基于工程能力培養(yǎng)的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)思考

晁國(guó)庫(kù)，宋小芳，熊 靜

(溫州大學(xué)，浙江 溫州325035)

化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化工原理課程教學(xué)的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。它與理論教學(xué)相輔相成，在教學(xué)中起著理論聯(lián)系實(shí)踐的作用，化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要以提高學(xué)生的工程意識(shí)和實(shí)際操作能力為主要目的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)加深學(xué)生對(duì)于化工原理課程基本原理的理解，強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)，培養(yǎng)他們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力［1］。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，多為老師講解實(shí)驗(yàn)原理、步驟，然后學(xué)生根據(jù)步驟按部就班地操作，取下數(shù)據(jù)后回去做習(xí)題推算一遍，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。這種教學(xué)模式，沒(méi)有為學(xué)生提供主動(dòng)思考的空間，影響了工程教育必須有設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，訓(xùn)練他們的綜合能力，除了要求學(xué)生每做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，必須做到明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理及進(jìn)行討論外，還要落實(shí)以下幾點(diǎn):

1 注重實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)

化工生產(chǎn)是一個(gè)復(fù)雜的工程問(wèn)題，其產(chǎn)品多種多樣，千變?nèi)f化，工藝流程也各不相同。但也都有共同之處，化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是學(xué)習(xí)明確這些單元操作在化學(xué)工程中的應(yīng)用，工程實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性在于變量多，涉及的物料也各不相同，設(shè)備各異。針對(duì)這些實(shí)驗(yàn)的特殊性，不能簡(jiǎn)單地同一般實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法一樣處理。化工實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的處理基本方法為因次分析法和數(shù)學(xué)模型法。依靠這些基本方法來(lái)解決實(shí)驗(yàn)中遇到的變量多，物料變化的問(wèn)題，是解決工程問(wèn)題的重要手段。化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是要求學(xué)生掌握這些基本的方法，掌握典型的儀器、儀表的使用及測(cè)試技術(shù)，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理并學(xué)會(huì)分析誤差產(chǎn)生的原因，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而得到科學(xué)的結(jié)論。要培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用這些基本知識(shí)，那么首先就要求學(xué)生要掌握基本的實(shí)驗(yàn)理論，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中對(duì)于實(shí)驗(yàn)理論的教學(xué)必不可少，要讓學(xué)生學(xué)會(huì)正確地分析實(shí)驗(yàn)，掌握實(shí)驗(yàn)處理的基本方法［2］。只有掌握了正確的實(shí)驗(yàn)理論才是實(shí)驗(yàn)正常進(jìn)行的基礎(chǔ)和前提。

2 多元化預(yù)習(xí)體系

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，預(yù)習(xí)也是實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，教師總是強(qiáng)調(diào)預(yù)習(xí)的重要性，但學(xué)生總是對(duì)實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)不夠重視，而且大多數(shù)預(yù)習(xí)都過(guò)于依賴實(shí)驗(yàn)教材或者教師的指導(dǎo)，缺乏獨(dú)立思考的能力。學(xué)生的積極主動(dòng)性很難得到發(fā)揮，學(xué)生對(duì)于預(yù)習(xí)的內(nèi)容也僅僅只是表面上的記憶，而達(dá)不到深層次的理解。因此不僅達(dá)不到預(yù)習(xí)的效果，還很有可能變成一種形式，或者純粹就是一種應(yīng)付式的預(yù)習(xí)。針對(duì)這種現(xiàn)象，我們采取多元化的預(yù)習(xí)體系，讓學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前進(jìn)行充分的預(yù)習(xí)。首先，學(xué)生通過(guò)化工原理實(shí)驗(yàn)課件中的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)部分弄清實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)要解決的問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)所需測(cè)量的參數(shù)和方法，實(shí)驗(yàn)操作要點(diǎn)、注意事項(xiàng)及后期數(shù)據(jù)處理，并填寫實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。其次，實(shí)驗(yàn)開始前還要在規(guī)定時(shí)間內(nèi)熟悉儀器設(shè)備和工藝流程，再進(jìn)行工藝流程圖的繪制、操作規(guī)程的編寫。操作規(guī)程寫好之后，交給指導(dǎo)老師審閱認(rèn)可后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。由于事先進(jìn)行了工藝流程圖的繪制和操作規(guī)程的編寫，學(xué)生對(duì)此印象很深，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不用一邊看操作步驟一邊做實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮了學(xué)生的主動(dòng)性。由于化工過(guò)程涉及安全性問(wèn)題，因此，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)。通過(guò)這些訓(xùn)練，學(xué)生不僅完成了實(shí)驗(yàn)，而且還掌握了化工工藝流程圖的繪制和操作規(guī)程的編寫［3］。

