化工原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探究——基于卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃

李友鳳，曾堅(jiān)賢，黃念東，傅勇堅(jiān)

(湖南科技大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

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化工原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探究
——基于卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃

李友鳳，曾堅(jiān)賢，黃念東，傅勇堅(jiān)

(湖南科技大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖南 湘潭 411201)

針對(duì)化工原理實(shí)驗(yàn)中存在的不足，基于卓越工程師的教育要求，結(jié)合湖南科技大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的特點(diǎn)，探索工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式，從實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、動(dòng)手操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、結(jié)果討論四個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)考核，激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生的工程意識(shí)和專業(yè)技術(shù)素養(yǎng)，推進(jìn)我校卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的實(shí)施。

卓越工程師；化工原理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；工程型

卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃旨在培養(yǎng)應(yīng)用型人才，采取校企合作的培養(yǎng)模式，企業(yè)深度參與培養(yǎng)過(guò)程，學(xué)校按通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)培養(yǎng)工程人才，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力。該計(jì)劃對(duì)促進(jìn)高等教育面向社會(huì)需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用[1]。湖南科技大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)于2011年成功加入卓越工程師教育行列，化工原理是其專業(yè)基礎(chǔ)課程的主干課。

化工原理課是從自然科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)課向工程科學(xué)的專業(yè)課過(guò)渡的入門課程，它在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間起著承前啟后、由理及工的重要“橋梁”作用，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、工程素養(yǎng)和學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程有重要意義[2]?；ぴ碚n程的特點(diǎn)就是理論性強(qiáng)、公式多、抽象概念多、知識(shí)點(diǎn)零散，所以理解起來(lái)有點(diǎn)困難?；ぴ韺?shí)驗(yàn)課恰好以具體的實(shí)驗(yàn)裝置和單元操作解釋枯燥的原理，將理論與實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，具有典型的工程應(yīng)用特點(diǎn)。并且“卓越計(jì)劃”對(duì)課程體系的發(fā)展和改革提出了新的要求和挑戰(zhàn)，在化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，通過(guò)課前預(yù)習(xí)、操作實(shí)踐、撰寫報(bào)告及結(jié)果討論等環(huán)節(jié)的嚴(yán)格考核，構(gòu)建了科研與工程應(yīng)用并重的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[3-4]。

1　化工原理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1教學(xué)模式問(wèn)題

我校化工原理實(shí)驗(yàn)課開設(shè)的特點(diǎn)就是理論課和實(shí)踐課不同步，待理論課學(xué)完之后，實(shí)驗(yàn)課后續(xù)單獨(dú)開設(shè)，這樣造成上實(shí)驗(yàn)課時(shí)學(xué)生對(duì)于單元操作的原理早已淡薄，嚴(yán)重影響理論指導(dǎo)實(shí)踐，當(dāng)然直接影響了實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)效果。實(shí)驗(yàn)課時(shí)，學(xué)生只能聽完老師的講解后，按照講義上現(xiàn)成的步驟做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題或異?，F(xiàn)象無(wú)法分析和做出相應(yīng)的處理，這樣就未能很好地發(fā)揮自主創(chuàng)新的學(xué)習(xí)方式，造成學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立性、探索性分析觀察問(wèn)題的能力，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。且目前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)多為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，綜合性實(shí)驗(yàn)不多，設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)尤其缺乏，這樣達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的目的。

1.2學(xué)習(xí)積極性問(wèn)題

很多學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，課前沒有預(yù)習(xí)的習(xí)慣，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過(guò)程等不了解。且大多學(xué)生重理論輕實(shí)踐，以為實(shí)驗(yàn)課不重要，做完實(shí)驗(yàn)交一份報(bào)告就可以敷衍了事；實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安排一般是每組3～4人，這樣就造成了部分學(xué)生依賴性很強(qiáng)，不愿意動(dòng)手，怕臟怕累，只想讓同組的同學(xué)做，自己做個(gè)旁觀者，所以實(shí)驗(yàn)做完以后這部分學(xué)生的頭腦仍舊茫然，未能達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的效果。

1.3實(shí)驗(yàn)裝備問(wèn)題

由于實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的限制，我校目前實(shí)驗(yàn)裝備大部分是10年前購(gòu)置的，實(shí)驗(yàn)過(guò)程時(shí)而出現(xiàn)故障，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確甚至實(shí)驗(yàn)擱淺，并且損壞的實(shí)驗(yàn)儀器得不到及時(shí)維修，這樣就會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。陳舊的實(shí)驗(yàn)裝置往往讓學(xué)生花費(fèi)很多時(shí)間在等待和反復(fù)重試的調(diào)試上，學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)和操作現(xiàn)代儀器的機(jī)會(huì)。另外，受到實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地的限制，不同的實(shí)驗(yàn)裝置都安裝在一個(gè)房間，實(shí)驗(yàn)室擁擠，不同實(shí)驗(yàn)之間的干擾很大，學(xué)生缺乏獨(dú)立思考的空間。

