应用化学特色专题实验群建设的探索与实践

李永峰，余 林，罗继业，何 军，阳香华   

（广东工业大学 轻工化工学院，广东 广州 510006）

[摘  要] 在推进新工科背景下，应用化学专业综合型、研究型和开放创新型实验教学逐渐成为培养和提高应用化学专业本科生创新能力和实践能力的重要环节。本文以广东工业大学为例，面向化工行业清洁化和绿色环保发展的重大需求，结合学校在催化技术方面的学术优势，重点探讨了学校在应用化学专业建设“先进催化技术在环境污染防治领域应用”特色专题实验群的背景、思路、实施措施和功能拓展，以期在应用化学专业实验教学改革方面提供有益探索与实践。

[关键词] 应用化学；特色专题实验群；广东工业大学

[作者简介]  李永峰(1976-)，男，汉，河南许昌人，博士，广东工业大学轻工化工学院，教授，主要研究方向为应用化学教学改革。

[基金项目] 2019年广东省高等教育教学研究与改革项目“新工科建设背景下应用化学专业一体化课程体系的改革与设计”（SJJG20191216）；2019年广东工业大学“本科教学工程”项目“新工科建设背景下应用化学一体化课程体系的改革与设计”（编号：广工大教字[2019]70号）；2020年广东工业大学“本科教学工程”项目“应用化学特色专业建设”（编号：广工大教字[2020]22号）。

[中图分类号]G64     [文献标识码]A     

应用化学是一门以实验为基础的学科，以重视基础、拓宽专业口径、加强学科间的交叉及较强的实践能力为原则，旨在培养具有扎实化学理论基础、熟练实验操作技能和扎实工程实践经验，可以在化工、材料、能源、环境等领域进行相关研发工作且富有发展潜力的创新人才[1-6]。实验教学是学生理解并运用所学理论知识分析和解决实际问题的训练平台，实验课教学的质量直接和长远地影响着学生的动手能力和基本素质培养，所以实验教学环节在整个应用化学专业的实验实训教学体系中占有特殊的地位，是应用化学专业应用型、技能型、创新型人才培养的重要手段[1, 7-9]。随着新工科的推进、就业趋势的变化、素质及能力培养为核心的教学理念确定，对大学生的实践能力和创新能力的要求越来越高，深化实验教学改革也迫在眉睫；特别是综合型实验项目、研究型实验项目和开放创新型实验等是对基础化学理论、实验技能和实验方法的融会贯通，对培养和提高学生思考问题、解决问题和创新思维能力的培养起着重要作用。

广东工业大学应用化学专业始建于1988年，是利用学校工科优势建立的工科型应用化学专业。近几年在推进新工科背景下，本专业面向化工行业清洁化和绿色环保发展的重大需求，结合学校在催化技术方面的学术优势，在建设应用化学专业“先进催化技术在环境污染防治领域应用”特色专题实验群方面率先进行了有益探索和实践。

1 学校应用化学专业的发展历程和特色优势

广东工业大学应用化学专业于1986年获准硕士学位授予权；2003年获得应用化学博士学位授予权，是我校最早具备本科-硕士-博士一体化的完备人才培养体系的几个专业之一。2007年应用化学还被评为广东省重点学科。2014年中国研究生教育分学科排名应用化学学科全国排名第16位。2015年应用化学学科进入广东省高水平大学一期建设重点学科序列。2019年，促进化学ESI排名进入全球前1%。2020年1月入选第一批国家级“一流本科专业”建设点。目前我校应用化学专业在校本科生总数675名，每届学生在160-170人之间。本专业的专任教师有42名，全部取得博士学位，且90%以上具有海外留学经历；兼职教师中包括法国科学院院士1名、长江学者1名、国家杰青1名和企业专家8名。专任教师中正高职称18名，副高职称16名；其中南粤优秀教育工作者1人、广东省丁颖科技奖获得者1人、广东省杰青1人和优青1人、广东省“千百十”工程省级重点培养对象3人、青年珠江1人、珠江科技新星3人和校青年百人A类12人；同时，我校应用化学专业有1个国家级虚拟仿真实验教学中心（大型分析仪器仿真）、1个广东省教育厅重点实验室“清洁化学技术重点实验室”、2个广东省工程中心（广东省通用高分子材料稳定性改性工程技术研究中心和广东省科研及生化检测用试剂工程技术研究中心）、8个校企联合技术研发中心和8个大学生校外实习基地[6]。这些为本专业学生开展综合型、研究型和开发创新型实验，以及培养工程实践能力都提供了良好的硬件平台。

