化工原理實驗教學(xué)方法探討

鄭建東

(滁州學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系,安徽滁州239012)

化工原理實驗教學(xué)方法探討

鄭建東

(滁州學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)系,安徽滁州239012)

化工原理實驗課屬于專業(yè)基礎(chǔ)實驗課,是理論與實踐密切結(jié)合、培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。本文結(jié)合實驗教學(xué)中存在的問題對化工原理實驗教學(xué)方法進(jìn)行了探討,提出了“重視實驗前預(yù)習(xí),注重動手能力培養(yǎng)和實驗報告編寫”的改革措施,以提高實驗教學(xué)質(zhì)量,適應(yīng)創(chuàng)新和應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。

化工原理;實驗;教學(xué)方法

0 引言

化工原理是一門工程學(xué)科,是化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)及相近專業(yè)必修的一門主干課,其強調(diào)工程觀點、定量計算、實驗技能和設(shè)計能力的訓(xùn)練,在基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間起著承上啟下、由理及工的橋梁作用。而化工原理實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)化工原理必修的(化工原理、化工原理課程設(shè)計以及化工原理實驗課)三大環(huán)節(jié)之一。其基本任務(wù)是使學(xué)生加深理解和鞏固化工原理課程中所闡述的理論,讓學(xué)生親自動手去操作一些化工生產(chǎn)設(shè)備,培養(yǎng)學(xué)生解決實際化工過程中所容易出現(xiàn)的問題,要求他們在實際操作過程中熟悉實驗流程、對實驗方案提出有指導(dǎo)性的異議、注意觀察一些實驗現(xiàn)象,提高分析問題和解決問題的能力。特別是在培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力、創(chuàng)新能力和開發(fā)學(xué)生智力等方面發(fā)揮著重要的作用[1-4]。本人結(jié)合自己多年來化工原理的實驗教學(xué)實踐,對該實驗課的教學(xué)方法提出了自己的看法,以提高教學(xué)質(zhì)量。

1 重視實驗前的準(zhǔn)備工作

1.1 教師的準(zhǔn)備工作

每一次實驗課之前,指導(dǎo)教師應(yīng)做好充分的準(zhǔn)備工作。實驗前的準(zhǔn)備工作是保證實驗質(zhì)量,提高實驗效率的有效保障。首先,作為指導(dǎo)教師必須寫出富有啟發(fā)性的指導(dǎo)提綱,總結(jié)本次化工原理實驗的內(nèi)容。就本次實驗所涉及的相關(guān)理論知識做詳細(xì)簡要總結(jié),整理出基本概念和基本理論、重點和難點及相關(guān)理論。其次,教師必須對所指導(dǎo)的實驗做好充分的預(yù)備工作。由于化工原理實驗裝置接近化工實際,經(jīng)常遇到溫度、壓力、流量、濃度等各種測量儀表和儀器的操作問題,還涉及到水、電、泵、風(fēng)機和鋼瓶的使用等,一旦實驗過程出現(xiàn)錯誤操作就容易導(dǎo)致實驗結(jié)果失敗,甚至發(fā)生事故。例如,我們實驗室流體阻力測試和流量計校核實驗中在啟動電機之前一定要注意壓差計的平衡閥打開,否則就容易導(dǎo)致U型管壓差計中的指示劑水銀沖出。為此,指導(dǎo)教師在實驗前必須檢查所要用到的所有水電氣是否完全暢通,逐一核查實驗時要使用的儀器和設(shè)備的完好性,做到及時修理、更換,保證實驗順利進(jìn)行。對于實驗中極易出現(xiàn)問題的一些細(xì)節(jié)操作過程,在實驗過程中一定要給學(xué)生講明。同時對于新進(jìn)的實驗裝置一定要進(jìn)行認(rèn)真調(diào)試,并寫出完整的調(diào)試報告,以便在實驗課上掌握主動權(quán),從而對于實驗中出現(xiàn)的問題胸有成竹。