1.4考核制度問(wèn)題

目前我校實(shí)驗(yàn)課的考核方式比較傳統(tǒng)，老師依舊主要根據(jù)學(xué)生上交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)定成績(jī)，其結(jié)果不能很好地反映學(xué)生真實(shí)的實(shí)驗(yàn)水平。由于學(xué)生多老師少，有時(shí)實(shí)驗(yàn)做完了，老師還不認(rèn)識(shí)學(xué)生，根本就不了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的實(shí)際操作能力，單憑一紙報(bào)告書不能全面反映問(wèn)題，況且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性有待考證。有時(shí)，不是同一組的學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)竟然出現(xiàn)相同的情況，顯然是抄襲，這樣容易造成學(xué)生被動(dòng)應(yīng)試，走過(guò)場(chǎng)應(yīng)付考核。

2　化工原理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)改革思路的探索與實(shí)施

針對(duì)上述問(wèn)題，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上，為充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使實(shí)驗(yàn)設(shè)備裝置利用率達(dá)到最大、理論指導(dǎo)實(shí)踐的效果更佳，我們加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果討論四個(gè)環(huán)節(jié)的考核制度，為每個(gè)環(huán)節(jié)制訂具體的量化考核指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)最終總成績(jī)傾向于動(dòng)手操作和處理問(wèn)題能力，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)占20%，實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)報(bào)告各占40%。

2.1完善實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)制度的考核

預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)課程的首要環(huán)節(jié)，化工原理實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)也是必不可少的。由于涉及到實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器的操作問(wèn)題，還涉及到流體輸送機(jī)械風(fēng)機(jī)、泵等的安全使用問(wèn)題，因此要避免預(yù)習(xí)的盲目性，也不能走馬觀花式的預(yù)習(xí)。

首先要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教材預(yù)習(xí)，結(jié)合自己對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式寫出實(shí)驗(yàn)的目的、原理，實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，如果有疑問(wèn)可以在網(wǎng)上查找相關(guān)知識(shí)，即網(wǎng)上預(yù)習(xí)；我校建立了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，從平臺(tái)上可以下載實(shí)驗(yàn)講義、實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖片、實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程及動(dòng)畫資源等，形成了開放式的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供方便，當(dāng)然也可以借鑒相關(guān)院校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源；現(xiàn)場(chǎng)觀察才是最直觀的，所以實(shí)驗(yàn)室開設(shè)了實(shí)地裝置預(yù)習(xí)；以預(yù)約、定期開放或者旁聽的形式，學(xué)生可以提前進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)地觀察，加深對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)、操作流程及單元操作原理的了解，還可以提高設(shè)備的利用率。有了理論和實(shí)際相結(jié)合的基礎(chǔ)，最后可進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)；仿真實(shí)驗(yàn)具有形象化、方便快捷、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，我們實(shí)驗(yàn)使用的是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，模擬真實(shí)的化工過(guò)程，運(yùn)用全數(shù)字化動(dòng)態(tài)模型，使我們深入了解化工原理實(shí)驗(yàn)過(guò)程的操作。在對(duì)理論掌握的基礎(chǔ)上，可反復(fù)操作，熟練實(shí)驗(yàn)步驟，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，起到了理論聯(lián)系實(shí)際的能力。我們實(shí)驗(yàn)室共開放了流體阻力實(shí)驗(yàn)、離心泵性能實(shí)驗(yàn)、流量計(jì)實(shí)驗(yàn)、過(guò)濾實(shí)驗(yàn)、傳熱實(shí)驗(yàn)、精餾實(shí)驗(yàn)、萃取實(shí)驗(yàn)和干燥實(shí)驗(yàn)等模擬仿真，每次實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象和實(shí)驗(yàn)方法都是明顯不同的，實(shí)驗(yàn)中所測(cè)定的數(shù)據(jù)也是不同的。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能深入了解設(shè)備流程、操作過(guò)程和數(shù)據(jù)的測(cè)取，可減少實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，因此，仿真實(shí)驗(yàn)是一種有效的輔助教學(xué)手段。

