研究项目(ZDJG202201);

文章来源:张鹏图,王丛丛,张春晓,等.突出应用特色的化学类开放创新实验课程项目式教学创新模式[J].化学教育(中英文),2024,45(18):44-49.