化工原理實驗教學(xué)中學(xué)生自主能力的培養(yǎng)與提高

張建生，李穎娜，金昌磊

（唐山學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程系，河北 唐山063000）

一、前言

教育部高教［2007］1，2號文指出，要以社會需求為導(dǎo)向、以素質(zhì)教育為基礎(chǔ)、以能力提高為主線培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才，要由注重知識傳授向更加重視能力和素質(zhì)培養(yǎng)轉(zhuǎn)變。素質(zhì)教育以提高學(xué)生的素質(zhì)為宗旨，著力于強調(diào)學(xué)生的主體性，關(guān)注教學(xué)中學(xué)生主體地位與主體作用的確立和發(fā)揮。這就要求充分挖掘蘊藏在學(xué)生內(nèi)心的自主性素質(zhì)潛力，以最大限度實現(xiàn)學(xué)生的自我意識和自主能力。在傳統(tǒng)教育模式下，大學(xué)生大都養(yǎng)成被動接受知識的學(xué)習(xí)習(xí)慣，缺乏自主精神，這給他們畢業(yè)后走上工作崗位獨立承擔(dān)工作任務(wù)造成一定的壓力。［1］

化工原理是我院化學(xué)工程與工藝、環(huán)境工程、石油生產(chǎn)與技術(shù)、生化、環(huán)境監(jiān)測等專業(yè)必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，是學(xué)生從基礎(chǔ)課轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)課學(xué)習(xí)所接觸的第一門工程學(xué)科?；ぴ韺嶒炇窃撜n程的實踐應(yīng)用，是對課堂教學(xué)內(nèi)容的驗證和深化，是實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個重要組成部分。通過化工原理實驗，不僅要求學(xué)生掌握進行科學(xué)實驗的基本知識、方法和技巧，更要培養(yǎng)學(xué)生的獨立學(xué)習(xí)能力、獨立思考能力、獨立工作能力，這些自主能力的培養(yǎng)不僅能促使他們學(xué)會分析問題與解決問題的基本方法，更能為以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)及從事化工或相關(guān)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。［2－4］

基于對大學(xué)生能力和素質(zhì)教育的要求，對化工原理實驗教學(xué)方法及教學(xué)模式進行改革，是近年來高校教學(xué)改革的主要內(nèi)容，也取得了很多研究成果。［5－11］我院化工原理課程組教師結(jié)合我院提出的培養(yǎng)應(yīng)用型人才，注重學(xué)生能力培養(yǎng)的辦學(xué)思想，借鑒已有的教改成果，進行了大量的相關(guān)研究和實踐。通過設(shè)置“準(zhǔn)現(xiàn)場”，采取增加預(yù)習(xí)提問環(huán)節(jié)、優(yōu)化實驗項目、學(xué)生講解實驗、注重實驗過程等各項措施，形成了新的實驗教學(xué)體系，體現(xiàn)了“以學(xué)生為主體，注重自主能力培養(yǎng)”的實驗教學(xué)思想。

二、影響學(xué)生實驗自主能力的教學(xué)因素

（一）化工原理實驗本身的工程性，不利于自主能力的培養(yǎng)

化工原理實驗屬于工程實驗范疇，不同于前置課程實驗的是它具有工程的特點，每個單元操作實驗就相當(dāng)于化工生產(chǎn)中的一個基本過程。［12］因此，化工原理實驗更像是實際生產(chǎn)的中試車間，設(shè)備的轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生大量的噪音，物料的傳送會產(chǎn)生粉塵，物質(zhì)的傳熱會產(chǎn)生熱，學(xué)生面對陌生的化工環(huán)境，會產(chǎn)生畏懼心理；設(shè)備如何啟動，如何操作，如何控制等諸多實際問題使學(xué)生感到無從下手；而各種測量儀表和儀器的操作問題，使用過程中的水、電等的安全問題，使學(xué)生感到實驗的復(fù)雜性。由于學(xué)生是第一次接觸化工環(huán)境，第一次使用化工設(shè)備，容易發(fā)生錯誤操作，甚至引發(fā)事故，所以，學(xué)生存在畏懼心理，不敢動手操作，依賴實驗教師的心理也因此產(chǎn)生。在這種情況下，學(xué)生便失去了獨立實驗的鍛煉機會，自主學(xué)習(xí)的能力難以提高。