1.2 學(xué)生的準(zhǔn)備工作

實驗的目的在于使學(xué)生了解理論產(chǎn)生的測試手段、過程,培養(yǎng)學(xué)生運用學(xué)過的知識,通過動手、動腦去驗證已知的理論,進(jìn)一步探索未知,訓(xùn)練學(xué)生掌握科學(xué)思維方法,同時還要熟悉實驗裝置、儀器設(shè)備及其性能。化工原理實驗與其他實驗(如有機和無機實驗等)不同,它的特點是具有工藝性和工程性,也是學(xué)生第一次接觸工程裝置的實驗。學(xué)生剛進(jìn)入化工原理實驗室對于所看到的裝置往往會感到既新鮮又好奇,但一旦面對實驗裝置,要求進(jìn)行實驗時往往會覺得無從下手,因而化工原理實驗前的預(yù)習(xí)對于學(xué)生來說就顯得特別重要。學(xué)生在進(jìn)入實驗室前一定要對實驗講義進(jìn)行認(rèn)真的預(yù)習(xí),了解實驗所要驗證的理論知識,對實驗裝置圖有一定的了解,同時對實驗的注意事項和操作步驟做簡要的了解。強調(diào)實驗前的預(yù)習(xí)有利于學(xué)生復(fù)習(xí)課堂教學(xué)已經(jīng)學(xué)過的理論知識,同時有利于鍛煉學(xué)生邏輯思維和構(gòu)思組織能力。學(xué)生進(jìn)入實驗室后(可以提前到實驗室),對照裝置圖逐一查明實驗裝置的每一部分,熟悉實驗流程,按照講義熟悉操作步驟,對于裝置中一些閥門的開關(guān)和注意事項要完全掌握,不明白的要請教老師。在開始實驗之前一定弄清楚實驗要測量的數(shù)據(jù),千萬不要稀里糊涂地著急開始做實驗,以免出現(xiàn)問題時才手忙腳亂。

因此,對于化工原理實驗教學(xué),指導(dǎo)教師不但自己要做好實驗前的準(zhǔn)備工作,而且要強調(diào)學(xué)生做好充分的預(yù)習(xí)工作。經(jīng)驗告訴我們,做好實驗前的準(zhǔn)備工作是指導(dǎo)好一次實驗課的關(guān)鍵。

2 注重學(xué)生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

化工原理實驗不同于基礎(chǔ)實驗,在實驗操作過程中要接觸到實際的工程問題和一些大型的實驗裝置,是培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力及創(chuàng)新能力的專業(yè)基礎(chǔ)實驗。

2.1 動手能力的培養(yǎng)

學(xué)生進(jìn)入實驗室之后,教師先要求學(xué)生做短暫的熟悉過程,對實驗裝置有一定的感性認(rèn)識,了解實驗步驟和注意事項。然后老師要做簡單的講解,用較短時間做知識上的補充,并提出實驗的要求。不要過多的重復(fù)理論知識部分,主要強調(diào)實驗注意事項,同時老師不要演示實驗過程,否則學(xué)生會過分依賴?yán)蠋?不會獨立思考進(jìn)行個人能動性的發(fā)揮,要讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)、去思考問題。同時,應(yīng)提醒學(xué)生實驗中可能出現(xiàn)的問題及解決辦法。但這絕對不是重復(fù)和補充理論知識,指導(dǎo)教師的主導(dǎo)作用就是在“怎樣”和“為什么這樣”的啟發(fā)誘導(dǎo)中有意識地把實驗?zāi)康摹⒃O(shè)計原則、采取手段、程序要求等以問題的形式當(dāng)面給學(xué)生提出,讓學(xué)生給回答,從而檢查他們的預(yù)習(xí)情況。教師也可以進(jìn)行一些啟發(fā)引導(dǎo)。一旦學(xué)生看到利用自己所學(xué)知識能解決一個實際問題時就會產(chǎn)生探求究竟的欲望,這對提高學(xué)生的自信是很有好處的。指導(dǎo)教師講解之后,每組(2-3人)到自己的實驗裝置前,再對裝置進(jìn)行熟悉,之后開始實驗。指導(dǎo)教師要做到放手不放眼,勤于觀察,注意各組學(xué)生的實驗效果,對于一些錯誤的操作要立即指出進(jìn)行糾正(尤其是閥門的開關(guān))。當(dāng)然為了加深學(xué)生對于一些理論知識的理解和認(rèn)識,我們對某些實驗步驟可以進(jìn)行誤導(dǎo)性的操作(不影響實驗結(jié)果),例如,離心泵特性曲線測定實驗中,我們可以先不灌泵,直接啟動電機,然后打開出口調(diào)節(jié)閥,可以看到?jīng)]有流體出來,發(fā)生了氣縛現(xiàn)象,必須灌泵。這樣可以使學(xué)生更深刻的理解了氣縛現(xiàn)象,同時加深了記憶。指導(dǎo)教師要具有高度的責(zé)任心,要求每組學(xué)生都要親自動手輪流操作,在實驗過程中要集中精力,觀察實驗現(xiàn)象,認(rèn)真地讀取數(shù)據(jù),決不允許學(xué)生編造實驗結(jié)果,每組學(xué)生的原始實驗數(shù)據(jù),指導(dǎo)教師都應(yīng)該進(jìn)行核查,簽字方可有效。