本校应用化学在专业定位方面，要求学生必须系统掌握化学和工程学基础理论知识及实验技能，熟悉项目技术研发和产品创新的过程与方法，具备团队协作、勇于创新和科学研究的能力，能够在应用化学及相关领域从事科学研究、新产品开发、分析检测、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作，成为适应我国化学工业发展需求的高素质应用型专业人才；因此，本专业以行业需求为导向，目前已经形成了以印制电路板用电子化学品、环保和新能源用催化新材料以及表面处理技术相关的日用化学品的特色专业方向，设计并构建了“三层次、四模块、三结合”的实践教学体系。这些又为本专业注重学生解决问题能力的培养及科研开发能力的训练，提供了良好的软件平台。

2 应用化学特色专题实验群建设的背景

环境问题是人类不能回避的现实问题，如何消除、减轻或根除由于人类的生产活动而产生的一系列有害污染物质，是人类面临的一个重要课题。以环境污染防治为目的的催化化学在解决此类问题中起着核心作用。由此衍生的环保催化就是指利用催化剂控制环境不能接受的化合物排放的化学过程，创造舒适环境所用的催化剂。习总书记提出绿水青山才是金山银山，解决环境问题就是推进生态文明建设。所以环境污染防治作为生态文明建设的重要一环就显得尤为重要。

同时，广东工业大学轻工化工学院应用化学系的专业实验室面积约150平方米，拥有专职实验员1名，负责实验室的日常管理与维护。应用化学专业实验室目前向全系约600名本科生提供实验课程教学服务，主要包括应用化学系本科生5门专业实验课程（共计336学时/年），包括《综合与创新实验》（64学时）、《化学产品设计与开发》（80学时）、《新能源与催化材料及应用方向专业实验》（64学时）、《功能材料及应用方向专业实验》（64学时）和《电子化学品及应用方向专业实验》（64学时）。而建设的“先进催化技术在环境污染防治领域应用”的特色专题实验群涉及应化系本科生5门专业实验课程中的3门，为其提供部分或全部的实验项目，所以特色专题实验群的建设与实施不但可以惠及应用化学系所有本科生，而且还可以有效提升系专业实验室和相关仪器设备的利用率。

3 应用化学特色专题实验群建设的思路

为了更好地实现层次化的实验教学体系，即让学生从一年级开设的大通识性实验课程和二年级开设的化学学科实验课程，逐步过渡到三、四年级开设的应化专业进阶实验、综合性设计实验和研究型开发型实验；也为了更好地将学院在催化领域的雄厚科研实力体现在本科教育中，体现应用化学专业实验的特色，本特色专题实验群建设重点采用基于问题的学习（problem-based learning，PBL）模式，设计了12个具体实验项目（包括8个综合型实验项目、3个研究型实验项目和1个开放创新型实验项目），涵盖了四种催化剂体系（磁铁矿光催化剂、二氧化锰纳米催化剂、贵金属整体式催化剂、贵金属/二氧化钛复合光热催化剂）、四类环境空气和水体中污染物催化防治领域（废水中有机污染物异相光催化净化、空气中挥发性有机污染物光热催化净化、臭氧催化分解、甲醛光热电催化氧化协同净化）和多种催化材料的表征分析手段（如X-射线衍射技术、热分析技术、电镜技术、N₂吸脱附等温线技术等，主要依托学院大型仪器测试平台开展）。由此建设的“先进催化技术在环境污染防治领域应用的特色专题实验群”，可以使学生通过设计实验探索理论知识，着力夯实学生扎实的实验技能，培养学生的科学探索精神、创新能力、交流表达和团队协作等化学化工素养和能力。

4 应用化学特色专题实验群建设的实施

“先进催化技术在环境保领域应用的特色专题实验群”包括8个综合型实验项目、3个研究型实验项目和1个开放创新型实验项目，涉及《综合与创新实验》（64学时）、《化学产品设计与开发》（80学时）和《新能源与催化材料及应用方向专业实验》（64学时）三门专业实验课程，实验人时数约12200，具体见表1。这12个具体实验项目全部由应化系副教授职称以上的科研骨干担任实验指导教师。

表1 应用化学专业“先进催化技术在环境污染防治领域应用”的特色专题实验群

5 应用化学特色专题实验群建设的功能拓展

（1）有利于提升学生专业水平及提高创新实践活动等项目的申报数量

依托“先进催化技术在环境污染防治领域应用的特色专题实验群”的建设，教师可以指导本科生和研究生借助专业实验室仪器设备开展课题研究，也可以开展本科生创新创业项目，指导学生实验选题、实验方法、实验方案设计、技术路线等，通过查阅文献，老师与同学讨论来确定实验内容，数据处理到实验报告（或论文）撰写，由学生自己完成。这样不仅培养了学生分析问题、解决问题的能力，有利于提升学生专业水平，也可为“卓越班”、“创新班”的教学提供创新实践条件和场所。通过开设具有一定的探索性的实验项目，每年大约50人开展10余个创新实验项目，每个开放创新型实验项目约为30学时，共计15000人学时。