（二）實驗項目的單一性，不利于自主能力的培養(yǎng)

在以往的實驗教學(xué)過程中，多是沿襲傳統(tǒng)的知識傳授模式，實驗內(nèi)容大多為演示性、驗證性實驗，這對領(lǐng)會課堂內(nèi)容、消化課堂講授的理論知識起到了一定的作用，學(xué)生做實驗時根據(jù)已編好的實驗講義，基本上是按照老師的思路去完成實驗。顯然這種方式?jīng)]有為學(xué)生提供主動思考的空間，很容易使學(xué)生產(chǎn)生惰性，影響了他們分析、解決問題能力的培養(yǎng)，不能體現(xiàn)“以學(xué)生為主體，注重能力培養(yǎng)”的實驗教學(xué)思想。

（三）預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的實質(zhì)缺失性，不利于自主能力的培養(yǎng)

在傳統(tǒng)的化工原理實驗教學(xué)中，實驗預(yù)習(xí)只是讓學(xué)生寫一份預(yù)習(xí)報告，熟悉原理和操作步驟，而許多學(xué)生僅簡單地抄一遍實驗指導(dǎo)書，不僅預(yù)習(xí)不到位，而且，學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中處于被動狀態(tài)，不利于自主能力的培養(yǎng)。

（四）實驗教學(xué)模式的陳舊性，不利于自主能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，是以教師為中心，強調(diào)“教”的作用。教師從實驗裝置到儀器的調(diào)試，都是事先準(zhǔn)備好的，有的甚至在講解完實驗之后，還要親自演示一遍；而為了保證實驗?zāi)茉陬A(yù)定的時間內(nèi)完成，防止學(xué)生因缺乏實際操作和處理問題的經(jīng)驗而導(dǎo)致一些事故的發(fā)生，一般要求學(xué)生嚴(yán)格按操作步驟進行，不允許進行嘗試性實驗，某些關(guān)鍵的步驟甚至由教師代為完成。這種保姆式教學(xué)方法大大地抑制了學(xué)生“學(xué)”的積極性和主動性，做實驗時往往照葫蘆畫瓢，遇到問題從不主動思考，產(chǎn)生了依賴心理。結(jié)果是，一個實驗結(jié)束了，學(xué)生對實驗過程及相關(guān)理論仍是一知半解，甚至不認識實驗中用到的儀表和設(shè)備的也大有人在。［13］

（五）傳統(tǒng)實驗報告的模式性，不利于學(xué)生自主能力的培養(yǎng)

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。由于實驗報告中除實驗數(shù)據(jù)、計算示例外，其余大部分內(nèi)容來自于講義，所以，在批改化工原理實驗報告過程中，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生寫實驗報告流于形式，抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。這不僅不利于學(xué)生對化工原理實驗知識的總結(jié)，更不利于獨立分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，學(xué)生的自主能力得不到鍛煉。

（六）考核方法的不合理性，不利于自主能力的培養(yǎng)

以往實驗課的成績主要以學(xué)生完成的實驗報告來評定，實驗報告內(nèi)容是否充實，實驗原理、步驟、數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果是否完整，特別強調(diào)數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確度及能否畫出符合理論的曲線等。這樣，有的學(xué)生為求得符合理論的曲線，人為地更改或自編數(shù)據(jù)，甚至抄襲他人的實驗數(shù)據(jù)。這種實驗考核模式下，學(xué)生過分地追求實驗數(shù)據(jù)的合理性，往往忽略了對實驗異常結(jié)果的分析，忽略了實驗的真正意義，不僅學(xué)生的觀察能力，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力得不到鍛煉，而且，不利于學(xué)生獨立學(xué)習(xí)、獨立實驗、獨立思考，難以達到自主能力培養(yǎng)的目的。

三、化工原理實驗教學(xué)中自主能力培養(yǎng)的實施

（一）營造“準(zhǔn)現(xiàn)場”環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)的主動性

