化工原理實(shí)驗(yàn)課程改革探討

鄧朝芳?李青嵩

摘 要：化工原理實(shí)驗(yàn)是化工類(lèi)或近化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)與工程設(shè)計(jì)能力十分重要。本文針對(duì)目前化工原理實(shí)驗(yàn)課程中存在的一些問(wèn)題，采用探討式教學(xué)方式，強(qiáng)化預(yù)習(xí)效果，引入多種化工軟件，注重實(shí)驗(yàn)課程的過(guò)程性考核，加強(qiáng)與其他化工設(shè)計(jì)類(lèi)課程的結(jié)合等多種措施提升實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：化工原理實(shí)驗(yàn)；化工軟件；教學(xué)改革

化工原理課程是化工類(lèi)及其相近專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課程，也是培養(yǎng)化工技術(shù)人才的重要課程，是連接理論與工程的紐帶。是同學(xué)們接觸到的第一門(mén)工程課程，引導(dǎo)同學(xué)們以工程的角度來(lái)理解、分析、解決問(wèn)題，設(shè)計(jì)與優(yōu)化化工單元操作設(shè)備，為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。化工原理概念多，推導(dǎo)復(fù)雜，經(jīng)驗(yàn)公式多、工程性強(qiáng)，并且存在大量的試差、手工計(jì)算以及繪圖等，因此學(xué)習(xí)難度較大。而化工原理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展又以理論課程為基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)課程的有效開(kāi)展也會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)理論課程的教學(xué)效果。本文就如何提高化工原理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)理論學(xué)習(xí)，提升同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)優(yōu)化工程問(wèn)題的能力等方面作了如下思考[1-2]。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

化工原理實(shí)驗(yàn)屬于工程類(lèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程思維、提高化工過(guò)程優(yōu)化與設(shè)計(jì)的綜合素養(yǎng)，解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力等十分重要，就目前的狀況而言，化工原理實(shí)驗(yàn)主要存在以下問(wèn)題（1）由于教學(xué)資源有限，大多數(shù)儀器都只有一臺(tái)，學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)很少，大多數(shù)同學(xué)成為了觀望者，實(shí)驗(yàn)過(guò)程走馬觀花，實(shí)質(zhì)收獲甚少。（2）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)不充分，加之課程難度較大，預(yù)習(xí)效果不佳，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)時(shí)無(wú)從下手，主要靠老師講解與演示而被動(dòng)接受。（3）實(shí)驗(yàn)課程與理論課程銜接不夠，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與理論教學(xué)時(shí)間差距過(guò)大，教學(xué)效果欠佳，并且化工原理實(shí)驗(yàn)大多數(shù)開(kāi)展的項(xiàng)目是單元操作過(guò)程的驗(yàn)證，而工藝條件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化幾乎沒(méi)有涉及，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)與優(yōu)化意識(shí)。（4）實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為成績(jī)?cè)u(píng)定的而主要標(biāo)準(zhǔn)，影響學(xué)生的動(dòng)手積極性。

2 課程改革探討

2.1 探討式教學(xué)、強(qiáng)化預(yù)習(xí)效果

由于教學(xué)資源有限，化工設(shè)備也較昂貴，很多儀器設(shè)備都只有一臺(tái)，如果小組人數(shù)太少，教學(xué)成本與教師課時(shí)量過(guò)大，加大了實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)展的難度，如果小組人數(shù)過(guò)多，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果會(huì)受到影響。因此，在教學(xué)過(guò)程中可以采用探討式教學(xué)的方式，將人事招聘中的“無(wú)領(lǐng)導(dǎo)小組討論”模式引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不過(guò)不同的是在討論結(jié)束后教師需要對(duì)各組意見(jiàn)進(jìn)行總結(jié)與評(píng)價(jià)。這可以有效的培養(yǎng)學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力，溝通能力，團(tuán)隊(duì)合作能力，有效的考察專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握情況。一般4-5位同學(xué)為一組，在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)圍繞實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)問(wèn)題進(jìn)行組內(nèi)討論，產(chǎn)生小組結(jié)論，然后再進(jìn)行組與組之間的辯論，教師在一旁觀測(cè)同學(xué)們的表現(xiàn)并在結(jié)束后進(jìn)行總結(jié)與評(píng)價(jià)，由每組的活躍程度和結(jié)論的可靠性等作為小組做實(shí)驗(yàn)的順序與實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)依據(jù)，這會(huì)提高學(xué)生的課堂參與率與積極性，同時(shí)，同學(xué)們?yōu)榱苏n堂的良好表現(xiàn)，會(huì)更加注重實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)，從而達(dá)到強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果的目的。