2.2 創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

化工原理實驗大多是一些對理論知識的驗證,但是有時對于同一個實驗可以驗證更多的理論知識,因此可以對學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)性誘導(dǎo),用同樣的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多個理論的驗證,達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如,我們實驗室流體阻力實驗測試中,阻力測試包括了直管阻力和局部阻力兩部分,在實驗過程中我們只要求學(xué)生改變出口流量調(diào)節(jié)閥,來測試這兩部分阻力。因此我們可以誘導(dǎo)學(xué)生在出口流量調(diào)節(jié)閥不變的情況下,調(diào)節(jié)局部阻力元件(閘閥)的開度大小,來驗證局部阻力隨著阻力元件(閘閥)的開度大小如何發(fā)生變化。還有在對流傳熱實驗中我們只要求學(xué)生讀出冷流體水的進(jìn)出口溫度t1和t2,以及熱流體空氣的進(jìn)出口溫度T1和T2,同時在實驗過程中改變熱流體的流量并讀數(shù)。處理數(shù)據(jù)時只要求計算冷熱流體間的總傳熱系數(shù)K,這樣對于學(xué)生其實很簡單,因此可以在實驗過程中啟發(fā)學(xué)生,在該傳熱過程中,由于熱流體空氣的對流傳熱膜系數(shù)αi遠(yuǎn)小于冷流體水的傳熱膜系數(shù)αo,因此我們可以近似認(rèn)為傳熱管內(nèi)的空氣對流傳熱系數(shù)近似等于冷、熱流體間的總傳熱系數(shù),即然后我們根據(jù)流體在管內(nèi)作強制湍流時的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式其中努塞爾準(zhǔn)數(shù)Nu、雷諾準(zhǔn)數(shù)Re和普蘭特準(zhǔn)數(shù)Pr都可以計算出),這樣通過實驗確定不同流量下的Re與Nu,然后用線性回歸方法確定A和m的值。這樣做不但加深了學(xué)生對理論知識的掌握,而且可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,提高他們學(xué)習(xí)的興趣。

3 強調(diào)課后總結(jié)和實驗報告的書寫

學(xué)生做完實驗,決不能一走了之,指導(dǎo)教師一定要重視實驗結(jié)束后的總結(jié)。課后總結(jié)是檢查實驗質(zhì)量的一面鏡子,是培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力非常重要的一環(huán)。總結(jié)可以根據(jù)具體情況,最好是師生雙方共同進(jìn)行。最好是以討論的形式進(jìn)行,對于實驗中出現(xiàn)的問題和學(xué)生不清楚的問題,指導(dǎo)教師要給予認(rèn)真的解答。同時老師可以啟發(fā)式的誘導(dǎo)學(xué)生對實驗的創(chuàng)新提出自己的看法,老師要做出一定的答復(fù)。指導(dǎo)教師對實驗過程中易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)要進(jìn)行檢查,做到及時維修和管理,以備下次實驗順利開展。