化工原理實驗設(shè)備是工廠單元操作的微縮版，其操作原理、設(shè)備構(gòu)型完全相同，授課過場中教師結(jié)合工廠實際，通過模擬演示讓學(xué)生對工程實踐有進一步的認識，利用替代物料模擬真實物料，營造工廠生產(chǎn)“準(zhǔn)現(xiàn)場”。

實驗指導(dǎo)教師要了解學(xué)生沒有工程經(jīng)驗的事實，理解學(xué)生做化工原理實驗時的畏懼心理，以學(xué)生第一次做工程性實驗的角度，講解實驗安全的重要性和實驗注意事項。并且，把“準(zhǔn)現(xiàn)場”的概念引入實驗教學(xué)，做到實驗項目和實際化工生產(chǎn)相結(jié)合的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情?！皽?zhǔn)現(xiàn)場”教學(xué)法，即以工程化視角來審視工程教育活動，用工程實踐本身的本質(zhì)、特點來組織教學(xué)活動的各個環(huán)節(jié)，進而實現(xiàn)實驗課程教學(xué)目標(biāo)的教學(xué)方法?！皽?zhǔn)現(xiàn)場”教學(xué)法，營造出真實的工程環(huán)境，為學(xué)生提供了工程訓(xùn)練的平臺，促進了對學(xué)生的工程意識、工程能力的培養(yǎng)。［14］“準(zhǔn)現(xiàn)場”教學(xué)法的提出給學(xué)生提供了接觸工程實際的條件，學(xué)生對工程實際有了感性認識，激發(fā)了學(xué)生實驗的學(xué)習(xí)熱情，并能主動地把實驗項目和工程實際相結(jié)合，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，為培養(yǎng)應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。

（二）實驗項目多樣化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的積極性

我們把實驗項目分為三種：基礎(chǔ)型實驗、提高型實驗、競賽型實驗。

第一種是基礎(chǔ)實驗，化工原理開發(fā)基礎(chǔ)實驗的目的是使學(xué)生鞏固和加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解，訓(xùn)練學(xué)生化工實驗技能，熟悉化工儀表的選擇和使用，培養(yǎng)學(xué)生細心觀察、嚴(yán)謹求實的科學(xué)態(tài)度和良好的實驗習(xí)慣?；A(chǔ)層的實驗有：流體流動阻力的測定、離心泵特性曲線的測定、傳熱系數(shù)的測定、雷諾實驗、流體機械能守恒與轉(zhuǎn)化實驗。

第二種為提高型實驗，主要指綜合性實驗。綜合實驗是指在基礎(chǔ)實驗的基礎(chǔ)上，掌握多步驟的實驗過程原理和實驗方法，并能夠利用儀器測試每一步產(chǎn)物的物化性質(zhì)；培養(yǎng)學(xué)生綜合運用相關(guān)學(xué)科的知識，運用掌握的知識和實驗技能分析處理實驗各個過程的能力。實踐證明，綜合性實驗的訓(xùn)練比單一實驗更有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力?？梢允菃卧C合，也可以是方法和內(nèi)容的綜合，各類方法又綜合了基本操作訓(xùn)練、儀器測試訓(xùn)練和不同層次的問題解析訓(xùn)練，使學(xué)生的科學(xué)思維和綜合實驗?zāi)芰Χ嫉玫教岣?。?5］事實上，化工原理的每個實驗都具有較強的綜合性和應(yīng)用性。因此，在完成部分基礎(chǔ)實驗后，學(xué)生已掌握了常用單元操作設(shè)備的使用并具備了實驗綜合能力。學(xué)生在該基礎(chǔ)上做綜合性實驗，以培養(yǎng)和檢驗學(xué)生綜合應(yīng)用理論知識、儀器設(shè)備和操作技術(shù)解決實際問題的能力。包括恒壓過濾常數(shù)測定、換熱器綜合實驗、填料吸收解析塔傳質(zhì)系數(shù)測定實驗等選做實驗。