3 改變教學(xué)內(nèi)容模式

化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)為主的一門實(shí)踐性極強(qiáng)的實(shí)踐性課程，因此傳統(tǒng)的以驗(yàn)證課堂教學(xué)內(nèi)容為宗旨的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，就必須得到改進(jìn)，建立相對(duì)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新能力。因此，我們將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次。這三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合、相輔相成，從而使學(xué)生的基礎(chǔ)理論、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力互相結(jié)合，發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的積極性?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是為了使學(xué)生掌握典型的單元操作，了解實(shí)驗(yàn)的過(guò)程與機(jī)理、學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)儀器的使用等基本的技能。化工原理仿真實(shí)驗(yàn)以真實(shí)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，使學(xué)生能夠更立體直觀地了解實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想。仿真實(shí)驗(yàn)軟件根據(jù)教學(xué)儀器編寫，同時(shí)把以往教學(xué)工程中容易出現(xiàn)的操作錯(cuò)誤等進(jìn)行模擬。這樣可以使得在實(shí)際操作中不可能出現(xiàn)的一些極限操作和失誤操作等情況，讓學(xué)生得到體驗(yàn)。同時(shí)我們的實(shí)驗(yàn)采用3D 立體化模擬真實(shí)儀器，這樣更利于同學(xué)們對(duì)于儀器原理結(jié)構(gòu)更深層次的掌握。一些在實(shí)驗(yàn)中容易出現(xiàn)事故的操作如精餾實(shí)驗(yàn)中的淹塔現(xiàn)象，都可以在軟件中試做，以分析操作失誤的后果。完成仿真實(shí)驗(yàn)后，同學(xué)們可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蠓治鰧?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，判斷實(shí)驗(yàn)方案的合理性，重新再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，確定更加有效的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，體驗(yàn)在實(shí)際操作中難以實(shí)現(xiàn)的大量運(yùn)算和實(shí)驗(yàn)參數(shù)變化。仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生的動(dòng)手能力不同，每人在各自的計(jì)算機(jī)上獨(dú)自操作，采取的實(shí)驗(yàn)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)方案不同，老師可以在計(jì)算機(jī)房的主機(jī)上，隨時(shí)了解和掌握學(xué)生計(jì)算機(jī)上的實(shí)驗(yàn)情況，給予及時(shí)指導(dǎo)，實(shí)時(shí)檢測(cè)和管理，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。設(shè)計(jì)綜合性實(shí)驗(yàn)包括一些典型單元操作的深入研究和優(yōu)化。我們可以對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改造、擴(kuò)展，設(shè)計(jì)一些與實(shí)際生產(chǎn)相聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，給學(xué)生提供一定的研究空間。第三層次的實(shí)驗(yàn)為實(shí)用性較強(qiáng)的專題研究實(shí)驗(yàn)，該類實(shí)驗(yàn)更能激發(fā)學(xué)生的研究興趣和探索熱情，教師也可以結(jié)合自己的科研或當(dāng)?shù)鼗て髽I(yè)特色，將科研內(nèi)容和成果等融入到化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來(lái)，這樣更易提高學(xué)生的積極性。

