化工原理開放實(shí)驗(yàn)方式實(shí)踐與探討

路 平，周富榮，胥桂萍，林俊杰，方 文

（江漢大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430056）

《化工原理實(shí)驗(yàn)》是江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門單獨(dú)設(shè)課的必修實(shí)驗(yàn)課，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)課。它主要通過對實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技能的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立組織和完成實(shí)驗(yàn)的能力，以及實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。為完成《化工原理實(shí)驗(yàn)》的教學(xué)任務(wù)，保障教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，圍繞教學(xué)方法展開了一系列研究。如：針對設(shè)備臺套數(shù)少、利用率低和每組學(xué)生人數(shù)較多等問題，提出從時(shí)間、對象和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等方面進(jìn)行“開放”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)［1－2］；為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生實(shí)際操作能力，提出利用綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)取代驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生建立形象思維能力和工程概念，端正對化學(xué)工程專業(yè)課程的認(rèn)識［3－4］；針對學(xué)生互相抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告，難以客觀評價(jià)實(shí)驗(yàn)成績的情況，將傳統(tǒng)的以實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為唯一的評價(jià)方法改為以實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況、動手操作表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告追蹤等多元化的評價(jià)體系，全面評價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程［5－6］；針對學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)僅停留在抄寫實(shí)驗(yàn)講義的層面，對實(shí)驗(yàn)原理、目的、步驟以及注意事項(xiàng)未進(jìn)行思考，缺乏學(xué)習(xí)主動性的問題，提出通過了解主要設(shè)備、儀表構(gòu)造、畫制實(shí)驗(yàn)裝置工藝流程，結(jié)合師生提問互動交流［7］或通過仿真實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場演示等的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)方法強(qiáng)化學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的過程。

實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在預(yù)習(xí)，預(yù)習(xí)的程度直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)操作的安全性、數(shù)據(jù)的可靠性、數(shù)據(jù)處理的正確性和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范性（實(shí)驗(yàn)“四性”）。本文介紹了狠抓實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，實(shí)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)考核機(jī)制，促使學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，不僅保障了實(shí)驗(yàn)“四性”，更重要的是通過實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)預(yù)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)有條件，創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)方案、制定實(shí)驗(yàn)步驟、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。實(shí)現(xiàn)“抓預(yù)習(xí)、重能力”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及教師指導(dǎo)方式

1.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求

為充分給予學(xué)生學(xué)習(xí)自主性和發(fā)揮學(xué)生創(chuàng)新思維，課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容只對學(xué)生提出最低要求。學(xué)生在此基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有裝置可完成更高、更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如離心泵實(shí)驗(yàn)，以單臺離心泵特性曲線測定為本實(shí)驗(yàn)的最低要求，學(xué)生可完成較復(fù)雜的離心泵并聯(lián)或離心泵串聯(lián)的特性曲線實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；精餾實(shí)驗(yàn)最低要求為全回流時(shí)全塔效率檢測，學(xué)生可完成更高層次即任意回流比下的全塔效率測定?！痘ぴ韺?shí)驗(yàn)》的最終成績將根據(jù)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)考試成績、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的層次、實(shí)驗(yàn)操作的數(shù)據(jù)質(zhì)量及實(shí)驗(yàn)報(bào)告確定。

1.2 教師指導(dǎo)方式

教師指導(dǎo)方式采取集中與分散指導(dǎo)方式。集中指導(dǎo)標(biāo)志著化工原理實(shí)驗(yàn)課程開始，指導(dǎo)內(nèi)容主要介紹實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)過程包括實(shí)驗(yàn)參考資料的收集、閱讀預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)裝置現(xiàn)場預(yù)習(xí)、仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)操作資格的獲取、實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間及內(nèi)容的預(yù)約、實(shí)驗(yàn)操作及撰寫報(bào)告等過程要求和管理方式。集中指導(dǎo)僅一次，之后學(xué)生可主動聯(lián)系、預(yù)約指導(dǎo)老師進(jìn)行個(gè)別的分散式指導(dǎo)，此指導(dǎo)方式貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)階段。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)期間，有問題主動與老師聯(lián)系解決；獲得實(shí)驗(yàn)操作資格后，學(xué)生主動到實(shí)驗(yàn)室找實(shí)驗(yàn)員預(yù)約實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間和內(nèi)容；學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)遇到難以解決的問題，如設(shè)備故障需要搶修，或出現(xiàn)學(xué)生找不出原因的操作不正?，F(xiàn)象，主動找教師尋求幫助。指導(dǎo)教師由原來的主動指導(dǎo)改為由學(xué)生主動找指導(dǎo)教師的“被動”指導(dǎo)方式，體現(xiàn)出學(xué)生的主動性。這種指導(dǎo)方式更能培養(yǎng)學(xué)生自主分析、解決問題的能力。