2.2 利用多種軟件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

化工原理實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的大多數(shù)項(xiàng)目是單元操作過(guò)程的驗(yàn)證，而工藝條件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化幾乎沒(méi)有涉及，不利于學(xué)生探索與研究能力的培養(yǎng)，并且實(shí)驗(yàn)中會(huì)遇到大量的圖表繪制，經(jīng)驗(yàn)公式的擬合等，單憑設(shè)備裝置很難達(dá)到良好的教學(xué)效果，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，可用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研的軟件也得到了極大的發(fā)展，可以將一些化工軟件引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，比如Aspen Plus軟件、Origin軟件等以提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。另外，化工原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量有限，不可能達(dá)到人手一臺(tái)，并且大多化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)都涉及到有毒、有害、易燃、易爆性質(zhì)的試劑，這些實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中可能是“想做而不能做”或者“能做而不愿意做”的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入虛擬仿真軟件可以有效的解決該問(wèn)題。Aspen Plus是大型通用的流程模擬系統(tǒng)，在醫(yī)藥、化學(xué)化工等工程領(lǐng)域都有應(yīng)用，可以用于生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)，穩(wěn)態(tài)工藝模擬與優(yōu)化，經(jīng)過(guò)三十年的發(fā)展，該軟件已經(jīng)更新了十余次，成為舉世公認(rèn)的大型流程模擬軟件，該軟件其中的“單元模塊”正好對(duì)應(yīng)化工原理的“單元操作”，利用Aspen Plus軟件可以預(yù)測(cè)物流的流率、組成、操作條件、設(shè)備尺寸等等，其中Aspen Plus靈敏度分析、設(shè)計(jì)規(guī)定、過(guò)程優(yōu)化都是化工過(guò)程設(shè)計(jì)的有效工具，將Aspen Plus模擬軟件應(yīng)用到化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以方便快捷的得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果隨操作變量的變化趨勢(shì)，尋找達(dá)到某一工況指標(biāo)需要的操作條件，還可以進(jìn)行最值的求解等，這都可以培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，提高設(shè)計(jì)優(yōu)化的能力，促進(jìn)對(duì)理論課程的理解[3-4]；化工原理實(shí)驗(yàn)大多數(shù)據(jù)復(fù)雜，很多經(jīng)驗(yàn)公式需要擬合，單憑手繪或一般的制圖軟件很難滿(mǎn)足要求，Origin是一個(gè)專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)分析和繪圖軟件，不但繪圖的功能強(qiáng)大，而且還提供了多種曲線(xiàn)擬合方法，可以擬合化工原理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的恒壓過(guò)濾曲線(xiàn)、對(duì)流傳熱準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式、蒸餾過(guò)程氣液平衡曲線(xiàn)等，將Origin軟件應(yīng)用于化工原理實(shí)驗(yàn)中，可以方便準(zhǔn)確的擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高學(xué)生數(shù)據(jù)分析處理的能力和科學(xué)研究素養(yǎng)[5]；化工原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備數(shù)量有限，十幾個(gè)人圍著一臺(tái)儀器轉(zhuǎn)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，很多同學(xué)做實(shí)驗(yàn)都是走馬觀花，沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，還有些實(shí)驗(yàn)由于危險(xiǎn)性較大，為了保證實(shí)驗(yàn)的安全，不宜作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)，近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，也帶來(lái)了教學(xué)方式方法上的革命，虛擬仿真技術(shù)也廣泛的應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)方便，沒(méi)有時(shí)間和空間的限制，降低了實(shí)驗(yàn)教學(xué)成本，并且保證了實(shí)驗(yàn)的安全。由于沒(méi)有時(shí)間、空間以及實(shí)驗(yàn)儀器套數(shù)的限制，實(shí)物實(shí)驗(yàn)前讓每個(gè)學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)或者機(jī)房進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)，將虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)有效的結(jié)合起來(lái)，可以激發(fā)學(xué)生的興趣，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)物實(shí)驗(yàn)的理解，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。綜上所述，單一的實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)很難達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，如果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中引入多種軟件，與實(shí)物教學(xué)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，虛實(shí)結(jié)合，相互促進(jìn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生化工過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)能力與科學(xué)研究素養(yǎng)。