4 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)管理，改革考核模式

在大的教育環(huán)境還是以應(yīng)試教育為主的前提下，實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考評(píng)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，其重要性也是不容小覷的，傳統(tǒng)的考核模式大多以書面考核和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)?yōu)橹?。這種考核模式受應(yīng)試教育的束縛較大，對(duì)于學(xué)生的主動(dòng)性和能力的考核較少，難以反映學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的掌握程度和對(duì)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力。而化工原理實(shí)驗(yàn)課程作為一門工程類實(shí)驗(yàn)課程，這種考評(píng)方式就更難適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的要求。為保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，進(jìn)而增強(qiáng)其工程素質(zhì)，化工原理實(shí)驗(yàn)成績(jī)的考核可以采取平時(shí)成績(jī)與課程考試成績(jī)相結(jié)合的辦法，具體是平時(shí)成績(jī)占課程總評(píng)成績(jī)的60%，而期末考試成績(jī)占總評(píng)成績(jī)的40%，課程考試采用筆試和實(shí)驗(yàn)操作等多種考核方法，平時(shí)成績(jī)則包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等多個(gè)方面。

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)前面已經(jīng)講過(guò)，要求要抓住重點(diǎn)，以多元化的方式進(jìn)行預(yù)習(xí)，格式上可以精簡(jiǎn)，但必須要有自己的思考，自己的設(shè)計(jì)。由于化工原理實(shí)驗(yàn)設(shè)備的特殊性，一般4—5 人為一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但每人單獨(dú)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。我們?cè)囼?yàn)改變分組模式，減少每組人數(shù)，且由一組共同編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，但要分工合作。這種分組的細(xì)化與整合，給學(xué)生提供了主動(dòng)發(fā)揮的空間，并要求同組互相探討分工明確，這樣學(xué)生的積極主動(dòng)性就有了很大的提高，同時(shí)克服了由于實(shí)驗(yàn)儀器較少而出現(xiàn)個(gè)別同學(xué)無(wú)事可做的現(xiàn)象，且共同完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，可以使學(xué)生減輕許多機(jī)械的、重復(fù)性的工作，省出更多的時(shí)間去查閱文獻(xiàn)資料，強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)根基、深化對(duì)實(shí)驗(yàn)及相關(guān)過(guò)程的理解。同時(shí)，為了能夠全面、準(zhǔn)確地對(duì)學(xué)生作出評(píng)價(jià)，將原有的考評(píng)模式多元化，在成績(jī)?cè)u(píng)定中增加了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告及大作業(yè)，還增加了對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的考評(píng)，這樣讓學(xué)生充分體會(huì)到化工原理實(shí)驗(yàn)的重要性，還可以力求引導(dǎo)學(xué)生由單純地追求高分，逐步向加強(qiáng)實(shí)踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)過(guò)渡。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高校教育改革的不斷深化，主動(dòng)適應(yīng)新的教學(xué)要求和人才培養(yǎng)目標(biāo)，適時(shí)改進(jìn)教學(xué)方法，不斷提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，這是當(dāng)前高校教育發(fā)展的主要途徑。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)，為學(xué)生提供多元化預(yù)習(xí)體系，加強(qiáng)預(yù)習(xí)效果，并利用計(jì)算機(jī)仿真輔助教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)的積極性，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，加深理論課所學(xué)的知識(shí)。嚴(yán)格規(guī)范實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)操作要求，培養(yǎng)學(xué)生良好的操作習(xí)慣，增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)。打破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法上進(jìn)行改革和創(chuàng)新，注重技術(shù)應(yīng)用能力和職業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)，對(duì)推動(dòng)高等院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］王洪林.化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法探討［J］.科技信息(學(xué)術(shù)研究)，2007，(5).

［2］秦伍根，丁英萍，姚彥紅.高?；ぴ韺?shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革與實(shí)踐［J］.江西化工，2004，(2):145.

［3］張正紅.高職化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的研究［J］.化學(xué)工程與裝備，2008，(12):146.