2.2完善實(shí)驗(yàn)操作制度的考核

實(shí)驗(yàn)室操作是化工原理實(shí)驗(yàn)最關(guān)鍵的步驟，是理論聯(lián)系實(shí)際、用理論來(lái)解決具體問(wèn)題的一步，學(xué)生只有親自動(dòng)手，才能充分理解單元操作的原理。針對(duì)卓越工程師，我們要改變以前老師講學(xué)生做的教學(xué)模式，整個(gè)過(guò)程都由學(xué)生獨(dú)立完成。首先要學(xué)生自己講解實(shí)驗(yàn)原理、操作步驟及注意事項(xiàng)等，然后同學(xué)們一起討論需要完善的地方，每個(gè)學(xué)生必須發(fā)言，老師只起監(jiān)督和引導(dǎo)作用。如做離心泵性能曲線的測(cè)定實(shí)驗(yàn)時(shí)，由一個(gè)學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)流程，一個(gè)學(xué)生講解氣縛現(xiàn)象的相關(guān)知識(shí)，一個(gè)學(xué)生講解氣蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的原因、危害及消除辦法，還有一個(gè)學(xué)生講解離心泵操作時(shí)的注意事項(xiàng)，待一組人員全部掌握知識(shí)點(diǎn)后，由老師做出評(píng)價(jià)和補(bǔ)充。然后每個(gè)學(xué)生必須親自動(dòng)手，都要有自己的操作流程及實(shí)驗(yàn)記錄，同組同學(xué)之間只能相互討論，數(shù)據(jù)不能相同，更不能抄襲。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中老師要到處走動(dòng)，及時(shí)解決學(xué)生提出的問(wèn)題及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，以免由于學(xué)生操作不當(dāng)而造成人身傷害或設(shè)備損壞。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，老師要審查完數(shù)據(jù)的合理性，并對(duì)每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作予以評(píng)價(jià)。

2.3完善實(shí)驗(yàn)報(bào)告制度的考核

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的總結(jié)，主要包括實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、問(wèn)題和討論，是實(shí)踐環(huán)節(jié)的書面表達(dá)形式?？梢耘囵B(yǎng)學(xué)生查看資料、數(shù)據(jù)處理、撰寫實(shí)驗(yàn)小論文等方面的能力，所以要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告要完整準(zhǔn)確、書寫規(guī)范、問(wèn)題分析要到位，不能草草完事。

實(shí)驗(yàn)報(bào)告必須要求學(xué)生手寫，不能打印，這樣可以避免復(fù)制雷同現(xiàn)象。為了提高學(xué)生計(jì)算機(jī)的運(yùn)用能力，可以利用Excel Origin等計(jì)算機(jī)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣不但可以提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，還可以提高實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完成質(zhì)量。當(dāng)然，可以用手畫圖來(lái)處理數(shù)據(jù)結(jié)果，但不能信手隨便畫，必須用坐標(biāo)紙對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，要標(biāo)出橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的物性參數(shù)與量綱，最后根據(jù)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置擬合出參數(shù)間的線性關(guān)系。

2.4完善實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論的考核

實(shí)驗(yàn)結(jié)果是化工原理實(shí)驗(yàn)的核心，直接反映出學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的準(zhǔn)確性和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。實(shí)驗(yàn)報(bào)告交上來(lái)以后，老師要嚴(yán)格把好關(guān)。首先，要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄的完整性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性定位，如果誤差超出報(bào)告要求的范圍，必須重做，更不允許出現(xiàn)數(shù)據(jù)處理沒有過(guò)程、也沒有計(jì)算公式、就一個(gè)結(jié)果的現(xiàn)象；其次，審查實(shí)驗(yàn)參數(shù)之間的關(guān)系是否正確，即圖紙畫得是否準(zhǔn)確、規(guī)范，圖紙坐標(biāo)上必須要標(biāo)注數(shù)值、參數(shù)與量綱及點(diǎn)要擬合成線，否則要返工；再次，就有問(wèn)題的地方和學(xué)生一起討論，引導(dǎo)學(xué)生勇于承認(rèn)錯(cuò)誤及分析錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因，找到解決的方法；最后，每個(gè)學(xué)生必須交上一份滿意的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書，這樣才能客觀公正地評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

3　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)我校化工原理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，針對(duì)化學(xué)工程與工藝專業(yè)卓越工程師的培養(yǎng)，我們積極進(jìn)行教學(xué)改革探索，提出工程應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式。形成了課前預(yù)習(xí)、實(shí)地操作和報(bào)告撰寫的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，全方位嚴(yán)格考核制度的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系，努力提高學(xué)生的動(dòng)手能力、動(dòng)腦能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。

[1] 李強(qiáng),施云芬,張延林,等.卓越工程師培養(yǎng)的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].廣東化工,2014,41(15):278-279.

[2] 鞏冠群,張英杰,王永志.實(shí)施過(guò)程考核,提高化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量[J].山東化工,2014,43(12):139-140.

[3] 王曉,徐銳,姚大虎.“三多法”化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].洛陽(yáng)理工學(xué)院學(xué)報(bào),2013,23(3):84-86.

[4] 吳景雄,童漢清.培養(yǎng)科研與工程素質(zhì)并重的化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[J].高校實(shí)驗(yàn)室工作研究,2011(1):26-27.

(責(zé)任編校謝宜辰)

10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.09.026

20160419

湖南省教育廳資助項(xiàng)目(14C058)；湖南省化學(xué)化工類專業(yè)校企合作人才培養(yǎng)示范基地資助項(xiàng)目(145812)；湖南省普通高校教學(xué)改革研究項(xiàng)目(G21305)

李友鳳(1977-)，女，湖南武岡人，講師，博士，主要從事化學(xué)反應(yīng)設(shè)備及超細(xì)粉體合成研究。

G642

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1674-5884(2016)09-0081-03