2 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

為保障實(shí)驗(yàn)“四性”，提高實(shí)驗(yàn)效果和質(zhì)量，避免學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)僅僅為應(yīng)付抄寫實(shí)驗(yàn)講義和互相抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的不良現(xiàn)象，要求學(xué)生從資料、現(xiàn)場、仿真等多方位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，通過實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)考核獲取實(shí)驗(yàn)操作資格。采用不提供具體資料的方式培養(yǎng)學(xué)生收集、閱讀、歸納資料和制定實(shí)驗(yàn)方案的能力。

2.1 資料預(yù)習(xí)

在教師集中指導(dǎo)階段，教師指出實(shí)驗(yàn)安排、相關(guān)內(nèi)容和網(wǎng)上位置，提出課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的最低要求，以及涉及的實(shí)驗(yàn)參考資料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備說明書，不提供與實(shí)驗(yàn)裝置完全相符的實(shí)驗(yàn)書或?qū)嶒?yàn)講義。學(xué)生需要通過圖書館和網(wǎng)絡(luò)收集相關(guān)參考資料，通過閱讀、分析、歸納，了解化工原理每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、原理、一般實(shí)驗(yàn)流程、操作過程、數(shù)據(jù)記錄格式和數(shù)據(jù)處理方法的一般要求及注意事項(xiàng)等內(nèi)容，初步建立對實(shí)驗(yàn)的理性認(rèn)識。

2.2 現(xiàn)場預(yù)習(xí)

現(xiàn)場預(yù)習(xí)指學(xué)生結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)際實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行預(yù)習(xí)。在規(guī)定的幾個(gè)時(shí)間段，化工原理實(shí)驗(yàn)室開放，學(xué)生可進(jìn)實(shí)驗(yàn)室針對現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置進(jìn)行預(yù)習(xí)，主要了解記錄實(shí)驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)流體的流程、可以采集的數(shù)據(jù)和操作的控件，以及該實(shí)驗(yàn)設(shè)備能進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等相關(guān)信息。現(xiàn)場預(yù)習(xí)不僅能建立學(xué)生的感性認(rèn)識，而且學(xué)生通過獲得的相關(guān)信息可以初步設(shè)定自己的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

2.3 仿真預(yù)習(xí)

仿真預(yù)習(xí)指學(xué)生在計(jì)算機(jī)上利用仿真軟件進(jìn)行預(yù)習(xí)。學(xué)生在規(guī)定時(shí)間到仿真機(jī)房，指導(dǎo)教師僅介紹仿真實(shí)驗(yàn)軟件各類控件的基本操作方法，學(xué)生根據(jù)理性和感性認(rèn)識構(gòu)思設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，利用計(jì)算機(jī)仿真軟件的各類提示，檢查自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作步驟的正確性，以及實(shí)驗(yàn)過程的注意事項(xiàng)。這里提供的計(jì)算機(jī)仿真軟件有早期本校開發(fā)的部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備仿真軟件和教材隨書所帶的實(shí)驗(yàn)設(shè)備仿真軟件。由于各學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不同，這些仿真軟件與本校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也不完全相同。因此，學(xué)生必須根據(jù)資料預(yù)習(xí)的理性認(rèn)識和仿真實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。這一環(huán)節(jié)不僅可以驗(yàn)證學(xué)生對實(shí)驗(yàn)操作步驟設(shè)計(jì)的正確性，找出實(shí)驗(yàn)操作步驟中的不足，而且可以加深學(xué)生對違規(guī)性、安全性等注意事項(xiàng)的印象，為根據(jù)本校實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作步驟奠定基礎(chǔ)。

