摘要:结合实际工作探讨了“精细化学品化学”课程实践的主要形式,介绍了安徽农业大学应用化学专业“精细化学品化学”实践课程的主要内容并对其存在的问题进行了探讨。
关键词:精细化学品化学;实践体系;实验;实习
作者简介:甘小平(1980-),男,湖北枝江人,安徽农业大学理学院,讲师;张袖丽(1961-),女,安徽舒城人,安徽农业大学理学院副院长,教授。(安徽 合肥 )
基金项目:本文系安徽省省级质量工程项目(项目编号:0)、安徽农业大学综合性、设计性实验项目和安徽大学211工程三期教学质量工程经费(编号:,)资助的研究成果。
中图分类号:G642.4 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2011)34-0147-02
精细化学品是当今化学工业中最具活力的化工领域之一,它具有专用性强、生产批量小、品种多、技术密集度和附加值高等特点,因此世界各国均将其化学工业的战略重点由石油化工转向精细化工,发展精细化工已经成为世界性趋势。[1]我国也十分重视精细化学品工业的发展,目前来看其发展势头良好,尤其在“十二五”期间发展潜力巨大。随着市场对精细化学品的需求日益壮大,可以预见,化工行业对具有扎实精细化工理论知识和丰富实践经验的复合型人才的需求更为迫切。“精细化学品化学”正是培养应用化学专业学生具有夯实的精细化工理论知识的主干课程,但是,近20年来,精细化工取得了飞速发展,各种精细化学品生产新技术、新概念不断产生,新型特种功能精细化学品不断面世,使得其理论教学体系也发生了翻天覆地的变化。国内各高校应化专业在对“精细化学品化学”的理论教学体系构建、教学方法的变革和教学内容的整合上做出了很多有益的探索。[2,3]但实践教学体系仍然停留在学生实验和工厂观摩等环节上,不能很好地培养学生解决实际问题的动手能力和创新能力。因此,如何调整实践教学的内容,革新实践教学方法成为目前“精细化学品化学”实践教学改革的重点。
一、“精细化学品化学”实践课程的主要形式
“精细化学品化学”理论教学要求学生通过学习该课程能掌握精细化学品的基本概念和主要品种及其功能,了解精细化学品生产工艺的基本特点。而应用化学专业为理科专业,没有开设化学反应工程之类的专业课程,因此学生对化学反应过程和反应器的认识还停留在实验室规模层次上,对化学反应工业化的技术差别没有深刻的认识。因此,开设“精细化学品化学”的实践课程就显得尤为必要,综合来看,目前各高校开设“精细化学品化学”实践课的主要形式有如下几种。
1.学生实验
通过学生实验来训练学生掌握精细化工合成和配方中的基本理论和方法无疑是化学类实践最简单也是最有效的方法,目前很多开设了“精细化学品化学”的化学专业都附设一门“精细化学品化学实验”的实践课程,相比于基础实验课程,“精细化学品化学实验”更侧重于选择一些设计性和开放性实验,尽量做到与生产实践相联系,以便在巩固学生理论知识的同时训练学生解决实际问题的能力。虽然实验能够比较全面地训练学生的动手能力和加深其对理论知识的理解,但实验室中的实验过程和工业生产过程还是有一定的差距,仅仅依靠学生实验来认识工业生产流程是远远不够的,因此学生实验的实践只能作为“精细化学品化学”实践课程的补充,以巩固理论课中介绍的精细化工的基础理论知识。
2.工厂实习
很多工科大学的应用化学或化工专业在高年级阶段均安排有一定时间的生产实习,其中“精细化学品化学”的实践课程是其重要的组成部分。深入到工厂的生产车间是“精细化学品化学”课程实践的很好形式,它能够将理论知识和生产实践紧密联系起来。但由于目前高校扩张致使学生人数激增,使得原来建立的实习基地满足不了大量学生的实习要求,同时一些原本不开设应化专业的高校近几年也相继申报开设了此专业,而其实习实践基地建设近乎空白,从而使得生产实习这一联系高校和社会的实践形式流于形式。据笔者调查,很多新开设的应用化学专业的化工实习课程仅仅是到化工企业参观,其效果可想而知。
3.大学生科技创新项目
近年来各高校对自然科学类专业学生的课程实践进行了很大力度的改革和资助,其中大学生科技创新项目的设立就是一种很好的形式。通过项目提供的资助创造一定条件,让学生自主选题,进行独立的科学实践。以精细化学品的创新合成为主题的科技创新项目是“精细化学品化学”课程实践的有益补充。在学生设计创新实验项目时,我们会引导学生选择目前市场需求较大但又有技术改进要求的产品来进行研究,例如,本地一家精细化工企业生产的某品牌洗洁精,其配方技术的差异使得产品在透明度和起泡性上不能兼顾,透明度好的泡沫较少,而泡沫丰富的透明度又稍差。我们鼓励学生以解决企业技术需求为创新点,从探讨配方比例出发来申请创新基金,进行创新研究。学生通过查阅中文文献、中国国家专利等资料,以及通过到生产企业的调研,了解到该配方中两种表面活性剂的用量对产品透明度和起泡性有很大影响,在科学的实验设计方法的指导下,学生设计出了合理的实验方案,经教师指导修改后,成功申请到大学生创新基金,并进行了系列研究,初步给出了准确的配方参数。但是目前学生科技创新项目的覆盖面较小,只能对部分学生进行择优资助,而大部分学生只能通过常规的实习手段来完成实践课程。