2.3 注重過(guò)程性評(píng)價(jià)，激發(fā)學(xué)生的動(dòng)手積極性

很多實(shí)驗(yàn)課程期末考核主要由期末實(shí)驗(yàn)考試和實(shí)驗(yàn)報(bào)告兩部分組成，這會(huì)導(dǎo)致同學(xué)們只注重最后一次實(shí)驗(yàn)或者實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫(xiě)，而忽略了實(shí)驗(yàn)過(guò)程本身，特別是存在十幾個(gè)人共享一臺(tái)儀器現(xiàn)象的化工原理試驗(yàn)中，不過(guò)不注重過(guò)程想評(píng)價(jià)很難達(dá)到你良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，因此在實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核中，需更加注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程性評(píng)價(jià)，例如問(wèn)題討論發(fā)言的積極性，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中動(dòng)手積極性，操作的規(guī)范性等，這將會(huì)激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的動(dòng)手積極性，有利于教師啟發(fā)式、探討式教學(xué)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

2.4 與其他課程結(jié)合教學(xué)，提高化工設(shè)計(jì)能力

化工原理課程是連接基礎(chǔ)課程與專(zhuān)業(yè)課程的紐帶，是基礎(chǔ)理論課程到工程實(shí)際課程過(guò)渡的橋梁?；ぴ韺?shí)驗(yàn)課程在培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)與能力方面具有非常重要的作用，是后續(xù)工程計(jì)算與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，化工設(shè)計(jì)與優(yōu)化的能力是化工類(lèi)人才所必備的素養(yǎng)，因此，化工原理實(shí)驗(yàn)課程不但要與化工原理理論課程還應(yīng)與其他設(shè)計(jì)課程有機(jī)結(jié)合起來(lái)，如化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工設(shè)計(jì)等，合理安排教學(xué)的進(jìn)程，加強(qiáng)課程之間的聯(lián)系，加深課程之間的聯(lián)系，減少課程群的無(wú)效課時(shí)，從而提升整個(gè)化工設(shè)計(jì)課程群的教學(xué)效果，提高同學(xué)們的化工設(shè)計(jì)能力，為參加化工類(lèi)設(shè)計(jì)大賽做好準(zhǔn)備。

3 總結(jié)

化工原理課程是化工類(lèi)或近化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課程，是連接基礎(chǔ)課程與專(zhuān)業(yè)課程的紐帶，是基礎(chǔ)理論課程到工程實(shí)際課程過(guò)渡的橋梁?；ぴ韺?shí)驗(yàn)課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)與工程設(shè)計(jì)能力十分重要。本文針對(duì)目前化工原理實(shí)驗(yàn)課程中存在的一些問(wèn)題，采用探討式教學(xué)方式，強(qiáng)化預(yù)習(xí)效果，為了克服實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的缺點(diǎn)，引入多種化工軟件，如Aspen Plus軟件、Origin軟件、化工仿真軟件等，這有利于培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)優(yōu)化能力，降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成本，保證實(shí)驗(yàn)的安全性等，同時(shí)更加注重實(shí)驗(yàn)課程的過(guò)程性考核，加強(qiáng)與其他化工設(shè)計(jì)類(lèi)課程的結(jié)合，從而提升實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果，加強(qiáng)同學(xué)們的工程意識(shí)與工程設(shè)計(jì)能力，為后續(xù)化工設(shè)計(jì)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為參加化工設(shè)計(jì)大賽做好準(zhǔn)備。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

鄧朝芳（1989—），女，重慶合川人，碩士，主要研究：實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理。

李青嵩（1987—），女，重慶南岸人，碩士，主要研究：學(xué)生教育管理。