第三種是競賽型實驗?；ぴ韺嶒灨傎愋皖}目來源于化工原理課程和化工實際，并結(jié)合了科研項目中化工分離中的問題。在實驗技能競賽中，指導(dǎo)教師在實驗過程中有意識地考察實驗重要步驟所涉及的理論背景，引導(dǎo)學(xué)生進行觀察和分析，提供獨立思考空間，使理論與實際相結(jié)合，再通過實驗進一步掌握知識，加深對知識的理解。以精餾塔的操作和全塔效率的測定實驗為例，大賽時，指導(dǎo)教師在學(xué)生察覺不到的情況下，加入干擾因素，使設(shè)備運轉(zhuǎn)產(chǎn)生偏差，要求參賽學(xué)生根據(jù)已經(jīng)學(xué)到的知識對精餾操作進行調(diào)整，使其達到正常的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，這需要學(xué)生對回流比、進料位置、進料熱狀況、冷凝器、再沸器等操作條件進行合理分析，并能準(zhǔn)確地判斷操作方法，要完成整個競賽對學(xué)生來說具有一定的挑戰(zhàn)性，這就使得學(xué)生必須全力投入，充分發(fā)揮自己的潛能。這有助于活躍學(xué)生的思維，增強主動探究意識和培養(yǎng)敢于挑戰(zhàn)難題的精神。在實驗過程中，學(xué)生確實遇到了許多以前實驗過程中不曾遇到的問題，但他們不再像以前那樣蒙混過關(guān)，而是積極向指導(dǎo)教師咨詢或者與其他同學(xué)交流，積極主動地為自己的實驗過程負責(zé)任。通過參加競賽型實驗，學(xué)生的實踐能力和理論知識水平以及對學(xué)習(xí)化工原理課程的熱情都有很大的提高。

（三）增加網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)，設(shè)置現(xiàn)場預(yù)習(xí)答題環(huán)節(jié)，提高獨立學(xué)習(xí)的能力

預(yù)習(xí)是完成化工原理實驗的一個必要條件。我們在進行實驗教學(xué)時，提前一周通知學(xué)生，提出實驗相關(guān)的問題，讓他們有充裕的時間利用各種途徑（教材、網(wǎng)絡(luò)、文獻等），對實驗相關(guān)背景、實驗所需要解決的問題、實驗方法、實驗設(shè)備、數(shù)據(jù)處理方法等進行廣泛的調(diào)研。增設(shè)網(wǎng)絡(luò)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以自由支配時間，上網(wǎng)觀看實驗錄像、設(shè)備照片，這樣可以加強學(xué)生對實驗項目的感性認識，并根據(jù)實驗項目的問題進行獨立學(xué)習(xí)；然后，學(xué)生到實驗現(xiàn)場預(yù)習(xí)，對照實驗講義進一步熟悉實驗裝置及工藝流程，認識各種測量儀器儀表，對實驗內(nèi)容產(chǎn)生直觀的了解和認識。為強化實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，設(shè)置了現(xiàn)場提問環(huán)節(jié)，教師根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況對學(xué)生進行提問。問題涉及實驗原理、操作步驟、實驗流程說明等等。通過現(xiàn)場的提問環(huán)節(jié)，教師可以更好地了解學(xué)生對實驗的準(zhǔn)備情況，而學(xué)生也能進一步加深對實驗內(nèi)容的印象。這種“兩環(huán)節(jié)一提問”的預(yù)習(xí)方法，提高了學(xué)生獨立學(xué)習(xí)的能力，同時學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中，帶著問題進行思考，提高了獨立思考的能力，自主能力得到了鍛煉。

（四）改變傳統(tǒng)教學(xué)模式，增設(shè)實驗自我認識講解環(huán)節(jié)，提高表達能力

為了調(diào)度學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，發(fā)揮他們的主體作用，突破傳統(tǒng)的授課模式，嘗試讓學(xué)生根據(jù)自己預(yù)習(xí)的情況，講解實驗，主要包括：實驗原理、如何完成實驗、在預(yù)習(xí)中遇到的問題等，而后由同組其他同學(xué)做補充，最后教師對學(xué)生在講解過程中的問題做解析，精講實驗中常見事故的處理方法等。針對上述內(nèi)容，師生之間、學(xué)生之間進行討論與交流，在探討與交流過程中，實驗中隱形的化工原理內(nèi)涵顯現(xiàn)出來，預(yù)習(xí)問題的答案呈現(xiàn)出來。每個學(xué)生都從討論中得到不同程度的啟發(fā)，學(xué)生在運用知識、語言表達、總結(jié)歸納等多方面得到提升，表達能力、獨立思考能力、獨立學(xué)習(xí)能力不斷提高，自主能力得到鍛煉。