二、安徽农业大学应化专业“精细化学品化学”实践课程的基本模式
安徽农业大学应用化学专业于2005年开始招生,相对于本校的传统优势专业来说,也是一个新开设的专业。因此,相应课程的实习实训体系需要逐渐完善,处在变革和发展的探索阶段。从05级开始,“细化学品化学”就一直是应用化学专业的必修课程,其实践课程也是必选科目。通过调研其他高校“精细化学品化学”实践课程的主要内容和基本形式,[4]我们整合了一套符合自己特点的实践课程的基本模式,即通过专题设计—创新实验—工厂参观—论文总结等一整套流程,来训练学生掌握精细化学品生产的基本知识和基本操作技能,同时对学生应用理论知识解决实际问题的能力培养以及创新思维的发掘也起到了一定的抛砖引玉的作用。具体做法如下。
1.专题设计
根据理论课的主要内容,我们设计几个特定的商品化的精细化学品,比如属于表面活性剂类产品的洗洁精,属于粘胶剂的普通胶水等。然后把学生分成几个专题小组,让学生通过查阅相关资料,从原料的选取、生产路线的设计直至配方的调整等工艺细节研究,完成一个完整的精细化学品的生产过程。最后以专题报告的形式进行讲解汇报。而教师从授转为导,引导、指导、辅导学生完成工作过程。
2.创新实验
根据学生设计的选定产品的生产过程,结合应用化学系开放实验室的条件,同时鼓励专题设计优秀的学生积极申报学校的科技创新基金,让学生在实验室中进行精细化学品的实验合成,实验过程中注意引导学生结合基本理论,优化制备工艺,并尽可能解决制备中出现的问题。例如,我们在专题设计中布置给学生关于木材用粘胶剂的设计、合成及改性的题目,学生们通过调研文献和到木材加工企业的考察,了解到聚醋酸乙烯乳液(白乳胶)是目前比较常用的木材用粘胶剂,一般由聚醋酸乙烯酯在引发剂作用下聚合,然后在分散剂和乳化剂作用下在水中形成乳液。学生对其制备工艺进行了详细的研究,设计了其实验室制备的全过程。但同时也了解到,聚醋酸乙烯乳液作为粘胶剂也有耐水性差,使用的温度范围不宽以及固化时间稍长等缺点,是目前木材用粘胶剂行业亟待改进的一个工作热点。因此,有学生借助聚醋酸乙烯乳液的制备原理,并结合相关文献,设计了聚醋酸丙烯和聚丙酸乙烯两种粘胶剂用聚合物的合成,并配方成乳液,以期得到比聚醋酸乙烯乳液性能更好的粘胶剂。我们考察了其设计的合理性和可操作性,鼓励学生成功申报大学生创新基金项目并正在实施。
3.工厂参观
考虑到实验室制备和工业生产在生产规模、工艺流程和实验器具上的差别,我们同样也在“精细化学品化学”实践课程体系中加入了工厂参观的环节。通过努力,我们尽可能联系了和专题设计内容比较符合的精细化学品生产企业,作为学生认识工业生产特性、了解化工生产过程的实践基地,比如合肥白雪精细化工有限公司、合肥安科精细化工有限公司等。通过参观和考察,让学生进一步熟悉了精细化学品生产的基本过程,对实验室合成到批量生产的差别有一个初步的认识。
4.论文总结
经过学生自己设计、尝试合成和参观比较之后,我们还给学生留下了论文总结的任务,即经过这一系列的实践环节,学生总结对自己参与的精细化学品生产过程的基本认识,由实验室合成到工业化生产的差别。让学生从自己参与的专题入手,结合工厂参观的印象,设计自己的产品批量生产的基本工艺,得到一个完整的从产品的设计、研发到工业生产的过程。
三、经验总结
经过近5年的摸索实践,安徽农业大学应化专业的“精细化学品化学”实践课程体系已基本建立,经由一序列的实践锻炼后,学生普遍对精细化学品的生产过程有了初步认识,但是在实践过程中也存在着一些问题。首先,精细化学品的新产品和新工艺层出不穷,理论教学内容的调整使得实践教学内容也必须做出相应调整,但实践内容的调整所需要的实验条件和实习场所很难及时得到满足;其次,学生实验条件有待于进一步完善,应该让学生使用并熟悉化工生产过程中的一些简单设备,不能完全沿用实验室仪器来进行制备;最后,为了使学生对精细化学品从研发到生产的各个环节全面了解,还要求我们拓展实习基地的建设,从实验室合成、小试、中试直到工业生产,每一个环节最好都要有相应的实习基地。
参考文献:
[1]马文辉,张树军,郭祥峰,等.构建精细化学品课程教学新模式[J].高师理科学刊,2007,7(23):111-113.
[2]杭志喜,吴友吉,王崇侠.精细化学品化学课程教学改革的探索与实践[J].滁州学院学报,2010,12(5):104-105.
[3]王荷芳,章文军,段中余,等.精细化学品合成课程教学改革与实践[J].化工高等教育,2010,(6):88-91.
[4]陈平,张岐,林强.“精细化学品化学”课程教学改革与实践[J].高等理科教育,2006,(5):92-94.
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