在過去對實驗報告的批改過程中我們會發(fā)現(xiàn),大多數(shù)同學(xué)的都是應(yīng)付形式,多數(shù)都是按照實驗講義的內(nèi)容,抄襲現(xiàn)象極為嚴(yán)重。甚至有些同學(xué)的實驗結(jié)果正確與否都沒有看直接交上來了。我們知道實驗報告是對實驗過程的總結(jié),是實踐環(huán)節(jié)中不可缺少的一個重要組成部分,是反映學(xué)生歸納總結(jié)、分析問題和編寫的能力。因此,我認(rèn)為我們可以要求學(xué)生按照自己的想法去編寫實驗報告,當(dāng)然前提條件是應(yīng)尊重實驗事實,確保原始數(shù)據(jù)的真實性。對于實驗?zāi)康暮蛯嶒灢襟E,完全可以用自己的話來敘述,要求報告中有計算實例,附有指導(dǎo)教師簽名的“原始數(shù)據(jù)表”,以防學(xué)生篡改實驗數(shù)據(jù)。這樣可以培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成實事求是的科學(xué)態(tài)度,同時對于處理結(jié)果不理想的實驗數(shù)據(jù),要學(xué)會合理的舍取,并對與理論值相差較大的數(shù)據(jù)在尊重實驗事實的基礎(chǔ)上,仔細(xì)檢查原因,用心進(jìn)行分析,從中可得到有益的科學(xué)結(jié)論。對于實驗講義中的思考題要進(jìn)行認(rèn)真的解答,最好是要求學(xué)生每次在實驗報告中都寫上自己對于本次實驗的實驗心得。

4 結(jié)束語

以上就是針對多年來我們化工原理實驗教學(xué)所存在的問題提出的自己的看法。相信在我們師生的共同努力下,我?；ぴ韺嶒灲虒W(xué)的質(zhì)量一定可以邁向一個新的臺階,學(xué)生做實驗的興趣和積極性會大大提高,其能力也會得到全面提高。

[1] 周錫堂,鄭秋霞,鄒綱明.化工原理實驗教學(xué)中的幾個問題[J].化工高等教育,2007,95(3):45-47.

[2] 周愛東,王慶.仿真技術(shù)應(yīng)用于化工原理實驗教學(xué)的創(chuàng)新實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2007.24(3):84-85.

[3] 李 微,施小芳,林述英.關(guān)于化工原理實驗教學(xué)方法內(nèi)容改革的若干實踐[J].化工高等教育,2006,92(6):60-62.

[4] 王洪海,李春利,方 靜,等.化工原理實驗七步連環(huán)教學(xué)法[J].化工高等教育,2008,100(2):85-86.

On the Experimen t Teaching Methods of Principles of Chem ical Engineering

Zheng Jiandong
(Department of Chemistry and Life Science,Chuzhou College,Chuzhou 239012,China)

The experiment subject of p rincip lesof chemical engineering is the core course of the chemical majo rs.It can develop students’hands-on and innovative abilities as it usually puts theory into p ractice. The experiment teaching method of p rincip lesof chemical engineering was discussed in term sof the existing teaching p roblem s in the paper.Themeasuresof asking students to make p reparations for the experiment and cultivating their hands-on and laboratory report w riting skillswere put forward in order to raise the teaching quality and meet the needs of cultivating the innovative and app lication-typed talents.

p rincip les of chemical engineering;experiment;teaching methods

book=0,ebook=101

O6-3

A

1673-1794(2010)02-0123-03

鄭建東(1971-),男,博士,研究方向:催化燃燒。

滁州學(xué)院院級教研項目(2009jyy048)

2009-08-27