（五）鼓勵學(xué)生以小論文形式書寫實驗報告，提高學(xué)生獨立工作的能力

要求學(xué)生用小論文形式撰寫實驗報告，寫作不規(guī)定統(tǒng)一的格式，學(xué)生可根據(jù)實驗室提供的設(shè)備，在完成教學(xué)大綱規(guī)定的實驗任務(wù)的前提下，自擬題目完成實驗報告。小論文形式實驗報告寫作的目的是提高學(xué)生寫作能力和綜合應(yīng)用知識的能力。化工原理實驗報告不強求一律，給學(xué)生思考、選擇和發(fā)展的空間；不完全要求實驗數(shù)據(jù)的合理性，注重實驗過程，在實驗報告中對實驗中異常情況的處理要加以說明，對實驗中異常數(shù)據(jù)要加以解釋。這不僅從根本上消除了學(xué)生抄襲實驗報告的惡習(xí)，提高了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。更重要的是，這種自由的總結(jié)、交流方式提供了學(xué)生自由思考的空間，學(xué)生自主地對實驗問題進行分析、總結(jié)，獨立思考的能力得到了提高，學(xué)習(xí)自主性得到了加強。

（六）注重實驗過程，考核項目合理化，確保學(xué)生自主能力的提高

為全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，采取分項考核的方式記分，總成績＝實驗預(yù)習(xí)成績（20%）＋實驗操作成績（30%）＋實驗報告成績（20%）＋實驗操作考試成績（30%）。實驗預(yù)習(xí)成績是由學(xué)生完成的預(yù)習(xí)報告和通過預(yù)習(xí)提問考察學(xué)生對實驗了解的程度來決定；實驗操作成績主要由學(xué)生在實驗過程中設(shè)備的操作情況、數(shù)據(jù)獲得情況、儀器儀表的使用方法、故障排除情況等來決定；實驗報告成績的評定主要由學(xué)生實驗的結(jié)果是否合理、數(shù)據(jù)處理是否科學(xué)、解釋是否合理、思考題回答是否完整正確來決定；實驗操作考試采取抽簽決定考核實驗項目的辦法，學(xué)生按老師的要求完成相應(yīng)的操作并回答老師提出的與實驗裝置結(jié)構(gòu)、流程、操作、原理等相關(guān)問題，由考核教師給出學(xué)生的實驗操作考試成績。另外對于積極進行競賽型實驗的學(xué)生給予成績的獎勵制度，對于實驗中勇于提出問題、提出解決方案的學(xué)生給予特殊的加分。實驗考核的綜合評分制度不僅保證了評分的公平性，最大限度地督促學(xué)生對化工原理知識的掌握，更重要的是，它在成績評定上保證了學(xué)生的實驗主體地位，發(fā)揮了他們的主觀能動性，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力。

四、總結(jié)

化工原理實驗?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生熟悉和理解單元操作的工程設(shè)備和過程原理，對學(xué)生獨立學(xué)習(xí)、獨立思考能力的培養(yǎng)和自主能力的提高具有重要作用。教師在教學(xué)中可有意識地培養(yǎng)學(xué)生的自主能力，增設(shè)預(yù)習(xí)提問，創(chuàng)造獨立學(xué)習(xí)的條件；有意模擬化工“準(zhǔn)現(xiàn)場”的環(huán)境，設(shè)置學(xué)生實驗講述環(huán)節(jié)，加強學(xué)生語言表達能力，拓展其獨立思考的空間；注重實驗過程，改變實驗報告的模式，培養(yǎng)學(xué)生對實驗異常結(jié)果分析和事故處理的能力，提高學(xué)生獨立解決問題的能力，加強學(xué)生書面表達能力；合理化的考核方式，保證考核的公平性，促進學(xué)生獨立思考的能力。只有這樣才能使學(xué)生從被動接受到主動吸收，從單純地學(xué)習(xí)“有形知識”轉(zhuǎn)向?qū)W習(xí)“無形知識”，提高學(xué)生的自主能力，為投身化工事業(yè)提供堅實的基礎(chǔ)。

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