（2）有利于提升教师整体科研水平与创新能力

依托“先进催化技术在环境污染防治领域应用的特色专题实验群”的建设，教师可以利用专业实验室的仪器设备，加强与广东省内企业的合作，加大我校与企业的产学研协同创新研究，提高相关产学研项目的数量、质量，通过解决企业生产中实际问题，提升产学研水平。同时有利于专业教师从实际生产中扩展相关理论研究领域和视野，提高教师整体科研创新能力。

（3）有利于提升本专业服务社会和对外开放共享的能力

依托“先进催化技术在环境污染防治领域应用的特色专题实验群”的建设，在为本学院教学科研服务的同时，由于省内高校还没有在这个方面投入，所以可以通过资源共享，对各大高校及社会服务，充分发挥其公益性，力争取得良好的社会效益。

6 结论

在新工科建设需求下，我校应用化学专业面向行业需求，依托本专业学术优势，通过建设“先进催化技术在环境污染防治领域应用”特色专题实验群的方式，对应用化学专业实验教学改革进行了有益探索，以期让学生更好地实现基础化学理论、实验基本技能、科学创新研究和工程实践开发的融会贯通，达到培养和提高学生创新能力和实践能力的目标。

[参考文献]

[1] 汪娇宁，钟毅，罗艳. 应用化学专业实验核心课程建设探究[J]. 黑龙江教育（高教研究与评估），2019，（12）：43-45.

[2] 李芳清，刘淑娟，曹小红，马建国．“互联网+”时代下应用化学专业教学改革初探[J]．东华理工大学学报（社会科学版），2018，37(03)：288-290．

[3] 滕俊江，乔艳辉，马浩，安哲．工程教育专业认证背景下应用化学省级特色专业建设实践与思考[J]．化工高等教育，2019，(06)：14-18

[4] 曹宝月，南宁，屈佳，周春生，张国春，范新会．新工科视阈下地方高校应用化学专业人才培养改革与探索[J]．教育现代化，2018， (27)：14-16．

[5]杨欢，罗跃，陈武．应用化学专业综合改革探索与实践——以长江大学为例[J]．黑龙江教育（高教研究与评估），2018，(03)：45-47．

[6] 李永峰，何军，于会娟，罗继业，成晓玲，钟远红. 新工科建设背景下广东工业大学应用化学专业一体化课程体系的改革与设计[J]. 广东化工，2020,47（10）：165-166,183

[7] 代伟，王芳芳，滕波涛，朱钢国. 基于“虚-实”组合教学在应用化学专业实验课中的应用[J]. 教学研究，2018,41（3）：102-105.

[8] 罗卓，沈洁，唐建洲. 基于校企合作的应用化学专业实验教材编写探讨——以长沙学院为例[J]. 教育教学论坛，2020，（24）：391-392

[9] 吉小利，邢宏龙，张晓梅，石建军，甘颖. 强化创新能力培养的应用化学专业实验教学改革与探索——以安徽理工大学为例[J]. 黄山学院学报，2020,22（5）：115-117.

[10] 谷祖敏，张扬，李修伟，李兴海，祁之秋. 应用化学专业开放式实验教学的实践与思考[J]. 实验室科学，2017，20（1）：94-96.

Exploration and Practice on the Construction of Characteristic Experimental Group for Applied Chemistry

Yongfeng LI, Lin YU, Jiye LUO, Jun HE, Xianghua YANG

(School of Chemical Engineering and Light Industry, Guangdong University of Technology, Guangzhou, 510006, China)

Abstract: Under the background of promoting new engineering, the comprehensive, research-oriented and open innovative experimental teaching of Applied Chemistry has gradually become an important part to cultivate and improve the innovative ability and practical ability for the undergraduates majoring in Applied Chemistry. Taking Guangdong University of technology as an example, this paper focuses on the background, ideas, implementing measures and function expansion of the characteristic experimental group of "Application of advanced catalytic technology in the field of environmental pollution prevention" in Applied Chemistry specialty construction, which is oriented to the major needs of clean and green environmental protection development of chemical industry and combined with the academic advantages of the university in catalytic technology, so as to provide beneficial exploration and practice in the experimental teaching reform of Applied Chemistry.

Keywords: Applied Chemistry; characteristic experimental group；Guangdong University of Technology