3 實(shí)驗(yàn)操作資格及實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果

3.1 實(shí)驗(yàn)操作資格

實(shí)驗(yàn)操作資格是為保證實(shí)驗(yàn)操作安全順利、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完整、數(shù)據(jù)處理正確無誤和實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫規(guī)范等實(shí)驗(yàn)過程順利進(jìn)行而設(shè)置的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)考試制度。實(shí)驗(yàn)操作資格的獲取完全取決于學(xué)生在資料預(yù)習(xí)、現(xiàn)場預(yù)習(xí)和仿真預(yù)習(xí)3 個(gè)階段的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果。

實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)考試內(nèi)容圍繞基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的目的、基本原理、基本裝置、基本操作步驟、數(shù)據(jù)記錄內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理方法和注意事項(xiàng)涉及實(shí)驗(yàn)全過程的7個(gè)方面。結(jié)合筆者多年來在化工原理試題庫［8－9］、網(wǎng)絡(luò)習(xí)題集［10］建設(shè)方面的經(jīng)驗(yàn)，利用業(yè)余時(shí)間在這7 個(gè)方面建立了近千道題的實(shí)驗(yàn)考試題庫?？己它c(diǎn)均為基本點(diǎn)、無難度，但要求學(xué)生認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，不放過實(shí)驗(yàn)的每個(gè)細(xì)節(jié)。為了實(shí)驗(yàn)過程順利進(jìn)行，筆者提高了預(yù)習(xí)考試的通過成績。要求學(xué)生考核成績達(dá)到70 分（滿分100）才能取得實(shí)驗(yàn)操作資格，進(jìn)入下階段預(yù)約實(shí)驗(yàn)操作實(shí)踐環(huán)節(jié)。

對未通過預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)考試的學(xué)生，用另一套試卷給予一次重考的機(jī)會，若這次考試仍未通過，則該生被取消實(shí)驗(yàn)操作資格，該課程計(jì)0 分，只能與下屆學(xué)生一起重修本課程。

設(shè)置預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)考試的目的是嚴(yán)把實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)關(guān)，有助于學(xué)生認(rèn)真進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，提高實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果，保障實(shí)驗(yàn)操作的順利進(jìn)行。

3.2 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果

化工原理開放實(shí)驗(yàn)方式經(jīng)過2009、2010 級化學(xué)工程與工藝專業(yè)兩屆學(xué)生的實(shí)踐。實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革后，兩屆學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作資格獲取率與效果見表1。相較于改革前學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作所耗時(shí)間長，實(shí)驗(yàn)過程中如水流不暢等小故障較多，常找教師詢問有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作和讀數(shù)方法的情況，改革后，兩屆學(xué)生實(shí)驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作故障，也未找教師解答過問題，而且，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作所耗時(shí)間短，說明學(xué)生預(yù)習(xí)效果好，實(shí)驗(yàn)操作熟練，第二次獲取實(shí)驗(yàn)資格的學(xué)生，也能較好地獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。從學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反映均未發(fā)現(xiàn)異常的實(shí)驗(yàn)操作現(xiàn)象，說明學(xué)生能較好地獨(dú)自完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，具備較好的實(shí)驗(yàn)操作能力。

表1 學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作資格獲取率及實(shí)驗(yàn)效果

4 結(jié)語

為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)“四性”的目標(biāo)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，培養(yǎng)學(xué)生在收集分析資料結(jié)合現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)裝置了解和仿真操作信息、經(jīng)過綜合分析設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)處理的能力。采取不提供對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)資料，僅提供預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的條件，通過實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)考試嚴(yán)把實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)關(guān)的方式，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的相關(guān)能力。結(jié)合建立的相應(yīng)題庫和開放制度，經(jīng)過兩屆學(xué)生的實(shí)踐操作，端正了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，初步取得了較好的教學(xué)效果。但是，在教學(xué)過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如學(xué)生從預(yù)習(xí)考核到進(jìn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作相隔一段時(shí)間，有關(guān)注意事項(xiàng)已經(jīng)淡化，為強(qiáng)化這些內(nèi)容，我們在每臺設(shè)備上安置了溫馨提示，突出了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。相信在師生共同努力下，化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量會更上一層樓。

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